專利名稱：一種淀粉和聚乳酸的復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物降解高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種淀粉和聚乳酸的復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
目前，隨著石油資源的日趨緊張，環(huán)境污染又成為人類生存最主要的幾大問題之一，可完全降解非石油基高分子材料越來越得到人們的重視。聚乳酸是一種從玉米發(fā)酵再聚合得到的高分子材料，是環(huán)境友好可生物降解材料，同時聚乳酸具有很好的生物相容性、熱塑加工性能和機(jī)械性能，可以被用于各個高分子材料領(lǐng)域。但是，聚乳酸的價格偏高，致使其應(yīng)用受到很大地限制。植物淀粉作為天然高分子化合物在可再生資源中占據(jù)非常重要的地位，其價格低，來源豐富，并且在自然環(huán)境下可完全生物分解，因此可以通過加入淀粉 作為填料來降低聚乳酸制品的生產(chǎn)成本，同時提高降解性。到目前為止，國內(nèi)外已有很多關(guān)于聚乳酸和淀粉共混材料方面的研究和報道，但仍存在相容性不好、韌性較差、熱變形溫度低、淀粉添加量少和含大量非降解性添加物等問題。如，中國專利CN 102408690 A公開了一種熱塑性淀粉改性聚乳酸材料，通過簡單的直接共混形成淀粉與聚乳酸的共混體系，但是淀粉與聚乳酸不相容，共混體系界面粘結(jié)性差，造成產(chǎn)物力學(xué)性能低。中國專利CN 101831155 A公開了一種淀粉/聚乳酸共混物的制備方法，其所使用的擴(kuò)鏈劑為具有毒性的二異氰酸酯類化合物，限制了其在一次性食品包裝和餐具方面的應(yīng)用。中國專利CN 102311562A公開了一種熱塑性淀粉與聚乳酸的共混物及其制作方法，其所使用的增溶劑為聚羥基酯醚，該增溶劑對淀粉/聚乳酸共混體系的力學(xué)性能是有一定的提聞，但性能提聞的程度有限。中國專利CN 101781448A公開了一種可完全生物降解的增強(qiáng)型聚乳酸/淀粉共混物的制備方法，該方法通過添加熱塑性彈性增韌劑提高了共混物的力學(xué)和熱性能，但所使用的熱塑性彈性增韌劑為液體橡膠或熱塑性彈性體，為不可生物降解成分，影響了共混物的可完全降解性。中國專利CN 101948613A公開了一種全生物降解高韌性聚乳酸樹脂及其制備方法，其中淀粉改性過程中使用了溶劑甲苯進(jìn)行回流分水，最終的改性淀粉中含殘留溶劑甲苯，揮發(fā)性大，暴露于空氣中很容易擴(kuò)散，不利于環(huán)保。中國專利CN 101343406A公開了一種耐溫型聚乳酸-淀粉合金系全生物降解材料及其制備方法，雖然使得聚乳酸的熱變形溫度提高到85°C以上，但其中接枝改性淀粉含量只有10 20,聚乳酸中的填料成分不超過40,制造成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述技術(shù)現(xiàn)狀，提供一種全生物降解的淀粉和聚乳酸的復(fù)合材料，這種復(fù)合材料具有組分間相容性好、淀粉含量高、力學(xué)性能優(yōu)異，熱變形溫度高的特點。本發(fā)明所要解決的另一技術(shù)問題是提供上述淀粉和聚乳酸的復(fù)合材料的制備方法。為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種淀粉和聚乳酸的復(fù)合材料，由以下組分的原料以重量份數(shù)計的組分為
改性淀粉20 75份 聚乳酸樹脂10份
分f丨》丨:為H00-2000的端) 乳酸低聚物2 10份
増議割
1()份
脂肪枚擴(kuò)鏈劑O. I I. O汾
滑石粉O. 5 2份.所述改性淀粉是將100份植物淀粉與3 8份分子量為600 1000的聚乙二醇混合物、O. I O. 5份偶聯(lián)劑在65 110°C的高速混合機(jī)中進(jìn)行共混改性可得。上述植物淀粉包括玉米淀粉、高粱淀粉、小麥淀粉、木薯淀粉、山藥淀粉、綠豆淀粉、蠶豆淀粉、豌豆淀粉、豇豆淀粉、混合豆淀粉中的一種或幾種。所述聚乳酸樹脂為Natureworks牌號為4032D、3052D的聚乳酸樹脂中的一種或兩種。所述增塑劑為聚乙二醇、生物降解共聚酯中的一種或幾種，上述聚乙二醇包括分子量為6000、8000、10000、20000中的一種或者幾種；上述生物降解共聚酯包括聚己二酸/對苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚己內(nèi)酯(PCL)、二氧化碳聚合物(PPC)中的一種或幾種。所述擴(kuò)鏈劑為德國巴斯夫的ADR-4370S、ADR-4368CS中的一種。所述滑石粉的粒度為2000目以上，白度大于92%。還包括O. I 3重量份的助劑，所述助劑為潤滑劑、偶聯(lián)劑中的一種或幾種。其中，潤滑劑為白油、硬脂酸鈣、硬脂酸鋁中的一種或幾種；偶聯(lián)劑為鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑、硅烷偶聯(lián)劑中的一種或兩種。所述復(fù)合材料還可添加下列之一或一種以上任意組合的添加劑抗氧化劑、紫外線吸收劑、穩(wěn)定劑、染料、阻燃劑、抗靜電劑，以滿足用于各種特殊要求制品的需求。本發(fā)明的制備方法包括以下步驟步驟I)稱取改性淀粉20 75份、聚乳酸樹脂10 65份、分子量為800 2000的端羥基乳酸低聚物2 10份、增塑劑I 10份、脂肪族擴(kuò)鏈劑O. I I. O份、粒度為2000目以上、白度大于92%的滑石粉O. 5 2份、助劑O. I 3的各組分，待用；步驟2)將所述聚乳酸樹脂、改性淀粉、端羥基乳酸低聚物、增塑劑、滑石粉、助劑依次加入到70 150°C的高速混合機(jī)中共混，攪拌時間為10 30min，即得混合物料，然后將混合物料自然冷卻至室溫；
步驟3)將上述混合物料和O. I I. O重量份的脂肪族擴(kuò)鏈劑在50°C以下的攪拌機(jī)中進(jìn)行冷混I lOmin，然后將混合后的物料在雙螺桿擠出機(jī)內(nèi)進(jìn)行混煉，經(jīng)擠出后冷
卻、造粒。步驟4)在干燥設(shè)備中將造好的粒料在60 80°C下，干燥至水分含量低于250ppm后取出密封，即可得到所述的淀粉-聚乳酸復(fù)合材料。所述改性淀粉的制備步驟為將100份植物淀粉與3 8份分子量為600 1000的聚乙二醇混合物、O. I O. 5份偶聯(lián)劑在65 110°C的高速混合機(jī)中進(jìn)行共混，攪拌時間為10 30min，制得改性淀粉。所述雙螺桿擠出機(jī)為嚙合型同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出系統(tǒng)，加料口筒體上設(shè)置冷卻水通道，通過循環(huán)冷卻水將喂料段的溫度控制在50 100°C，以防止擴(kuò)鏈劑過早的熔融和產(chǎn) 生凝膠。所述混合物料在所述的雙螺桿擠出機(jī)中擠出溫度為140 185°C ;雙螺桿擠出機(jī)的螺桿轉(zhuǎn)速為100 350r/min。本發(fā)明具有下列優(yōu)點(I)本發(fā)明中采用可生物降解的分子量在800 2000之間的端羥基乳酸低聚物起到淀粉與聚乳酸的相容劑的作用。原因有三一是由于聚乳酸隨著分子量的降低其疏水性降低，而且聚乳酸在低聚合度時端基功能基團(tuán)較多，這都有助于乳酸低聚物與淀粉表面的羥基發(fā)生相互作用；二是乳酸低聚物還可以有效地破壞淀粉的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，起到對淀粉進(jìn)行塑化的作用，乳酸低聚物的分子量越低，其效果越顯著；三是高分子量的聚乳酸是由乳酸經(jīng)過一系列的聚合反應(yīng)生成乳酸低聚物，然后再進(jìn)一步聚合反應(yīng)得到高分子量的聚乳酸，所以，高分子量聚乳酸本身就與乳酸低聚物有很好的相容性。這樣以來，乳酸低聚物就可以視為一種媒介，將淀粉和聚乳酸緊密結(jié)合起來，提高淀粉與聚乳酸的相容性。下面將以重量份數(shù)配方為改性淀粉50份、牌號為3052D的聚乳酸樹脂30份、相容劑5份、聚己二酸/對苯二甲酸丁二醇酯(PBAT) 10份、ADR-4368CS擴(kuò)鏈劑I. O份、滑石粉2. O份、鋁酸酯偶聯(lián)劑I份、硬脂酸鈣I份為例進(jìn)行淀粉與聚乳酸的共混體系的力學(xué)性能對比其中改性淀粉的制備將100份植物淀粉與I. 5份分子量為600的聚乙二醇、I份分子量為800的聚乙二醇、2. 5份分子量為1000的聚乙二醇、O. 2份鋁酸酯偶聯(lián)劑在90°C的高速混合機(jī)中進(jìn)行共混，攪拌時間為12min，制得改性淀粉。
權(quán)利要求
1.一種淀粉和聚乳酸的復(fù)合材料，其特征在于，所述復(fù)合材料包括以重量份數(shù)計的組分為改性淀粉20 75份、聚乳酸樹脂10 65份、分子量為800 2000的端羥基乳酸低聚物2 10份、增塑劑I 10份、脂肪族擴(kuò)鏈劑O. I I. O份、滑石粉O. 5 2份。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的淀粉和聚乳酸的復(fù)合材料，其特征在于，所述改性淀粉是將100份植物淀粉與3 8份分子量為600 1000的聚乙二醇混合物、O. I O. 5份偶聯(lián)劑在65 110°C的高速混合機(jī)中進(jìn)行共混改性可得。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的淀粉和聚乳酸的復(fù)合材料，其特征在于，所述聚乳酸樹脂為Natureworks牌號為4032D、3052D的聚乳酸樹脂中的一種或兩種。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的淀粉和聚乳酸的復(fù)合材料，其特征在于，所述增塑劑為聚乙二醇、生物降解共聚酯中的一種或幾種，所述聚乙二醇包括分子量為6000、8000、10000、20000中的一種或者幾種；所述生物降解共聚酯包括聚己二酸/對苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚己內(nèi)酯(PCL)、二氧化碳聚合物(PPC)中的一種或幾種。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的淀粉和聚乳酸的復(fù)合材料，其特征在于，所述擴(kuò)鏈劑為德國巴斯夫的 ADR-4370S、ADR-4368CS 中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的淀粉和聚乳酸的復(fù)合材料，其特征在于，所述滑石粉的粒度為2000目以上，白度大于92%。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的淀粉和聚乳酸的復(fù)合材料，其特征在于，還包括O.I 3重量份的助劑，所述助劑為潤滑劑、偶聯(lián)劑中的一種或幾種；所述潤滑劑為白油、硬脂酸鈣、硬脂酸鋁中的一種或幾種；所述偶聯(lián)劑為鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑、硅烷偶聯(lián)劑中的一種或兩種。
8.—種權(quán)利要求I所述的淀粉和聚乳酸的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟I)按重量份計，稱取改性淀粉20 75份、聚乳酸樹脂10 65份、分子量為800 2000的端羥基乳酸低聚物2 10份、增塑劑I 10份、脂肪族擴(kuò)鏈劑O. I I. O份、滑石粉O. 5 2份、助劑O. I 3份的各組分，待用； 步驟2)將所述聚乳酸樹脂、改性淀粉、端羥基乳酸低聚物、增塑劑、滑石粉、助劑依次加入到70 150°C的高速混合機(jī)中共混，攪拌時間為10 30min，即得混合物料，然后將混合物料自然冷卻至室溫； 步驟3)將上述混合物料和O. I I. O份脂肪族擴(kuò)鏈劑在50°C以下的攪拌機(jī)中進(jìn)行冷混I lOmin，然后將混合后的物料在雙螺桿擠出機(jī)內(nèi)進(jìn)行混煉，經(jīng)擠出后冷卻、造粒。
步驟4)在干燥設(shè)備中將造好的粒料在60 80°C下，干燥至水分含量低于250ppm后取出密封，即可得到所述的淀粉-聚乳酸復(fù)合材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的淀粉和聚乳酸的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述改性淀粉的制備步驟為將100份植物淀粉與3 8份分子量為600 1000的聚乙二醇混合物、O. I O. 5份偶聯(lián)劑在65 110°C的高速混合機(jī)中進(jìn)行共混，攪拌時間為10 30min，制得改性淀粉。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的淀粉和聚乳酸的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述雙螺桿擠出機(jī)中擠出溫度為140 185°C ;雙螺桿擠出機(jī)的螺桿轉(zhuǎn)速為100 350r/min。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種淀粉和聚乳酸的復(fù)合材料及其制備方法，所述復(fù)合材料包括以重量份數(shù)計的組分為改性淀粉20～75份、聚乳酸樹脂10～65份、分子量為800～2000的端羥基乳酸低聚物2～10份、增塑劑1～10份、脂肪族擴(kuò)鏈劑0.1～1.0份、滑石粉0.5～2份、助劑0.1～3份。所述制備方法包括先將改性淀粉、聚乳酸、端羥基乳酸低聚物、增塑劑、滑石粉、潤滑劑、和偶聯(lián)劑在高速攪拌機(jī)中進(jìn)行共混，然后將共混物和擴(kuò)鏈劑的混合物料加到雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行熔融擠出、冷卻、造粒，即制得淀粉和聚乳酸的復(fù)合材料。本發(fā)明的淀粉和聚乳酸的復(fù)合材料具有相容性好，成本低、韌性好、耐熱性好、可完全生物降解等特點，且制備工藝流程簡單，無三廢排放，可實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號B29B9/06GK102863654SQ20121038805
公開日2013年1月9日 申請日期2012年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月11日
發(fā)明者潘麗娟, 胡漢杰, 白娟, 方華, 王淑敏 申請人:武漢華麗環(huán)?？萍加邢薰?br>