一种具有冷水可溶特性的淀粉基材料及其制备和应用制造技术

技术编号:20037016 阅读:5 留言:0更新日期:2019-01-09 01:10
本发明专利技术公开了一种具有冷水可溶特性的淀粉基材料及其制备方法。该材料按重量份计,包括如下组分:改性淀粉100;聚乙烯醇48‑65;复合增塑剂22‑50;普鲁兰糖3‑10;交联淀粉5‑10;加工助剂1‑3。本发明专利技术使用复合高效增塑剂对本发明专利技术制备体系进行增塑,酰胺类改性的水溶性多元醇衍生物作为复合增塑剂中的一种,常用增塑剂的添加量可以增至20%以上也不会析出,从而大幅增加了对淀粉和PVA的增塑效率,同时还可以提高淀粉和PVA复合材料的水溶性能,制备出可稳定加工的热塑性具有冷水可溶特性的淀粉基材料。本发明专利技术制备的材料经过挤出吹塑成膜后,其薄膜(20‑50μm)在冷水中(23℃)的彻底溶解时间≤180s。

A Starch-based Material with Cold Water Solubility and Its Preparation and Application

The invention discloses a starch-based material with cold water solubility and a preparation method thereof. The material consists of the following components by weight: modified starch 100; polyvinyl alcohol 48 65; composite plasticizer 22 50; pullulan sugar 3 10; cross-linked starch 5 10; processing aids 1 3. The invention plasticizes the preparation system of the invention by using a composite high-efficiency plasticizer. The water-soluble polyol derivatives modified by amides are used as one of the composite plasticizers. The addition of common plasticizers can be increased to more than 20% without precipitation, thus greatly increasing the plasticizing efficiency of starch and PVA, and at the same time improving the water-solubility of starch and PVA composites and preparing them. Starch-based materials with stable processability and cold water solubility were prepared. After the material prepared by the invention is extruded and blown into a film, the complete dissolution time of the film (20_50 um) in cold water (23 C) is less than 180 s.

【技术实现步骤摘要】
一种具有冷水可溶特性的淀粉基材料及其制备和应用
本专利技术属于环境友好、循环资源利用和复合材料制备领域,特别涉及一种具有冷水可溶特性的淀粉基材料及其制备方法和应用。
技术介绍
淀粉作为一种天然高分子原料,具有价格低廉,来源广泛丰富,同时也是一种取之不尽的可再生资源。随着不可再生的石油资源的不断消耗,开发可再生资源的利用具有重大的社会意义和经济意义。原淀粉由于具有高度结晶和分子间的紧密排列,使其难于加工成型,同时其水可溶性也较差。要制备具有水溶特性的淀粉基材料,必需对原淀粉进行改性,使其结晶度和分子间的紧密排列得到降低,同时其机械强度也会大幅下降,为了保证材料的使用强度和性能,又必须使用一些高机械性能的与淀粉相容性较好的水溶性材料进行补强。聚乙烯醇(PVA)是一种可被细菌作为碳源和能源利用的乙烯基聚合物,在细菌和酶的作用下可以实现生物降解的高分子材料,而且是可由非石油路线大规模生产的高分子材料。聚乙烯醇不但价格便宜,机械物理性能优良,同时也是一种水可溶性的高分子合成材料,在使用后进入大自然由于其极低的耗氧属性,不但不破坏水源水质,同时还具有改良土壤的优势而被公认为环境友好型材料受到广泛重视和开发。通过改性后的淀粉与水溶性的聚乙烯醇(补强)共混制备出具有冷水可溶特性的淀粉基材料是本专利技术的技术设计背景。目前,淀粉和聚乙烯醇体系为主要原料的热塑性加工材料的研究和开发技术很多。由于淀粉属于高结晶高极性高分子材料,在与合成高分子进行共混改性的时候,表现出加工相容性差,加工困难以及材料的性能不佳等缺陷;而聚乙烯醇由于也具有高结晶性和高极性更加难于加工,为了改善其加工性,一般都大量使用包括水溶性的多元醇、醇胺、酰胺的极性增塑剂对其增塑而改善加工性。而这些增塑剂的加入由于淀粉和聚乙烯醇的高结晶和高极性而受到制约,即通常在添加一定量后就很难再加入,甚至这些增塑剂的加入量在还没有达到对其有效增塑的效果下就添加不进去了:要么由于增塑效果差无法进行热塑性加工;要么添加进去后在生产成复合材料后增塑剂出现大量析出而使材料无法使用。这些都是由于原淀粉的高结晶性造成分子间的紧密排列使其空间受限所致。而且原淀粉的高结晶性和排列紧密性也导致其水溶性差,甚至不可水溶。
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具有冷水可溶特性的淀粉基材料。本专利技术另一目的在于提供上述具有冷水可溶特性的淀粉基材料的制备方法。本专利技术再一目的在于提供上述具有冷水可溶特性的淀粉基材料在吹塑薄膜、流延薄膜、流延片材、注塑制品、挤出制品等方面的应用。本专利技术的目的通过下述方案实现:一种具有冷水可溶特性的淀粉基材料,以重量份计,包括如下组份:所述的改性淀粉为淀粉中羟基经受化学反应或糊精内部结构分配的改变而得到的产物。淀粉改性的主要产品有酸变性淀粉、氧化淀粉、交联淀粉、酯化淀粉、醚化淀粉等。本专利技术中使用的改性淀粉为阴离子淀粉、非离子淀粉中的一种以上;优选的,本专利技术中使用的改性淀粉为酸变性淀粉、氧化淀粉、磷酸单淀粉、磷酸双淀粉、羧甲基淀粉醚、乙酰化二淀粉磷酸酯醋酸酯、羟丙基二淀粉磷酸酯、羟乙基淀粉、羟丙基淀粉醚等中的一种以上。所述的聚乙烯醇为部分醇解的聚乙烯醇,部分醇解的聚乙烯醇是指聚合度在500~2400、醇解度为88%的聚乙烯醇,具体包括牌号为PVA-0588、PVA-1188、PVA-1388、PVA-1788、PVA-2088、PVA-2288和PVA-2488的聚乙烯醇中的一种以上。所述的复合增塑剂由重量份比为1:2的增塑剂A和增塑剂B组成,其中增塑剂A为酰胺改性的水溶性多元醇物质,增塑剂B为水溶性多元醇或水溶性多元醇衍生物中的一种;优选的,所述的增塑剂A包括广州市万容新材料科技有限公司生产的酰胺改性的水溶性多元醇NBPG-400、NBPG-600、NBPG-800、NBPG-1000等中的一种;所述的增塑剂B为甘油、乙二醇、聚乙二醇PEG400、PEG600、PEG800、PEG1000等中的一种。所述的普鲁兰糖是一种具有线性状结构的中性多糖,由于其具有优异的可塑性、成膜性、稳定性,本专利技术中作为一种辅助增塑剂和辅助成型剂,使淀粉基材料加工稳定性进一步提高。所述的交联淀粉为一种高交联度(100AGU/交联键)的交联淀粉,其作用相当于无机填料如滑石粉,作为一种成型用防粘连剂。所述的加工助剂是指在淀粉基材料进行热塑性加工中提供热塑性成型的加工助剂,主要是指加工中使用的加工润滑剂;所述加工助剂是分子量大于2000的聚乙二醇(PEG),包括牌号为PEG-2000、PEG-4000、PEG-6000、PEG-10000或PEG-20000的聚乙二醇,不但能提供材料体系的内润滑,同时还能提高材料的水溶速度。一种上述的具有冷水可溶特性的淀粉基材料的制备方法,主要包括以下步骤:(1)按所述重量份数称量各组分后,先把改性淀粉、聚乙烯醇和加工助剂加入到高速搅拌机,开启低速搅拌进行混合,然后启动高速搅拌;(2)再在高速搅拌下,加入复合增塑剂和普鲁兰糖,加完后保持高速搅拌;而后转变到低速,加入剩余组分交联淀粉;加完全部组分后继续启动高速搅拌,降温出料,进入双螺杆挤出造粒机挤出造粒,得到所述具有冷水可溶特性的淀粉基材料。步骤(1)中所述的开启低速搅拌进行混合是指在300r/min搅拌3min;步骤(1)中所述的高速搅拌是指在1200r/min搅拌3min;步骤(2)中加完复合增塑剂和普鲁兰糖后,保持高速搅拌是指保持1200r/min的速度搅拌10-20min,同时控制料温不超过80℃;步骤(2)中所述的转变到低速是指转变到300r/min。步骤(2)中所述的加完全部组份后继续启动高速搅拌中的高速搅拌是指在1200r/min搅拌5min。步骤(2)中所述的挤出造粒的温度为10区分区控温:100℃/110℃/120℃/130℃/140℃/150℃/150℃/150℃/160℃/145℃。上述的具有冷水可溶特性的淀粉基材料在吹塑薄膜、流延薄膜、流延片材、注塑制品、挤出制品等方面中的应用。本专利技术的机理为:1、使用改性淀粉,改性后的淀粉由于引进了其他的极性基团而使原淀粉的高结晶和分子间的紧密排列被破坏使其相容性大幅提高,同时改性后的淀粉其水溶特性也大幅提高;2、使用复合高效增塑剂对本专利技术制备体系进行增塑,本专利技术使用酰胺类改性的水溶性多元醇衍生物,具有极高效的增塑作用和优异的相容性。3、由于酰胺类改性的水溶性多元醇衍生物对淀粉和聚乙烯醇具有优异的相容和增容作用,可以改善其他水溶性的多元醇的加入并提高其有效增塑效果。常用的如丙三醇、乙二醇、聚乙二醇醚等淀粉和PVA的增塑剂,常规技术下添加至10%以上就会在复合材料中析出,以至于达不到有效增塑的效果。而在本专利技术技术中使用了酰胺类改性的水溶性多元醇衍生物后,其添加量可以增至20%以上也不会析出,从而大幅增加了对淀粉和PVA的增塑效率,同时还可以提高淀粉和PVA复合材料的水溶性能,可以制备出可稳定加工的热塑性具有冷水可溶特性的淀粉基材料。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)具有水解和生物降解性双降解属性;2)具有冷水可溶性;3)在自然环境中具有较低的生物耗氧和化学耗氧,溶入土壤和水源后不对土壤和水源产生污染和本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种具有冷水可溶特性的淀粉基材料,其特征在于以重量份计,包括如下组份:

【技术特征摘要】
1.一种具有冷水可溶特性的淀粉基材料,其特征在于以重量份计,包括如下组份:2.根据权利要求1所述的具有冷水可溶特性的淀粉基材料,其特征在于:所述的改性淀粉为阴离子淀粉、非离子淀粉中的一种以上。3.根据权利要求2所述的具有冷水可溶特性的淀粉基材料,其特征在于:所述的改性淀粉为酸变性淀粉、氧化淀粉、磷酸单淀粉、磷酸双淀粉、羧甲基淀粉醚、乙酰化二淀粉磷酸酯醋酸酯、羟丙基二淀粉磷酸酯、羟乙基淀粉、羟丙基淀粉醚中的一种以上。4.根据权利要求1所述的具有冷水可溶特性的淀粉基材料,其特征在于:所述的聚乙烯醇为部分醇解的聚乙烯醇,部分醇解的聚乙烯醇是指聚合度在500~2400、醇解度为88%的聚乙烯醇。5.根据权利要求1所述的具有冷水可溶特性的淀粉基材料,其特征在于:所述的复合增塑剂由重量份比为1:2的增塑剂A和增塑剂B组成,其中增塑剂A为酰胺改性的水溶性多元醇物质,增塑剂B为水溶性多元醇或水溶性多元醇衍生物中的一种。6.根据权利要求5所述的具有冷水可溶特性的淀粉基材料,其特征在于:所述的增塑剂A包括广州市万容新材料科技有限公司生产的酰胺改性的水溶性多元醇NBPG-400、NBPG-600、NBPG-800、NBPG-1000中的一种;所述的增塑剂B为甘油、乙二醇、聚乙二醇PEG400、PEG600、PEG800、PEG1000中的一种。7.根据权利要求1所述的具有冷水可溶特性的淀粉基材料,其特征在于:所述的交联淀粉为交联度为100AGU的交联淀粉;所述...

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

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