專利名稱：一種相容性熱塑性淀粉/聚乙烯共混擠出物及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于天然高分子修飾改性領(lǐng)域，特別是涉及一種相容性熱塑性淀粉/聚乙烯共混擠出物及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
為了解決不可降解塑料廢棄物對(duì)環(huán)境造成的污染，許多國(guó)家的研究人員都在致力于研究開(kāi)發(fā)環(huán)境可降解塑料。目前，淀粉基生物降解塑料是應(yīng)用最廣泛的一類材料，其中絕大部分是將作為填充劑的淀粉添加到聚乙烯中而制成，但由于所使用的填充劑幾乎都是顆粒淀粉，并且均經(jīng)過(guò)烘干處理，所以淀粉的填充量低，并且填充物的機(jī)械性能差。為了提高淀粉的填充量，使淀粉均勻地分散在聚合物中，以提高淀粉填充聚合物薄膜的機(jī)械性能和生物降解性能，必須改進(jìn)兩者的相容性，為此研究人員主要從以下三個(gè)方面進(jìn)行了大量的研究工作(1)降低淀粉的親水性；(2)增加聚乙烯的親油性；(3)在兩者之間引入適宜的增容劑，其中以最后一種方法應(yīng)用最為普遍。但是由于大多數(shù)增容劑的價(jià)格昂貴，而且加工工藝也比較復(fù)雜，這樣就會(huì)大大提高生產(chǎn)成本，因而不利于工業(yè)化生產(chǎn)。另外，盡管目前淀粉和聚乙烯共混改性的研究已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，但到目前為止尚未發(fā)現(xiàn)無(wú)需使用增容劑且只需“一步法”就可制成相容性熱塑性淀粉/聚乙烯共混擠出物的研究見(jiàn)諸報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種無(wú)需使用價(jià)格昂貴的增容劑，因而能夠大幅度降低生產(chǎn)成本，并且產(chǎn)品性能良好的相容性熱塑性淀粉/聚乙烯共混擠出物。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種制備工藝簡(jiǎn)單且易于操作，因而適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的相容性熱塑性淀粉/聚乙烯共混擠出物的制備方法。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種上述相容性熱塑性淀粉/聚乙烯共混擠出物在加工可生物降解塑料領(lǐng)域的應(yīng)用。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的相容性熱塑性淀粉/聚乙烯共混擠出物由淀粉、聚乙烯、塑化劑、添加劑和引發(fā)劑組成；其中塑化劑的添加量為淀粉重量的5％～50％；淀粉和塑化劑的重量之和與聚乙烯的重量比為1∶9～9∶1；而添加劑和引發(fā)劑的添加量則分別為聚乙烯重量的0.1％～10％和0.01％～5％。
所述的塑化劑選自乙二醇、甘油、山梨醇、木糖醇、甲酰胺、乙酰胺、尿素、乙醇胺、乙撐二甲酰胺中的一種或兩種。
所述的添加劑選自馬來(lái)酸酐、丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸縮水甘油酯、丙烯酰胺、醋酸乙烯酯、油酸、亞油酸中的一種或兩種。
所述的引發(fā)劑選自過(guò)氧化二異丙苯、過(guò)氧化苯甲酰、過(guò)硫酸鉀、過(guò)硫酸銨、硝酸鈰胺中的一種或兩種。
本發(fā)明提供的相容性熱塑性淀粉/聚乙烯共混擠出物的制備方法是按照下列步驟順序進(jìn)行(1)將按照上述比例稱量后的淀粉、聚乙烯、塑化劑、添加劑和引發(fā)劑一起加入到高速混合機(jī)中進(jìn)行共混，或先將添加劑和引發(fā)劑溶解在塑化劑中，然后與聚乙烯和淀粉一同加入到高速混合機(jī)中，或先將添加劑和引發(fā)劑加入到能夠?qū)⑵淙芙獾囊讚]發(fā)有機(jī)溶劑中，然后與聚乙烯、淀粉及塑化劑一同加入到高速混合機(jī)中進(jìn)行混合，直至有機(jī)溶劑完全揮發(fā)；(2)將上述混合均勻的物料置于密閉容器中放置24-48h，然后加入到擠出機(jī)中，并在100℃-140℃-160℃-110℃的擠出溫度及10-30r/min的轉(zhuǎn)速下將混合物料擠出即可獲得相容性熱塑性淀粉/聚乙烯共混擠出物。
所述的易揮發(fā)有機(jī)溶劑為丙酮、無(wú)水乙醇或它們的混合物。
本發(fā)明提供的相容性熱塑性淀粉/聚乙烯共混擠出物能夠用于加工可生物降解且具有優(yōu)良機(jī)械性能的塑料制品。
本發(fā)明提供的相容性熱塑性淀粉/聚乙烯共混擠出物無(wú)需添加價(jià)格昂貴的增容劑，因而能夠大幅度降低生產(chǎn)成本，并且產(chǎn)品具有良好的機(jī)械性能和生物降解性能，可用于加工可生物降解的塑料制品。另外，淀粉的熱塑化與聚乙烯的共混增容能夠在擠出機(jī)中一步完成，因而制備工藝簡(jiǎn)單且易于操作，所以適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1準(zhǔn)確稱取1000g淀粉、1200g聚乙烯、200g乙二醇、12g馬來(lái)酸酐和1.2g過(guò)氧化二異丙苯(DCP)，此時(shí)淀粉和乙二醇的重量之和與聚乙烯的重量相同，然后將上述原料同時(shí)加入到高速混合機(jī)中進(jìn)行共混，之后將混合均勻的物料置于塑料袋中密封后放置24h，以使小分子塑化劑完全滲透到淀粉分子中，從而使淀粉能夠更好地進(jìn)行塑化，最后加入到單螺桿或雙螺桿擠出機(jī)中，并在100℃-140℃-160℃-110℃(從進(jìn)料口至出料口)的擠出溫度及10r/min的轉(zhuǎn)速下將混合物料擠出，即可獲得直徑為3mm左右的條狀相容性熱塑性淀粉/聚乙烯共混擠出物，其力學(xué)性能分別為拉伸強(qiáng)度8.8Mpa，斷裂伸長(zhǎng)率528.6％，在潮濕土壤中經(jīng)過(guò)30天降解后，其拉伸強(qiáng)度降低為1.1Mpa，斷裂伸長(zhǎng)率為100.8％。
實(shí)施例2準(zhǔn)確稱取1000g淀粉、833.33g聚乙烯、250g山梨醇、8.33g丙烯酸和0.83g過(guò)氧化苯甲酰(BPO)，此時(shí)淀粉和山梨醇的重量之和與聚乙烯的重量比為6∶4，首先將丙烯酸和過(guò)氧化苯甲酰加入到適量的丙酮中以使其溶解，然后與淀粉、聚乙烯和山梨醇一起加入到高速混合機(jī)中進(jìn)行共混，待丙酮完全揮發(fā)后將混合均勻的物料置于塑料袋中密封后放置24h，最后加入到單螺桿或雙螺桿擠出機(jī)中，并在100℃-140℃-160℃-110℃(從進(jìn)料口至出料口)的擠出溫度及15r/min的轉(zhuǎn)速下將混合物料擠出，即可獲得直徑為3mm左右的條狀相容性熱塑性淀粉/聚乙烯共混擠出物，其力學(xué)性能分別為拉伸強(qiáng)度8.2Mpa，斷裂伸長(zhǎng)率462.2％，在潮濕土壤中經(jīng)過(guò)30天降解后，其拉伸強(qiáng)度降低為0.8Mpa，斷裂伸長(zhǎng)率為50.8％。
實(shí)施例3準(zhǔn)確稱取1000g淀粉、1300g聚乙烯、150g甲酰胺、150g尿素、13g馬來(lái)酸酐和1.3g過(guò)氧化二異丙苯和過(guò)氧化苯甲酰復(fù)配物(重量比為3∶1)，此時(shí)淀粉、甲酰胺和尿素的重量之和與聚乙烯的重量相同，首先將尿素、馬來(lái)酸酐、過(guò)氧化二異丙苯和過(guò)氧化苯甲酰復(fù)配物溶解在甲酰胺中，然后與淀粉、聚乙烯一起加入到高速混合機(jī)中進(jìn)行共混，之后將混合均勻的物料置于塑料袋中密封后放置48h，最后加入到單螺桿或雙螺桿擠出機(jī)中，并在100℃-140℃-160℃-110℃(從進(jìn)料口至出料口)的擠出溫度及15r/min的轉(zhuǎn)速下將混合物料擠出，即可獲得直徑為3mm左右的條狀相容性熱塑性淀粉/聚乙烯共混擠出物，其力學(xué)性能分別為拉伸強(qiáng)度10.2Mpa，斷裂伸長(zhǎng)率684.2％，在潮濕土壤中經(jīng)過(guò)30天降解后，其拉伸強(qiáng)度降低為1.6Mpa，斷裂伸長(zhǎng)率為120.6％。
實(shí)施例4準(zhǔn)確稱取1000g淀粉、1300g聚乙烯、300g甘油、13g丙烯酰胺和1.3g過(guò)硫酸鉀，此時(shí)淀粉和甘油的重量之和與聚乙烯的重量相同，首先將丙烯酰胺和過(guò)硫酸鉀溶解在甘油中，然后與將淀粉和聚乙烯一起加入到高速混合機(jī)中進(jìn)行共混，之后將混合均勻的物料置于塑料袋中密封后放置24h，最后加入到單螺桿或雙螺桿擠出機(jī)中，并在100℃-140℃-160℃-110℃(從進(jìn)料口至出料口)的擠出溫度及15r/min的轉(zhuǎn)速下將混合物料擠出，即可獲得直徑為3mm左右的條狀相容性熱塑性淀粉/聚乙烯共混擠出物，其力學(xué)性能分別為拉伸強(qiáng)度9.0Mpa，斷裂伸長(zhǎng)率557.1％，在潮濕土壤中經(jīng)過(guò)30天降解后，其拉伸強(qiáng)度降低為1.5Mpa，斷裂伸長(zhǎng)率為109.2％。
實(shí)施例5準(zhǔn)確稱取1000g淀粉、1950g聚乙烯、150g乙醇胺、150g尿素、39g馬來(lái)酸酐和1.95g過(guò)氧化苯甲酰，此時(shí)淀粉、乙醇胺和尿素的重量之和與聚乙烯的重量比為4∶6，首先將馬來(lái)酸酐和過(guò)氧化苯甲酰溶解在適量的丙酮中以使其溶解，然后與淀粉、聚乙烯、乙醇胺及尿素一起加入到高速混合機(jī)中進(jìn)行共混，待丙酮完全揮發(fā)后將混合均勻的物料置于塑料袋中密封后放置24h，最后加入到單螺桿或雙螺桿擠出機(jī)中，并在100℃-140℃-160℃-110℃(從進(jìn)料口至出料口)的擠出溫度及15r/min的轉(zhuǎn)速下將混合物料擠出，即可獲得直徑為3mm左右的條狀相容性熱塑性淀粉/聚乙烯共混擠出物，其力學(xué)性能分別為拉伸強(qiáng)度9.6Mpa，斷裂伸長(zhǎng)率625.7％，在潮濕土壤中經(jīng)過(guò)30天降解后，其拉伸強(qiáng)度降低為1.4Mpa，斷裂伸長(zhǎng)率為110.4％。
權(quán)利要求
1.一種相容性熱塑性淀粉/聚乙烯共混擠出物，其特征在于所述的相容性熱塑性淀粉/聚乙烯共混擠出物由淀粉、聚乙烯、塑化劑、添加劑和引發(fā)劑組成；其中塑化劑的添加量為淀粉重量的5％～50％；淀粉和塑化劑的重量之和與聚乙烯的重量比為1∶9～9∶1；而添加劑和引發(fā)劑的添加量則分別為聚乙烯重量的0.1％～10％和0.01％～5％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相容性熱塑性淀粉/聚乙烯共混擠出物，其特征在于所述的塑化劑選自乙二醇、甘油、山梨醇、木糖醇、甲酰胺、乙酰胺、尿素、乙醇胺、乙撐二甲酰胺中的一種或兩種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相容性熱塑性淀粉/聚乙烯共混擠出物，其特征在于所述的添加劑選自馬來(lái)酸酐、丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸縮水甘油酯、丙烯酰胺、醋酸乙烯酯、油酸、亞油酸中的一種或兩種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相容性熱塑性淀粉/聚乙烯共混擠出物，其特征在于所述的引發(fā)劑選自過(guò)氧化二異丙苯、過(guò)氧化苯甲酰、過(guò)硫酸鉀、過(guò)硫酸銨、硝酸鈰胺中的一種或兩種。
5.一種如權(quán)利要求1所述的相容性熱塑性淀粉/聚乙烯共混擠出物的制備方法，其特征在于所述的制備方法是按照下列步驟順序進(jìn)行(1)將按照上述比例稱量后的淀粉、聚乙烯、塑化劑、添加劑和引發(fā)劑一起加入到高速混合機(jī)中進(jìn)行混合，或先將添加劑和引發(fā)劑溶解在塑化劑中，然后與聚乙烯和淀粉一同加入到高速混合機(jī)中，或先將添加劑和引發(fā)劑加入到能夠?qū)⑵淙芙獾囊讚]發(fā)有機(jī)溶劑中，然后與聚乙烯、淀粉及塑化劑一同加入到高速混合機(jī)中進(jìn)行共混，直至有機(jī)溶劑完全揮發(fā)；(2)將上述混合均勻的物料置于密閉容器中放置24-48h，然后加入到擠出機(jī)中，并在100℃-140℃-160℃-110℃的擠出溫度及10-30r/min的轉(zhuǎn)速下將混合物料擠出即可獲得相容性熱塑性淀粉/聚乙烯共混擠出物。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的相容性熱塑性淀粉/聚乙烯共混擠出物的制備方法，其特征在于所述的易揮發(fā)有機(jī)溶劑為丙酮、無(wú)水乙醇或它們的混合物。
7.一種如權(quán)利要求1所述的相容性熱塑性淀粉/聚乙烯共混擠出物的應(yīng)用，其特征在于所述的相容性熱塑性淀粉/聚乙烯共混擠出物能夠用于加工可生物降解且具有優(yōu)良機(jī)械性能的塑料制品。
全文摘要
一種相容性熱塑性淀粉/聚乙烯共混擠出物及其制備方法和應(yīng)用。共混擠出物由淀粉、聚乙烯、塑化劑、添加劑和引發(fā)劑組成；其中塑化劑的添加量為淀粉重量的5％～50％；淀粉和塑化劑的重量之和與聚乙烯的重量比為1∶9～9∶1；而添加劑和引發(fā)劑的添加量則分別為聚乙烯重量的0.1％～10％和0.01％～5％。本發(fā)明提供的相容性熱塑性淀粉/聚乙烯共混擠出物無(wú)需添加價(jià)格昂貴的增容劑，因而能夠大幅度降低生產(chǎn)成本，并且產(chǎn)品具有良好的機(jī)械性能和生物降解性能，可用于加工可生物降解的塑料制品。另外，淀粉的熱塑化與聚乙烯的共混增容能夠在擠出機(jī)中一步完成，因而制備工藝簡(jiǎn)單且易于操作，所以適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C08L23/06GK1931905SQ20061001613
公開(kāi)日2007年3月21日 申請(qǐng)日期2006年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月11日
發(fā)明者王書(shū)軍, 于璟琳, 于九皋 申請(qǐng)人:天津大學(xué)