一种耐水性生物淀粉塑料及制备方法技术

本发明专利技术涉及可降解塑料技术领域，特别是涉及一种耐水性生物淀粉塑料的制备方法，包括：将淀粉加入混合机中，真空脱除淀粉的结晶水；将无水淀粉研磨细化至纳米级，得到纳米无水淀粉；将硬脂酸、石蜡、聚乙烯蜡熔融混合得到油状混合物，再将纳米无水淀粉加入油状混合物中，高压均质后得到均质浆料；将均质浆料静置冷凝后粉碎，即得耐水热塑性淀粉；将耐水热塑性淀粉、聚乙烯、相容剂混合，再送入挤出机挤出，即得。本发明专利技术解决现有技术中小分子增塑剂在高温加工增塑剂容易挥发且增塑剂残留在塑料制品中容易吸水析出的问题。上述制备方法预先将淀粉进行改性使制得的耐水性生物淀粉塑料具有良好的耐水性、耐热性以及性能均匀的优点。

A water resistant biological starch plastic and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种耐水性生物淀粉塑料及制备方法
本专利技术涉及可降解塑料
，特别是涉及一种耐水性生物淀粉塑料及制备方法。
技术介绍
生物降解塑料是一种节能环保新材料。由于含有易被微生物分解的活性基团羟基、酯基、羧基等，当被放在自然环境中在一定温度和湿度条件下，由于微生物等作用，极易被分解成为水和二氧化碳，从而回归大自然。其发展最初始于上世纪70年代。经过40多年的发展，储备了坚实的技术基础，其技术不断更新，产品性能不断提高。随着市场需求的不断上升，各种技术成果的产业化转化和应用成为生物降解塑料发展的重点。特别是近些年来，国家大力推进环保产品，鼓励再生生物质能的利用和降解塑料推广应用，开始禁止生产、销售和使用一次性不可降解塑料制品。因此，生物降解塑料存在巨大替代市场空间。在众多生物质塑料中，淀粉塑料作为目前生物塑料中成本最低的塑料原料，在各类包装塑料制品中使用量巨大。目前的淀粉塑料已初步具备规模化生产和使用能力，制备工艺相对稳定，原料来源稳定。淀粉具有可生物降解性，是生物降解塑料中的重要材料之一，目前已被成熟的应用于制备淀粉塑料。但由于其分子链上含有大量的羟基，分子链间有很强的氢键结合，因此不具有热塑性，成型加工困难，耐水性差，一般不能作为材料单独使用，一般需要与其他塑料制成塑料合金。但其较强的极性又使得淀粉与基础树脂的相容性较差，制约了淀粉在树脂中的添加比例，要解决这些制约淀粉加工的问题就必须对其进行热塑性处理。在当今这个倡导环保材料的时代，对淀粉的热塑性处理已成为一个重要的研究课题。中国专利技术专利CN201810969738.7提供了一种聚乙烯淀粉塑料的制备方法，首先利用ZrOCl•HO与浓磷酸制备α-磷酸镐纳米颗粒；然后将淀粉经过硅烷化试剂进行疏水性修饰后利用球磨法对改性淀粉进行微粉化处理，得到纳米级改性淀粉微粉；最后将聚乙烯，纳米级改性淀粉微粉，滑石粉，碳酸钙，α-磷酸镐，天然增塑剂放入高速混料机中混合均匀后，通过双螺杆挤出机塑化挤出后冷却造粒即得聚乙烯淀粉塑料。上述专利技术专利制备的聚乙烯淀粉塑料耐水性强，力学性能优异且在制备过程中淀粉不宜糊化，得到的塑料安全无毒可完全降解。上述聚乙烯淀粉塑料中天然增塑剂为甘油、乙二醇、山梨醇以及聚乙二醇200中的一种，由于小分子增塑剂为亲水性，难以承受较高的加工温度。中国专利技术专利CN201911371545.2提供了一种生物基聚乙烯/淀粉共混改性吹膜材料及其制备方法，所述生物基聚乙烯/淀粉共混改性吹膜材料，以重量份数计，包括如下组分：生物基低密度聚乙烯25~45份、生物基高密度聚乙烯5~25份、乙烯丙烯酸乙酯4~20份、相容剂1~8份、淀粉30~65份、增塑剂3~19.5份、分散剂1~8份、促进剂1~8份。上述专利技术专利提供的吹膜材料具有生物基含量高，熔融指数低，加工性能好，机械性能强的优点，有利于行业推广利用。上述生物基聚乙烯/淀粉共混改性吹膜材料的增塑剂为白油、去离子水、乙酰基柠檬酸三正丁酯中的任意两种。由于小分子增塑剂为亲水性，难以承受较高的加工温度，上述生物基聚乙烯/淀粉共混改性吹膜材料在热塑加工时小分子增塑剂（如水等）会挥发，从而使得淀粉塑形丧失，增塑剂残留在塑料制品中易析出、易吸水。目前对淀粉的热塑性处理主要集中在利用小分子增塑剂进行增塑：进行淀粉塑料制备时，需要加入较多的小分子增塑剂（如甘油、乙二醇、水等）对淀粉增塑，增塑的目的是破坏淀粉氢键，使淀粉具有热塑性。然而，小分子增塑剂为亲水性，难以承受较高的加工温度，在热塑加工时小分子增塑剂（如甘油、乙二醇、水等）挥发会使淀粉塑形丧失，增塑剂残留在塑料制品中易析出、易吸水，导致塑料性能变差。尽管通过后期利用疏水性助剂白油、硬脂酸等处理，但小分子增塑剂在对淀粉增塑的同时负面影响难以彻底消除。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种耐水性生物淀粉塑料的制备方法，用于解决现有技术中小分子增塑剂在高温加工增塑剂容易挥发且增塑剂残留在塑料制品中容易吸水析出的问题，同时，本专利技术还将提供一种耐水性生物淀粉塑料。上述制备方法预先将淀粉进行改性，使得改性后的淀粉耐水热且具有一定热塑性，之后再与聚乙烯混合挤出，制得的耐水性生物淀粉塑料具有良好的耐水性、耐热性以及性能均匀的优点。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术的第一方面，提供一种耐水性生物淀粉塑料的制备方法，包括如下步骤：步骤一、将淀粉加入混合机中，在90~120℃的条件下真空脱除淀粉的结晶水，得到无水淀粉；步骤二、将步骤一中的无水淀粉研磨细化至纳米级，得到纳米无水淀粉；步骤三、将硬脂酸、石蜡、聚乙烯蜡在80~90℃下熔融混合得到油状混合物，再将步骤二中的纳米无水淀粉加入油状混合物中，高压均质后得到均质浆料；其中，硬脂酸、石蜡、聚乙烯蜡、纳米无水淀粉的质量份数依次为（5~8）、（3~5）、（3~5）、（50~60）；步骤四、将步骤三中的均质浆料静置冷凝后粉碎，即得耐水热塑性淀粉；步骤五、将步骤四中的耐水热塑性淀粉、聚乙烯、相容剂按照质量份数为（50~60）、（30~40）、（3~5）混合，再送入挤出机挤出，风冷模面切粒，即得耐水性生物淀粉塑料。上述制备方法预先将淀粉进行改性，使得改性后的淀粉耐水热且具有一定热塑性，之后再与聚乙烯混合挤出，制得的耐水性生物淀粉塑料具有良好的耐水性、耐热性以及性能均匀的优点。上述制备方法的整体过程较为简单从而降低加工工艺的难度，原料来源广从而降低加工工艺的成本，收率高从而提高物料的利用率。通过干燥将淀粉中的结晶水完全除去，对淀粉进行研磨细化，得到纳米无水淀粉。由于纳米化使得淀粉的大部分结晶结构消失，此时淀粉具有理论的热塑性，但仍难以直接热塑加工。之后将纳米无水淀粉加入油状混合物（过量的硬脂酸、石蜡、聚乙烯蜡的混合而成），均质机分散处理使纳米无水淀粉完全分散在硬脂酸、石蜡、聚乙烯蜡的组合物中，得到耐水热塑性淀粉。硬脂酸作为增塑剂对淀粉进行改性，使得改性后的淀粉具有良好的塑性。聚乙烯蜡具有优良的耐寒性、耐热性、耐化学性和耐磨性，此外还可作为润滑剂，聚乙烯蜡的化学性质稳定、电性能良好。聚乙烯蜡作为润滑剂使得淀粉均匀分散在油状混合物中，提高淀粉的分散性，避免其出现团聚的现象。石蜡具有一定的耐水性，此外石蜡还可以作为增塑剂和分散剂。将耐水热塑性淀粉、聚乙烯、相容剂混合，螺杆挤出造粒，得到耐水性生物淀粉塑料。由于耐水热塑性淀粉未使用小分子增塑剂进行增塑，而通过使淀粉纳米化破坏结晶结构并用过量的耐水润滑材料均质分散纳米淀粉，使耐水性生物淀粉塑料的耐水性得到改善。进一步地，所述步骤一中真空脱除的温度为100~110℃，搅拌速率为50~150r/min，搅拌时间为45~60min，真空压力为-0.06MPa~-0.08MPa。真空脱除淀粉中的结晶水，一方面真空脱除可以脱除全部的结晶水，另一方面真空脱除不会引入杂质（避免杂质影响纳米淀粉的性能）。在脱除的过程低速搅拌，一方面是为了加速脱除并且使得淀粉的结晶水均被脱除，另一方面避免搅拌速度过快不能使得淀本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐水性生物淀粉塑料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤一、将淀粉加入混合机中，在90~120℃的条件下真空脱除淀粉的结晶水，得到无水淀粉；/n步骤二、将步骤一中的无水淀粉研磨细化至纳米级，得到纳米无水淀粉；/n步骤三、将硬脂酸、石蜡、聚乙烯蜡在80~90℃下熔融混合得到油状混合物，再将步骤二中的纳米无水淀粉加入油状混合物中，高压均质后得到均质浆料；其中，硬脂酸、石蜡、聚乙烯蜡、纳米无水淀粉的质量份数依次为（5~8）、（3~5）、（3~5）、（50~60）；/n步骤四、将步骤三中的均质浆料静置冷凝后粉碎，即得耐水热塑性淀粉；/n步骤五、将步骤四中的耐水热塑性淀粉、聚乙烯、相容剂按照质量份数为（50~60）、（30~40）、（3~5）混合，再送入挤出机挤出，风冷模面切粒，即得耐水性生物淀粉塑料。/n

【技术特征摘要】
1.一种耐水性生物淀粉塑料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、将淀粉加入混合机中，在90~120℃的条件下真空脱除淀粉的结晶水，得到无水淀粉；
步骤二、将步骤一中的无水淀粉研磨细化至纳米级，得到纳米无水淀粉；
步骤三、将硬脂酸、石蜡、聚乙烯蜡在80~90℃下熔融混合得到油状混合物，再将步骤二中的纳米无水淀粉加入油状混合物中，高压均质后得到均质浆料；其中，硬脂酸、石蜡、聚乙烯蜡、纳米无水淀粉的质量份数依次为（5~8）、（3~5）、（3~5）、（50~60）；
步骤四、将步骤三中的均质浆料静置冷凝后粉碎，即得耐水热塑性淀粉；
步骤五、将步骤四中的耐水热塑性淀粉、聚乙烯、相容剂按照质量份数为（50~60）、（30~40）、（3~5）混合，再送入挤出机挤出，风冷模面切粒，即得耐水性生物淀粉塑料。


2.根据权利要求1所述的一种耐水性生物淀粉塑料的制备方法，其特征在于：所述步骤一中真空脱除的温度为100~110℃，搅拌速率为50~150r/min，搅拌时间为45~60min，真空压力为-0.06MPa~-0.08MPa。


3.根据权利要求1或2所述的一种耐水性生物淀粉塑料的制备方法，其特征在于：所述步骤一中淀粉为玉米淀粉、木薯淀粉、豌豆淀粉中的至少一种。


4.根据权利要求1所述的一种耐水性生物淀粉塑料的制备方法，其特征在于：所述步骤二中研磨采用气旋式气流粉碎机、球磨机、循环管式粉碎机或扁平式气流粉碎机；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆，曾军堂，白涛，司文彬，
申请(专利权)人：成都新柯力化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51