CN113088044A - 一种淀粉填充全生物降解塑料及其制备方法 - Google Patents

一种淀粉填充全生物降解塑料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种淀粉填充全生物降解塑料及其制备方法，该全生物降解塑料的主要原材料包括聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯、淀粉、增塑剂、补强剂、表面活性剂、分散剂、润滑剂、抗氧剂。制备时通过高速混合机混合后，在双螺杆挤出机中挤出造粒。该全生物降解塑料可用于吹膜行业，淀粉的加入降低了生产成本，可实现批量生产销售。本发明生产工艺简单，易于操作，利于推广。

Description

一种淀粉填充全生物降解塑料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，尤其是涉及一种淀粉填充全生物降解塑料及其制备方法。
背景技术
绿色塑料是指对自然环境无负面影响或负面影响极小的环保型高分子材料，是解决废弃塑料产品带来的环境问题的重要突破口。可降解塑料的制备和应用技术最为成熟，是绿色塑料的主要代表产品，但是，可降解塑料在某些条件下的性能略差，其制备成本也比普通塑料更高，这就为可降解塑料的推广和普及工作带来较大困难。加快可降解塑料的功能开发，提高材料的实用性并将其制备成本降至合理范围内，是推动塑料产业与世界环保事业发展的重中之重。根据材料的特点及性能，可降解塑料可分为光降解塑料、生物破坏性塑料和完全生物降解塑料。
各种微生物在不同的生态系统中（填埋、堆肥、海水、河水等），可以对生物塑料进行降解。但是，在不同的环境条件下，降解塑料微生物的生物多样性也不同。在土壤和堆肥环境的条件下，表现出较高的生物塑料降解性，这主要是由于，在该条件下，微生物的多样性较高。大量的塑料会进入水体和海洋系统中，并对淡水和海洋生态系统造成不可避免的影响，基于上述问题，未来对生物塑料的降解的研究及开发应该关注以下几个方面。
（1）不同微生物的共培养可以促进生物塑料的生物降解，但是相关降解机理尚未进行研究。因此，在未来的研究中，可以通过研究不同微生物共培养的相关机理，实现提高生物可降解塑料降解性的目的。
（2）根据生物可降解塑料性能，合理利用模压成型、挤压成型、吹塑成型等传统方法生产塑料制品，并结合3D打印技术拓展其应用领域，并对解决环境污染，实现绿色可持续产生重要影响。
（3）传统一次性不可降解塑料制品已在外卖、电商等新兴行业得到了广泛应用，但是后续处理较复杂，限制约束了其发展。因此，对生物降解塑料生产加工技术的发展和创新提出了更高的要求。低耗能、高产能、对环境友好的可降解塑料制品是未来的重点研究方向。
淀粉基可降解塑料是全降解塑料的一种，是指组成中含有淀粉及其衍生物的塑料。大量羟基存在于淀粉中，导致淀粉分子间相互作用力很强。这使得淀粉具有极大难熔融性，且与其他聚合物共混时的相容性也很差。目前研究通过减少分子内氢键的数量，破坏天然淀粉的结晶结构等，来达到降低淀粉熔融温度的目的。淀粉的结构无序化使它具有良好的热塑性。
淀粉改性是在淀粉分子上改变淀粉分子量大小或引入新的官能团，从而改变淀粉的天然特性，使其更适合于一定的应用领域，常见的淀粉改性方法有三种，即化学改性、物理改性、酶改性。目前化学改性法以其操作简单，专一性强等优点成为企业常用的制备方法。天然淀粉的基本结构为葡萄糖单元，其2、3、6位上各有一个活性羟基，经过适当的化学处理，生成相应的改性淀粉。根据取代基和淀粉成键的方式可分为氧化、交联、酯化、醚化。
1973年，Griffin首次获得淀粉表面改性填充塑料的专利。到80年代，一些国家以Griffin的专利为背景，开发出淀粉填充型生物降解塑料。填充型淀粉塑料又称生物破坏性塑料，其制造工艺是在通用塑料中加入一定量的淀粉和其他少量添加剂，然后加工成型，淀粉含量不超过30％，目前国内可降解淀粉塑料产品大多为此类型。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种淀粉填充全生物降解塑料及其制备方法，采用增塑剂提高淀粉的塑化效果，加入适量的补强剂以提高全生物降解塑料的强度，解决了聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯用于吹膜工艺的缺陷，降低生产成本的同时可以满足膜袋行业的需求。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种淀粉填充全生物降解塑料，所述全生物降解塑料包括如下质量分数的制备原料：聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯70-80份、淀粉20-30份、增塑剂0.1-9份、补强剂0.1-4份、表面活性剂0.1-1份、分散剂0.1-3份、润滑剂0.1-1份、抗氧剂0.1-1份。
上述技术方案中，进一步地，所述淀粉为改性玉米淀粉或变性玉米淀粉。
上述技术方案中，进一步地，所述增塑剂为甘油、山梨醇液、尿素、环氧大豆油中的一种或几种，主要是为了提高淀粉的塑化性能。
上述技术方案中，进一步地，所述补强剂为滑石粉、碳酸钙中的一种或几种，所述滑石粉的目数为3000目；所述碳酸钙为重质碳酸钙，其目数为3000目。主要是为了提高材料的尺寸稳定性和强度。
上述技术方案中，进一步地，所述表面活性剂为钛酸酯偶联剂。主要是为了提高碳酸钙和滑石粉的表面活化度，以增加其与聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯的相容性。
上述技术方案中，进一步地，所述分散剂为乙撑双硬脂酸酰胺、单硬脂酸甘油酯、芥酸酰胺、油酸酰胺中的一种或几种。
上述技术方案中，进一步地，所述润滑剂为硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸锌中的一种或几种。
上述技术方案中，进一步地，所述抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168的组合物。所述抗氧剂由抗氧剂1010和抗氧剂168按1:2的比例复配。
一种如上所述的淀粉填充全生物降解塑料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一，对聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯进行干燥处理，温度60-80℃，时间8-10h；
步骤二，按照淀粉填充全生物降解塑料的配方称取原料；
步骤三，将颗粒状、粉状原料投入高速混合机中混合3-8分钟；
步骤四，倒入增塑剂，继续混合3-8分钟；
步骤五，将步骤四中取得的混合物加入双螺杆挤出机中混炼塑化并挤出；
步骤六，挤出的物料经风冷拉条切粒，经干燥后打包分装。
上述技术方案中，进一步地，所述步骤三中的高速混合机的转速为1000-2000rpm。
上述技术方案中，进一步地，所述步骤五中的双螺杆挤出机为同向双螺杆挤出机，长径比为48:1，高扭矩，高产量。
上述技术方案中，进一步地，所述步骤五中的双螺杆挤出机的加工温度控制在135℃-160℃，主机转速控制在150-200rpm。
上述技术方案中，进一步地，所述双螺杆挤出机可分为十二段独立温控区域。
上述技术方案中，进一步地，所述增塑剂的加入量是淀粉质量的20%-50%。
上述技术方案中，进一步地，补强剂的加入量与表面活性剂的加入量的比例在10-20:0-5且不为0。
本发明的淀粉填充全生物降解塑料，可吹膜加工制成购物袋、垃圾袋、农用膜等制品以替代传统膜袋制品。
本发明的有益效果是：
（1）制备原料为易降解的聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯。
（2）通过填充淀粉，降低生产成本，适于推广应用。
（3）改性淀粉和变性淀粉的基料是玉米淀粉，原材料充足。
（4）工艺流程简单，易于操作，环保效果好。
具体实施方式
为了使本发明的技术方案及有益效果更加清楚明白，下面描述本发明的部分实施例。
实施例1
按照质量份数，本实施例的复合材料的具体配比为：
聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯 75份
改性淀粉 20份
甘油 7份
碳酸钙 0.3份
滑石粉 0.8份
钛酸酯偶联剂 0.1份
单硬脂酸甘油酯 1份
乙撑双硬脂酸酰胺 0.5份
硬脂酸 0.6份
抗氧剂1010 0.1份
抗氧剂168 0.2份；
对聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯进行干燥处理，温度70℃，干燥8h；
按上述质量配比称取原料，将颗粒状、粉状原料投入高速混合机中以1000rpm转速混合3min；
倒入增塑剂，即为7份质量的甘油，以1500rpm转速继续混合5min；
将以上混合料加入双螺杆挤出机中挤出，经风冷后切粒，得到所需粒料。双螺杆挤出机各段温度设置为：一段温度：100℃；二段温度：130℃；三段温度：140℃；四段温度：150℃；五段温度：150℃；六段温度：150℃；七段温度：155℃；八段温度：155℃；九段温度：155℃；十段温度：155℃；十一段温度：155℃；机头温度：155℃。主机转速180rpm。
实施例2
按照质量份数，本实施例的复合材料的具体配比为：
聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯 75份
改性淀粉 20份
甘油 2.5份
山梨醇液 1.5份
碳酸钙 0.8份
滑石粉 1份
钛酸酯偶联剂 0.3份
单硬脂酸甘油酯 1份
芥酸酰胺 0.5份
硬脂酸 0.6份
抗氧剂1010 0.1份
抗氧剂168 0.2份；
对聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯进行干燥处理，温度70℃，干燥8h；
称取原料，将颗粒状、粉状原料投入高速混合机中以1000rpm转速混合3min；
倒入增塑剂，以1500rpm转速继续混合5min；
将混合料加入双螺杆挤出机中挤出，经风冷后切粒，得到所需粒料。双螺杆挤出机各段温度设置为：一段温度：100℃；二段温度：130℃；三段温度：140℃；四段温度：150℃；五段温度：150℃；六段温度：150℃；七段温度：155℃；八段温度：155℃；九段温度：155℃；十段温度：155℃；十一段温度：155℃；机头温度：155℃。主机转速180rpm。
实施例3
按照质量份数，本实施例的复合材料的具体配比为：
聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯 75份
变性淀粉 20份
甘油 5.5份
山梨醇液 3份
碳酸钙 0.7份
滑石粉 1份
钛酸酯偶联剂 0.3份
单硬脂酸甘油酯 1份
乙撑双硬脂酸酰胺 0.5份
硬脂酸 0.6份
硬脂酸钙 0.5份
抗氧剂1010 0.1份
抗氧剂168 0.2份；
对聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯进行干燥处理，温度70℃，干燥8h；
称取原料，将颗粒状、粉状原料投入高速混合机中以1000rpm转速混合3min；
倒入增塑剂，以1500rpm转速继续混合5min；
将混合料加入双螺杆挤出机中挤出，经风冷后切粒，得到所需粒料。双螺杆挤出机各段温度设置为：一段温度：100℃；二段温度：130℃；三段温度：140℃；四段温度：150℃；五段温度：150℃；六段温度：150℃；七段温度：155℃；八段温度：155℃；九段温度：155℃；十段温度：155℃；十一段温度：155℃；机头温度：155℃。主机转速180rpm。

Claims (17)

1.一种淀粉填充全生物降解塑料，其特征在于，所述全生物降解塑料包括如下质量分数的制备原料：聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯70-80份、淀粉20-30份、增塑剂0.1-9份、补强剂0.1-4份、表面活性剂0.1-1份、分散剂0.1-3份、润滑剂0.1-1份、抗氧剂0.1-1份。
2.根据权利要求1所述的一种淀粉填充全生物降解塑料，其特征在于，所述淀粉为改性玉米淀粉或变性玉米淀粉。
3.根据权利要求1所述的一种淀粉填充全生物降解塑料，其特征在于，所述增塑剂为甘油、山梨醇液、尿素、环氧大豆油中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种淀粉填充全生物降解塑料，其特征在于，所述补强剂为滑石粉、碳酸钙中的一种或几种。
5.根据权利要求4所述的一种淀粉填充全生物降解塑料，其特征在于，所述滑石粉的目数为3000目；所述碳酸钙为重质碳酸钙，其目数为3000目。
6.根据权利要求1所述的一种淀粉填充全生物降解塑料，其特征在于，所述表面活性剂为钛酸酯偶联剂。
7.根据权利要求1所述的一种淀粉填充全生物降解塑料，其特征在于，所述分散剂为乙撑双硬脂酸酰胺、单硬脂酸甘油酯、芥酸酰胺、油酸酰胺中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的一种淀粉填充全生物降解塑料，其特征在于，所述润滑剂为硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸锌中的一种或几种。
9.根据权利要求1所述的一种淀粉填充全生物降解塑料，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168的组合物。
10.根据权利要求9所述的一种淀粉填充全生物降解塑料，其特征在于，所述抗氧剂由抗氧剂1010和抗氧剂168按1:2的比例复配。
11.一种根据权利要求1-10中任意一项所述的淀粉填充全生物降解塑料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
步骤一，对聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯进行干燥处理，温度60-80℃，时间8-10h；
步骤二，按照淀粉填充全生物降解塑料的配方称取原料；
步骤三，将颗粒状、粉状原料投入高速混合机中混合3-8分钟；
步骤四，倒入增塑剂，继续混合3-8分钟；
步骤五，将步骤四中取得的混合物加入双螺杆挤出机中混炼塑化并挤出；
步骤六，挤出的物料经风冷拉条切粒，经干燥后打包分装。
12.根据权利要求11所述的淀粉填充全生物降解塑料的制备方法，其特征在于，所述步骤三中的高速混合机的转速为1000-2000rpm。
13.根据权利要求11所述的淀粉填充全生物降解塑料的制备方法，其特征在于，所述步骤五中的双螺杆挤出机为同向双螺杆挤出机，长径比为48:1。
14.根据权利要求11所述的淀粉填充全生物降解塑料的制备方法，其特征在于，所述步骤五中的双螺杆挤出机的加工温度控制在135℃-160℃，主机转速控制在150-200rpm。
15.根据权利要求11所述的淀粉填充全生物降解塑料的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机可分为十二段独立温控区域。
16.根据权利要求11所述的淀粉填充全生物降解塑料的制备方法，其特征在于，所述增塑剂的加入量是淀粉质量的20%-50%。
17.根据权利要求11所述的淀粉填充全生物降解塑料的制备方法，其特征在于，补强剂的加入量与表面活性剂的加入量的比例在10-20:0-5且不为0。
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