專(zhuān)利名稱：一種淀粉和聚乳酸的接枝共聚物及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可用于淀粉基塑料和聚乳酸材料增加相容性的共聚物及其制備方法，具體地說(shuō)，是一種淀粉和聚乳酸的接枝共聚物的制備方法。
背景技術(shù)：
源于石油的塑料制品由于難以在環(huán)境中降解、增加二氧化碳排放 等原因，對(duì)環(huán)境造成了污染，正日益成為全球性的公害。隨著低碳材料、保護(hù)環(huán)境理念的日益深入人心，尋找源于可再生資源的生物質(zhì)材料及環(huán)境中可降解材料替代石油基塑料制品成為大勢(shì)所趨。目前，熱塑淀粉、聚乳酸和脂肪族聚酯是三種主要的環(huán)境中可生物分解塑料。聚乳酸雖然強(qiáng)度與通用塑料相當(dāng)，但是其耐熱性差，脆性大，而且其價(jià)格比聚烯烴要貴一倍以上，因此限制了其在環(huán)境生物分解材料領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用；為了改進(jìn)聚乳酸塑料的物理性能和加工性能、降低價(jià)格，在淀粉/聚乳酸的共混材料領(lǐng)域做了許多研究。專(zhuān)利CN1693341采用表面乳酸接枝改性淀粉與脂肪族聚酯生成接枝共聚物，能夠提高聚乳酸的加工性能和塑化性能，但是淀粉和乳酸需在有機(jī)溶劑中溶解，加熱進(jìn)行脫水縮聚反應(yīng)。專(zhuān)利CN101161708 和專(zhuān)利CN101343406分別發(fā)明了一種采用聚乳酸和淀粉的共混材料，但是他們發(fā)明的共混材料都分別采用了大量的增塑劑等助劑，影響了淀粉/聚乳酸共混材料性能的提高。專(zhuān)利 CN101519525采用加入適當(dāng)相容劑的方法，制備了一種聚乳酸/淀粉共混材料，但其共混材料中淀粉的含量最多才達(dá)到50%，說(shuō)明該相容劑功能有待提高。專(zhuān)利CN101531780發(fā)明了一種淀粉/疏水性高分子共混材料的相容劑，該相容劑是一種兩親性淀粉，由淀粉、水和聚氨酯預(yù)聚體在擠出機(jī)中固相反應(yīng)而成，該相容劑可以有效地解決淀粉/疏水性高分子共混材料相容性問(wèn)題，但大量使用會(huì)產(chǎn)生異氰酸酯的毒性防護(hù)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種淀粉和聚乳酸的接枝共聚物，這種接枝共聚物中，接枝在淀粉大分子上的聚乳酸鏈段密度低，且接枝的聚乳酸鏈段相對(duì)較長(zhǎng)、接枝分子量均勻，因此該共聚物流動(dòng)性好，有適宜加工的粘度，與淀粉和聚乳酸都有良好的相容性，可以作為淀粉和聚乳酸共混體系優(yōu)良的相容劑使用。本發(fā)明所要解決的另一技術(shù)問(wèn)題是提供上述淀粉和聚乳酸的接枝共聚物的制備方法。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種淀粉和聚乳酸的接枝共聚物，由以下組分的原料按重量份數(shù)制備而成淀粉5 40份，乳酸60 95份，催化劑0. 001 1份。最優(yōu)的，淀粉15份，乳酸85份，催化劑0. 02份。其中所述的淀粉為，糯米淀粉、粳米淀粉、秈米淀粉、玉米淀粉、高粱淀粉、小麥淀粉、大麥淀粉、黑麥淀粉、木薯淀粉、甘薯淀粉、馬鈴薯淀粉、竹芋淀粉、山藥淀粉、蕉芋淀粉、 綠豆淀粉、蠶豆淀粉、豌豆淀粉、豇豆淀粉、混合豆淀粉、菱粉、藕粉、孛薺淀粉、橡子淀粉、百
3合淀粉、慈姑淀粉、西米淀粉中的一種或幾種；所述乳酸為L(zhǎng)-乳酸、D-乳酸、D，L-乳酸中的一種或多種，純度高于85% ；所述催化劑為錫、辛酸亞錫、氯化亞錫、四氯化錫、改性片麻巖、鋅、氧化鋅、乳酸鋅、1，8 二氮雜雙環(huán)[5，4，0]-7_十一碳烯、萘磺酸、對(duì)甲苯磺酸、硼酸、三氧化二銻、氧化鎂、 氧化鋁中的一種或多種。本發(fā)明的制備方法包括以下步驟步驟1)將乳酸單體投入帶有冷凝管和氮?dú)獗Ｗo(hù)裝置的間歇式聚合反應(yīng)釜中進(jìn)行脫水處理，控溫60 120°C，反應(yīng)壓強(qiáng)為20 200KPa，脫水處理時(shí)間為0. 5 4h，步驟2)脫水處理完畢后，加入催化劑進(jìn)行縮聚反應(yīng)，縮聚反應(yīng)溫度為100 180°C，反應(yīng)壓強(qiáng)為20 200KPa，反應(yīng)時(shí)間為2 30h，至反應(yīng)物粘度達(dá)到約3000-5000厘泊時(shí)，停止反應(yīng)，得到聚乳酸PLA預(yù)聚物；反應(yīng)中采用氮?dú)獗Ｗo(hù)和機(jī)械攪拌來(lái)提高反應(yīng)物的脫水效率。步驟幻在上述體系中添加淀粉，催化劑，在100 160°C，反應(yīng)壓強(qiáng)為100 200KI^，反應(yīng)時(shí)間為2 10h，至反應(yīng)物粘度明顯增加后，停止反應(yīng)。制得淀粉接枝聚乳酸共聚物。同樣采用氮?dú)獗Ｗo(hù)和機(jī)械攪拌來(lái)提高反應(yīng)物的脫水效率。本發(fā)明具有下列特點(diǎn)1)采用本體縮聚法直接制備聚乳酸預(yù)聚物，縮短聚乳酸反應(yīng)時(shí)間，得到分子量 800-3000聚乳酸。2)采用淀粉與聚乳酸預(yù)聚物進(jìn)行接枝反應(yīng)，反應(yīng)條件溫和，工藝簡(jiǎn)單，接枝鏈段均勻。3)本發(fā)明的接枝共聚物中，接枝在淀粉大分子上的聚乳酸鏈段密度低，且接枝的聚乳酸鏈段相對(duì)較長(zhǎng)、接枝分子量均勻，因此該共聚物流動(dòng)性好，有適宜加工的粘度，與淀粉和聚乳酸都有良好的相容性，可以作為淀粉和聚乳酸共混體系優(yōu)良的相容劑使用。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。實(shí)施例1脫水反應(yīng)步驟將8. 5kg L-乳酸投入帶有水冷凝管和氮?dú)獗Ｗo(hù)裝置的間歇式聚合反應(yīng)釜中進(jìn)行脫水處理，溫度為120°C，反應(yīng)壓強(qiáng)為200KPa，反應(yīng)時(shí)間為3. 4h ；縮聚反應(yīng)步驟然后添加0. Olkg辛酸亞錫，調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度為130°C，壓強(qiáng)為20KPa， 反應(yīng)池，反應(yīng)過(guò)程中采用氮?dú)獗Ｗo(hù)和機(jī)械攪拌來(lái)提高反應(yīng)中的脫水效率，得到分子量為 800-1000的聚乳酸PLA預(yù)聚物；接枝反應(yīng)步驟在上述反應(yīng)釜中添加1. 5kg玉米淀粉，添加0. Olkg辛酸亞錫，在 140°C，反應(yīng)壓強(qiáng)為lOOIffa條件下，反應(yīng)^h。反應(yīng)過(guò)程中采用氮?dú)獗Ｗo(hù)和機(jī)械攪拌來(lái)提高反應(yīng)物的脫水效率，得到產(chǎn)物為淺黃色粘稠液體，粘度2500-3000cp。經(jīng)對(duì)該接枝共聚物的使用表明，該接枝共聚物中，接枝在淀粉大分子上的聚乳酸鏈段密度低，且接枝的聚乳酸鏈段相對(duì)較長(zhǎng)、接枝分子量均勻。實(shí)施例2 20的制備過(guò)程與實(shí)施例1相同，區(qū)別在于原料比例、加工條件及所得復(fù)合材料的性狀不同，分別如下表所示
實(shí)施例2 6表
權(quán)利要求
1.一種淀粉和聚乳酸的接枝共聚物，其特征在于，由以下組分的原料按重量份數(shù)制備而成淀粉5 40份，乳酸60 95份，催化劑0. 001 1份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的淀粉和聚乳酸的接枝共聚物，其特征在于，所述淀粉15份，乳酸85份，催化劑0.2份。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的淀粉和聚乳酸的接枝共聚物，其特征在于，所述乳酸為L(zhǎng)-乳酸、D-乳酸、D，L-乳酸中的一種或多種，純度高于85%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的淀粉和聚乳酸的接枝共聚物，其特征在于，所述催化劑為錫、辛酸亞錫、氯化亞錫、四氯化錫、改性片麻巖、鋅、氧化鋅、乳酸鋅、1，8 二氮雜雙環(huán) [5，4，0]-7_十一碳烯、萘磺酸、對(duì)甲苯磺酸、硼酸、三氧化二銻、氧化鎂、氧化鋁中的一種或多種。
5.一種權(quán)利要求1-4之一所述的淀粉和聚乳酸的接枝共聚物的制備方法，其特征在于，包括以下步驟步驟1)將乳酸單體投入帶有冷凝管和氮?dú)獗Ｗo(hù)裝置的間歇式聚合反應(yīng)釜中進(jìn)行脫水處理，控溫60 120°C，反應(yīng)壓強(qiáng)為20 200 KPa,脫水處理時(shí)間為0. 5 4h ；步驟2)脫水處理完畢后，加入催化劑進(jìn)行縮聚反應(yīng)，縮聚反應(yīng)溫度為100 180°C，反應(yīng)壓強(qiáng)為20 200 KPa,反應(yīng)時(shí)間為2 30h，至反應(yīng)物粘度達(dá)到約3000-5000厘泊時(shí)，停止反應(yīng)，得到聚乳酸PLA預(yù)聚物；步驟3)在上述體系中添加淀粉，催化劑，在100 160°C，反應(yīng)壓強(qiáng)為100 200 KPa, 反應(yīng)時(shí)間為2 10h，至反應(yīng)物粘度明顯增加后，停止反應(yīng)，即制得淀粉接枝聚乳酸共聚物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可用于淀粉基塑料和聚乳酸材料增加相容性的共聚物及其制備方法，所述淀粉和聚乳酸的接枝共聚物由以下組分的原料按重量份數(shù)制備而成淀粉5～40份，乳酸60～95份，催化劑0.001～1份。所述淀粉和聚乳酸的接枝共聚物的制備方法，包括以下步驟將乳酸單體投入帶有冷凝管和氮?dú)獗Ｗo(hù)裝置的間歇式聚合反應(yīng)釜中進(jìn)行脫水處理，脫水處理完畢后加入催化劑進(jìn)行縮聚反應(yīng)，然后再添加淀粉、催化劑進(jìn)行接枝反應(yīng)，制得淀粉接枝聚乳酸共聚物。本發(fā)明的接枝共聚物，接枝在淀粉大分子上的聚乳酸鏈段密度低，接枝的聚乳酸鏈段長(zhǎng)、接枝分子量均勻，因此具有流動(dòng)性好、粘度適宜加工，與淀粉和聚乳酸都有良好的相容性的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C08G81/00GK102250359SQ20111016008
公開(kāi)日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月14日
發(fā)明者曾勤, 白娟, 胡漢杰 申請(qǐng)人:武漢華麗環(huán)?？萍加邢薰?br>