CN103304851A - 一种高淀粉含量耐水全降解复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高淀粉含量耐水全降解复合材料及其制备方法。该方法首先将纳米二氧化硅粒子预先分散在增塑剂中制成纳米溶胶，其次将此溶胶与淀粉在高速混合机中共混均匀，再与聚乙烯醇在捏合机中捏合制得淀粉基母料，最后将淀粉基母料与聚乳酸通过开炼机、密炼机或者挤出机中的一种或者一种以上组合进行熔融共混，制得高淀粉含量耐水全降解复合材料。与普通生物基复合材料相比，高淀粉含量耐水全降解复合材料的淀粉含量高、成本低廉、各组分相容性好，材料的力学性能、耐水性均有显著提高，且所有组分可以完全降解，从而具备可持续发展的优良特性，同时可以在通用的塑料加工设备上采用模压、挤出、注塑等工艺加工成制品。
Description
技术领域
本发明涉及一种高淀粉含量耐水全降解复合材料及其制备方法，具体涉及利用纳米二氧化硅对淀粉进行改性，并与聚乳酸、聚乙烯醇等可降解材料共混制备高淀粉含量耐水全降解复合材料及其制备方法，属于高分子材料技术领域。
背景技术
基于环境和社会可持续发展的压力，各国政府都对塑料的白色污染给予了高度重视，因而对可降解塑料的研发给与了大力支持。
淀粉（St）为多糖类化合物，是目前广泛使用的可生物降解的天然高分子，其在微生物的作用下分解为葡萄糖，最后降解为CO2和H2O。虽然淀粉已经广泛应用于造纸、纺织、医药、石油、食品和发酵工业等很多领域，但淀粉属于含多羟基的刚性天然高分子材料，塑化难和吸湿后强度低等缺陷一直阻碍着淀粉材料的更广泛应用。20世纪70年代以来，人们将淀粉与人工合成塑料共混开发出了一系列降解塑料产品，其中淀粉多作为降低成本的填料而得到应用，但这类淀粉基塑料中淀粉含量较低，多作为降低成本的填料而存在，此类塑料由于不能完全降解，对解决环境污染的意义不大。
聚乳酸（PLA）是目前研究应用较多的生物降解材料，其必须先进行水解，在水解至一定程度后才可以进行酶解，降解产物为CO2和H2O，不污染环境，同时具有良好的生物相容性、疏水性、可加工性和优良的物理机械性能。聚乳酸与淀粉共混制备的复合材料可以有效改善淀粉基材料的加工性能，显著提高材料的力学强度和耐水性，并可以完全降解，应而具备可持续发展的优良特性。
但是淀粉/聚乳酸共混复合材料虽然具有一定的相容性，却无法完全相容，所制成复合材料的断裂伸长率低、韧性不足。聚乙烯醇（PVA）是一种富含羟基的可生物降解高分子材料，可作为淀粉/聚乳酸共混物的界面相容剂，在改善淀粉/聚乳酸共混复合材料相容性的同时，能够进一步提高该复合材料的力学强度。
纳米二氧化硅（nano-SiO2）是一种表面富含羟基的三维结构纳米颗粒，与淀粉/聚乳酸/聚乙烯醇复合材料共混后，能够优先与淀粉、聚乳酸或者聚乙烯醇表面的羟基结合形成氢键，使该复合材料的相容性得到进一步的改善，同时阻止游离态水分子与复合材料表面羟基的结合，从而提升了复合材料的耐水性。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的缺陷，提供一种高强度、高淀粉含量、耐水性有较大改善的高淀粉含量耐水全降解复合材料及其制备方法。该方法首先将纳米二氧化硅粒子预先分散在增塑剂中制成纳米溶胶，而后将此溶胶与淀粉在高速混合机中混合均匀，然后再与聚乙烯醇在捏合机中捏合制得淀粉基母料，最后将此母料与聚乳酸通过开炼机、密炼机或者挤出机中的一种或者一种以上组合进行熔融共混，制得高淀粉含量耐水全降解复合材料。复合材料各组分的相容性好，力学性能、耐水性均有显著提高，可以在通用的塑料加工设备上采用模压、挤出、注塑等工艺加工成制品。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种高淀粉含量耐水全降解复合材料及其制备方法，其特征在于所述的高淀粉含量耐水全降解复合材料是按质量份数计，配方组成如下：
所述的淀粉为磷酸酯淀粉、醋酸酯淀粉和辛烯琥珀酸酯淀粉等酯化淀粉中的一种或一种以上组合。
所述的聚乳酸是D-聚乳酸、L-聚乳酸和内消旋聚乳酸中的一种或一种以上组合。
所述的聚乙烯醇为不同聚合度的低醇解度聚乙烯醇中的一种或一种以上组合。
所述的增塑剂是聚丙二醇、聚乙二醇、丙三醇和柠檬酸三正丁酯中的一种或一种以上组合。
所述的纳米二氧化硅的粒径为7-12纳米之间。
高淀粉含量耐水全降解复合材料的制备方法，具体是首先采用高剪切乳化机、乳化泵或者超速搅拌机中的一种将1-4份纳米二氧化硅分散于20-40份增塑剂中，时间为1-3h，转速为700-3000rpm，再采用超声波发生器驱除其中的气泡，时间为1-2h，制成纳米溶胶；其次将20-40份纳米溶胶与50-80份淀粉在高速混合机中进行混合，时间为30min，再与10-30份聚乙烯醇在捏合机中捏合制成淀粉基母料，时间为10min；最后将80-150份淀粉基母料与20-50份聚乳酸通过开炼机、密炼机或者挤出机中的一种或一种以上组合进行熔融共混，制得高淀粉含量耐水全降解复合材料。采用开炼机的开炼温度为170-210℃，时间为10-20min；采用密炼机的密 炼温度为180-210℃，时间为5-15min，转速为50-150rpm；采用挤出机时，挤出机的料筒温度为140-210℃，螺杆转速为50-150rpm。
本发明具有以下优点：
与普通生物基复合材料相比，高淀粉含量耐水全降解复合材料的淀粉含量高、成本低廉、组分相容性好，材料的力学性能、耐水性均有显著提高，且所有组分都可以完全降解，从而具备可持续发展的优良特性，同时可以在通用的塑料加工设备上采用模压、挤出、注塑等工艺加工成制品。
具体实施方式：
现结合具体实施例对本发明的内容进行详细的说明，但所述实施例仅用于本发明而不是限制本发明。
实施例1
本发明提供的材料是由以下原料按重量比配制而成：
首先将上述原料中的纳米二氧化硅和聚丙二醇用超速搅拌机进行混合，时间为1h，转速为700-3000rpm，再采用超声波发生器驱除其中的气泡，时间为1h，制成纳米溶胶；其次将纳米溶胶与醋酸酯淀粉在高速混合机中进行混合，时间为30min，再与聚合度1700、醇解度88%的聚乙烯醇在捏合机中进行捏合，制成淀粉基母料，时间为10min；最后将淀粉基母料与L-聚乳酸通过密炼机进行熔融共混，密炼温度为180℃，时间为6min，转速为60rpm，制得高淀粉含量耐水全降解复合材料。
实施例2
本发明提供的材料是由以下原料按重量比配制而成：
首先将上述原料中的纳米二氧化硅和丙三醇用高剪切乳化机进行混合，时间为1.5h，转速为700-3000rpm，再采用超声波发生器驱除其中的气泡，时间为1.5h，制成纳米溶胶；其次将纳米溶胶与醋酸酯淀粉在高速混合机中进行混合，时间为30min，再与聚合度500、醇解度88%的聚乙烯醇在捏合机中进行捏合，制成淀粉基母料，时间为10min；最后将淀粉基母料与L-聚乳酸通过密炼机进行熔融共混，密炼温度为180℃，时间为8min，转速为60rpm，制得高淀粉含量耐水全降解复合材料。
实施例3
本发明提供的材料是由以下原料按重量比配制而成：
首先将上述原料中的纳米二氧化硅和柠檬酸三正丁酯用乳化泵进行混合，时间为1.5h，转速为700-3000rpm，再采用超声波发生器驱除其中的气泡，时间为2h，制成纳米溶胶；其次将纳米溶胶与磷酸酯淀粉在高速混合机中进行混合，时间为30min，再与聚合度500、醇解度88%的聚乙烯醇在捏合机中进行捏合，制成淀粉基母料，时间为10min；最后将淀粉基母料与D-聚乳酸通过开炼机进行熔融共混，开炼温度为190℃，时间为10min，制得高淀粉含量耐水全降解复合材料。
实施例4
本发明提供的材料是由以下原料按重量比配制而成：
首先将上述原料中的纳米二氧化硅和柠檬酸三正丁酯用高剪切乳化机进行混合，时间为2.5h，转速为700-3000rpm，再采用超声波发生器驱除其中的气泡，时间为2h，制成纳米溶胶；其次将纳米溶胶与辛烯琥珀酸酯淀粉在高速混合机中进行混合，时间为30min，再与聚合度1700、醇解度88%的聚乙烯醇在捏合机中进行捏合，制成淀粉基母料，时间为10min；最后将淀粉基母料与L-聚乳酸通过挤出机进行熔融共混，挤出机的料筒温度为170-210℃，螺杆转速 为60rpm，制得高淀粉含量耐水全降解复合材料。
实施例5
本发明提供的材料是由以下原料按重量比配制而成：
首先将上述原料中的纳米二氧化硅和聚乙二醇用超速搅拌机进行混合，时间为2.5h，转速为700-3000rpm，再采用超声波发生器驱除其中的气泡，时间为2h，制成纳米溶胶；其次将纳米溶胶与醋酸酯淀粉在高速混合机中进行混合，时间为30min，再与聚合度为500、醇解度88%的聚乙烯醇在捏合机中进行捏合，制成淀粉基母料，时间为10min；最后将淀粉基母料与L-聚乳酸通过密炼机进行熔融共混，密炼温度为190℃，时间为10min，转速为60rpm，制得高淀粉含量耐水全降解复合材料。
实施例6
本发明提供的材料是由以下原料按重量比配制而成：
首先将上述原料中的纳米二氧化硅和丙三醇用高剪切乳化机进行混合，时间为3h，转速为700-3000rpm，再采用超声波发生器驱除其中的气泡，时间为2h，制成纳米溶胶；其次将纳米溶胶与辛烯琥珀酸酯淀粉在高速混合机中进行混合，时间为30min，再与聚合度为2400、醇解度88%的聚乙烯醇在捏合机中进行捏合，制成淀粉基母料，时间为10min；最后将淀粉基母料与D-聚乳酸通过密炼机进行熔融共混，密炼温度为200℃，时间为10min，转速为60rpm，制得高淀粉含量耐水全降解复合材料。
Claims (10)
1.一种高淀粉含量耐水全降解复合材料，其特征在于所述的一种高淀粉含量耐水全降解复合材料按质量份数计，配方组成如下：
2.根据权利要求1所述的材料，其特征在于淀粉为磷酸酯淀粉、醋酸酯淀粉和辛烯琥珀酸酯淀粉等酯化淀粉中的一种或一种以上组合。
3.根据权利要求1所述的材料，其特征在于聚乳酸是D-聚乳酸、L-聚乳酸和内消旋聚乳酸中的一种或一种以上组合。
4.根据权利要求1所述的材料，其特征在于聚乙烯醇为不同聚合度的低醇解度聚乙烯醇中的一种或一种以上组合。
5.根据权利要求1所述的材料，其特征在于增塑剂是聚丙二醇、聚乙二醇、丙三醇和柠檬酸三正丁酯中的一种或一种以上组合。
6.根据权利要求1所述的材料，其特征在于纳米二氧化硅的粒径为7-12纳米之间。
7.根据权利要求1所述的材料，其特征在于将纳米二氧化硅和增塑剂称量后，用高剪切乳化机、乳化泵或者超速搅拌机中的一种将纳米二氧化硅分散于增塑剂中，并采用超声波发生器驱除其中的气泡，制成纳米溶胶。
8.根据权利要求1所述的材料，其特征在于将淀粉与纳米溶胶称量后在高速混合机中进行混合，再与聚乙烯醇在捏合机中进行捏合，制成淀粉基母料。
9.根据权利要求1所述的材料，其特征在于将淀粉基母料与聚乳酸通过开炼机、密炼机或者挤出机中的一种或一种以上组合进行熔融共混，制得高淀粉含量耐水全降解复合材料。
10.根据权利要求1所述的材料，其特征在于与普通生物基复合材料相比，高淀粉含量耐水全降解复合材料的成本低廉、组分相容性好，材料的力学性能、耐水性均有显著提高，且所有组分都可以完全降解，能够在通用的塑料加工设备上采用模压、挤出、注塑等工艺加工成制品。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130918 |