CN113321853A - 一种高填充淀粉降解材料的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高填充淀粉降解材料的制作方法，包括以下步骤：第一步：将淀粉与增塑剂混合，通过双螺杆挤出机挤出制备得到热塑性淀粉；第二步：将所述热塑性淀粉、可降解材料与流动性改善剂混合后通过挤出机制备得到所述高填充淀粉降解材料。本高填充淀粉降解材料，具有淀粉填充率高、流动性好、强度高、韧性高的优点，相比现有材料取得了显著的进步。

Description

一种高填充淀粉降解材料的制作方法
技术领域
本发明涉及可降解复合材料领域，尤其涉及一种高填充淀粉降解材料的制作方法。
背景技术
塑料制品广泛应用于日常生活中，给我们带来了极大的方便，但由于绝大多数塑料制品不可降解，塑料制品尤其是一次性塑料制品使用过后的丢弃给生态环境造成极大的危害。禁塑与寻找替代品刻不容缓，近些年随着国家政策的颁布，已有省份开始实施禁止部分塑料制品的使用，这使得可降解材料进入大众的视野，目前可降解材料制品的使用性能可代替大多数不可降解材料的使用，但由于可降解材料成本较高，这使得可降解材料的推广受到限制。因此低成本制备可降解材料对降解材料的推广有重要意义。
淀粉属于天然高分子材料，可再生，地球上淀粉资源丰富，成本较低。将其作为填料运用到可降解塑料中可大大降低可降解材料的成本，而且不会破坏到材料的降解性能。然而仅仅通过淀粉的添加制备出的淀粉可降解复合材料分布不均、表面粗糙、韧性差，整体性能不佳。且随着淀粉含量的增加，可降解塑料性能下降越明显，如何制备性能优异的高淀粉填充可降解材料是一大难题。另外，注塑属于可降解塑料制品制备的重要方式之一，高填充淀粉的可降解复合材料流动性较低，不满足注塑的条件，这也限制了大部分可降解材料应用的广泛性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高填充淀粉降解材料的制作方法，能够克服现有技术淀粉填充量不高、高填充量的淀粉降解复合材料力学性能差且无法达到注塑级要求等问题。
本发明通过如下方式解决该技术问题：
一种高填充淀粉降解材料的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：
将淀粉与增塑剂混合，通过双螺杆挤出机挤出制备得到热塑性淀粉；
将所述热塑性淀粉、可降解材料与流动性改善剂混合后通过挤出机制备得到所述高填充淀粉降解材料。
本发明采用两步法进行制备，第一步先将淀粉与增塑剂混合加热，打开淀粉的分子链，使其具有热塑性，利用这个特点可以大大提高其与可降解材料的相容性。第二步再利用流动性改善剂，使淀粉分子链均匀分散到可降解材料中并可以以更加舒展状态与可降解材料分子链形成相互作用，从而大大提高淀粉在可降解材料中的填充量，并使制品具有较高的整体性能。
作为本发明的一种优选实施方式，所述淀粉占所述热塑性淀粉总质量的 70％-83％。
作为本发明的一种优选实施方式，所述热塑性淀粉占所述高填充淀粉降解材料总质量的40％-60％。
作为本发明的一种优选实施方式，所述可降解材料占所述高填充淀粉降解材料总质量的38％-58％。
作为本发明的一种优选实施方式，所述流动性改善剂占所述高填充淀粉降解材料总质量的0.2％-3％。
作为本发明的一种优选实施方式，所述淀粉为氧化淀粉、乙酰化淀粉和羟丙基淀粉中的一种或多种。
作为本发明的一种优选实施方式，所述增塑剂为丙三醇和尿素中的一种或多种。
作为本发明的一种优选实施方式，所述可降解材料为聚丁二酸丁二醇酯、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯、聚乳酸中的一种或多种。
作为本发明的一种优选实施方式，所述流动性改善剂为糖醇、超支化聚合物、高熔点蜡中的一种或多种。
作为本发明的一种优选实施方式，制备所述热塑性淀粉的双螺杆挤出机制备温度为80℃-120℃，螺杆转速为300r/min。
作为本发明的一种优选实施方式，制备所述高填充淀粉降解材料的双螺杆挤出机制备温度为120℃-200℃，螺杆转速200r/min。
综合以上，本高填充淀粉降解材料，具有淀粉填充率高、流动性好、强度高、韧性高的优点，相比现有材料取得了显著的进步。
附图说明
下面结合附图来对本发明进行进一步的说明：
图1为应力应变实验的曲线图；
具体实施方式
以下通过实施例的方式来进一步说明本发明。
下列实施例中各组分的百分比均表示为质量百分比。
实施例1
第一步：将75％羟丙基淀粉与25％丙三醇倒入高速混合机(800r/min， 5min)混合均匀；取出羟丙基淀粉与丙三醇混合物并加入双螺杆挤出机，双螺杆挤出机从进料口到出料口的五段加热区温度分别为80℃，100℃，120℃， 100℃，80℃，螺杆转速为300r/min，造粒获得热塑性淀粉粒子。
第二步：将60％热塑性淀粉、38％PBAT(聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯) 与2％超支化聚合物(端羧基超支化聚酯)倒入高速混合机(800r/min，5min) 混合均匀；取出热塑性淀粉、PBAT与超支化聚合物的混合物并加入双螺杆挤出机，双螺杆挤出机从进料口到出料口的五段加热区温度分别为120℃， 135℃，150℃，135℃，120℃，螺杆转速为200r/min，造粒获得高填充淀粉降解材料粒子，并在85℃下烘干5h。
在制备过程中，双螺杆挤出机下料均匀，造粒过程流畅，获得的高填充淀粉降解材料粒子材质均匀，表面光滑。
本发明采用两步法进行制备，第一步先将淀粉与增塑剂混合加热，打开淀粉的分子链，使其具有热塑性，利用这个特点可以大大提高其与可降解材料的相容性。第二步再利用流动性改善剂，使淀粉分子链均匀分散到可降解材料中并可以以更加舒展状态与可降解材料分子链形成相互作用，从而大大提高淀粉在可降解材料中的填充量，并使制品具有较高的整体性能。
采用双螺杆挤出机能够使物料混合充分，起到提高成品均匀度和表面光滑度的作用。
实施例2
第一步：将60％羟丙基淀粉、10％氧化淀粉与30％丙三醇倒入高速混合机 (800r/min，5min)混合均匀；取出羟丙基淀粉、氧化淀粉与丙三醇混合物并加入双螺杆挤出机，双螺杆挤出机从进料口到出料口的五段加热区温度分别为80℃，100℃，120℃，100℃，80℃，螺杆转速为300r/min，造粒获得热塑性淀粉粒子。
第二步：将60％热塑性淀粉、18％PBS(聚丁二酸丁二醇酯)、20％PBAT(聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯)与2％糖醇倒入高速混合机(800r/min，5min) 混合均匀；取出热塑性淀粉、PBS、PBAT与糖醇的混合物并加入双螺杆挤出机，双螺杆挤出机从进料口到出料口的五段加热区温度分别为120℃，135℃， 150℃，135℃，120℃，螺杆转速为200r/min，造粒获得高填充淀粉降解材料粒子，并在85℃下烘干5h。
制备过程中双螺杆挤出机下料均匀，造粒过程流畅，获得的高填充淀粉降解材料粒子材质均匀、表面光滑。
实施例3
第一步：将70％羟丙基淀粉与30％丙三醇倒入高速混合机(800r/min， 5min)混合均匀；取出羟丙基淀粉、与丙三醇混合物并加入双螺杆挤出机，双螺杆挤出机从进料口到出料口的五段加热区温度分别为80℃，100℃， 120℃，100℃，80℃，螺杆转速为300r/min，造粒获得热塑性淀粉粒子。
第二步：将60％热塑性淀粉、18％PBS(聚丁二酸丁二醇酯)、20％PBAT(聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯)与2％超支化聚合物(端羧基超支化聚酯)倒入高速混合机(800r/min，5min)混合均匀；取出热塑性淀粉、PBS、PBAT与超支化聚合物的混合物并加入双螺杆挤出机，双螺杆挤出机从进料口到出料口的五段加热区温度分别为120℃，135℃，150℃，135℃，120℃，螺杆转速为200r/min，造粒获得高填充淀粉降解材料粒子，并在85℃下烘干5h。
制备过程中双螺杆挤出机下料均匀，造粒过程流畅，获得的高填充淀粉降解材料粒子材质均匀、表面光滑。
实施例4
第一步：将75％羟丙基淀粉与25％丙三醇倒入高速混合机(800r/min， 5min)混合均匀；取出羟丙基淀粉、与丙三醇混合物并加入双螺杆挤出机，双螺杆挤出机从进料口到出料口的五段加热区温度分别为80℃，100℃， 120℃，100℃，80℃，螺杆转速为300r/min，造粒获得热塑性淀粉粒子。
第二步：将60％热塑性淀粉、39.5％PBAT(聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯) 与0.5％高熔点蜡(熔点范围70℃-150℃)倒入高速混合机(800r/min，5min) 混合均匀；取出热塑性淀粉、PBAT与高熔点蜡的混合物并加入双螺杆挤出机，双螺杆挤出机从进料口到出料口的五段加热区温度分别为120℃，135℃， 150℃，135℃，120℃，螺杆转速为200r/min，造粒获得高填充淀粉降解材料粒子，并在85℃下烘干5h。
制备过程中双螺杆挤出机下料均匀，造粒过程流畅，获得的高填充淀粉降解材料粒子材质均匀、表面光滑。
实施例5
第一步：将83％羟丙基淀粉与17％丙三醇倒入高速混合机(800r/min， 5min)混合均匀；取出羟丙基淀粉、与丙三醇混合物并加入双螺杆挤出机，双螺杆挤出机从进料口到出料口的五段加热区温度分别为80℃，100℃， 120℃，100℃，80℃，螺杆转速为300r/min，造粒获得热塑性淀粉粒子。
第二步：将50％热塑性淀粉、28％PBAT(聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯)、 20％PLA(聚乳酸)与2％高熔点蜡(熔点范围70°-150°)倒入高速混合机 (800r/min，5min)混合均匀；取出热塑性淀粉、PBAT、PLA与高熔点蜡的混合物并加入双螺杆挤出机，双螺杆挤出机从进料口到出料口的五段加热区温度分别为170℃，185℃，200℃，180℃，170℃，螺杆转速为200r/min，造粒获得高填充淀粉降解材料粒子，并在85℃下烘干5h。
制备过程中双螺杆挤出机下料均匀，造粒过程流畅，获得的高填充淀粉降解材料粒子材质均匀、表面光滑。
实施例6
第一步：将50％羟丙基淀粉、20％乙酰化淀粉与30％丙三醇倒入高速混合机(800r/min，5min)混合均匀；取出羟丙基淀粉、乙酰化淀粉与丙三醇混合物并加入双螺杆挤出机，双螺杆挤出机从进料口到出料口的五段加热区温度分别为80℃，100℃，120℃，100℃，80℃，螺杆转速为300r/min，造粒获得热塑性淀粉粒子。
第二步：将40％热塑性淀粉、58％PLA(聚乳酸)与2％超支化聚合物(端羧基超支化聚酯)倒入高速混合机(800r/min，5min)混合均匀；取出热塑性淀粉、PLA与超支化聚合物的混合物并加入双螺杆挤出机，双螺杆挤出机从进料口到出料口的五段加热区温度分别为170℃，185℃，200℃，180℃， 170℃，螺杆转速为200r/min，造粒获得高填充淀粉降解材料粒子，并在85℃下烘干5h。
制备过程中双螺杆挤出机下料均匀，造粒过程流畅，获得的高填充淀粉降解材料粒子材质均匀、表面光滑。
实施例7
第一步：将70％氧化淀粉、20％丙三醇和10％尿素倒入高速混合机 (800r/min，5min)混合均匀；取出氧化淀粉、丙三醇与尿素的混合物并加入双螺杆挤出机，双螺杆挤出机从进料口到出料口的五段加热区温度分别为 80℃，100℃，120℃，100℃，80℃，螺杆转速为300r/min，造粒获得热塑性淀粉粒子。
第二步：将50％热塑性淀粉、48％PBS(聚丁酸丁二醇酯)与2％超支化聚合物(端羧基超支化聚酯)倒入高速混合机(800r/min，5min)混合均匀；取出热塑性淀粉、PLA与超支化聚合物的混合物并加入双螺杆挤出机，双螺杆挤出机从进料口到出料口的五段加热区温度分别为120℃，135℃，150℃，135℃，120℃，螺杆转速为200r/min，造粒获得高填充淀粉降解材料粒子，并在85℃下烘干5h。
制备过程中双螺杆挤出机下料均匀，造粒过程流畅，获得的高填充淀粉降解材料粒子材质均匀、表面光滑。
实施例8
第一步：将75％氧化淀粉和25％丙三醇倒入高速混合机(800r/min，5min) 混合均匀；取出氧化淀粉和丙三醇的混合物并加入双螺杆挤出机，双螺杆挤出机从进料口到出料口的五段加热区温度分别为80℃，100℃，120℃，100℃，80℃，螺杆转速为300r/min，造粒获得热塑性淀粉粒子。
第二步：将50％热塑性淀粉、29％PBAT(聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯)、 20％PBS(聚丁酸丁二醇酯)与1％超支化聚合物(端羧基超支化聚酯)倒入高速混合机(800r/min，5min)混合均匀；取出热塑性淀粉、PBAT、PBS与超支化聚合物的混合物并加入双螺杆挤出机，双螺杆挤出机从进料口到出料口的五段加热区温度分别为120℃，135℃，150℃，135℃，120℃，螺杆转速为200r/min，造粒获得高填充淀粉降解材料粒子，并在85℃下烘干5h。
制备过程中双螺杆挤出机下料均匀，造粒过程流畅，获得的高填充淀粉降解材料粒子材质均匀、表面光滑。
对比例1
将45％羟丙基淀粉，15％丙三醇、38％PBAT(聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯) 与2％超支化聚合物(端羧基超支化聚酯)用高速混合机(800r/min，5min) 混合均匀，取出混合物并加入双螺杆挤出机，双螺杆挤出机从进料口到出料口的五段加热区温度分别为120℃，135℃，150℃，135℃，120℃，螺杆转速200r/min，造粒获得高填充淀粉降解材料粒子，并在85℃下烘干5h。
制备过程双螺杆挤出机下料不均匀，造粒过程卡顿，获得表面粗糙的复合降解材料粒子。
实验例1：MFR(粒子熔融指数)实验
实验目的：测试材料在高温下的流动性，即材料的热塑性能。
实验材料：实施例1、实施例2、实施例3、实施例4以及对比例1所得到的高填充淀粉降解材料粒子。
实验方法：采用ISO1133国家标准测试方法，因此对具体的实验设备，实验过程不再详细叙述。
实验条件：熔融温度为190℃，施加在材料上的质量为2.16kg。
实验结果：实验结果如表1所示。
表1：
Figure RE-GDA0003168198850000081
结论：实施例1、实施例2、实施例3以及实施例4的MFR(粒子熔融指数)相比现有材料具有显著的提高。
实验例2：应力应变实验
实验目的:测试材料的弹性强度、塑性强度、韧性等物理性能。
实验材料：实施例1、实施例2、实施例3、实施例4以及对比例1所得到的高填充淀粉降解材料粒子。
实验方法：将材料打样成统一式样，装到拉力机上进行拉力测试。
实验结果：实验结果如图1所示。
结论：实施例1、实施例4的韧性相比现有材料显著提高，强度相比现有材料有所提高,能够很好的适用于膜袋产品制造领域。实施例2、实施例3 的强度相比现有材料显著提高，韧性相比现有材料有所提高，能够很好的适用于注塑工件制造领域。
但是，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (11)

1.一种高填充淀粉降解材料的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
将淀粉与增塑剂混合，通过双螺杆挤出机挤出制备得到热塑性淀粉；
将所述热塑性淀粉、可降解材料与流动性改善剂混合后通过挤出机制备得到所述高填充淀粉降解材料。
2.按照权利要求1所述的高填充淀粉降解材料的制作方法，其特征在于：所述淀粉占所述热塑性淀粉总质量的70％-83％。
3.按照权利要求1所述的高填充淀粉降解材料的制作方法，其特征在于：所述热塑性淀粉占所述高填充淀粉降解材料总质量的40％-60％。
4.按照权利要求3所述的高填充淀粉降解材料的制作方法，其特征在于:所述可降解材料占所述高填充淀粉降解材料总质量的38％-58％。
5.按照权利要求4所述的高填充淀粉降解材料的制作方法，其特征在于：所述流动性改善剂占所述高填充淀粉降解材料总质量的0.2％-3％。
6.按照权利要求1所述的高填充淀粉降解材料的制作方法，其特征在于：所述淀粉为氧化淀粉、乙酰化淀粉和羟丙基淀粉中的一种或多种。
7.按照权利要求1所述的高填充淀粉降解材料的制作方法，其特征在于：所述增塑剂为丙三醇和尿素中的一种或多种。
8.按照权利要求1所述的高填充淀粉降解材料的制作方法，其特征在于：所述可降解材料为聚丁二酸丁二醇酯、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯、聚乳酸中的一种或多种。
9.按照权利要求1所述的高填充淀粉降解材料的制作方法，其特征在于：所述流动性改善剂为糖醇、超支化聚合物、高熔点蜡中的一种或多种。
10.按照权利要求1所述的高填充淀粉降解材料的制作方法，其特征在于：制备所述热塑性淀粉的双螺杆挤出机制备温度为80℃-120℃，螺杆转速为200r-400r/min。
11.按照权利要求1所述的高填充淀粉降解材料的制作方法，其特征在于：制备所述高填充淀粉降解材料的双螺杆挤出机制备温度为120℃-200℃，螺杆转速100r-300r/min。
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