PVA-PCL-淀粉共混材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种ＰＶＡ－ＰＣＬ－淀粉共混材料及其制备方法，所述共混材料主要是利用双螺杆挤出机对含有ＰＶＡ、ＰＣＬ、淀粉的混合物料挤制而成，所述混合物料还包括碳酸钙和／或云母粉，且该混合物料中含有的每１００重量份的原料组成包括：１０～３０重量份的ＰＶＡ，２０～５０重量份的ＰＣＬ，１．５～５重量份的碳酸钙和／或云母粉，和余量的淀粉。本发明专利技术通过各原料的合理配比，并利用优化且简单的工艺过程，使所制备的可降解材料在降低生产成本的同时可相对保证材料的力学性能，从而扩大了其可应用范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种生物降解材料及其制备方法，具体是提供一种利用 PVA、 PCL和淀粉为主要原料通过物理过程实现共混而制备得到的混合材料， 该共混材料可用于加工各类可降解膜或包装产品。本专利技术还涉及该共混材 料的制备方法。
技术介绍
随着塑料材料特别是一次性塑料制品如包装薄膜(袋)、餐饮具、地 膜等应用的不断扩大，从环境保护方面考虑，对这类制品的回收和提高降 解效率已经受到社会的高度重视。目前已有报道的可生物降解材料多为以淀粉-聚乙烯醇(PVA)为主要 原料得到的产品，该类材料虽然具有比较好的生物降解性，但是目前已经 商品化的PVA分子量较低，其与淀粉混合后的材料在成膜性尤其是膜的力 学强度方面都难以满足使用要求，为了改善产物的性能，例如拉伸强度、 断裂伸长率及疏水性等，很多研究中采用了引入大分子助剂以封闭淀粉和PVA中的羟基，改变淀粉和PVA的分子结构；也有报道需要使用醛类助剂(例 如甲醛)进行固化，达到提高淀粉-PVA制品的力学性能的效果。这些方法 都需要在材料制备中引进化学变化，不仅技术复杂，操作要求高，从安全 角度，醛类的使用也在一定程度上限制了材料的应用范围。也有报道使用 聚己内酯(PCL)取代PVA，解决材料的强度问题，但PCL的高价格也限制 了其应用范围，制约了产业化进程。所以，已经产品化的以淀粉-PVA为基 料的混合材料多仅用于农用地膜。围绕产品的降解性和强度，也有例如采用PLA (聚乳酸)或PCL (聚己内酯)淀粉基(例如淀粉-PCL共混)塑料的研究被提出，但如何实现产品 在性能与成本两方面的均衡，进而得到市场的认可而扩展材料的应用范围， 目前仍处于研究开发阶段。
技术实现思路
本专利技术所要解决的主要技术问题是针对现有技术中的生物降解材料性 能改善与生产成本之间的矛盾，提供一种配方改良的可降解材料，该材料为利用淀粉、PVA和PCL原料经过物理过程实现共混的产物，期间无须进行化 学反应，也无须高温加工，成本相对较低、且制作工艺简单，在满足可生物 降解的同时，满足了使用所要求的力学性能，从而扩大了其可应用范围。本专利技术所提供的可降解材料是一种PVA-PCL-淀粉共混材料，是利用双螺 杆挤出机对含有PVA、 PCL、淀粉的混合物料挤制而成，所述混合物料还包括 碳酸钙和/或云母粉，且该混合物料中含有的每100重量份的原料组成包括10 30重量份的PVA;20 50重量份的PCL;1.5 5重量份的碳酸钙和/或云母粉；和余量的淀粉。本专利技术提供的可降解材料采用了淀粉、PVA、 PCL为主要组成原料(原 料组成)，经实施三元共混而制成，所述组成原料还包括了适量的无机矿 物质(碳酸钙和云母粉)，可有助于提高产品的性能。根据本专利技术的具体 实施方案，混合物料中可单独含有碳酸钙或云母粉，也可同时含有碳酸转 和云母粉。当混合物料中同时含有碳酸钙和云母粉时，每100重量份的原 料组成中，碳酸钙和云母粉各自的含量最好分别都不超过3重量份。可以看到，本专利技术的PVA-PCL-淀粉共混材料中，所用主要原料PVA、 PCL、 淀粉都是典型的生物降解材料，因此本专利技术的共混材料具有良好的降解性能。更具体地，本专利技术提供的可降解材料(共混材料)的混合物料为所述各原料经甘油与水的混合物作用下搅拌混合而成，所述甘油与水的混合物 的加入量应该低于混合物料总重量的15%。所述甘油与水的混合物优选为甘油质量浓度30% 80%的甘油水溶液。本专利技术的共混材料中，甘油水溶液的加入可达到塑化淀粉的作用，优选地，所述甘油与水的混合物的加入量不超过所述混合物料总重量的10%。 本专利技术还提供了制备所述PVA-PCL-淀粉三元共混材料的方法，即，制 备本专利技术的可降解材料的方法包括将原料按比例混配，并在甘油与水的 混合物作用下搅拌混合成为混合物料，该混合物料利用双螺杆挤出机挤制 成所述共混材料。根据本专利技术的优选方案，针对各原料的特性，可先对淀粉和PVA实施 充分混合，再加入PCL及无机矿物质继续混合至满足挤出条件。即，供送 入双螺杆挤出机的混合物料的混合过程优选包括首先将淀粉和PVA以及甘油与水的混合物在90 12(TC实施混合，然后 调节温度在85 11(TC下加入PCL、碳酸钙和/或云母粉，继续搅拌使物料 实现均匀分散，之后降温至8(TC以下，进一步搅拌出料。更优选地，所述混合物料的粒度为50 200目，且为实现原料间的充 分混合和均匀分散，供送入双螺杆挤出机的混合物料的混合过程包括淀粉和PVA以3 5rpm速度搅拌同时加入甘油与水的混合物，控制物料 温度90 120。C搅拌混合3 10min，之后提高转速到18 22rpm进一步搅 拌混合3 10min;然后降低至3 5rpm的转速下并调节温度到85 110°C 加入PCL、碳酸钙和/或云母粉，进一步提高转速15 20rpm下搅拌6 15 分钟后降温至8(TC以下搅拌出料。根据本专利技术的制备方法，所述混合物料中加入了适量的甘油，尤其是 甘油水溶液，可达到塑化淀粉的作用，以利于物料的混合和相互融合，助 于PVA、 PCL和淀粉之间的良好共混。优选地，甘油与水的混合物为甘油浓 度30% 80%的甘油水溶液。在制备混合物料时，可将全部或部分甘油水溶液先与淀粉和PVA混合，待全体原料被混合并均匀分散后再加入余量甘油 水溶液，慢速搅拌出料，供输送入双螺杆挤出机实施挤出成型，例如，将 挤出物切割制粒，用于成膜工序。本专利技术的共混材料中，甘油水溶液的加入可达到塑化淀粉的作用，作 为本专利技术的优选实施方案，所述甘油与水的混合物的加入量应不低于混合物料总重量的2%，但不宜过量，其加入量不应超过混合物料总重量的15%， 优选地，所述甘油与水的混合物的加入量不超过该混合物料总重量的10%。本专利技术的制备方法中，比较好的是，对所述淀粉和PVA在混合前先干 燥至含水量低于1%，再用于混合操作。本专利技术的共混材料为上述混合物料经双螺杆挤出成型的产物，在挤出工序，优选地，双螺杆挤出机的控制温度为固体输送区70 75'C;熔 融区80 105°C;混合区95 1(XTC;熔体输送区80 95°C;机头80 85°C。具体到双螺杆挤出设备的选择和挤出工序的操作都属于本领域 的常规技术，不再赘述。专利技术人的研究结果显示,利用本专利技术的方法，由于采用的主要原料PVA、 PCL、淀粉分子中都含有C-O官能团，借助相应的助剂(无机材料和甘油溶 液)和操作，可以通过简便的工艺实现三者的共混，例如，无机矿物质的 添加以及各组分的合理配比与双螺杆挤出工艺的结合，制备过程不需要那 些为了提高疏水性或固化性而引入的化学反应。并且，由于本专利技术选用的 原料特点(选择了熔点较低的PCL，其熔点70°C)，经混合处理后物料再 经双螺杆挤出机的挤出过程可以在较低的温度下运行(整体加工温度不超 过11(TC)，不仅可以使各原料组成之间达到良好的共混效果，加工能耗将 有效降低，而且较低的挤出温度和不需要考虑化学反应的操控，对挤出机 中的螺杆的"汽蚀"腐蚀损坏较小，对于挤出设备的材质没有特殊要求， 不仅降低了生产投资，也有利于设备的保养和使用寿命的延长。本专利技术中使用的原料均为常规的工业产品或商购品，例如，淀粉可以是各种天然淀粉或改性淀粉，包括玉米淀粉、大米淀粉、马铃薯淀粉、小麦本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＰＶＡ－ＰＣＬ－淀粉共混材料，其是利用双螺杆挤出机对含有ＰＶＡ、ＰＣＬ、淀粉的混合物料挤制而成，所述混合物料还包括碳酸钙和／或云母粉，且该混合物料中含有的每１００重量份的原料组成包括：　　　　１０～３０重量份的ＰＶＡ；　　　　２０～５０重量份的ＰＣＬ；　　　　１．５～５重量份的碳酸钙和／或云母粉；和　　　　余量的淀粉。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘原珊，
申请(专利权)人：刘原珊，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]