專利名稱：一種可降解淀粉基塑料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物降解材料技術(shù)領(lǐng)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(shù)：
為了減輕廢舊塑料對(duì)環(huán)境的污染和緩解能源危機(jī)，多年來人們嘗試開發(fā)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(yōu)點(diǎn)，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(jià)格便宜，用它作原料可大大降低塑料工業(yè)對(duì)石油工業(yè)的依賴性。同時(shí)，作為開發(fā)具有生物降解性聚合物產(chǎn)品其在各種環(huán)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?xì)怏w，對(duì)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(dá)到用于制造塑料材料的機(jī)械性能，從而開拓淀粉的利用還有利于農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)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(guó)內(nèi)外生物降解塑料蓬勃發(fā)展，逐漸呈現(xiàn)出取代傳統(tǒng)塑料的趨勢(shì)。淀粉基生物降解塑料廣泛應(yīng)用于人們生產(chǎn)生活的各個(gè)方面，如包裝材料、農(nóng)用地膜、一次性用品等。目前歐美國(guó)家已經(jīng)建立起了萬噸級(jí)的生產(chǎn)線，業(yè)內(nèi)領(lǐng)軍的知名公司包括意大利Novanmont 公司、美國(guó)的 Warner-Lambert、Air Product & Chemical 公司、日本的日本合成化學(xué)工業(yè)公司、加拿大EPI公司等。我國(guó)塑料工業(yè)起步較晚但發(fā)展迅速。我國(guó)淀粉塑料首先由江西省科學(xué)院研究成功，現(xiàn)在參與研究的高等學(xué)校、科研院所及企業(yè)有60多家，生產(chǎn)廠家或生產(chǎn)線已有80多家，生產(chǎn)能力估計(jì)達(dá)6萬噸 8萬噸/年，其中有多家的技術(shù)來自于國(guó)外引進(jìn)。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(xiàn)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(guó)目前已投產(chǎn)的絕大多數(shù)恰恰屬于這類品種，從國(guó)外引進(jìn)的大多要么成本高，難以與現(xiàn)行塑料競(jìng)爭(zhēng)，要么技術(shù)不成熟或不能完全降解，已屬國(guó)外淘汰品種，因而引進(jìn)調(diào)試完畢即告停產(chǎn)。能形成真正意義上的完全降解淀粉基塑料生產(chǎn)力的只有少數(shù)幾家企業(yè)機(jī)構(gòu)，例如哈爾濱綠環(huán)生物降解制品開發(fā)有限公司、陜西旺大實(shí)業(yè)股份有限公司、中科院長(zhǎng)春應(yīng)化所等，但遠(yuǎn)不能滿足市場(chǎng)對(duì)環(huán)保材料的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)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(shí)加入蔗渣纖維作為填充劑，可以降低產(chǎn)品成本，增強(qiáng)材料的機(jī)械強(qiáng)度，明顯改善該材料的應(yīng)用性能。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)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(shè)備中混合，同時(shí)向所述混合設(shè)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(lián)劑和催化劑經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)塑化，螺桿轉(zhuǎn)速30 50r/min，熔體擠出，即可制得可降解淀粉基塑料。螺桿轉(zhuǎn)速在30 50r/min的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)時(shí)，物料可以充分得更加混勻，交聯(lián)劑可以充分反應(yīng)完 全。上述技術(shù)方案中，所述步驟2)中的所述混合設(shè)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(shè)備中取出，并使其在密封袋中保存。密封袋保存是暫時(shí)保存本發(fā)明的中間產(chǎn)品物料，并防止其在保存過程中失水。本發(fā)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(jìn)行造粒。造粒設(shè)備可以根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)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(jī)中混合4 15min，然后在單螺桿擠出機(jī)中塑化擠出，溫度控制在120 170°C，轉(zhuǎn)速控制在30 50r/min，制成熱塑性淀粉。單螺桿擠出機(jī)在30 50r/min的轉(zhuǎn)速下3種原料可以充分混勻，反應(yīng)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(jī)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(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)(I)以淀粉為主要原料，蔗渣為主要輔料，生產(chǎn)出含淀粉80%以上的可以100%降解的淀粉基塑料，在土壤中經(jīng)30-45天即可完全降解消失，該材料可以制成農(nóng)用薄膜、購(gòu)物袋、一次性飯盒等應(yīng)用產(chǎn)品，可滿足市場(chǎng)和環(huán)保的各種需求。(2)在制備淀粉基塑料時(shí)加入蔗渣纖維作為填充劑，可以降低產(chǎn)品成本，增強(qiáng)材料的機(jī)械強(qiáng)度，明顯改善該材料的應(yīng)用性能。(3)采用反應(yīng)性擠出工藝進(jìn)行生產(chǎn)，在擠出過程中加入交聯(lián)劑，讓淀粉/PVA共混體系具有優(yōu)良的相容性，增強(qiáng)材料的疏水性，使其具有更廣泛的應(yīng)用空間。


圖I是本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實(shí)施方式
下面的實(shí)施例可以使本領(lǐng)域技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。實(shí)施例實(shí)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(jī)(型號(hào)SHR-100A，張家港市金城塑料機(jī)械廠)中混合8min，轉(zhuǎn)速為950rpm/min，然后在單螺桿擠出機(jī)中塑化擠出，溫度控制在165 170°C，轉(zhuǎn)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(yù)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(jīng)雙螺桿擠出機(jī)塑化，添加乙二醛為交聯(lián)劑，氯化鎂為催化劑，螺桿轉(zhuǎn)速45r/min，熔體擠出、造粒。上述實(shí)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(jù)QB/T 2957-2008 (淀粉基塑料中淀粉含量的測(cè)定)，本實(shí)施例所得的產(chǎn)品中的淀粉含量為82. 5% ;根據(jù)GB/T 1039-92(塑料力學(xué)性能試驗(yàn)方法總則)檢驗(yàn)產(chǎn)品性能，拉伸強(qiáng)度達(dá)到20. OMPa，斷裂伸長(zhǎng)率為150% ;根據(jù)GB/T 20197-2006 (降解塑料的定義、分類、標(biāo)識(shí)和降解性能要求)檢測(cè)降解性能，30天平均降解率達(dá)到80%以上，45 50天內(nèi)達(dá)到100%降解。實(shí)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(jī)(型號(hào)SHR-100A，張家港市金城塑料機(jī)械廠)中混合lOmin，轉(zhuǎn)速為950rpm/min，然后在單螺桿擠出機(jī)中塑化擠出，溫度控制在165 170°C，轉(zhuǎn)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(yù)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(jīng)雙螺桿擠出機(jī)塑化，添加三偏磷酸鈉為交聯(lián)劑，氯化鋅為催化劑，螺桿轉(zhuǎn)速45r/min，熔體擠出、造粒。上述實(shí)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(jīng)檢測(cè)，淀粉含量為83. 3%，拉伸強(qiáng)度達(dá)到20. OMPa,斷裂伸長(zhǎng)率為160%;40 50天內(nèi)達(dá)到100%降解。實(shí)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(jī)(型號(hào)SHR-100A,張家港市金城塑料機(jī)械廠)中混合8min，轉(zhuǎn)速為950rpm/min，然后在單螺桿擠出機(jī)中塑化擠出，溫度控制在165 170°C，轉(zhuǎn)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(yù)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(jīng)雙螺桿擠出機(jī)塑化，添加戊二醛為交聯(lián)劑，氯化鎂為催化劑，螺桿轉(zhuǎn)速50r/min，熔體擠出、造粒。上述實(shí)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(jīng)檢測(cè)，淀粉含量為81.2%，拉伸強(qiáng)度達(dá)到21. OMPa,斷裂伸長(zhǎng)率為160%;45 55天內(nèi)達(dá)到100%降解。如上所述，便可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
權(quán)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(shè)備中混合，同時(shí)向所述混合設(shè)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(lián)劑和催化劑經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)塑化，螺桿轉(zhuǎn)速30 50r/min，熔體擠出，即可制得可降解淀粉基塑料。
2.根據(jù)權(quán)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(shè)備中取出，并使其在密封袋中保存。
3.根據(jù)權(quán)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(jìn)行造粒。
4.根據(jù)權(quán)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(jī)中混合4 15min，然后在單螺桿擠出機(jī)中塑化擠出，溫度控制在120 170°C，轉(zhuǎn)速控制在30 50r/min，制成熱塑性淀粉。
5.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(jù)權(quán)利要求I至6任一項(xiàng)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(jù)權(quán)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(fā)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(shè)備中混合，同時(shí)向所述混合設(shè)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(lián)劑和催化劑經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)塑化，螺桿轉(zhuǎn)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(shí)加入蔗渣纖維作為填充劑，可以降低產(chǎn)品成本，增強(qiáng)材料的機(jī)械強(qiáng)度，明顯改善該材料的應(yīng)用性能。
文檔編號(hào)C08L97/02GK102617892SQ201210104208
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月11日
發(fā)明者胡瑋 申請(qǐng)人:寧波德沃生物科技有限公司