專利名稱：一種可降解淀粉基塑料的制備方法
技術領域：
本發明涉及生物降解材料技術領域，特別地，涉及一種可降解淀粉基塑料的制備方法。
背景技術：
為了減輕廢舊塑料對環境的污染和緩解能源危機，多年來人們嘗試開發可降解塑料，用以代替普通塑料制品。淀粉是一種多糖類化合物，廣泛存在于玉米、小麥、馬鈴薯、木薯等植物中，具有來源廣，成本低，可生物降解等優點，因此很早就有人將其作為生物降解研究的材料。淀粉是可再生資源，且價格便宜，用它作原料可大大降低塑料工業對石油工業的依賴性。同時，作為開發具有生物降解性聚合物產品其在各種環境中都具備完全的生物降解能力，淀粉分子降解或灰化后，形成二氧化碳氣體，對土壤或空氣沒有毒害。通過一定的工藝使淀粉熱塑性化后可以達到用于制造塑料材料的機械性能，從而開拓淀粉的利用還有利于農村產業結構調整和農業經濟的發展。淀粉塑料也稱淀粉基塑料(Starch-based Plastics),泛指其組成含有淀粉或其衍生物的塑料，以天然淀粉為填充劑的和以天然淀粉或其衍生物為共混體系主要組分的塑料都屬此類。近年來，國內外生物降解塑料蓬勃發展，逐漸呈現出取代傳統塑料的趨勢。淀粉基生物降解塑料廣泛應用于人們生產生活的各個方面，如包裝材料、農用地膜、一次性用品等。目前歐美國家已經建立起了萬噸級的生產線，業內領軍的知名公司包括意大利Novanmont 公司、美國的 Warner-Lambert、Air Product & Chemical 公司、日本的日本合成化學工業公司、加拿大EPI公司等。我國塑料工業起步較晚但發展迅速。我國淀粉塑料首先由江西省科學院研究成功，現在參與研究的高等學校、科研院所及企業有60多家，生產廠家或生產線已有80多家，生產能力估計達6萬噸 8萬噸/年，其中有多家的技術來自于國外引進。但是迄今為止，從綜合性能和成本考慮，所有的降解材料均無法取代現行塑料，有些品種如填充型淀粉塑料等根本不具備生命力。遺憾的是，我國目前已投產的絕大多數恰恰屬于這類品種，從國外引進的大多要么成本高，難以與現行塑料競爭，要么技術不成熟或不能完全降解，已屬國外淘汰品種，因而引進調試完畢即告停產。能形成真正意義上的完全降解淀粉基塑料生產力的只有少數幾家企業機構，例如哈爾濱綠環生物降解制品開發有限公司、陜西旺大實業股份有限公司、中科院長春應化所等，但遠不能滿足市場對環保材料的需求。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種可降解淀粉基塑料的制備方法，該制備方法在制備淀粉基塑料時加入蔗渣纖維作為填充劑，可以降低產品成本，增強材料的機械強度，明顯改善該材料的應用性能。本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是一種可降解淀粉基塑料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟
步驟I)，分別制備熱塑性淀粉和蔗渣纖維；步驟2)，使所述步驟I)制備的熱塑性淀粉和蔗渣纖維在混合設備中混合，同時向所述混合設備中添加塑化劑，得到共混物；步驟3)，使所述步驟2)得到的共混物在120 170°C下，加入交聯劑和催化劑經雙螺桿擠出機塑化，螺桿轉速30 50r/min，熔體擠出，即可制得可降解淀粉基塑料。螺桿轉速在30 50r/min的轉速范圍內時，物料可以充分得更加混勻，交聯劑可以充分反應完 全。上述技術方案中，所述步驟2)中的所述混合設備為高速攪拌混合器，使其獲得更好的混合效果。塑化劑的添加方式可以采用“噴灑”的方式，使所得到的共混物更加均勻。所謂“噴灑”，是指使塑化劑成霧狀或飛沫狀噴射散落在所述熱塑性淀粉和蔗渣纖維的混合物上。所述步驟2)還包括將所述共混物從所述混合設備中取出，并使其在密封袋中保存。密封袋保存是暫時保存本發明的中間產品物料，并防止其在保存過程中失水。本發明所述的一種可降解淀粉基塑料的制備方法，其特征在于，還包括步驟4)，將所述步驟3)所得的可降解淀粉基塑料進行造粒。造粒設備可以根據現有技術進行選擇。所述熱塑性淀粉的制備的具體步驟是以淀粉、甘油和水作為原料，按照淀粉甘油水=I 2 5 0. 05 0. 3的比例，在高速混合機中混合4 15min，然后在單螺桿擠出機中塑化擠出，溫度控制在120 170°C，轉速控制在30 50r/min，制成熱塑性淀粉。單螺桿擠出機在30 50r/min的轉速下3種原料可以充分混勻，反應完全。所述蔗渣纖維的制備的具體步驟是將制糖廢棄物蔗渣洗凈、干燥后，用粉碎機粉碎，過100目篩，備用。所述塑化劑的制備的具體步驟是將甘油、水、聚乙二醇按照甘油水聚乙二醇=I 0.05 0.2 3 10的比例，在60 90°C加熱的條件下混合。所述淀粉選自木薯淀粉、玉米淀粉、馬鈴薯淀粉和大米淀粉中的任何一種或其組
入
口 o所述催化劑選自氯化鎂、氯化鋅、三氯化鋁。綜上所述，本發明與現有技術相比，具有如下優點(I)以淀粉為主要原料，蔗渣為主要輔料，生產出含淀粉80%以上的可以100%降解的淀粉基塑料，在土壤中經30-45天即可完全降解消失，該材料可以制成農用薄膜、購物袋、一次性飯盒等應用產品，可滿足市場和環保的各種需求。(2)在制備淀粉基塑料時加入蔗渣纖維作為填充劑，可以降低產品成本，增強材料的機械強度，明顯改善該材料的應用性能。(3)采用反應性擠出工藝進行生產，在擠出過程中加入交聯劑，讓淀粉/PVA共混體系具有優良的相容性，增強材料的疏水性，使其具有更廣泛的應用空間。
圖I是本發明的工藝流程圖。
具體實施方式
下面的實施例可以使本領域技術人員更全面地理解本發明，但不以任何方式限制本發明。實施例實施例I
按照木薯淀粉甘油水=I : 3 : 0. I的比例，在高速混合機(型號SHR-100A，張家港市金城塑料機械廠)中混合8min，轉速為950rpm/min，然后在單螺桿擠出機中塑化擠出，溫度控制在165 170°C，轉速控制在40 45r/min，制成熱塑性淀粉(TPS)。將甘油、水、聚乙二醇按照甘油水聚乙二醇=I 0. 05 10的比例在加熱的條件下預混合，緩慢噴灑至已混有熱塑性淀粉和蔗渣纖維的高速攪拌混合器中，攪拌6min，取出后在密封袋中保存，密封袋保存可以以確保塑化劑滲透到材料之中。將上述共混物在160°C下經雙螺桿擠出機塑化，添加乙二醛為交聯劑，氯化鎂為催化劑，螺桿轉速45r/min，熔體擠出、造粒。上述實施例中，所述蔗渣纖維的制備的具體步驟是將制糖廢棄物蔗渣洗凈、干燥后，粉碎，過100目篩，備用。所述制糖廢棄物是指甘蔗制糖廢棄物。根據QB/T 2957-2008 (淀粉基塑料中淀粉含量的測定)，本實施例所得的產品中的淀粉含量為82. 5% ;根據GB/T 1039-92(塑料力學性能試驗方法總則)檢驗產品性能，拉伸強度達到20. OMPa，斷裂伸長率為150% ;根據GB/T 20197-2006 (降解塑料的定義、分類、標識和降解性能要求)檢測降解性能，30天平均降解率達到80%以上，45 50天內達到100%降解。實施例2按照玉米淀粉甘油水=I : 4 : 0. 08的比例，在高速混合機(型號SHR-100A，張家港市金城塑料機械廠)中混合lOmin，轉速為950rpm/min，然后在單螺桿擠出機中塑化擠出，溫度控制在165 170°C，轉速控制在40 45r/min，制成熱塑性淀粉(TPS)。將甘油、水、聚乙二醇按照甘油水聚乙二醇=I 0. 2 5的比例在加熱的條件下預混合，緩慢噴灑至已混有熱塑性淀粉和蔗渣纖維的高速攪拌混合器中，攪拌8min，取出后在密封袋中保存，以確保塑化劑滲透到材料之中。將上述共混物在165°C下經雙螺桿擠出機塑化，添加三偏磷酸鈉為交聯劑，氯化鋅為催化劑，螺桿轉速45r/min，熔體擠出、造粒。上述實施例中，所述蔗渣纖維的制備的具體步驟是將制糖廢棄物蔗渣洗凈、干燥后，粉碎，過100目篩，備用。所述制糖廢棄物是指甘蔗制糖廢棄物。經檢測，淀粉含量為83. 3%，拉伸強度達到20. OMPa,斷裂伸長率為160%;40 50天內達到100%降解。實施例3按照馬鈴薯淀粉甘油水=I 3. 5 0. I的比例，在高速混合機(型號SHR-100A,張家港市金城塑料機械廠)中混合8min，轉速為950rpm/min，然后在單螺桿擠出機中塑化擠出，溫度控制在165 170°C，轉速控制在40 45r/min，制成熱塑性淀粉(TPS)。將甘油、水、聚乙二醇按照甘油水聚乙二醇=I 0. I 3的比例在加熱的條件下預混合，緩慢噴灑至已混有熱塑性淀粉和蔗渣纖維的高速攪拌混合器中，攪拌lOmin，取出后在密封袋中保存，以確保塑化劑滲透到材料之中。將上述共混物在160°C下經雙螺桿擠出機塑化，添加戊二醛為交聯劑，氯化鎂為催化劑，螺桿轉速50r/min，熔體擠出、造粒。上述實施例中，所述蔗渣纖維的制備的具體步驟是將制糖廢棄物蔗渣洗凈、干燥后，粉碎，過100目篩，備用。所述制糖廢棄物是指甘蔗制糖廢棄物。
經檢測，淀粉含量為81.2%，拉伸強度達到21. OMPa,斷裂伸長率為160%;45 55天內達到100%降解。如上所述，便可以實現本發明。
權利要求
1.一種可降解淀粉基塑料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟步驟I)，分別制備熱塑性淀粉和蔗渣纖維； 步驟2)，使所述步驟I)制備的熱塑性淀粉和蔗渣纖維在混合設備中混合，同時向所述混合設備中添加塑化劑，得到共混物； 步驟3)，使所述步驟2)得到的共混物在120 170°C下，加入交聯劑和催化劑經雙螺桿擠出機塑化，螺桿轉速30 50r/min，熔體擠出，即可制得可降解淀粉基塑料。
2.根據權利要求I所述的一種可降解淀粉基塑料的制備方法，其特征在于，所述步驟2)還包括將所述共混物從所述混合設備中取出，并使其在密封袋中保存。
3.根據權利要求I所述的一種可降解淀粉基塑料的制備方法，其特征在于，還包括步驟4)，將所述步驟3)所得的可降解淀粉基塑料進行造粒。
4.根據權利要求I所述的一種可降解淀粉基塑料的制備方法，其特征在于，所述熱塑性淀粉的制備的具體步驟是以淀粉、甘油和水作為原料，按照淀粉甘油水=I 2 5 0. 05 0. 3的比例，在高速混合機中混合4 15min，然后在單螺桿擠出機中塑化擠出，溫度控制在120 170°C，轉速控制在30 50r/min，制成熱塑性淀粉。
5.根據權利要求I所述的一種可降解淀粉基塑料的制備方法，其特征在于，所述蔗渣纖維的制備的具體步驟是將制糖廢棄物蔗渣洗凈、干燥后，粉碎，過100目篩。
6.根據權利要求I所述的一種可降解淀粉基塑料的制備方法，其特征在于，所述塑化劑的制備的具體步驟是將甘油、水、聚乙二醇按照甘油水聚乙二醇=I 0.05 0.2 3 10的比例，在60 90°C加熱的條件下混合。
7.根據權利要求I至6任一項所述的一種可降解淀粉基塑料的制備方法，其特征在于，所述淀粉選自木薯淀粉、玉米淀粉、馬鈴薯淀粉和大米淀粉中的任何一種或其組合。
8.根據權利要求7所述的一種可降解淀粉基塑料的制備方法，其特征在于，所述催化劑選自氯化鎂、氯化鋅、三氯化鋁。
全文摘要
本發明公開了一種可降解淀粉基塑料的制備方法，包括如下步驟步驟1)，分別制備熱塑性淀粉和蔗渣纖維；步驟2)，使所述步驟1)制備的熱塑性淀粉和蔗渣纖維在混合設備中混合，同時向所述混合設備中添加塑化劑，得到共混物；步驟3)，使所述步驟2)得到的共混物在120～170℃下，加入交聯劑和催化劑經雙螺桿擠出機塑化，螺桿轉速30～50r/min，熔體擠出，即可制得可降解淀粉基塑料。該制備方法在制備淀粉基塑料時加入蔗渣纖維作為填充劑，可以降低產品成本，增強材料的機械強度，明顯改善該材料的應用性能。
文檔編號C08L97/02GK102617892SQ201210104208
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月11日 優先權日2012年4月11日
發明者胡瑋 申請人:寧波德沃生物科技有限公司