CN115926388A - 一种生物可降解pbs/机械活化淀粉复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物可降解PBS/机械活化淀粉复合材料及其制备方法，属于生物可降解复合技术领域。其按原料重量份数计，包括：60‑90份聚丁二酸丁二醇酯(PBS)，40‑10％机械活化淀粉，5‑15％增塑剂。本发明的生物可降解PBS/机械活化淀粉复合材料具有可生物降解、安全无毒、机械性能优异和加工工艺简单，扩展了PBS在包装、服饰、各类板材领域的应用，具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于生物可降解复合材料技术领域，具体涉及一种生物可降解PBS/机械活化淀粉复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丁二酸丁二醇酯(PBS)，其分子链中含有大量酯基，在使用时性能稳定，而在使用后能够被自然界中的生物代谢或分解，是生物可降解塑料。PBS不仅可采用传统的石油和煤的化工路线生产，也可通过葡萄糖、纤维素、蔗糖等可再生资源转化得到。PBS因能快速降解、综合性能较好、对动植物无毒害等优点逐渐得到研究青睐，是有望能替代传统高分子塑料之一。但PBS存在生产成本较高、韧性较差、难以加工成型等缺点，需将PBS与其他材料进行复配改性，以改善PBS自身的缺陷。通过与天然高分子材料进行改性，既能弥补PBS自身的缺陷，也能使PBS复合材料保留对生物无毒害且快速降解的性能，目前已成为了较为热门的PBS改性处理方式。其中淀粉因其产量高、价格便宜，与PBS进行改性的复合材料性能大幅改善且颜色不变，是较为理想的PBS改性复配材料之一。
淀粉分子链中含有大量羟基相互作用，导致其分子间作用力较强。在淀粉颗粒中，支链淀粉构成其骨架，支链淀粉的侧链通过氢键与直链淀粉结合，构成部分结晶结构。大量的氢键作用和结晶现象使得淀粉熔点高、受热时流动性极差、加工困难，因而需要对淀粉进行塑化才能进一步加工。然而，对淀粉改性过程中往往加入具有毒性的添加剂，不仅增加了生产成本和时间，还可能存在与PBS制备的复合材料具有毒性，极大限制了PBS在食品、服饰等领域的应用。
机械活化法在球磨介质或高速剪切下通过挤压作用和高速的剪切应力下，使淀粉受到机械力的强烈冲击，淀粉的结晶区域及非结晶区域分布会发生改变，非结晶区域增加，亲油性提高，同时也伴随着机械能转化为内能的过程，使淀粉熔点下降，反应活性能有效提高，化学试剂能摆脱结晶区阻碍迅速进入到淀粉内部，反应效率更高。通过该方法对淀粉改性，再添加绿色无毒性的增塑剂，使淀粉在温和条件下进行充分塑化，让PBS/淀粉复合材料合成成本降低，相容性和韧性提高，扩展PBS的应用领域，同时对有效利用淀粉也具有一定的经济效益。
发明内容
本发明的目的是提供一种生物可降解PBS/机械活化淀粉复合材料及其制备方法，该复合材料具有可生物降解、安全无毒、机械性能优异和加工工艺简单。为实现以上目的，本发明提高如下技术方案：
本发明首先一种生物可降解PBS/机械活化淀粉复合材料，按重量份数计，包括：60-90份聚丁二酸丁二醇酯、40-10份机械活化淀粉、5-15份增塑剂。
优选的是，所述机械活化淀粉由以下方法制备：将淀粉于60℃干燥12h，得到干燥淀粉，将干燥淀粉加入活化仪器中，调节活化时间和活化温度，经过高速机械活化处理，得到机械活化淀粉。
优选的是，所述的淀粉选自玉米淀粉，木薯淀粉，土豆淀粉，豌豆淀粉，红薯淀粉的一种或几种。
优选的是，所述的机械淀粉活化时间为20-90分钟，活化温度为40-65℃。
优选的是，所述的增塑剂选自TEC、ATEC、TBC、ATBC等中的一种或几种。
本发明还提供一种生物可降解PBS/机械活化淀粉复合材料制备方法：将聚丁二酸丁二醇酯、机械活化淀粉、增塑剂混合均匀，再加入到双螺杆挤出机中，进行熔融挤出造粒。
本文提供一种生物可降解PBS/机械活化淀粉复合材料制备方法，和现有技术相比，通过机械活化的物理改性方法对淀粉改性，简单高效，能有效破坏淀粉分子内氢键，亲油性提高，在绿色增塑剂作用下，更均匀分散在PBS基质中，改善两相的相容性，提高了界面结合力，复合材料具有更好的韧性；此外，本发明还提供一种生物可降解PBS/机械活化淀粉复合材料制备方法，让PBS与淀粉复合材料的合成工艺简单、安全无毒、具有可生物降解性，扩展了PBS的应用领域
具体实施方式
下面结合具体实施进一步详细描述本发明的实施方案。
实施例1
机械活化淀粉的制备：
首先将木薯淀粉在60℃中真空干燥12h，之后将干燥的淀粉放入活化仪器中，设置活化温度60℃，活化时间30min，即得机械活化淀粉。
PBS/机械活化淀粉复合材料的制备：
称取机械活化淀粉30重量份、12重量份ATBC增塑剂，相互混匀30min，得到机械活化淀粉混合物。称取70重量份PBS与机械活化淀粉混合物在高速混合机均匀混合3-8min，得到混合物料。将混合物料投入双螺杆挤出机挤出造粒，最终得到PBS/机械活化淀粉复合材料，其中挤出机从进料区到出料区温度分布为175℃、180℃、185℃、190℃、185℃、180℃、170℃。
实施例2
机械活化淀粉的制备：
与实施例1相同。
PBS/机械活化淀粉复合材料的制备：
称取机械活化淀粉40重量份、12重量份ATBC增塑剂，相互混匀30min，得到机械活化淀粉混合物。称取60重量份PBS与机械活化淀粉混合物在高速混合机均匀混合3-8min，得到混合物料。将混合物料投入双螺杆挤出机挤出造粒，最终得到PBS/机械活化淀粉复合材料，其中挤出机从进料区到出料区温度分布为175℃、180℃、185℃、190℃、185℃、180℃、170℃。
实施例3
机械活化淀粉的制备：
首先将木薯淀粉在60℃中真空干燥12h，之后将干燥的淀粉放入活化仪器中，设置活化温度60℃，活化时间60min，即得机械活化淀粉。
PBS/机械活化淀粉复合材料的制备：
与实施例1相同。
实施例4
机械活化淀粉的制备：
首先将木薯淀粉在60℃中真空干燥12h，之后将干燥的淀粉放入活化仪器中，设置活化温度50℃，活化时间30min，即得机械活化淀粉。
PBS/机械活化淀粉复合材料的制备：
与实施例1相同。
实施例5
机械活化淀粉的制备：
与实施例1相同。
PBS/机械活化淀粉复合材料的制备：
称取机械活化淀粉40重量份、12重量份TBC增塑剂，相互混匀30min，得到机械活化淀粉混合物。称取60重量份PBS与机械活化淀粉混合物在高速混合机均匀混合3-8min，得到混合物料。将混合物料投入双螺杆挤出机挤出造粒，最终得到PBS/机械活化淀粉复合材料，其中挤出机从进料区到出料区温度分布为175℃、180℃、185℃、190℃、185℃、180℃、170℃。
实施例6
机械活化淀粉的制备：
与实施例1相同。
PBS/机械活化淀粉复合材料的制备：
称取机械活化淀粉40重量份、10重量份ATBC增塑剂，相互混匀30min，得到机械活化淀粉混合物。称取60重量份PBS与机械活化淀粉混合物在高速混合机均匀混合3-8min，得到混合物料。将混合物料投入双螺杆挤出机挤出造粒，最终得到PBS/机械活化淀粉复合材料，其中挤出机从进料区到出料区温度分布为175℃、180℃、185℃、190℃、185℃、180℃、170℃。
实施例7
机械活化淀粉的制备：
首先将玉米淀粉在60℃中真空干燥12h，之后将干燥的淀粉放入活化仪器中，设置活化温度60℃，活化时间30min，即得机械活化淀粉。
PBS/机械活化淀粉复合材料的制备：
与实施例1相同。
对比例1
称取PBS基体100重量份放入双螺杆挤出机中挤出造粒，得到纯PBS颗粒，其中挤出机从进料区到出料区温度分布为175℃、180℃、185℃、190℃、185℃、180℃、170℃。
将上述PBS和PBS/机械活化淀粉复合材料注塑样条，用于拉伸性能、冲击性能等力学性能测试，测试方法如下：
(1)拉伸性能：按照GB1040-79进行拉伸性能测试。
(2)冲击性能：按照GB1043-80进行冲击性能测试。
表1PBS/机械活化淀粉复合材料的冲击强度和断裂伸长率
| 序号 | 冲击强度(J/m) | 断裂伸长率(％) |
| 对比例1 | 4.30 | 8.10 |
| 实施例1 | 9.48 | 51.66 |
| 实施例2 | 8.50 | 48.44 |
| 实施例3 | 5.96 | 14.16 |
| 实施例4 | 7.38 | 19.62 |
| 实施例5 | 7.52 | 34.62 |
| 实施例6 | 7.50 | 42.42 |
| 实施例7 | 7.90 | 44.92 |
以上是针对发明的可行实施例的具体说明，但该实施并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明的等效实施或变更，均应包含于本发明的专利范围中。
Claims (4)
1.一种生物可降解PBS/机械活化淀粉复合材料及其制备方法，其特征在于，按重量百分比计，包括：
60-90份聚丁二酸丁二醇酯(PBS)；
40-10％机械活化淀粉；
5-15份增塑剂；
所述的机械活化淀粉的制备方法，包括:(1)将淀粉于60℃干燥12h，得到干燥淀粉；(2)将干燥淀粉加入活化仪器中，高速机械活化处理，得到机械活化淀粉。
所述的生物可降解PBS/机械活化淀粉复合材料的制备方法，包括：将PBS、机械活化淀粉、增塑剂熔融共混，制备PBS/活化淀粉复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种生物可降解PBS/机械活化淀粉复合材料及其制备方法，其特征在于所述的淀粉选自玉米淀粉、木薯淀粉、土豆淀粉、豌豆淀粉、红薯淀粉的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种生物可降解PBS/机械活化淀粉复合材料及其制备方法，其特征在于所述机械活化淀粉在活化仪器活化时，活化时间为20-90分钟，活化温度为40-65℃。
4.根据权利要求1所述的一种生物可降解PBS/机械活化淀粉复合材料及其制备方法，其特征在于所述的增塑剂选自柠檬酸三乙酯(TEC)、柠檬酸三丁酯(TBC)、乙酰柠檬酸三乙酯(ATEC)和乙酰柠檬酸三丁酯(ATBC)等中的一种或几种。
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