CN116925510B - 一种可用于膜袋的全降解淀粉基材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可用于膜袋的全降解淀粉基材料的制备方法,属于淀粉基材料技术领域,所述制备方法由以下步骤组成:制备相容剂,淀粉改性,物料混合,塑化造粒;所述制备相容剂,将超细碳酸钙、去离子水混合后,在25‑35℃下搅拌,加入一级改性剂,在50‑60℃下搅拌,加入二级改性剂、偶氮二异丁腈,搅拌后,在紫外光的照射下继续搅拌,过滤,干燥,得到相容剂;本发明能够提高淀粉基材料中淀粉含量,从而提高降解速度的同时,提高淀粉基材料的力学性能、硬度、模量、软化温度、耐寒性、加工流动性、耐碱性、透光率。

Description

一种可用于膜袋的全降解淀粉基材料的制备方法
技术领域
本发明涉及淀粉基材料技术领域,具体涉及一种可用于膜袋的全降解淀粉基材料的制备方法。
背景技术
近年来,全球环保意识的不断提高,可降解材料作为一种环保材料受到了广泛关注。可降解材料是指在一定条件下可以分解为小分子或微生物可利用的物质,不会对环境造成污染的材料,广泛应用于膜袋的制备中。植物淀粉是一种纯天然生物高分子材料,来源丰富、价格低廉、可完全降解,应用在生物基高分子材料的应用中,可大大降低生产成本,还能调节生物基材料的生物降解性能。
但由于淀粉类材料自身的局限性,导致淀粉基材料的力学性能较差,而且在热塑成型过程中淀粉基材料在高温下易分解,从而使淀粉基材料的颜色变深,透光率下降,为了避免透光率下降的问题,目前对常用的方法为降低淀粉基材料的加工温度,一般较低至130℃左右,较低的加工温度容易使其它树脂材料塑化不彻底;此外,当前淀粉基材料的生产工艺都是将植物淀粉与聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯、聚乳酸等生物树脂及塑化剂在高速混合机中进行简单的物理共混后,再在双螺杆挤出机中加工制成,为了避免力学性能的大幅度下降,在淀粉基材料中淀粉的添加量普遍比较低,一般在20wt%左右,但是过低的淀粉添加量导致降解速度的降低,而且由于淀粉的塑化性和较低的加工温度,需要加入大量塑化剂,塑化剂加入量过大会导致淀粉基材料的硬度、模量、软化温度和耐寒性的降低,从而影响了制备的膜袋的硬度、模量、软化温度和耐寒性。
针对以上不足,目前最常用的方法为对淀粉进行改性,制成交联淀粉,交联淀粉与生物树脂之间的相容性高,可以降低相容剂的加入,还能够提高淀粉基材料中淀粉的含量和淀粉基材料的力学性能、硬度、模量、软化温度、耐寒性,但是交联淀粉的加入会影响淀粉基材料的加工流动性、耐碱性、透光率。
发明内容
针对现有技术存在的不足,本发明提供了一种可用于膜袋的全降解淀粉基材料的制备方法,能够提高淀粉基材料中淀粉含量,从而提高降解速度的同时,提高淀粉基材料的力学性能、硬度、模量、软化温度、耐寒性、加工流动性、耐碱性、透光率。
为解决以上技术问题,本发明采取的技术方案如下:
一种可用于膜袋的全降解淀粉基材料的制备方法,由以下步骤组成:制备相容剂,淀粉改性,物料混合,塑化造粒;
所述制备相容剂,将超细碳酸钙、去离子水加入反应器中,将反应器的温度控制至25-35℃,搅拌速度控制至60-80rpm,搅拌30-40min,加入一级改性剂,将反应器的温度升高至50-60℃,继续搅拌40-50min,加入二级改性剂、偶氮二异丁腈,搅拌10-15min后,在紫外光的照射下继续搅拌3-3.5h,过滤,将滤渣置于110-120℃下干燥,得到相容剂;
所述制备相容剂中,超细碳酸钙、去离子水、一级改性剂、二级改性剂、偶氮二异丁腈的质量比为100-110:300-320:6-7:3-4:0.2-0.3;
所述超细碳酸钙的粒径为0.02-0.05μm;
所述紫外光的波长为320-360nm;
所述一级改性剂的制备方法为:将丙烯酸、二甲基二烯丙基氯化铵水溶液、马来酸酐、去离子水加入反应器中,将反应器的温度控制至30-40℃,搅拌速度控制至100-120rpm,搅拌10-15min后,加入氢氧化钠调节pH为6.8-7.2,然后加入1,2-丙二胺,继续搅拌10-15min,加入过硫酸钾,向反应器中持续通入氮气,控制氮气的通入速度为0.3-0.4L/min,继续搅拌6-7h,过滤,使用无水乙醇清洗滤渣2-3次,每次清洗滤渣时的无水乙醇用量为140-150mL,清洗结束将滤渣置于110-120℃下烘干,粉碎至粒径为0.4-0.5μm,得到一级改性剂;
所述一级改性剂的制备中,丙烯酸、二甲基二烯丙基氯化铵水溶液、马来酸酐、去离子水、1,2-丙二胺、过硫酸钾的质量比为50-60:10-15:30-35:340-350:2-3:0.7-0.8;
所述二甲基二烯丙基氯化铵水溶液的质量浓度为60-65%;
所述二级改性剂的制备方法为:将1,3-丙烷磺酸内酯、无水乙腈加入反应器中,将反应器的温度控制至40-50℃,搅拌速度控制至100-120rpm,向反应器中持续通入氮气,控制氮气的通入速度为0.3-0.4L/min,同时向反应器中滴加甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯的乙腈溶液,控制滴加速度为5-6g/min,滴加结束后继续搅拌9-10h,过滤,使用无水乙腈清洗滤渣2-3次,每次清洗滤渣时的无水乙醇用量为70-80mL,然后置于90-100℃下烘干,得到二级改性剂;
所述二级改性剂的制备中,1,3-丙烷磺酸内酯、无水乙腈、甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯的乙腈溶液的质量比为12-12.5:54-56:160-170;
所述甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯的乙腈溶液的质量分数为10-12%;
所述淀粉改性,对玉米淀粉进行超声震荡,控制超声震荡的频率为20-30kHz,时间为3-4h,超声振荡结束后得到超声振荡后的玉米淀粉;将丙烯酰胺、第一次加入的去离子水加入反应器中,将反应器的温度控制至20-35℃,搅拌速度控制至50-70rpm,搅拌20-30min后,加入对氨基苯磺酸、甲基丙烯酰胺,继续搅拌20-30min,加入过硫酸钾、四甲基乙二胺,继续搅拌40-50min后,置于20-35℃下静置30-32h,然后在-40℃至-30℃下冷冻干燥10-12h,粉碎至0.1-0.2μm,得到水凝胶粉末;取超声振荡后的玉米淀粉与水凝胶粉末混合均匀后,与第二次加入的去离子水加入反应器中,将反应器的温度控制至40-50℃,搅拌速度控制至50-70rpm,搅拌20-25min后,加入氯化钠、三偏磷酸钠,继续搅拌30-40min,加入质量分数为10-12%的氢氧化钠水溶液将pH调至10-11,继续搅拌17-18h后,加入质量分数为3.5-4%的盐酸水溶液将pH调至6.5-7.5,然后过滤,将滤渣置于110-120℃下烘干,得到改性淀粉;
所述水凝胶粉末中,丙烯酰胺、第一次加入的去离子水、对氨基苯磺酸、甲基丙烯酰胺、过硫酸钾、四甲基乙二胺的质量比为5-5.5:100-110:0.09-0.1:0.08-0.1:0.4-0.5:0.03-0.04;
所述淀粉改性中,超声振荡后的玉米淀粉、水凝胶粉末、去离子水、氯化钠、三偏磷酸钠的质量比为200-220:9-11:1000-1100:18-20:38-40;
所述物料混合,将改性淀粉、聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯、乙二醇、相容剂、聚醚多元醇2000、聚乙烯蜡、硬酯酰胺、硬脂酸、抗氧剂、硬脂酸锌、马来酸酐加入高速混合机中进行混合,控制高速混合机的转速为15-20Hz,混合时间为30-40min,混合结束得到混合料;
所述物料混合中,改性淀粉、聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯、乙二醇、相容剂、聚醚多元醇2000、聚乙烯蜡、硬酯酰胺、硬脂酸、抗氧剂、硬脂酸锌、马来酸酐的质量比为1000-1050:1500-1700:14-16:35-40:60-70:3-4:4-5:2-3:1-1.5:1-1.2:1-1.2;
所述塑化造粒,将混合料加入双螺杆挤出机中,控制双螺杆挤出机的挤出温度为160-170℃,挤出造粒结束,制得全降解淀粉基材料。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
(1)本发明的可用于膜袋的全降解淀粉基材料的制备方法,能够提高全降解淀粉基材料中的淀粉含量,将淀粉含量由20wt%提高至36-38wt%;
(2)本发明的可用于膜袋的全降解淀粉基材料的制备方法,通过向全降解淀粉基材料中加入相容剂,能够提高全降解淀粉基材料的降解速度,将本发明制备的全降解淀粉基材料埋于地表深度为15cm的土壤中进行降解,1个月后,重量损失率为42.4-43.2%;
(3)本发明的可用于膜袋的全降解淀粉基材料的制备方法,通过向全降解淀粉基材料中加入相容剂和在改性淀粉的制备中加入水凝胶粉末,能够提高全降解淀粉基材料的力学性能,本发明制备的全降解淀粉基材料在23℃下的拉伸强度为23.7-24.5MPa,在23℃下的撕裂强度为143-148KN/m,在23℃下的断裂伸长率为364-375%;
(4)本发明的可用于膜袋的全降解淀粉基材料的制备方法,通过向全降解淀粉基材料中加入相容剂和在改性淀粉的制备中加入水凝胶粉末,能够提高全降解淀粉基材料的硬度,本发明制备的全降解淀粉基材料在23℃下的硬度为72-75A;
(5)本发明的可用于膜袋的全降解淀粉基材料的制备方法,通过向全降解淀粉基材料中加入相容剂和在改性淀粉的制备中加入水凝胶粉末,能够提高全降解淀粉基材料的模量,本发明制备的全降解淀粉基材料在23℃下的弯曲模量为2950-3020MPa;
(6)本发明的可用于膜袋的全降解淀粉基材料的制备方法,通过向全降解淀粉基材料中加入相容剂和在改性淀粉的制备中加入水凝胶粉末,能够提高全降解淀粉基材料的软化温度,本发明制备的全降解淀粉基材料的微卡软化温度为112.1-113.7℃;
(7)本发明的可用于膜袋的全降解淀粉基材料的制备方法,通过在改性淀粉的制备中加入水凝胶粉末,能够提高全降解淀粉基材料的熔融指数,本发明制备的全降解淀粉基材料在190℃,2.16kg下的熔融指数为5.5-5.8g/10min;
(8)本发明的可用于膜袋的全降解淀粉基材料的制备方法,通过在改性淀粉的制备中加入水凝胶粉末,能够提高全降解淀粉基材料的透光率,本发明制备的全降解淀粉基材料的透光率为90.3-91.2%;
(9)本发明的可用于膜袋的全降解淀粉基材料的制备方法,通过向全降解淀粉基材料中加入相容剂,能够提高全降解淀粉基材料的耐寒性,本发明制备的全降解淀粉基材料在-20℃下的拉伸强度为23.5-24.4MPa,在-20℃下的撕裂强度为139-145KN/m,在-20℃下的断裂伸长率为356-370%;
(10)本发明的可用于膜袋的全降解淀粉基材料的制备方法,通过在改性淀粉的制备中加入水凝胶粉末,能够提高全降解淀粉基材料的耐碱性,将本发明制备的全降解淀粉基材料完全浸泡于质量分数为10%的氢氧化钠水溶液中,在23℃下完全浸泡10d后,拉伸强度为23.4-24.2MPa,撕裂强度为138-144KN/m,断裂伸长率为351-363%。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解,现说明本发明的具体实施方式。
实施例1
一种可用于膜袋的全降解淀粉基材料的制备方法,具体为:
1.制备相容剂:将100g超细碳酸钙、300g去离子水加入反应器中,将反应器的温度控制至25℃,搅拌速度控制至60rpm,搅拌30min,加入6g一级改性剂,将反应器的温度升高至50℃,继续搅拌40min,加入3g二级改性剂、0.2g偶氮二异丁腈,搅拌10min后,在紫外光的照射下继续搅拌3h,过滤,将滤渣置于110℃下干燥,得到相容剂;
所述超细碳酸钙的粒径为0.02μm;
所述紫外光的波长为320nm;
所述一级改性剂的制备方法为:将50g丙烯酸、10g二甲基二烯丙基氯化铵水溶液、30g马来酸酐、340g去离子水加入反应器中,将反应器的温度控制至30℃,搅拌速度控制至100rpm,搅拌10min后,加入氢氧化钠调节pH为6.8,然后加入2g 1,2-丙二胺,继续搅拌10min,加入0.7g过硫酸钾,向反应器中持续通入氮气,控制氮气的通入速度为0.3L/min,继续搅拌6h,过滤,使用无水乙醇清洗滤渣2次,每次清洗滤渣时的无水乙醇用量为140mL,清洗结束将滤渣置于110℃下烘干,粉碎至粒径为0.4μm,得到一级改性剂;
所述二甲基二烯丙基氯化铵水溶液的质量浓度为60%;
所述二级改性剂的制备方法为:将12g 1,3-丙烷磺酸内酯、54g无水乙腈加入反应器中,将反应器的温度控制至40℃,搅拌速度控制至100rpm,向反应器中持续通入氮气,控制氮气的通入速度为0.3L/min,同时向反应器中滴加160g质量分数为10%的甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯的乙腈溶液,控制滴加速度为5g/min,滴加结束后继续搅拌9h,过滤,使用无水乙腈清洗滤渣2次,每次清洗滤渣时的无水乙醇用量为70mL,然后置于90℃下烘干,得到二级改性剂;
2.淀粉改性:对玉米淀粉进行超声震荡,控制超声震荡的频率为20kHz,时间为3h,超声振荡结束后得到超声振荡后的玉米淀粉;将5g丙烯酰胺、100g去离子水加入反应器中,将反应器的温度控制至20℃,搅拌速度控制至50rpm,搅拌20min后,加入0.09g对氨基苯磺酸、0.08g甲基丙烯酰胺,继续搅拌20min,加入0.4g过硫酸钾、0.03g四甲基乙二胺,继续搅拌40min后,置于20℃下静置30h,然后在-40℃下冷冻干燥10h,粉碎至0.1μm,得到水凝胶粉末;取200g超声振荡后的玉米淀粉与9g水凝胶粉末混合均匀后,与1000g去离子水加入反应器中,将反应器的温度控制至40℃,搅拌速度控制至50rpm,搅拌20min后,加入18g氯化钠、38g三偏磷酸钠,继续搅拌30min,加入质量分数为10%的氢氧化钠水溶液将pH调至10,继续搅拌17h后,加入质量分数为3.5%的盐酸水溶液将pH调至6.5,然后过滤,将滤渣置于110℃下烘干,得到改性淀粉;
3.物料混合:将1000g改性淀粉、1500g聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯、14g乙二醇、35g相容剂、60g聚醚多元醇2000、3g聚乙烯蜡、4g硬酯酰胺、2g硬脂酸、1g抗氧剂、1g硬脂酸锌、1g马来酸酐加入高速混合机中进行混合,控制高速混合机的转速为15Hz,混合时间为30min,混合结束得到混合料;
4.塑化造粒:将混合料加入双螺杆挤出机中,控制双螺杆挤出机的挤出温度为160℃,挤出造粒结束,制得全降解淀粉基材料。
实施例2
一种可用于膜袋的全降解淀粉基材料的制备方法,具体为:
1.制备相容剂:将105g超细碳酸钙、310g去离子水加入反应器中,将反应器的温度控制至30℃,搅拌速度控制至70rpm,搅拌35min,加入6.5g一级改性剂,将反应器的温度升高至55℃,继续搅拌45min,加入3.5g二级改性剂、0.25g偶氮二异丁腈,搅拌12min后,在紫外光的照射下继续搅拌3.2h,过滤,将滤渣置于115℃下干燥,得到相容剂;
所述超细碳酸钙的粒径为0.04μm;
所述紫外光的波长为350nm;
所述一级改性剂的制备方法为:将55g丙烯酸、12g二甲基二烯丙基氯化铵水溶液、32g马来酸酐、345g去离子水加入反应器中,将反应器的温度控制至35℃,搅拌速度控制至110rpm,搅拌12min后,加入氢氧化钠调节pH为7,然后加入2.5g 1,2-丙二胺,继续搅拌12min,加入0.75g过硫酸钾,向反应器中持续通入氮气,控制氮气的通入速度为0.35L/min,继续搅拌6.5h,过滤,使用无水乙醇清洗滤渣2次,每次清洗滤渣时的无水乙醇用量为145mL,清洗结束将滤渣置于115℃下烘干,粉碎至粒径为0.4μm,得到一级改性剂;
所述二甲基二烯丙基氯化铵水溶液的质量浓度为62%;
所述二级改性剂的制备方法为:将12.2g 1,3-丙烷磺酸内酯、55g无水乙腈加入反应器中,将反应器的温度控制至45℃,搅拌速度控制至110rpm,向反应器中持续通入氮气,控制氮气的通入速度为0.35L/min,同时向反应器中滴加165g质量分数为11%的甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯的乙腈溶液,控制滴加速度为5.5g/min,滴加结束后继续搅拌9.5h,过滤,使用无水乙腈清洗滤渣2次,每次清洗滤渣时的无水乙醇用量为75mL,然后置于95℃下烘干,得到二级改性剂;
2.淀粉改性:对玉米淀粉进行超声震荡,控制超声震荡的频率为25kHz,时间为3.5h,超声振荡结束后得到超声振荡后的玉米淀粉;将5.2g丙烯酰胺、105g去离子水加入反应器中,将反应器的温度控制至30℃,搅拌速度控制至60rpm,搅拌25min后,加入0.09g对氨基苯磺酸、0.09g甲基丙烯酰胺,继续搅拌25min,加入0.45g过硫酸钾、0.03g四甲基乙二胺,继续搅拌45min后,置于30℃下静置31h,然后在-35℃下冷冻干燥11h,粉碎至0.1μm,得到水凝胶粉末;取210g超声振荡后的玉米淀粉与10g水凝胶粉末混合均匀后,与1050g去离子水加入反应器中,将反应器的温度控制至45℃,搅拌速度控制至60rpm,搅拌22min后,加入19g氯化钠、39g三偏磷酸钠,继续搅拌35min,加入质量分数为11%的氢氧化钠水溶液将pH调至10.5,继续搅拌17.5h后,加入质量分数为3.8%的盐酸水溶液将pH调至7,然后过滤,将滤渣置于115℃下烘干,得到改性淀粉;
3.物料混合:将1020g改性淀粉、1600g聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯、15g乙二醇、38g相容剂、65g聚醚多元醇2000、3.5g聚乙烯蜡、4.5g硬酯酰胺、2.5g硬脂酸、1.2g抗氧剂、1.1g硬脂酸锌、1.1g马来酸酐加入高速混合机中进行混合,控制高速混合机的转速为18Hz,混合时间为35min,混合结束得到混合料;
4.塑化造粒:将混合料加入双螺杆挤出机中,控制双螺杆挤出机的挤出温度为165℃,挤出造粒结束,制得全降解淀粉基材料。
实施例3
一种可用于膜袋的全降解淀粉基材料的制备方法,具体为:
1.制备相容剂:将110g超细碳酸钙、320g去离子水加入反应器中,将反应器的温度控制至35℃,搅拌速度控制至80rpm,搅拌40min,加入7g一级改性剂,将反应器的温度升高至60℃,继续搅拌50min,加入4g二级改性剂、0.3g偶氮二异丁腈,搅拌15min后,在紫外光的照射下继续搅拌3.5h,过滤,将滤渣置于120℃下干燥,得到相容剂;
所述超细碳酸钙的粒径为0.05μm;
所述紫外光的波长为360nm;
所述一级改性剂的制备方法为:将60g丙烯酸、15g二甲基二烯丙基氯化铵水溶液、35g马来酸酐、350g去离子水加入反应器中,将反应器的温度控制至40℃,搅拌速度控制至120rpm,搅拌15min后,加入氢氧化钠调节pH为7.2,然后加入3g 1,2-丙二胺,继续搅拌15min,加入0.8g过硫酸钾,向反应器中持续通入氮气,控制氮气的通入速度为0.4L/min,继续搅拌7h,过滤,使用无水乙醇清洗滤渣3次,每次清洗滤渣时的无水乙醇用量为150mL,清洗结束将滤渣置于120℃下烘干,粉碎至粒径为0.5μm,得到一级改性剂;
所述二甲基二烯丙基氯化铵水溶液的质量浓度为65%;
所述二级改性剂的制备方法为:将12.5g 1,3-丙烷磺酸内酯、56g无水乙腈加入反应器中,将反应器的温度控制至50℃,搅拌速度控制至120rpm,向反应器中持续通入氮气,控制氮气的通入速度为0.4L/min,同时向反应器中滴加170g质量分数为12%的甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯的乙腈溶液,控制滴加速度为6g/min,滴加结束后继续搅拌10h,过滤,使用无水乙腈清洗滤渣3次,每次清洗滤渣时的无水乙醇用量为80mL,然后置于100℃下烘干,得到二级改性剂;
2.淀粉改性:对玉米淀粉进行超声震荡,控制超声震荡的频率为30kHz,时间为4h,超声振荡结束后得到超声振荡后的玉米淀粉;将5.5g丙烯酰胺、110g去离子水加入反应器中,将反应器的温度控制至35℃,搅拌速度控制至70rpm,搅拌30min后,加入0.1g对氨基苯磺酸、0.1g甲基丙烯酰胺,继续搅拌30min,加入0.5g过硫酸钾、0.04g四甲基乙二胺,继续搅拌50min后,置于35℃下静置32h,然后在-30℃下冷冻干燥12h,粉碎至0.2μm,得到水凝胶粉末;取220g超声振荡后的玉米淀粉与11g水凝胶粉末混合均匀后,与1100g去离子水加入反应器中,将反应器的温度控制至50℃,搅拌速度控制至70rpm,搅拌25min后,加入20g氯化钠、40g三偏磷酸钠,继续搅拌40min,加入质量分数为12%的氢氧化钠水溶液将pH调至11,继续搅拌18h后,加入质量分数为4%的盐酸水溶液将pH调至7.5,然后过滤,将滤渣置于120℃下烘干,得到改性淀粉;
3.物料混合:将1050g改性淀粉、1700g聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯、16g乙二醇、40g相容剂、70g聚醚多元醇2000、4g聚乙烯蜡、5g硬酯酰胺、3g硬脂酸、1.5g抗氧剂、1.2g硬脂酸锌、1.2g马来酸酐加入高速混合机中进行混合,控制高速混合机的转速为20Hz,混合时间为40min,混合结束得到混合料;
4.塑化造粒:将混合料加入双螺杆挤出机中,控制双螺杆挤出机的挤出温度为170℃,挤出造粒结束,制得全降解淀粉基材料。
对比例1
采用与实施例2相同的可用于膜袋的全降解淀粉基材料的制备方法,其不同之处在于:省略第1步制备相容剂步骤,以及在第3步物料混合步骤中省略相容剂的加入。
对比例2
采用与实施例2相同的可用于膜袋的全降解淀粉基材料的制备方法,其不同之处在于:将第2步淀粉改性步骤改为:对玉米淀粉进行超声震荡,控制超声震荡的频率为25kHz,时间为3.5h,超声振荡结束后得到超声振荡后的玉米淀粉;取210g超声振荡后的玉米淀粉与1050g去离子水加入反应器中,将反应器的温度控制至45℃,搅拌速度控制至60rpm,搅拌22min后,加入19g氯化钠、39g三偏磷酸钠,继续搅拌35min,加入质量分数为11%的氢氧化钠水溶液将pH调至10.5,继续搅拌17.5h后,加入质量分数为3.8%的盐酸水溶液将pH调至7,然后过滤,将滤渣置于115℃下烘干,得到改性淀粉;
即在第2步淀粉改性步骤省略水凝胶粉末的加入。
试验例1
分别取实施例1-3和对比例1-2制备的全降解淀粉基材料各100g,分别埋于地表深度为15cm的土壤中,控制土壤含水率为20%,pH为7.5,1个月后将全降解淀粉基材料取出,分别称重,作为降解后的重量,然后计算降解后的重量损失率,计算公式及计算结果如下:
降解后的重量损失率=(100-降解后的重量)/100×100%
由上述结果可以看出,通过向全降解淀粉基材料中加入相容剂,能够提高交联淀粉在聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯中的分散性及与聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯的结合力,从而能够提高全降解淀粉基材料的降解速度。
试验例2
对实施例1-3和对比例1-2制备的全降解淀粉基材料的在23℃下的拉伸强度、在23℃下的撕裂强度、在23℃下的断裂伸长率、在23℃下的硬度、在23℃下的弯曲模量、维卡软化温度、熔融指数、透光率进行测试,测试结果如下:
由上述结果可以看出,通过向全降解淀粉基材料中加入相容剂,能够提高全降解淀粉基材料在23℃下的拉伸强度、在23℃下的撕裂强度、在23℃下的断裂伸长率、在23℃下的硬度、在23℃下的弯曲模量、维卡软化温度;通过在改性淀粉的制备中加入水凝胶粉末,能够提高全降解淀粉基材料在23℃下的拉伸强度、在23℃下的撕裂强度、在23℃下的断裂伸长率、在23℃下的硬度、在23℃下的弯曲模量、维卡软化温度、熔融指数、透光率;
相容剂为通过三元共聚物和两性离子共聚物进行先后改性处理后的碳酸钙,能够在聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯和淀粉之间进行桥联,从而提高淀粉基材料中淀粉含量的同时,提高全降解淀粉基材料的力学性能、硬度、模量、软化温度;
水凝胶粉末能够在改性淀粉的制备中,与淀粉形成交联的同时,还能够起到促进淀粉与聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯之间的交联,从而提高淀粉基材料中淀粉含量的同时,提高全降解淀粉基材料的力学性能、硬度、模量、软化温度;水凝胶粉末还能够起到一定的润滑作用,从而能够提高全降解淀粉基材料的熔融指数;同时,一方面,水凝胶粉末为无色透明,与淀粉交联后,能够提高淀粉的透光率,从而提高全降解淀粉基材料的透光率,另一方面,水凝胶粉末在对淀粉进行交联后,能够提高改性淀粉的耐热温度,将耐热温度由130℃提高至170℃,从而保证在160-170℃的挤出温度下不会发生颜色变深,透光率下降的问题。
试验例3
对实施例1-3和对比例1-2制备的全降解淀粉基材料的在-20℃下的拉伸强度、在-20℃下的撕裂强度、在-20℃下的断裂伸长率、在-20℃下的硬度进行测试,测试结果如下:
由上述结果可以看出,通过向全降解淀粉基材料中加入相容剂,能够提高全降解淀粉基材料的耐寒性;
相容剂通过在聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯和淀粉之间进行桥联,提高了全降解淀粉基材料内部的结合强度,且该桥联作用受低温影响小,从而提高了全降解淀粉基材料的耐寒性。
试验例4
分别将实施例1-3和对比例1-2制备的全降解淀粉基材料完全浸泡于质量分数为10%的氢氧化钠水溶液中,在23℃下完全浸泡10d,然后对全降解淀粉基材料的拉伸强度、撕裂强度、断裂伸长率、硬度进行测试,测试结果如下:
由上述结果可以看出,通过在改性淀粉的制备中加入水凝胶粉末,能够提高全降解淀粉基材料的耐碱性;
考虑到由三偏磷酸钠制备的改性淀粉的耐碱性差,实施例1-3和对比例1在改性淀粉的制备中加入了水凝胶粉末,水凝胶粉末能够提高改性淀粉的交联密度,还能够对改性淀粉起到一定的保护作用,从而提高全降解淀粉基材料的耐碱性。
除非另有说明,本发明中所采用的百分数均为质量百分数。
最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于膜袋的全降解淀粉基材料的制备方法,其特征在于,由以下步骤组成:制备相容剂,淀粉改性,物料混合,塑化造粒;
所述制备相容剂,将超细碳酸钙、去离子水混合后,在25-35℃下搅拌,加入一级改性剂,在50-60℃下搅拌,加入二级改性剂、偶氮二异丁腈,搅拌后,在紫外光的照射下继续搅拌,过滤,干燥,得到相容剂;
所述一级改性剂的制备方法为:将丙烯酸、二甲基二烯丙基氯化铵水溶液、马来酸酐、去离子水混合后,在30-40℃下搅拌,调节pH为6.8-7.2,然后加入1,2-丙二胺,继续搅拌,加入过硫酸钾,向反应体系中持续通入氮气,继续搅拌,过滤,清洗滤渣,烘干,粉碎,得到一级改性剂;
所述二级改性剂的制备方法为:将1,3-丙烷磺酸内酯、无水乙腈混合后,在40-50℃下搅拌,向反应体系中持续通入氮气,同时滴加甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯的乙腈溶液,滴加结束后继续搅拌9-10h,过滤,清洗滤渣,烘干,得到二级改性剂;
所述淀粉改性,对玉米淀粉进行超声震荡,得到超声振荡后的玉米淀粉;将丙烯酰胺、第一次加入的去离子水混合后,在20-35℃下搅拌,加入对氨基苯磺酸、甲基丙烯酰胺,继续搅拌,加入过硫酸钾、四甲基乙二胺,继续搅拌,置于20-35℃下静置,冷冻干燥,粉碎,得到水凝胶粉末;取超声振荡后的玉米淀粉与水凝胶粉末混合均匀后,与第二次加入的去离子水混合,在40-50℃下搅拌,加入氯化钠、三偏磷酸钠,继续搅拌,将pH调至10-11,继续搅拌,将pH调至6.5-7.5,过滤,将滤渣烘干,得到改性淀粉;
所述物料混合,将改性淀粉、聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯、乙二醇、相容剂、聚醚多元醇2000、聚乙烯蜡、硬酯酰胺、硬脂酸、抗氧剂、硬脂酸锌、马来酸酐进行混合,混合结束得到混合料。
2.根据权利要求1所述的用于膜袋的全降解淀粉基材料的制备方法,其特征在于,所述制备相容剂中,超细碳酸钙、去离子水、一级改性剂、二级改性剂、偶氮二异丁腈的质量比为100-110:300-320:6-7:3-4:0.2-0.3;
所述超细碳酸钙的粒径为0.02-0.05μm;
所述紫外光的波长为320-360nm。
3.根据权利要求1所述的用于膜袋的全降解淀粉基材料的制备方法,其特征在于,所述一级改性剂的制备中,丙烯酸、二甲基二烯丙基氯化铵水溶液、马来酸酐、去离子水、1,2-丙二胺、过硫酸钾的质量比为50-60:10-15:30-35:340-350:2-3:0.7-0.8;
所述二甲基二烯丙基氯化铵水溶液的质量浓度为60-65%;
所述氮气的通入速度为0.3-0.4L/min。
4.根据权利要求1所述的用于膜袋的全降解淀粉基材料的制备方法,其特征在于,所述二级改性剂的制备中,1,3-丙烷磺酸内酯、无水乙腈、甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯的乙腈溶液的质量比为12-12.5:54-56:160-170;
所述氮气的通入速度为0.3-0.4L/min;
所述甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯的乙腈溶液的滴加速度为5-6g/min;
所述甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯的乙腈溶液的质量分数为10-12%。
5.根据权利要求1所述的用于膜袋的全降解淀粉基材料的制备方法,其特征在于,所述水凝胶粉末中,丙烯酰胺、第一次加入的去离子水、对氨基苯磺酸、甲基丙烯酰胺、过硫酸钾、四甲基乙二胺的质量比为5-5.5:100-110:0.09-0.1:0.08-0.1:0.4-0.5:0.03-0.04。
6.根据权利要求1所述的用于膜袋的全降解淀粉基材料的制备方法,其特征在于,所述淀粉改性中,超声振荡后的玉米淀粉、水凝胶粉末、去离子水、氯化钠、三偏磷酸钠的质量比为200-220:9-11:1000-1100:18-20:38-40。
7.根据权利要求1所述的用于膜袋的全降解淀粉基材料的制备方法,其特征在于,所述物料混合中,改性淀粉、聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯、乙二醇、相容剂、聚醚多元醇2000、聚乙烯蜡、硬酯酰胺、硬脂酸、抗氧剂、硬脂酸锌、马来酸酐的质量比为1000-1050:1500-1700:14-16:35-40:60-70:3-4:4-5:2-3:1-1.5:1-1.2:1-1.2。
8.根据权利要求1所述的用于膜袋的全降解淀粉基材料的制备方法,其特征在于,所述塑化造粒,将混合料加入双螺杆挤出机中,控制双螺杆挤出机的挤出温度为160-170℃,挤出造粒结束,制得全降解淀粉基材料。
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