一種輻照玉米淀粉基的生物降解顆粒及其薄膜的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種輻照玉米淀粉基的生物降解顆粒，包括以重量份數計，100份輻照玉米淀粉、10-30份塑化劑、5-15份增強劑、0.5-2份交聯劑、和0.01-1份開口劑。本發明的生物降解顆粒，成本低廉，使用的試劑安全無毒，塑化效果好。
【專利說明】一種輻照玉米淀粉基的生物降解顆粒及其薄膜
【技術領域】
[0001]本發明涉及塑料，特別涉及一種輻照玉米淀粉基的生物降解顆粒及其薄膜。
【背景技術】
[0002]塑料制品具有重量輕、機械性能好、耐水、耐化學腐蝕、外觀美觀、制造及安裝方便以及價格低廉等優點，被廣泛的應用到工業、農業、醫藥化工、國防及人們生產和日常生活的各個領域。2012年，我國塑料制品累計總產量5830萬T以上，居世界第二位。
[0003]然而，大量廢棄塑料制品的不可降解性，給人類的生存環境帶來了巨大的困擾。一)目前塑料廢棄物的處理主要采用回收、焚燒、掩埋等方式。對于回收處理方式，以目前的科技水平僅有25%的塑料廢棄物可以被回收。對于塑料廢棄物而言，回收處理的費用很高，而回收產品的性能較低，使用價值不高。對于焚燒處理，會產生大量的有害氣體，對環境造成極大的污染，目前已經禁止該處理方式。對于填埋處理，既占用土地，又不會對塑料的降解產生實質性幫助。我國每年產生約500萬噸的塑料垃圾，除了 30%左右由個體業主自發回收利用，其余大部分進行衛生填埋或隨意堆放，造成大量的資源浪費和環境污染。二)塑料制品中含有增塑劑鄰苯二甲醛酯類化合物。該化合物具有低水溶性、高脂溶性和生物積累性。殘棄的塑料制品經長時間浸浙會緩慢的釋放出該類化合物，對水源、土壤造成毒害。同時，塑料制品的大量使用還加速了石油能源的消耗。眾所周知，石油是一種不可再生資源，大量的消耗必將導致石油能源的枯竭。據報道全球石油儲量約800億噸，而全球每年的石油消耗量超過30億噸，如此下去，數十年后，高分子塑料工業將面臨原料匱乏的困境。
[0004]淀粉具有可循環再生性、來源廣泛、價格低廉、降解性能優良等優點，成為一種理想的塑料替代品。第一代淀粉塑料是淀粉填充型塑料。該類塑料中淀粉含量在10%~30%之間，淀粉降解后塑料崩解成碎片殘留在自然環境中。該類塑料可緩解高分子塑料造成的白色污染，但不能從根本上解`決白色污染問題；第二代淀粉塑料為淀粉共混型塑料。該類塑料中淀粉含量提高到30%~70%，混合物中含有難降解的聚烯烴，也有能較快降解的乙烯/乙烯醇、乙烯/丙烯酸和乙烯/醋酸乙烯酯共聚物等。這類產品在力學性能、加工性能和降解性能方面結合的非常好。但由于淀粉與樹脂的相容性差，導致淀粉很難在料樣中混合均勻。淀粉與樹脂之間的增容問題，是第二代淀粉塑料需要解決的問題。但是，在淀粉的變性、聚乙烯醇的改性會發生氨化、醚化或酯化等反應，引入無法降解的高分子鏈，增加了另外的安全隱患。第三代淀粉塑料為全降解淀粉塑料。該類塑料中淀粉的含量在90%以上，通過干法剪切塑化、直接擠出得到。但是，這種全淀粉塑料的制備工藝與目前常規的塑料生產設備不兼容。
[0005]干法剪切塑化、擠出造粒工藝是目前塑料母粒的常規制備工藝。但是，以淀粉為主體材料制備塑料母粒時，存在造粒難的問題。1、淀粉的力學性能差。塑化后熔融態的淀粉力學性能很差，造粒時很難拉成條。2、淀粉的吸濕性強。造粒拉條過程中，必須使用風冷，不能使用水冷。同時，淀粉在風冷拉條過程中會不斷吸收空氣的水份，容易導致切粒機的刀口堵塞。3、熔融態淀粉的粘度大，易于黏附在造粒機的模頭，堵住濾網，損壞吹膜機。4、造粒后的淀粉依然具有很強的吸濕性，需要保存在干燥皿中，增加后續處理的困難。目前為了解決上述問題，采用對淀粉進行改性，在淀粉表面增加疏水基團，降低淀粉的吸濕性。
[0006]淀粉的改性有如下幾種方法:1)利用淀粉顆粒的多羥基，在其表面偶聯一層疏水層。硅烷類偶聯劑和鋁酸酯偶聯劑是最常用的兩種偶聯劑。硅烷類偶聯劑多有神經毒性和腐蝕性，鋁酸酯偶聯劑無毒，但增加了粉料的粘性，增加了后期制備工藝的難度。2)納米二氧化硅淀粉改性細化淀粉。納米二氧化硅比較昂貴。細化到300目的淀粉，1、增加了成本；
2、需要防止細化淀粉的團聚；3、細化淀粉更易吸水。
【發明內容】
[0007]針對上述現有技術存在的不足或缺陷，本發明提供一種輻照玉米淀粉基的生物降解顆粒及其薄膜。
[0008]一種輻照玉米淀粉基的生物降解顆粒，包括，以重量份數計，100份輻照玉米淀粉、10-30份塑化劑、5-15份增強劑、0.5-2份交聯劑、和0.01-1份開口劑。
[0009]可選的，所述輻照玉米淀粉為經6tlCo-Y射線輻照后的玉米淀粉。
[0010]可選的，所述塑化劑包括:甘油、三乙醇胺、或尿素。
[0011]可選的，所述增強劑包括:聚乙烯醇或聚己內酯。
[0012]可選的，所述交聯劑包括:戊二醛、多聚甲醛、或乙二醛。
[0013]可選的，所述開口劑包括:硬脂酸或液體石蠟。
[0014]可選的，所述6tlCo-Y射線輻照的輻照劑量為10-80kGy。
[0015]此外，本發明還公開了一種淀粉基薄膜，其特征在于:其采用上述生物降解顆粒為原材料。
[0016]本發明不需要使用偶聯劑、不需要納米二氧化硅的修飾、不需要淀粉的疏水處理，制備方法簡單，使用的試劑安全無毒，輻照降低了淀粉的結晶度，減小了淀粉的粒徑，塑化效果好。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明生物降解顆粒制備方法流程圖；
[0018]圖2為不同福照劑量下玉米淀粉的重量變化圖；
[0019]圖3為不同輻照劑量照射后玉米淀粉粒徑變化圖；
[0020]圖4為不同輻照劑量照射后玉米淀粉結晶度變化圖；
[0021]圖5為生物降解顆粒自然降解曲線。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發明作各 種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。
[0023]本發明采用不同輻照劑量的6tlCo-Y射線，輻照淀粉，得到一種干燥、粒徑減小、結晶度下降的變性淀粉，輻照玉米淀粉基的生物降解顆粒，其特征在于，該生物降解顆粒包括:以重量份數計，100份輻照玉米淀粉、10-30份塑化劑、5-15份增強劑、0.5-2份交聯劑、和0.01-1份開口劑。
[0024]上述生物降解顆粒的制備可以參閱圖1:
[0025]SlOl:利用射線對玉米淀粉進行輻照，得到輻照玉米淀粉。
[0026]本發明采用不同輻照劑量的6tlCo-Y射線，輻照淀粉，得到輻照玉米淀粉，本發明提出的6tlCo-Y射線輻照法能夠有效的修飾淀粉，得到易于塑化、易于造粒的淀粉基粉料。實驗表明經6tlCo- Y射線輻照后玉米淀粉的水分減少、粉粒徑減小、結晶度下降。
[0027]a,60Co-Y射線輻照后玉米淀粉的水分減少。
[0028]取100g市售的玉米淀粉，市售的玉米淀粉中含有約20 %左右的水，對100g市售的玉米淀粉采用不同輻照劑量的6tlCo-Y射線進行照射，其玉米淀粉重量與輻照劑量的關系如圖2所示，實驗結果表明:6°Co-y射線輻照后玉米淀粉的重量減少了 21%，對應為水的揮發，6tlCo-Y射線輻照后玉米淀粉的水分減少。可見，輻照后的淀粉是完全干燥的淀粉，輻照過程也可以看成是一次干燥的過程。
[0029]b,60Co-Y射線輻照后玉米淀粉的粉粒徑減小。[0030]對等量的玉米淀粉，采用不同輻照劑量的6tlCo-Y射線進行照射，結果如圖3所示，圖3中A圖為原始淀粉的粒徑圖，B圖為20kGy輻照劑量照射后的淀粉的粒徑圖，C圖為40kGy輻照劑量照射后的淀粉的粒徑圖，D圖為50kGy輻照劑量照射后的淀粉的粒徑圖。實驗結果表明:6°Co-Y射線福照后,玉米淀粉粒徑減小；40kGy和50kGy的福照劑量的淀粉的粒徑比較相近，40kGy的輻照劑量能夠有效的細化玉米淀，考慮到輻照的成本問題，所有優選的輻照劑量為40kGy。可見，輻照過程是一個淀粉的細化過程。
[0031]C^60Co-Y射線輻照后玉米淀粉的結晶度下降。
[0032]對等量的玉米淀粉，采用不同輻照劑量的6tlCo- Y射線進行照射，其強度隨輻照劑量變化的結果如圖4所示，實驗結果表明:6°Co-y射線輻照后，玉米淀粉的結晶度下降。可見輻照過程是一個降低淀粉結晶度，增加可塑性的過程。
[0033]S102:以重量份數計，將100份輻照玉米淀粉、10_30份塑化劑、5_15份增強劑、
0.5-2份交聯劑、和0.01-1份開口劑混合均勻，得到混合料。
[0034]所述塑化劑可以包括:甘油、三乙醇胺、或尿素等；所述增強劑可以包括:聚乙烯醇或聚己內酯等；所述交聯劑可以包括:戊二醛、多聚甲醛、或乙二醛等；所述開口劑可以包括:硬脂酸或液體石蠟等。
[0035]例如，可以采用如下組分，以重量份數計，其組份及含量如下:以輻照玉米淀粉100為基數:甘油(塑化劑)10-30 ;戊二醛0.5-2，硬脂酸1-3，聚乙烯醇5_15，液體石蠟
0.01-0.05ο
[0036]混合時，可以將輻照后的變性玉米淀粉、甘油、硬脂酸、戊二醛和液體石蠟，置于高速/低速混料機中混勻。
[0037]S103:將混合料造粒，得到所述生物降解顆粒。
[0038]具體而言，可以將步驟S102中的混合料置于雙螺桿擠出機中造粒，得到生物降解顆粒。
[0039]通過上述步驟制備而成的生物降解顆粒具有良好的降解性，取1.5g的本發明的生物降解顆粒其自然降解曲線如圖5所示，結果表明生物降解顆粒90天的降解率為77%，其具有良好的降解性。
[0040]利用本發明的生物降解顆粒可以制得不同的塑料產品，例如將本發明的生物降解顆粒置于不同口徑的吹膜機中，可以制備出不同寬度的淀粉基薄膜；其制備設備與方法為現有技術，不再詳述。
[0041]以上所示，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實例揭露如上，然而并非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案范圍內，當可利用上述揭示的方法及技術內容作出些許的更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化與修飾，仍屬于本發明技術方案的范圍內。
【權利要求】
1.一種輻照玉米淀粉基的生物降解顆粒，其特征在于，包括，以重量份數計，100份輻照玉米淀粉、10-30份塑化劑、5-15份增強劑、0.5-2份交聯劑、和0.01-1份開口劑。
2.根據權利要求1所述的生物降解顆粒，其特征在于，所述輻照玉米淀粉為經6tlCo-Y射線輻照后的玉米淀粉。
3.根據權利要求1所述的生物降解顆粒，其特征在于，所述塑化劑包括:甘油、三乙醇胺、或尿素。
4.根據權利要求1所述的生物降解顆粒，其特征在于，所述增強劑包括:聚乙烯醇或聚己內酯。
5.根據權利要求1所述的生物降解顆粒，其特征在于，所述交聯劑包括:戊二醛、多聚甲醛、或乙二醛。
6.根據權利要求1所述的生物降解顆粒，其特征在于，所述開口劑包括:硬脂酸或液體石蠟。
7.根據權利要求2所述的生物降解顆粒，其特征在于，優選的，所述6tlCo-Y射線輻照的輻照劑量為10-80kGy。
8.一種淀粉基薄膜，其特征在于:其采用上述權利要求1-7中任一生物降解顆粒為原材料。·
【文檔編號】C08K5/00GK103849010SQ201410061121
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年2月23日 優先權日:2014年2月23日
【發明者】李澧, 朱佳廷 申請人:江蘇省農業科學院