一种兼具高延展性和高阻隔性能的PBAT/改性淀粉全生物降解薄膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于改性淀粉技术领域，公开了一种兼具高延展性和高阻隔性能的PBAT/改性淀粉全生物降解薄膜及其制备方法和应用。本发明专利技术制备方法包括以下步骤：将淀粉、增塑剂按质量比为6:4～8:2预混合，得到预混合物，再加入多元有机酸混合，挤出A造粒，得到酸化改性热塑性淀粉；再与PBAT经过双螺杆共混挤出B制备PBAT/AMTPS共混物，通过挤出‑吹膜成型制备得到PBAT/改性淀粉全生物降解薄膜，既具有良好的加工性能，机械性能好，断裂延展率提升至1000～1400％，且气体阻隔性良好，气体透过系数低至5.6×10

A PBAT/modified starch biodegradable film with high ductility and barrier properties and its preparation method and Application

The invention belongs to the technical field of modified starch, and discloses a PBAT/modified starch biodegradable film with high ductility and barrier performance, and a preparation method and application thereof. The preparation method of the invention comprises the following steps: pre-mixing starch and plasticizer according to the mass ratio of 6:4 to 8:2 to obtain a pre-mixing, then adding multi-organic acids to mix, extruding A to granulate, and obtaining acidified modified thermoplastic starch; then blending PBAT with PBAT through twin screw extrusion B to prepare PBAT/AMTPS blend, and forming by extrusion and blowing film. PBAT/modified starch biodegradable film was prepared. It has good processability, good mechanical properties, high fracture elongation to 1000-1400%, good gas barrier and low gas permeability to 5.6*10.

【技术实现步骤摘要】
一种兼具高延展性和高阻隔性能的PBAT/改性淀粉全生物降解薄膜及其制备方法和应用
本专利技术属于改性淀粉
，特别涉及一种兼具高延展性和高阻隔性能的PBAT/改性淀粉全生物降解薄膜及其制备方法和应用。
技术介绍
淀粉具有价格低廉、易加工改性、生物降解性能良好等优点，与其他生物降解高分子材料共混，能降低材料的成本，并提高共混物的生物降解性能。聚对苯二甲酸丁二醇-己二酸丁二醇共聚酯(PBAT)的分子链结构单元有酯键和较多的亚甲基和芳香环，共同赋予其具有柔顺性和刚性的特征，尤其是具有优异的延展性和韧性，是目前市场上最热门的降解塑料之一，在生物降解膜材料领域具有广泛应用前景。然而，PBAT薄膜存在着生产成本高和降解速率低等缺陷，极大限制其进一步应用。因此，采用PBAT与淀粉共混可以有效降低PBAT成本和提高降解速率。但是，淀粉与PBAT的相容性差，随着淀粉含量的增加，共混薄膜的力学性能出现激烈的下降现象，限制了PBAT在生物降解材料领域中的应用。通过有机酸改性PBAT/TPS薄膜是一种有效提高薄膜性能的方法。Olivato等人[CarbohydratePolymers,2012,90(1):159-164.]报道了有机酸的种类及含量对PBAT/淀粉薄膜的力学性能的影响。结果表明，淀粉/PBAT薄膜的力学性能与有机酸种类和含量密切相关。有机酸促进了淀粉在PBAT中的分散，提高了淀粉与PBAT之间的界面结合力。同时在加工过程中，有机酸与淀粉发生水解反应，降低了淀粉的分子量，提高了两相的相容性。并且，有机酸对共混物具有增塑作用，削弱了其分子间作用力，增加其塑性。Garcia等人[IndustrialCrops&Products,2014,52(1):305-312.]报道了采用柠檬酸(CA)作为增容剂，次磷酸钠(SHP)作为催化剂，通过挤出吹塑制备改性淀粉/PBAT薄膜。与未改性淀粉/PBAT薄膜相比，CA改性淀粉/PBAT薄膜的拉伸强度从2.6MPa增加至3.8MPa，其数值上升47.1％。LangeJ等人[PackagingTechnology&Science,2003,16(4):149-158.]报道了PBAT的阻隔性能较差，因此难以在包装制品中应用。而通过有机酸改性制备高阻隔性能和力学性能的方法还未见文献报道。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点与不足，本专利技术的首要目的在于提供一种兼具高延展性和高阻隔性能的PBAT/改性淀粉全生物降解薄膜的制备方法。本专利技术方法先制备得到兼低熔体黏度、环境友好的酸化改性热塑性淀粉，再与PBAT共混挤出，获得具有纳米分散尺度改性淀粉，制备得到各相同性和低成本的酸化改性的PBAT/TPS薄膜。本专利技术另一目的在于提供上述方法制备的兼具高延展性和高阻隔性能的PBAT/改性淀粉全生物降解薄膜。本专利技术薄膜为全生物降解薄膜，具有优异的延展性、力学性能和阻隔性能。本专利技术再一目的在于提供上述兼具高延展性和高阻隔性能的PBAT/改性淀粉全生物降解薄膜在食品包装、地膜和垃圾袋等领域中的应用。本专利技术的目的通过下述方案实现：一种兼具高延展性和高阻隔性能的PBAT/改性淀粉全生物降解薄膜的制备方法，包括以下步骤：将淀粉、增塑剂按质量比为6:4～8:2预混合，得到预混合物，再加入多元有机酸混合，挤出A造粒，得到酸化改性热塑性淀粉(AMTPS)；再与PBAT经过双螺杆共混挤出B制备PBAT/AMTPS共混物，通过挤出-吹膜成型制备得到PBAT/改性淀粉全生物降解薄膜。所述的增塑剂可为水、甘油、尿素、乙二醇、山梨醇中的至少一种。本专利技术酸化改性热塑性淀粉的制备过程，为了提高酸化效果和热塑挤出效果，所用增塑剂与淀粉的质量比优选为3:7。所述的多元有机酸可为琥珀酸、苹果酸、酒石酸、柠檬酸、凝脂酸和肉桂酸中的至少一种。本专利技术采用环境友好的多元有机酸，减少环境污染。所述多元有机酸的用量为淀粉质量的0.1～8％。所述酸化改性热塑性淀粉、PBAT的质量比为0.5:9.5～4.5:5.5，优选3:7。所述挤出A的螺杆转速优选为70～90转/分钟。所述挤出A的温度优选为85～160℃。所述挤出造粒指熔体在双螺杆挤出后拉条经过风冷后切粒或者破碎。本专利技术方法过程中，酸化改性热塑性淀粉为酸化改性后淀粉，其黏均分子量下降为初始淀粉的5～50％。本专利技术方法中，所述淀粉使用前优选先进行干燥，更优选在100～110℃干燥7～8h。所述挤出B的温度优选为110～190℃。所述挤出-吹膜成型优选为采用单螺杆挤出吹膜；所述挤出-吹膜成型的温度优选为150～200℃，吹胀比为2～8，拉伸比为1～5。本专利技术还提供上述方法制备得到的兼具高延展性和高阻隔性能的PBAT/改性淀粉全生物降解薄膜，其具有良好的加工性能，并且具有机械性能好，断裂延展率提升至1000～1400％，横向和纵向的拉伸强度和延展率分别为29.5MPa/23.2MPa，998％/967％。所得膜厚均一性高，可成膜性能好，膜厚最低可达到30μm。本专利技术薄膜气体阻隔性良好，气体透过系数由7.9×10-9cm3·cm·cm-2·s-1·Pa-1降低为5.6×10-9cm3·cm·cm-2·s-1·Pa-1。本专利技术方法能有效克服纯热塑性淀粉在全生物降解塑料中分散效果差而降低薄膜的机械性能和阻隔性能等的缺点，并且增加全生物降解薄膜生物基的用量，可应用于食品包装、地膜和垃圾袋等领域。且加工过程简便，工艺绿色环保，对环境不造成任何危害和污染。本专利技术相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：(1)易加工：热塑性淀粉经过有机多元酸酸化改性后，在挤出塑化过程中，在双螺杆的剪切作用下使得淀粉分子量发生降解，从而减少高分子链间相互纠缠作用，从而降低了TPS的熔体黏度，挤出塑化效果增加。(2)PBAT/AMTPS全生物降解薄膜具有各相同性、高度均一等优点：AMTPS因具有低熔体黏度，能以纳米级别均匀分散在PBAT基体中，从而提高PBAT/AMTPS熔体黏度，能在较高的吹胀比下均匀成膜。纳米级别的AMTPS被PBAT均匀包覆而不会在吹膜等外力作用下出现取向分布，从而获得力学性能、光学性能和膜厚均一性良好的全生物降解薄膜。此外，PBAT/AMTPS薄膜的延展率可以高达1400％，比纯PBAT提高了47％，阻隔空气的性能也提高了20％。(3)绿色环保：本专利技术以淀粉及增塑剂和可食用的有机多元酸为原料，通过具有剪切塑化作用的螺杆挤出机连续生产，具有价格低廉、操作易于控制、无毒无污染等优点，AMTPS的添加量为30％以上，综合性能无明显下降的情况下，薄膜的成本获得降低而其生物质含量则大幅度上升，具有良好的经济效益和社会效益。附图说明图1为TPS和实例1、实例4所得多元有机酸酸化改性热塑性淀粉的黏度测试结果图。图2为PBAT、PBAT/TPS、实施例10～12分别制备的PBAT/AMTPS薄膜的气体渗透系数图。图3为PBAT薄膜的表面微观形貌图。图4为PBAT/TPS薄膜的表面微观形貌图。图5为实施例12制备得的PBAT/AMTPS薄膜的表面微观形貌图。图6为PBAT、PBAT/TPS、实施例12分别制备的PBAT/AMTPS薄膜的力学性能图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步详细的描本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种兼具高延展性和高阻隔性能的PBAT/改性淀粉全生物降解薄膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：将淀粉、增塑剂按质量比为6:4～8:2预混合，得到预混合物，再加入多元有机酸混合，挤出A造粒，得到酸化改性热塑性淀粉；再与PBAT经过双螺杆共混挤出B制备PBAT/AMTPS共混物，通过挤出‑吹膜成型制备得到PBAT/改性淀粉全生物降解薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种兼具高延展性和高阻隔性能的PBAT/改性淀粉全生物降解薄膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：将淀粉、增塑剂按质量比为6:4～8:2预混合，得到预混合物，再加入多元有机酸混合，挤出A造粒，得到酸化改性热塑性淀粉；再与PBAT经过双螺杆共混挤出B制备PBAT/AMTPS共混物，通过挤出-吹膜成型制备得到PBAT/改性淀粉全生物降解薄膜。2.根据权利要求1所述的兼具高延展性和高阻隔性能的PBAT/改性淀粉全生物降解薄膜的制备方法，其特征在于：所述的增塑剂为水、甘油、尿素、乙二醇、山梨醇中的至少一种。3.根据权利要求1所述的兼具高延展性和高阻隔性能的PBAT/改性淀粉全生物降解薄膜的制备方法，其特征在于：所用增塑剂与淀粉的质量比为3:7。4.根据权利要求1所述的兼具高延展性和高阻隔性能的PBAT/改性淀粉全生物降解薄膜的制备方法，其特征在于：所述的多元有机酸为琥珀酸、苹果酸、酒石酸、柠檬酸、凝脂酸和肉桂酸中的至少一种。5.根据权利要求1所述的兼具高延展性和高阻隔性能的PBAT/改性淀粉全...

【专利技术属性】
技术研发人员：张水洞，林泽声，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44