一种低成本化高性能生物降解复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低成本化高性能生物降解复合材料及其制备方法，该复合材料由以下重量百分比的原料制成：生物降解树脂40％～90％、丙烯酸酯接枝淀粉10％～60％。低成本化高性能生物降解复合材料的制备方法包括：首先，将充分干燥的生物降解树脂和丙烯酸酯接枝淀粉混合均匀，然后，采用利用双螺杆挤出机进行熔融挤出、拉条、风冷、造粒，得到低成本化高性能生物降解复合材料。本发明专利技术采用丙烯酸酯接枝淀粉填充改性生物降解树脂，不仅可以大幅度降低生物降解树脂的原料成本和生产加工成本，还可以保持甚至提高生物降解树脂的力学性能，这是因为丙烯酸酯接枝淀粉具有优异的疏水性和熔融加工性能，与生物降解树脂具有优异的界面相容性。面相容性。

【技术实现步骤摘要】
一种低成本化高性能生物降解复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及生物降解复合材料
，具体是一种低成本化高性能生物降解复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，传统高分子材料所带来的“白色污染”和“微纳米塑料”日益严峻，这严重破地球生态系统和人类的健康安全。随着人们环境保护的意识逐渐增强，生物降解材料受到学术界和企业界越来越多的关注。然而，相对于传统高分子材料，环境友好型生物降解材料具有较高的价格，这严重限制了其大规模推广及应用。
[0003]通过填充淀粉、纤维素、麻纤维和竹粉等生物质填料，可以大幅度降低生物降解的原料成本。其中，淀粉具有来源广、产量大和价格低的优势，最为适合作为生物质填料。然而，淀粉分子表面含有大量的羟基，表现为极强的亲水性，而生物降解材料则表现为疏水性，这导致淀粉和生物降解材料的界面相容性较差。因此，淀粉的添加导致生物降解复合材料的力学性能大幅度降低。可见，只有改善淀粉与生物降解材料的界面相容性，才能制得低成本高性能的生物降解材料，从而满足市场的需求。
[0004]目前，改善淀粉和生物降解材料界面相容性的方法主要包括添加界面反应偶联剂(二异氰酸酯类MDI、TDI等)、马来酸酐接枝聚乳酸和甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚乳酸。然而，界面反应偶联剂具有较大的毒性，不适合甚至禁止应用于一次性餐具和食品包装等与食品接触的产品；马来酸酐接枝聚乳酸的接枝率一般较低，而甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚乳酸的环氧基团反应活性较低，这导致其淀粉与生物降解材料的界面相容性的改善效果较差。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供一种低成本化高性能生物降解复合材料及其制备方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题，采用丙烯酸酯接枝淀粉作为填充改性剂，大大增强生物降解树脂与淀粉界面处的粘附力，从而能够显著提高复合材料的力学性能，并且降低生产成本。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：在不需要溶剂的状态下，通过将丙烯酸酯化合物接枝到淀粉表面，成功赋予淀粉表面疏水性，并有效改善淀粉与降解材料的界面相容性，最终赋予高含量淀粉填充降解材料高性能和低成本。
[0007]在该制备方法中，在引发剂的引发作用下，淀粉和丙烯酸酯化合物进行自由基接枝反应，得到得到丙烯酸酯接枝淀粉，主要涉及的反应如下：
[0008][0009]丙烯酸酯接枝淀粉具有优异的疏水性，与高分子材料具有优异的界面粘附性。特别是在聚乳酸(PLA)、聚对苯二甲酸/己二酸丁二醇酯(PBAT)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚碳酸亚丙酯(PPC)和聚己内酯(PCL)等生物降解材料体系中，相对于普通甚至界面相容剂/偶联剂活化处理的淀粉，丙烯酸酯接枝淀粉具有更高的填充量和更优的界面相容性，从而赋予生物降解复合材料更低的材料成本和更优的力学性能。
[0010]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0011]本专利技术在不需要溶剂的状态下，成功大幅度提高淀粉的疏水性。一方面，高疏水性淀粉与生物降解材料具有优异的界面相容性，从而在不牺牲生物降解材料力学性能的基础上可以大幅度降低生物降解材料的原料成本，进而显著提高生物降解材料的市场竞争力；另一方面，采用高疏水性丙烯酸酯接枝淀粉填充改性生物降解高分子材料，有效避免了界面相容剂、润滑剂、塑化剂等改性助剂的加入，从而有效简化生产配方及生产工艺流程，从而大幅度降低生产成本。
具体实施方式
[0012]为了便于理解本专利技术，下面将结合具体的实施例对本专利技术进行更全面的描述。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本专利技术的公开内容理解的更加透彻全面。
[0013]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本专利技术。
[0014]以下实施例和对比例中采用的原料具体信息如下：
[0015]淀粉：选用玉米淀粉、小麦淀粉、马铃薯淀粉、木薯淀粉、豌豆淀粉；
[0016]丙烯酸酯化合物：选用4
‑
羟基丁基丙烯酸酯(日本大阪、4HBA)、四氢呋喃丙烯酸酯(韩国美源、M150)、聚乙二醇400二丙烯酸酯(韩国美源、M280)、1,6
‑
己二醇二丙烯酸酯(荷兰帝斯曼、AgiSyn 2816)、三丙二醇二丙烯酸酯(荷兰帝斯曼、AgiSyn 2815)；
[0017]引发剂：选用叔丁基过氧化苯甲酸酯(诺力昂化学品有限公司、Trigonox C)、叔丁基过氧化
‑2‑
乙基己酸酯(诺力昂化学品有限公司、Trigonox 21S)、叔丁基过氧化
‑
3,5,5
‑
三甲基己酸酯(诺力昂化学品有限公司、Trigonox 42S)、正丁基
‑
4,4
‑
二(叔丁基过氧化)戊酸酯(诺力昂化学品有限公司、Trigonox 17)、乙基
‑
3,3
‑
二(叔丁基过氧化)丁酸酯(法国阿科玛、Luperox 233)；
[0018]生物降解树脂：聚乳酸PLA(美国Natureworks、4032D)、PBAT(新疆蓝山屯河、TH801T)、PBS(新疆蓝山屯河、TH801T)；
[0019]所有材料均为市售常规常用产品。
[0020]可以理解的是，以上原料试剂仅为本专利技术一些具体实施方式的示例，使得本专利技术的技术方案更加清楚，并不代表本专利技术仅能采用以上试剂，具体以权利要求书中的范围为准。此外，实施例和对比例中所述的“份”，如无特别说明，均指重量份。
[0021]本专利技术所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。
[0022]实施例1
[0023]一种丙烯酸酯接枝淀粉，采用以下重量份的配方：
[0024]玉米淀粉
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90.0份；
[0025]4‑
羟基丁基丙烯酸酯
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8.0份；
[0026]叔丁基过氧化苯甲酸酯
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2.0份；
[0027]称取以下重量的原料：
[0028]玉米淀粉9.00kg，4
‑
羟基丁基丙烯酸酯0.80kg，叔丁基过氧化苯甲酸酯0.20kg。
[0029]制备过程如下：
[0030]首先，将淀粉在100℃真空干燥烘箱中干燥处理12小时，并将干燥后的淀粉与真空环境中冷却至25℃，加入反应器，并持续进行缓慢搅拌。然后，以喷雾方式加入叔丁基过氧化苯甲酸酯。再次，加入本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低成本化高性能生物降解复合材料，其特征在于，其由以下组分按照重量百分比制备而成：生物降解树脂
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40％～90％；丙烯酸酯接枝淀粉
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10％～60％；其中，所述生物降解树脂为聚乳酸、聚对苯二甲酸/己二酸丁二醇酯、聚丁二酸丁二醇酯和聚碳酸亚丙酯中的至少一种；所述丙烯酸酯接枝淀粉由淀粉90.00％～99.49％、丙烯酸酯化合物0.50％～8.00％、引发剂余量按照重量百分比制备而成。2.根据权利要求1所述的一种低成本化高性能生物降解复合材料，其特征在于，所述淀粉为禾谷类淀粉、薯类淀粉、豆类淀粉中的至少一种。3.根据权利要求1所述的一种低成本化高性能生物降解复合材料，其特征在于，所述丙烯酸酯化合物为单丙烯酸酯、双丙烯酸酯中的至少一种。4.根据权利要求4所述的一种低成本化高性能生物降解复合材料，其特征在于，所述引发剂为烷基过氧化物、芳基过氧化物、二芳酰基过氧化物、过氧化缩酮、过氧化酯、过氧化碳酸酯、环状过氧化物中的至少一种。5.根据权利要求1所述的一种低成本化高性能生物降解复合材料，其特征在于，所述引发剂为叔丁基过氧化苯甲酸酯、叔丁基过...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏，刘小文，
申请(专利权)人：会通新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：