一种新型热塑性淀粉制备生物降解材料的方法

摘要

新型热性淀粉制备生物降解材料的方法，先将非粮淀粉加入预混机中，然后在容器中加入一定量的改性剂、催化剂、稳定剂、PH调试剂及水混合均匀后备用；设定预混机的温度为65℃，开启预混机，通过水雾化器将已混合好的混合物均匀喷洒在非粮淀粉上，混合后系统含水约40%，搅拌30‑40分钟，将预混合的混合物放入已加热的高混机中，中速搅拌约10分钟，在侧喂料加入已备好热塑性淀粉，通过螺杆熔融、剪切、混炼、增容制备具有淀粉含量高、综合性能优异的生物降解材料，制备的生物降解材料不仅解决了当前塑料制品难以降解而导致的白色污染问题，也减少了二氧化碳的排放，不仅降低生物降解材料成本，且提高产品附加值。

说明书

技术领域

本发明涉及生物降解材料，具体涉及一种新型热塑性淀粉制备生物降解材料的方法。

背景技术

生物降解材料是治理塑料废弃物造成“白色污染”、降低碳排放的可行途径，淀粉具有良好的生物降解性能，且价格低廉、可再生、可循环持续发展材料。但由于淀粉分子中含有大量的羟基，具有较大的分子极性和亲水性，与水分子形成较强的氢键。为了改善淀粉的加工性能，改变淀粉螺旋状结构，降低分子量并使淀粉分子结构无序化，使具有热塑可加工性。这类研究已经受到众多科研机构及企业的关注，也推出多种热塑性淀粉，其中最为典型的以甘油为增塑剂，通过淀粉分子间和分子内氢键被塑化剂与淀粉之间较强的氢键作用所取代，淀粉分子活动能力得到提高，玻璃化转变温度降低，淀粉表现出热可塑性。但甘油为小分子物质，塑化淀粉后的热塑性淀粉制成餐饮具等制品后，小分子物质随着时间慢慢迁移至表面，造成卫生性能不达标，产品力学性能下降等问题，不利于产业化推广。

发明内容

本发明的目的在于。针对现有技术的上述问题，提供一种工艺简单、成本低廉的新型热塑性淀粉制备生物降解材料的方法。采用干法短流程制备热塑性淀粉，具有工艺简单、反应效率高、能耗低、无环境污染等优点，制备的生物降解材料不仅解决了当前塑料制品难以降解而导致的白色污染问题，也减少了二氧化碳的排放，不仅降低生物降解材料成本，且提高产品附加值，有助于推动生物降解材料在一次性餐饮具、膜袋制品、地膜、发泡制品等领域大规模应用。用本发明制备的生物降解材料具有淀粉含量高、力学性能及卫生性能良好，提高复合材料产品附加值。

提供一种新型热塑性淀粉制备生物降解材料的方法，先将非粮淀粉加入预混机中，然后在容器中加入一定量的改性剂、催化剂、稳定剂、PH调试剂及水混合均匀后备用；设定预混机的温度为65℃，开启预混机，通过水雾化器将已混合好的混合物均匀喷洒在非粮淀粉上，混合后系统含水约40%，搅拌30-40分钟，确保混合改性剂与非粮淀粉表面充分接触并发生酯化反应。由于物料在搅拌过程中产生热量，通过反应后混合物含水量≤8%，打开放料阀，收集备用。

设定高低混合机组加热温度120-140摄氏度，冷却锅通入循环冷却水，将预混合的混合物放入已加热的高混机中，中速搅拌约10分钟，通过高混机上方辅助加料口加入一定量引发剂、接枝单体、催化剂1等，高速搅拌25-35分钟后放入冷混机中，搅拌至室温后放料备用，制备成热塑性淀粉；

称取一定量的生物降解聚酯PBAT/PLA及相容剂混合均匀后备用，选取反应性双螺杆挤出机长径比48:1-52:1，优选52:1；设定加工温度为：一区150-160℃、二区160-170℃、三区165-175℃、四区165-175℃、五区170-180℃、六区170-180摄氏度、七区170-180℃、八区175-185℃、九区170-180℃、十区170-180℃、模头175-185℃;

开启主电机并将已混合均匀的PBAT/PLA及相容剂加入主加料口，在侧喂料加入已备好热塑性淀粉，通过螺杆熔融、剪切、混炼、增容制备具有淀粉含量高、综合性能优异的生物降解材料，可用于制备一次性餐饮具、购物袋、垃圾袋、生物降解地膜、 发泡制品，

所述改性剂为氢氧化钠、磷酸氢二钠及焦磷酸钠的两种或三种共混物，混合比例为氢氧化钠：磷酸氢二钠=1：2或氢氧化钠：焦磷酸钠=1:2.5或氢氧化钠：磷酸氢二钠：焦磷酸钠=1:1.25:1.75,；改性剂的总量为非粮淀粉重量比的4-7%。

所述催化剂为氯乙酸、过氧化钠中的一种，添加比例为非粮淀粉重量比的0.02-0.03%。

所述稳定剂为硬脂酸铝、硬脂酸钾或环氧大豆油中的两种混合物，混合比例为硬脂酸铝：硬脂酸钾=1:1或硬脂酸铝：环氧大豆油=1:0.5或硬脂酸钾;环氧大豆油=1:1.2，稳定剂总量为非粮淀粉重量比的0.5-0.8%。

所述PH调试剂为稀盐酸、磷酸或醋酸中一种，通过添加其中任何一种，测试混合物PH值6.0为准。

所述水的添加量为非粮淀粉重量比的20-25%。

所述引发剂为偶氮二异庚氢、过硫酸铵、过氧化二特丁基中的一种，引发剂用量为非粮淀粉重量比的0.015-0.02%。

所述接枝单体为乳酸、马来酸酐、丙烯酸中的一种，添加比例为非粮淀粉重量比的3-8%。

所述催化剂1为硫酸亚锡、二烷基锡二马来酸酯中的一种，添加比例为非粮淀粉重量比的0.05-0.08%。

所述生物降解聚酯PBAT/PLA混合比例为1:0.8-1.5，添加比例为非粮淀粉重量比的0.8-1.5%。

所述相容剂为甲基丙烯酸缩水甘油酯、单甘脂、聚乙烯蜡接枝马来酸酐中的一种，添加比例为生物降解聚酯PBAT/PLA混合物的0.2-0.5%。

所述反应性双螺杆挤出机侧喂料口位于第四加热区与第五加热区中间。

本发明的优点在于：本发明方法简化了生产工艺，干法短流程制备热塑性淀粉并通过反应性挤出制备生物降解材料方法极大的提高了生产效率，通过对各种功能助剂加入量的调节，制备性能各异的生物降解材料，用于制备不同制品。采用干法短流程制备热塑性淀粉，具有工艺简单、反应效率高、能耗低、无环境污染等优点，制备的生物降解材料不仅解决了当前塑料制品难以降解而导致的白色污染问题，也减少了二氧化碳的排放，不仅降低生物降解材料成本，且提高产品附加值，有助于推动生物降解材料在一次性餐饮具、膜袋制品、地膜、发泡制品等领域大规模应用。

具体实施方式

一种新型热塑性淀粉制备生物降解材料的方法，采用如下步骤进行制备：

A1、先将非粮淀粉加入预混机中，然后在容器中加入一定量的改性剂、催化剂、稳定剂、PH调试剂及水混合均匀后备用；设定预混机的温度为65℃，开启预混机，通过水雾化器将已混合好的混合物均匀喷洒在非粮淀粉上，混合后系统含水约40%，搅拌30-40分钟，确保混合改性剂与非粮淀粉表面充分接触并发生酯交换反应。由于物料在搅拌过程中产生热量，通过反应后混合物含水量≤8%，打开放料阀，收集备用；

A2、设定高低混合机组加热温度120-140摄氏度，冷却锅通入循环冷却水，将预混合的混合物放入已加热的高混机中，中速搅拌约10分钟，通过高混机上方辅助加料口加入一定量引发剂、接枝单体、催化剂1等，高速搅拌25-35分钟后放入冷混机中，搅拌至室温后放料备用，制备成热塑性淀粉；

A3、称取一定量的生物降解聚酯PBAT/PLA及相容剂混合均匀后备用，选取反应性双螺杆挤出机长径比48:1-52:1，优选52:1；设定加工温度为：一区150-160℃、二区160-170℃、三区165-175℃、四区165-175℃、五区170-180℃、六区170-180摄氏度、七区170-180℃、八区175-185℃、九区170-180℃、十区170-180℃、模头175-185℃。开启主电机并将已混合均匀的PBAT/PLA及相容剂加入主加料口，在侧喂料加入已备好热塑性淀粉，通过螺杆熔融、剪切、混炼、增容制备具有淀粉含量高、综合性能优异的生物降解材料，可用于制备一次性餐饮具、购物袋、垃圾袋、生物降解地膜、 发泡制品等。

在上述新型热塑性淀粉制备生物降解材料的方法中，所述改性剂为氢氧化钠、磷酸氢二钠及焦磷酸钠的两种或三种共混物，混合比例为氢氧化钠：磷酸氢二钠=1：2或氢氧化钠：焦磷酸钠=1:2.5或氢氧化钠：磷酸氢二钠：焦磷酸钠=1:1.25:1.75,；改性剂的总量为非粮淀粉重量比的4-7%。

在上述新型热塑性淀粉制备生物降解材料的方法中，所述催化剂为氯乙酸、过氧化钠中的一种，添加比例为非粮淀粉重量比的0.02-0.03%；所述稳定剂为硬脂酸铝、硬脂酸钾或环氧大豆油中的两种混合物，混合比例为硬脂酸铝：硬脂酸钾=1:1或硬脂酸铝：环氧大豆油=1:0.5或硬脂酸钾;环氧大豆油=1:1.2，稳定剂总量为非粮淀粉重量比的0.5-0.8%。

在上述新型热塑性淀粉制备生物降解材料的方法中，所述PH调试剂为稀盐酸、磷酸或醋酸中一种，通过添加其中任何一种，测试混合物PH值6.0为准；所述水的添加量为非粮淀粉重量比的20-25%。

在上述新型热塑性淀粉制备生物降解材料的方法中，所述引发剂为偶氮二异庚氢、过硫酸铵、过氧化二特丁基中的一种，引发剂用量为非粮淀粉重量比的0.015-0.02%；所述接枝单体为乳酸、马来酸酐、丙烯酸中的一种，添加比例为非粮淀粉重量比的3-8%。

在上述的新型热塑性淀粉制备生物降解材料的方法，所述催化剂1为硫酸亚锡、二烷基锡二马来酸酯中的一种，添加比例为非粮淀粉重量比的0.05-0.08%；所述生物降解聚酯PBAT/PLA混合比例为1:0.8-1.5，添加比例为非粮淀粉重量比的0.8-1.5%。

在上述新型热塑性淀粉制备生物降解材料的方法中，所述相容剂为甲基丙烯酸缩水甘油酯、单甘脂、聚乙烯蜡接枝马来酸酐中的一种，添加比例为生物降解聚酯PBAT/PLA混合物的0.2-0.5%。