CN1931905A - 一种相容性热塑性淀粉/聚乙烯共混挤出物及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
一种相容性热塑性淀粉/聚乙烯共混挤出物及其制备方法和应用。共混挤出物由淀粉、聚乙烯、塑化剂、添加剂和引发剂组成；其中塑化剂的添加量为淀粉重量的5％～50％；淀粉和塑化剂的重量之和与聚乙烯的重量比为1∶9～9∶1；而添加剂和引发剂的添加量则分别为聚乙烯重量的0.1％～10％和0.01％～5％。本发明提供的相容性热塑性淀粉/聚乙烯共混挤出物无需添加价格昂贵的增容剂，因而能够大幅度降低生产成本，并且产品具有良好的机械性能和生物降解性能，可用于加工可生物降解的塑料制品。另外，淀粉的热塑化与聚乙烯的共混增容能够在挤出机中一步完成，因而制备工艺简单且易于操作，所以适合大规模工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于天然高分子修饰改性领域，特别是涉及一种相容性热塑性淀粉/聚乙烯共混挤出物及其制备方法和应用。
背景技术
为了解决不可降解塑料废弃物对环境造成的污染，许多国家的研究人员都在致力于研究开发环境可降解塑料。目前，淀粉基生物降解塑料是应用最广泛的一类材料，其中绝大部分是将作为填充剂的淀粉添加到聚乙烯中而制成，但由于所使用的填充剂几乎都是颗粒淀粉，并且均经过烘干处理，所以淀粉的填充量低，并且填充物的机械性能差。为了提高淀粉的填充量，使淀粉均匀地分散在聚合物中，以提高淀粉填充聚合物薄膜的机械性能和生物降解性能，必须改进两者的相容性，为此研究人员主要从以下三个方面进行了大量的研究工作：(1)降低淀粉的亲水性；(2)增加聚乙烯的亲油性；(3)在两者之间引入适宜的增容剂，其中以最后一种方法应用最为普遍。但是由于大多数增容剂的价格昂贵，而且加工工艺也比较复杂，这样就会大大提高生产成本，因而不利于工业化生产。另外，尽管目前淀粉和聚乙烯共混改性的研究已经取得了很大的进展，但到目前为止尚未发现无需使用增容剂且只需“一步法”就可制成相容性热塑性淀粉/聚乙烯共混挤出物的研究见诸报道。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种无需使用价格昂贵的增容剂，因而能够大幅度降低生产成本，并且产品性能良好的相容性热塑性淀粉/聚乙烯共混挤出物。
本发明的另一个目的是提供一种制备工艺简单且易于操作，因而适合大规模工业化生产的相容性热塑性淀粉/聚乙烯共混挤出物的制备方法。
本发明的再一个目的是提供一种上述相容性热塑性淀粉/聚乙烯共混挤出物在加工可生物降解塑料领域的应用。
为了达到上述目的，本发明提供的相容性热塑性淀粉/聚乙烯共混挤出物由淀粉、聚乙烯、塑化剂、添加剂和引发剂组成；其中塑化剂的添加量为淀粉重量的5％～50％；淀粉和塑化剂的重量之和与聚乙烯的重量比为1∶9～9∶1；而添加剂和引发剂的添加量则分别为聚乙烯重量的0.1％～10％和0.01％～5％。
所述的塑化剂选自乙二醇、甘油、山梨醇、木糖醇、甲酰胺、乙酰胺、尿素、乙醇胺、乙撑二甲酰胺中的一种或两种。
所述的添加剂选自马来酸酐、丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酰胺、醋酸乙烯酯、油酸、亚油酸中的一种或两种。
所述的引发剂选自过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、过硫酸钾、过硫酸铵、硝酸铈胺中的一种或两种。
本发明提供的相容性热塑性淀粉/聚乙烯共混挤出物的制备方法是按照下列步骤顺序进行：
(1)将按照上述比例称量后的淀粉、聚乙烯、塑化剂、添加剂和引发剂一起加入到高速混合机中进行共混，或先将添加剂和引发剂溶解在塑化剂中，然后与聚乙烯和淀粉一同加入到高速混合机中，或先将添加剂和引发剂加入到能够将其溶解的易挥发有机溶剂中，然后与聚乙烯、淀粉及塑化剂一同加入到高速混合机中进行混合，直至有机溶剂完全挥发；
(2)将上述混合均匀的物料置于密闭容器中放置24-48h，然后加入到挤出机中，并在100℃-140℃-160℃-110℃的挤出温度及10-30r/min的转速下将混合物料挤出即可获得相容性热塑性淀粉/聚乙烯共混挤出物。
所述的易挥发有机溶剂为丙酮、无水乙醇或它们的混合物。
本发明提供的相容性热塑性淀粉/聚乙烯共混挤出物能够用于加工可生物降解且具有优良机械性能的塑料制品。
本发明提供的相容性热塑性淀粉/聚乙烯共混挤出物无需添加价格昂贵的增容剂，因而能够大幅度降低生产成本，并且产品具有良好的机械性能和生物降解性能，可用于加工可生物降解的塑料制品。另外，淀粉的热塑化与聚乙烯的共混增容能够在挤出机中一步完成，因而制备工艺简单且易于操作，所以适合大规模工业化生产。
具体实施方式
实施例1：
准确称取1000g淀粉、1200g聚乙烯、200g乙二醇、12g马来酸酐和1.2g过氧化二异丙苯(DCP)，此时淀粉和乙二醇的重量之和与聚乙烯的重量相同，然后将上述原料同时加入到高速混合机中进行共混，之后将混合均匀的物料置于塑料袋中密封后放置24h，以使小分子塑化剂完全渗透到淀粉分子中，从而使淀粉能够更好地进行塑化，最后加入到单螺杆或双螺杆挤出机中，并在100℃-140℃-160℃-110℃(从进料口至出料口)的挤出温度及10r/min的转速下将混合物料挤出，即可获得直径为3mm左右的条状相容性热塑性淀粉/聚乙烯共混挤出物，其力学性能分别为拉伸强度8.8Mpa，断裂伸长率528.6％，在潮湿土壤中经过30天降解后，其拉伸强度降低为1.1Mpa，断裂伸长率为100.8％。
实施例2：
准确称取1000g淀粉、833.33g聚乙烯、250g山梨醇、8.33g丙烯酸和0.83g过氧化苯甲酰(BPO)，此时淀粉和山梨醇的重量之和与聚乙烯的重量比为6∶4，首先将丙烯酸和过氧化苯甲酰加入到适量的丙酮中以使其溶解，然后与淀粉、聚乙烯和山梨醇一起加入到高速混合机中进行共混，待丙酮完全挥发后将混合均匀的物料置于塑料袋中密封后放置24h，最后加入到单螺杆或双螺杆挤出机中，并在100℃-140℃-160℃-110℃(从进料口至出料口)的挤出温度及15r/min的转速下将混合物料挤出，即可获得直径为3mm左右的条状相容性热塑性淀粉/聚乙烯共混挤出物，其力学性能分别为拉伸强度8.2Mpa，断裂伸长率462.2％，在潮湿土壤中经过30天降解后，其拉伸强度降低为0.8Mpa，断裂伸长率为50.8％。
实施例3：
准确称取1000g淀粉、1300g聚乙烯、150g甲酰胺、150g尿素、13g马来酸酐和1.3g过氧化二异丙苯和过氧化苯甲酰复配物(重量比为3∶1)，此时淀粉、甲酰胺和尿素的重量之和与聚乙烯的重量相同，首先将尿素、马来酸酐、过氧化二异丙苯和过氧化苯甲酰复配物溶解在甲酰胺中，然后与淀粉、聚乙烯一起加入到高速混合机中进行共混，之后将混合均匀的物料置于塑料袋中密封后放置48h，最后加入到单螺杆或双螺杆挤出机中，并在100℃-140℃-160℃-110℃(从进料口至出料口)的挤出温度及15r/min的转速下将混合物料挤出，即可获得直径为3mm左右的条状相容性热塑性淀粉/聚乙烯共混挤出物，其力学性能分别为拉伸强度10.2Mpa，断裂伸长率684.2％，在潮湿土壤中经过30天降解后，其拉伸强度降低为1.6Mpa，断裂伸长率为120.6％。
实施例4：
准确称取1000g淀粉、1300g聚乙烯、300g甘油、13g丙烯酰胺和1.3g过硫酸钾，此时淀粉和甘油的重量之和与聚乙烯的重量相同，首先将丙烯酰胺和过硫酸钾溶解在甘油中，然后与将淀粉和聚乙烯一起加入到高速混合机中进行共混，之后将混合均匀的物料置于塑料袋中密封后放置24h，最后加入到单螺杆或双螺杆挤出机中，并在100℃-140℃-160℃-110℃(从进料口至出料口)的挤出温度及15r/min的转速下将混合物料挤出，即可获得直径为3mm左右的条状相容性热塑性淀粉/聚乙烯共混挤出物，其力学性能分别为拉伸强度9.0Mpa，断裂伸长率557.1％，在潮湿土壤中经过30天降解后，其拉伸强度降低为1.5Mpa，断裂伸长率为109.2％。
实施例5：
准确称取1000g淀粉、1950g聚乙烯、150g乙醇胺、150g尿素、39g马来酸酐和1.95g过氧化苯甲酰，此时淀粉、乙醇胺和尿素的重量之和与聚乙烯的重量比为4∶6，首先将马来酸酐和过氧化苯甲酰溶解在适量的丙酮中以使其溶解，然后与淀粉、聚乙烯、乙醇胺及尿素一起加入到高速混合机中进行共混，待丙酮完全挥发后将混合均匀的物料置于塑料袋中密封后放置24h，最后加入到单螺杆或双螺杆挤出机中，并在100℃-140℃-160℃-110℃(从进料口至出料口)的挤出温度及15r/min的转速下将混合物料挤出，即可获得直径为3mm左右的条状相容性热塑性淀粉/聚乙烯共混挤出物，其力学性能分别为拉伸强度9.6Mpa，断裂伸长率625.7％，在潮湿土壤中经过30天降解后，其拉伸强度降低为1.4Mpa，断裂伸长率为110.4％。
Claims (7)
1、一种相容性热塑性淀粉/聚乙烯共混挤出物，其特征在于：所述的相容性热塑性淀粉/聚乙烯共混挤出物由淀粉、聚乙烯、塑化剂、添加剂和引发剂组成；其中塑化剂的添加量为淀粉重量的5％～50％；淀粉和塑化剂的重量之和与聚乙烯的重量比为1∶9～9∶1；而添加剂和引发剂的添加量则分别为聚乙烯重量的0.1％～10％和0.01％～5％。
2、根据权利要求1所述的相容性热塑性淀粉/聚乙烯共混挤出物，其特征在于：所述的塑化剂选自乙二醇、甘油、山梨醇、木糖醇、甲酰胺、乙酰胺、尿素、乙醇胺、乙撑二甲酰胺中的一种或两种。
3、根据权利要求1所述的相容性热塑性淀粉/聚乙烯共混挤出物，其特征在于：所述的添加剂选自马来酸酐、丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酰胺、醋酸乙烯酯、油酸、亚油酸中的一种或两种。
4、根据权利要求1所述的相容性热塑性淀粉/聚乙烯共混挤出物，其特征在于：所述的引发剂选自过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、过硫酸钾、过硫酸铵、硝酸铈胺中的一种或两种。
5、一种如权利要求1所述的相容性热塑性淀粉/聚乙烯共混挤出物的制备方法，其特征在于：所述的制备方法是按照下列步骤顺序进行：
(1)将按照上述比例称量后的淀粉、聚乙烯、塑化剂、添加剂和引发剂一起加入到高速混合机中进行混合，或先将添加剂和引发剂溶解在塑化剂中，然后与聚乙烯和淀粉一同加入到高速混合机中，或先将添加剂和引发剂加入到能够将其溶解的易挥发有机溶剂中，然后与聚乙烯、淀粉及塑化剂一同加入到高速混合机中进行共混，直至有机溶剂完全挥发；
(2)将上述混合均匀的物料置于密闭容器中放置24-48h，然后加入到挤出机中，并在100℃-140℃-160℃-110℃的挤出温度及10-30r/min的转速下将混合物料挤出即可获得相容性热塑性淀粉/聚乙烯共混挤出物。
6、根据权利要求5所述的相容性热塑性淀粉/聚乙烯共混挤出物的制备方法，其特征在于：所述的易挥发有机溶剂为丙酮、无水乙醇或它们的混合物。
7、一种如权利要求1所述的相容性热塑性淀粉/聚乙烯共混挤出物的应用，其特征在于：所述的相容性热塑性淀粉/聚乙烯共混挤出物能够用于加工可生物降解且具有优良机械性能的塑料制品。
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