一種生物降解塑料薄膜及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種降解可控塑料膜及其制備方法，具體涉及一種在自然環境下可被完全降解且降解速度可控、不對環境造成污染的塑料薄膜，屬于塑料技術領域。
【背景技術】
[0002]塑料制品廣泛應用于人們的生產生活中，由于其使用分散，量大、質輕、體積小，回收處理困難，相對而言，利用降解的方法處理則更為經濟和便利，因此開發和應用環境友好型的可降解塑料是大勢所趨。鑒于此，各國政府和科研機構越來越重視開發自然環境下可降解的塑料產品。生物降解塑料是利用生物質材料如纖維素、淀粉、木質素、殼多糖、蛋白質、多肽、多糖等有機高分子合成的塑料制品，或是添加較多生物質材料的塑料制品，生物降解塑料性能優良、可以很好的替代傳統塑料，其中纖維素類和淀粉類塑料制品因其良好的環境友好性和經濟適用性而受到廣泛關注。
[0003]纖維素和淀粉是地球上儲量非常豐富的天然有機高分子材料，其生產和獲取的成本很低。據不完全統計，通過高等植物的光合作用，全球每年可合成約1.5X1012t纖維素，而目前全球淀粉年產量也超過4000萬噸。以纖維素和淀粉為原料制得的醋酸纖維素和醋酸酯淀粉，因其價格低廉，生物相容性突出，均被視為非常重要的生物塑料原料，作為可循環利用的環境友好型產品，在塑料應用領域扮演著非常重要的角色。然而醋酸酯淀粉在實際應用中存在聚合度偏低、結晶度偏高、與溶劑混合效果不夠理性、力學性能差等問題，而與醋酸酯淀粉相比，醋酸纖維素存在降解偏慢、耐堿性和抗氧化能力弱及壓密性、柔韌性較差等缺點。這些問題的存在，在很大程度上限制了二者在生產中的應用。
【發明內容】
[0004]本發明同時利用醋酸纖維素和醋酸酯淀粉制備生物降解塑料膜，該塑料膜在自然環境下可完全降解，且能實現降解可控。
[0005]本發明的目的通過以下技術方案實現:
[0006]一種生物降解塑料薄膜的制備方法，包括如下步驟:
[0007](I)將制膜原料溶于丙酮，常溫下攪拌3?5小時制得鑄膜液；所述制膜原料為:按質量份計，醋酸纖維素12?30份，醋酸酯淀粉10?28份，檸檬酸三丁酯38?43份，質量分數為8?12%的乙醇鈉溶液I?3份，二月桂酸二丁基錫4?6份；
[0008](2)將鑄膜液過濾，靜置脫泡，而后用相轉化法刮制成膜，將薄膜于室溫下通風20?30min，然后將其放入乙醇溶液中浸泡2?4小時，用去離子水清洗干凈，干燥，即得降解可控的生物降解塑料薄膜。
[0009]所述醋酸酯淀粉的制備:按質量份計，將淀粉14?18份，乙酸酐30?34份，冰乙酸45?50份，于80°C恒溫條件下混合攪拌2?4分鐘后加入硫酸I?5份、硝酸0.1?I份、氫氟酸0.1?I份繼續攪拌I個小時，待混合濁液變成棕色透明的清夜時即停止反應；將混合液冷卻至室溫，加入蒸餾水使白色沉淀析出，將白色沉淀反復洗滌至中性，過濾、干燥，即得到醋酸酯淀粉。
[0010]所述醋酸纖維素的制備:按質量份計，將天然纖維素9?12份，乙酸酐23?27份，冰乙酸58?62份，于80°C恒溫條件下混合攪拌2?4分鐘后加入硫酸I?5份，硝酸
0.5?I份、氫氟酸0.1?I份，繼續攪拌I個小時，待混合濁液變成棕色透明的清夜時即停止反應；將混合液冷卻至室溫，加入蒸餾水使白色沉淀析出，將白色沉淀反復洗滌至中性，過濾、干燥，即制得醋酸纖維素。
[0011]所述醋酸酯淀粉各組分的重量份為:淀粉16份，乙酸酐32份，冰乙酸48.5份，硫酸2.5份，硝酸0.8份、氫氟酸0.2份；所述醋酸纖維素各組分的重量份為:天然纖維素11份，乙酸酐25份，冰乙酸60.5份，硫酸2.5份，硝酸0.8份、氫氟酸0.2份。
[0012]所述攪拌的轉速為以500?600r/min。
[0013]所述硫酸為40?50 %的硫酸溶液。
[0014]所述天然纖維素為棉纖維、木纖維和秸桿纖維按質量比2:1:1混合；淀粉為玉米淀粉、馬鈴薯淀粉和小麥淀粉按質量比1:1:1混合。
[0015]步驟⑴中所述乙醇鈉溶液為質量分數為10%的乙醇鈉溶于乙醇中。
[0016]與現有技術相比，本發明具有如下優點:
[0017]本發明以纖維素和淀粉為主要原料，通過乙酰化改性制得醋酸纖維素和醋酸酯淀粉，在醋酸纖維素中混入不同比例的醋酸酯淀粉，利用交聯劑檸檬酸三丁酯的作用使混合體系發生交叉克萊森酯縮合反應融合成鑄膜液，最后通過相轉化法制得生物降解塑料薄膜。本發明以來源廣泛、價格低廉的纖維素和淀粉為初始原材料，在全新的交聯體系下通過發生交叉克萊森酯縮合反應使制膜原料充分融合并實現性能優勢互補，制備的生物降解膜具有優良的力學性能和熱穩定性能，在自然環境下能完全降解，不會對環境造成污染，而且在保證生物降解薄膜整體性能的前提下，通過調節鑄膜液中醋酸酯淀粉的含量，可以實現其降解速度可控，滿足不同的應用需求。
【具體實施方式】
[0018]下面結合實施例對本發明作進一步說明，但本發明的實施方案不限于此。
[0019]制膜原料的制備:
[0020](I)醋酸酯淀粉的制作，淀粉16份，乙酸酐32份，冰乙酸48.5份，硫酸2.5份，硝酸0.8份、氫氟酸0.2份。
[0021 ] 醋酸酯淀粉制備方法:淀粉、乙酸酐和冰乙酸于80°C恒溫條件下以600r/min的速度攪拌3分鐘后加入硝酸、氫氟酸和45%的硫酸溶液，繼續攪拌I個小時，待瓶中混合濁液變成棕色透明的清夜時即停止反應；將混合液冷卻至室溫，加入適量蒸餾水使白色沉淀析出，將白色沉淀反復洗滌至中性，過濾、干燥，磨碎備用。
[0022](2)醋酸纖維素的制作，各組分的重量份為:天然纖維素11份，乙酸酐25份，冰乙酸60.5份，硫酸2.5份，硝酸0.8份、氫氟酸0.2份。
[0023]醋酸纖維素制備方法:天然纖維素、乙酸酐和冰乙酸于80°C恒溫條件下以600r/min的速度攪拌3分鐘后加入硝酸、氫氟酸和45%硫酸溶液，繼續攪拌I個小時，待混合濁液變成棕色透明的清夜時即停止反應；將混合液冷卻至室溫，加入適量蒸餾水使白色沉淀析出，將白色沉淀反復洗滌至中性，過濾、干燥，磨碎備用。
[0024]實施例1
[0025]—種降解可控塑料膜，其各組分重量份為:
[0026]I)醋酸纖維素:30份，醋酸酯淀粉:10份，檸檬酸三丁酯:40份，10%的乙醇鈉溶液'2份，二月桂酸二丁基錫:5份。
[0027]其制備的流程和方法如下:
[0028]將制膜原料溶于40ml丙酮，常溫下以500r/min的速度攪拌3小時，過濾，靜置至脫泡，而后刮制成膜，將薄膜室溫下通風20min，然后將其放入20%的乙醇溶液中浸泡2小時，用去離子水清洗干凈，干燥，即得降解可控的生物降解塑料薄膜。
[0029]本實施例制備的生物降解塑料薄膜的性能指標如下:
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