CN101143936A - 一种完全生物降解的高直链淀粉基薄膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种完全生物降解的高直链淀粉基薄膜的制备方法，它涉及了一种能完全生物降解的薄膜的制备方法。本发明解决了目前塑料薄膜不能完全生物降解的问题。一种完全生物降解的高直链淀粉基薄膜按如下步骤进行制备：一、糊化；二、共混；三、增塑、交联；四、脱气、干燥；即得到完全生物降解的高直链淀粉基薄膜。本发明所生产的产品具有安全无毒、可完全生物降解等特点，具有优良的使用性能和降解性能。

Description

一种完全生物降解的高直链淀粉基薄膜的制备方法
技术领域
本发明涉及的是一种能完全生物降解的薄膜的制备方法。
背景技术
塑料自上世纪问世以来，因其具有比重小、生产工艺简单、产品种类繁多、美观实用等特点，已经渗透到工业、农业、国防及日常生活等各个领域，按体积计算，塑料已成为产量和用量最大的材料。在塑料被广泛应用的同时，它所存在的问题也日益显现。一方面由于塑料制品性能稳定，一般在短时间内不会自行消失，而且由于塑料产品使用后回收难度大，处理成本高，废弃物积累速度快，已成为污染环境的重要原因，严重威胁到人类和动植物的生存环境，日益成为世界性公害。另一方面，绝大部分塑料产品的原材料来源于石油化工，而石油是一种不可再生资源。因此，以天然高分子尤其是以淀粉为原料的生物可降解塑料已成为世界各国竞相研究和开发的热点领域。
我国对可降解塑料薄膜的研究起步于20世纪70年代的光降解塑料薄膜，研发的重点是光降解、碳酸钙填充的光降解和淀粉填充型塑料薄膜，但上述产品均不能完全降解。目前对降解塑料薄膜的开发重点已经向完全生物降解塑料薄膜领域转移。
发明内容
本发明的目的在于解决目前塑料薄膜不能完全生物降解的问题，而提供一种完全生物降解的高直链淀粉基薄膜的制备方法。
一种完全生物降解的高直链淀粉基薄膜是按如下步骤进行制备：一、将高直链淀粉用水调成质量浓度为13％～17％的淀粉乳，再用0.3～0.5mol/L的氢氧化钠调节淀粉乳pH值为8.5～9.5，然后将淀粉乳加热至90℃～110℃，在300～400r/min的搅拌速度下糊化20～40min；二、将质量浓度为7％～9％的聚乙烯醇水溶液，在100～140r/min搅拌速度下与淀粉乳共混，其中聚乙烯醇与高直链淀粉的质量比为4：6；三、再加入质量浓度为15～30％的甘油水溶液，在100～105℃的条件下增塑反应20～40min，甘油质量为淀粉和聚乙烯醇总重量的20％，然后将温度降至85℃～90℃，用0.5～1mol/L的盐酸调节体系的pH值为2～5，滴加乙二醛交联反应30～50min，乙二醛质量为淀粉和聚乙烯醇总重量的10％，加入淀粉和聚乙烯醇总重量的2％的耐水性助剂尿素反应15～25min，形成膜液；四、将膜液真空脱气10～20min，真空度为0.06～0.09MPa，再将膜液流延到有机玻璃模具中，在60℃～80℃的条件下干燥3～5小时后揭膜；即得到完全生物降解的高直链淀粉基薄膜。
本发明所采用的高直链玉米淀粉的直链淀粉含量为80％～82％。滴加乙二醛水溶液是为了让乙二醛充分反应，完全参加交联，膜液真空脱气是为了去除搅拌过程中引入的气泡。
本发明所生产的产品，经扫描电镜观察，断面结构致密并具有空间网状结构；经X射线衍射分析具有一定的结晶结构；经示差扫描量热仪分析其热性能稳定，在50℃下可正常使用；经红外光谱分析，交联剂乙二醛已完全参加了交联反应而无余量残存，在使用时不会发生单体助剂析出。同时本发明所采用的其他助剂均为无毒且能够完全生物降解的物质，因此产品作为各种包装材料使用时具有不污染环境、安全无毒、可完全降解等特征，其使用性能已达到传统聚烯烃塑料薄膜并且明显高于普通淀粉基可降解薄膜，其生物降解性能明显优于目前大型超市中所使用的环保型包装材料。测定产品的各种性能如下：拉伸强度32.8MPa、断裂伸长率135％、透光率42.1％、吸水率41.7％、吸油率0％，在常温、土壤pH值为7.5～8.5的条件下降解50天时失重率可达68.2％，70～90天能完全降解。本发明拓宽了制备完全生物降解薄膜的原料范围，产品具有优良的使用性能和降解性能。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的一种完全生物降解的高直链淀粉基薄膜是按如下步骤进行制备一、将高直链淀粉用水调成质量浓度为13％～17％的淀粉乳，再用0.3～0.5mol/L的氢氧化钠调节淀粉乳pH值为8.5～9.5，然后将淀粉乳加热至90℃～110℃，在300～400r/min的搅拌速度下糊化20～40min；二、将质量浓度为7％～9％的聚乙烯醇水溶液，在100～140r/min搅拌速度下与淀粉乳共混，其中聚乙烯醇与高直链淀粉的质量比为4：6；三、再加入质量浓度为15～30％的甘油水溶液，在100～105℃的条件下增塑反应20～40min，甘油质量为淀粉和聚乙烯醇总重量的20％，然后将温度降至85℃～90℃，用0.5～1mol/L的盐酸调节体系的pH值为2～5，滴加乙二醛交联反应30～50min，乙二醛质量为淀粉和聚乙烯醇总重量的10％，加入淀粉和聚乙烯醇总重量的2％的耐水性助剂尿素反应15～25min，形成膜液；四、将膜液真空脱气10～20min，真空度为0.06～0.09MPa，再将膜液流延到有机玻璃模具中，在60℃～80℃的条件下干燥3～5小时后揭膜；即得到完全生物降解的高直链淀粉基薄膜。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤一中将高直链淀粉用水调成14％～16％的淀粉乳，再用0.4mol/L的氢氧化钠调节淀粉乳pH值为9.0。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤一中将高直链淀粉用水调成15％的淀粉乳。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤一中将淀粉乳加热至95℃～105℃，在320～380r/min的搅拌速度下糊化25～35min。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤一中将淀粉乳加热至100℃，在350r/min的搅拌速度下糊化30min。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤二中将质量浓度为8％的聚乙烯醇水溶液，在120r/min的搅拌速度下与淀粉乳共混。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
本实施方式中将聚乙烯醇放入水中加热溶解形成透明液体。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤三中加入质量浓度为20％甘油水溶液在102℃的条件下增塑反应30min。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤三中将温度降至88℃，用0.9mol/L盐酸调节体系的pH值为2～3。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤三中用0.8mol/L盐酸调节体系的pH值为2.5。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤三中滴加乙二醛交联反应35～45min。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤三中滴加乙二醛交联反应40min。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤三中加入耐水性助剂尿素反应20min。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤四中将膜液真空脱气14～16min，真空度为0.07～0.08MPa。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤四中将膜液真空脱气15min，真空度为0.075MPa。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤四中在65℃～75℃的条件下干燥。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤四中在70℃的条件下干燥4小时。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式十七：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤三中滴加质量浓度为30％的乙二醛水溶液。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式十八：本实施方式的一种完全生物降解的高直链淀粉基薄膜是按如下步骤进行制备：一、将高直链淀粉用水调成质量浓度为15％的淀粉乳，再用0.5mol/L的氢氧化钠调节淀粉乳pH值为9，然后将淀粉乳加热至100℃，在350r/min的搅拌速度下糊化30min；二、将质量浓度为8％的透明聚乙烯醇水溶液，在120r/min的搅拌速度下与淀粉乳共混，其中聚乙烯醇与高直链淀粉的质量比为4：6；三、再加入质量浓度为20％的甘油水溶液增塑反应30min，甘油质量为淀粉和聚乙烯醇干基总重量的20％，然后将温度降至90℃，用1mol/L的盐酸调节体系的pH值为2，再滴加质量浓度为30％乙二醛水溶液交联反应40min，乙二醛质量为淀粉和聚乙烯醇干基总重量的10％，加入淀粉和聚乙烯醇干基总重量的2％的耐水性助剂尿素反应20min，形成膜液；四、将膜液真空脱气15min，真空度为0.08MPa，再将膜液流延到有机玻璃模具中，在70℃的条件下干燥4小时后揭膜；即得到一种完全生物降解的高直链淀粉基薄膜。
本实施方式所制得的完全生物降解的高直链淀粉基薄膜测定其各种性能如下：拉伸强度32.8MPa、断裂伸长率135％、透光率42.1％、吸水率41.7％、吸油率0％，在常温、土壤pH值为7.5～8.5的条件下降解50天时失重率可达68.2％，85天完全降解。

Claims (10)

1.一种完全生物降解的高直链淀粉基薄膜的制备方法，其特征在于一种完全生物降解的高直链淀粉基薄膜是按如下步骤进行制备：一、将高直链淀粉用水调成质量浓度为13％～17％的淀粉乳，再用0.3～0.5mol/L的氢氧化钠调节淀粉乳pH值为8.5～9.5，然后将淀粉乳加热至90℃～110℃，在300～400r/min的搅拌速度下糊化20～40min；二、将质量浓度为7％～9％的聚乙烯醇水溶液，在100～140r/min搅拌速度下与淀粉乳共混，其中聚乙烯醇与高直链淀粉的质量比为4∶6；三、再加入质量浓度为15～30％的甘油水溶液，在100～105℃的条件下增塑反应20～40min，甘油质量为淀粉和聚乙烯醇总重量的20％，然后将温度降至85℃～90℃，用0.5～1mol/L的盐酸调节体系的pH值为2～5，滴加乙二醛交联反应30～50min，乙二醛质量为淀粉和聚乙烯醇总重量的10％，加入淀粉和聚乙烯醇总重量的2％的耐水性助剂尿素反应15～25min，形成膜液；四、将膜液真空脱气10～20min，真空度为0.06～0.09MPa，再将膜液流延到有机玻璃模具中，在60℃～80℃的条件下干燥3～5小时后揭膜；即得到完全生物降解的高直链淀粉基薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种完全生物降解的高直链淀粉基薄膜的制备方法，其特征在于步骤一中将高直链淀粉用水调成14％～16％的淀粉乳，再用0.4mol/L的氢氧化钠调节淀粉乳pH值为9.0。
3.根据权利要求1所述的一种完全生物降解的高直链淀粉基薄膜的制备方法，其特征在于步骤一中将淀粉乳加热至95℃～105℃，在320～380r/min的搅拌速度下糊化25～35min。
4.根据权利要求1所述的一种完全生物降解的高直链淀粉基薄膜的制备方法，其特征在于步骤二中将质量浓度为8％的聚乙烯醇水溶液，在120r/min的搅拌速度下与淀粉乳共混。
5.根据权利要求1所述的一种完全生物降解的高直链淀粉基薄膜的制备方法，其特征在于步骤三中加入质量浓度为20％甘油水溶液在102℃的条件下增塑反应30min。
6.根据权利要求1所述的一种完全生物降解的高直链淀粉基薄膜的制备方法，其特征在于步骤三中将温度降至88℃，用0.9mol/L盐酸调节体系的pH值为2～3。
7.根据权利要求1所述的一种完全生物降解的高直链淀粉基薄膜的制备方法，其特征在于步骤三中滴加乙二醛交联反应35～45min。
8.根据权利要求1所述的一种完全生物降解的高直链淀粉基薄膜的制备方法，其特征在于步骤三中加入耐水性助剂尿素反应20min。
9.根据权利要求1所述的一种完全生物降解的高直链淀粉基薄膜的制备方法，其特征在于步骤四中将膜液真空脱气14～16min，真空度为0.07～0.08MPa。
10.根据权利要求1所述的一种完全生物降解的高直链淀粉基薄膜的制备方法，其特征在于步骤四中在65℃～75℃的条件下干燥。
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