一种高相容性淀粉基全生物降解树脂及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及生物降解树脂制备技术领域，尤其涉及一种高相容性淀粉基全生物降 解树脂及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着社会的飞速发展和科学技术的进步，人们对石油的需求量越来越大，但石油 是不可再生的资源，石油资源随着各国的大量使用必将面临枯竭，同时不可降解的石油基 塑料废弃物所造成的如污染土壤水源、占用土地资源、威胁生态环境等一系列问题不断恶 化，引起世界各国组织的极大关注，可生物降解材料的研究成为世界范围的热点。
[0003] 植物淀粉是一种天然生物高分子材料，具有可完全降解、来源丰富和价格低廉等 特点。在生物基高分子材料的应用中，淀粉通常作为填料使用，大大降低了生产成本，改善 了材料的生物降解性能。
[0004]但是，由于淀粉本身具有多羟基结构，导致淀粉与其它合成树脂相容性差，限制了 其在生物降解材料中的应用。
[0005] 因此，开发一种新高相容性淀粉基全生物降解树脂的制备方法，不但具有迫切的 研究价值，也具有良好的经济效益和工业应用潜力，这正是本发明得以完成的动力所在和 基础。
【发明内容】
[0006] 为了克服上述所指出的现有技术的缺陷，本发明人对此进行了深入研究，在付出 了大量创造性劳动后，从而完成了本发明。
[0007] 具体而言，本发明所要解决的技术问题是:提供一种高相容性淀粉基全生物降解 树脂及其制备方法，以解决目前淀粉与合成树脂相容性差的技术问题。
[0008] 为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
[0009] -种高相容性淀粉基全生物降解树脂，由包括以下重量份的组分制备而成：
[0010] 植物淀粉30-60，反应助剂：1 一10，聚酯类树脂40-70，塑化剂：2-5，脱模剂： 0.2-1 〇
[0011] 本发明中，作为一种优选的技术方案，所述植物淀粉为玉米原淀粉、玉米淀粉和木 薯淀粉的混合物、玉米淀粉和小麦淀粉的混合物中的一种。
[0012] 本发明中，作为进一步优选的技术方案，所述玉米淀粉和木薯淀粉的混合物中两 者重量比例为1:1。
[0013] 本发明中，作为进一步优选的技术方案，所述玉米淀粉和小麦淀粉的混合物中两 者重量比例为1:1。
[0014] 本发明中，作为一种优选的技术方案，所述反应助剂包括引发剂、马来酸酐、硬脂 酸的混合物，还包括偶联剂、辛烯基琥珀酸酐、醋酸乙烯酯、丙烯酸中的一种或几种。
[0015] 本发明中，作为进一步优选的技术方案，所述引发剂为硫酸亚铁、硝酸铈铵、双氧 水、过硫酸铵中的一种或几种混合物。
[0016]本发明中，作为进一步优选的技术方案，所述偶联剂为铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联 剂、硅烷偶联剂中的一种或几种混合物。
[0017]本发明中，作为一种优选的技术方案，所述聚酯类树脂为PLA和PBAT混合物，其中 PLA和PBAT的质量比为（1 -3): 1。
[0018] PLA即聚乳酸，热稳定性好，加工温度170~230°C，有好的抗溶剂性，可用多种方式 进行加工，如挤压、纺丝、双轴拉伸，注射吹塑。由聚乳酸制成的产品除能生物降解外，生物 相容性、光泽度、透明性、手感和耐热性好，还具有一定的耐菌性、阻燃性和抗紫外性，因此 用途十分广泛，可用作包装材料、纤维和非织造物等，目前主要用于服装（内衣、外衣）、产业 (建筑、农业、林业、造纸)和医疗卫生等领域。
[0019] PBAT属于热塑性生物降解塑料，是己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚 物，兼具PBA和PBT的特性，既有较好的延展性和断裂伸长率，也有较好的耐热性和冲击性 能;此外，还具有优良的生物降解性，是目前生物降解塑料研究中非常活跃和市场应用最好 降解材料之一。
[0020] 本发明中，作为一种优选的技术方案，所述塑化剂为乙酰基柠檬酸三丁酯、环氧硬 酯酸辛酯、环氧大豆油中的一种或几种。
[0021] 本发明中，作为一种优选的技术方案，所述脱模剂为聚乙烯蜡、硬脂酰胺、硅油、聚 乙二醇中的一种或几种。
[0022] -种高相容性淀粉基全生物降解树脂的制备方法，首先通过物理、化学的方法将 所述植物淀粉进行改性处理，屏蔽淀粉羟基，然后再与聚酯类树脂、塑化剂、脱模剂共混改 性、造粒后制得尚相容性淀粉基全生物降解树脂。
[0023] -种高相容性淀粉基全生物降解树脂的制备方法，包括如下步骤：
[0024] (1)植物淀粉的改性处理
[0025]将植物淀粉投入到温度为75-85Γ的干法反应器内，加入反应助剂，反应时间为 0.5-3小时，得到改性淀粉；
[0026] (2)改性淀粉与聚酯类树脂共混
[0027]向步骤（1)得到的改性淀粉中加入所述聚酯类树脂，保持温度在40-85Γ，搅拌速 率为50-200r/min，进行共混改性0.5-2小时;然后降温至25-30°C，并向其中加入PLA和PBAT 混合物，低速搅拌，搅拌速率为50-100r/min，得到粉料；
[0028] (3)造粒
[0029] 将步骤(2)得到的粉料加入至平行同向双螺杆挤出造粒机组，温度110-175°C，模 头温度100-150°C，螺杆机转速50-150rpm，挤出冷却后造粒。
[0030] 采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：
[0031] 发明人经过大量反复的试验，采用了混合式的淀粉，尤其是采用了玉米淀粉和木 薯淀粉、玉米淀粉和小麦淀粉，且重量比例均采用1:1。采用混合淀粉可有利于提高树脂中 淀粉的比重，进而降低生产成本，缩短终端产品的降解时间。
[0032]发明人首先将淀粉进行了改性，即将植物淀粉投入到温度为75-85Γ的干法反应 器内，加入反应助剂，反应时间为0.5-3小时;反应助剂包括引发剂、马来酸酐、硬脂酸的混 合物，还包括偶联剂、辛烯基琥珀酸酐、醋酸乙烯酯、丙烯酸中的一种或几种。发明人在长期 的实践中发现，采用上述反应助剂，同时采用如上的处理方法时，反应助剂能够对淀粉进行 改性，对淀粉分子的羟基进行屏蔽，大大提高淀粉的疏水性能及与树脂的相容性。
[0033] 本发明中，加入的环氧硬酯酸辛酯和环氧大豆油可作为聚合物PBAT和PLA的分子 桥，有利于增强大分子聚合物的链接，进而加强其与改性淀粉的相容性，最终形成高相容性 的均相体系，增强物料的拉伸强度，而且，在加入改性淀粉后，能够保证降解树脂的强度。
[0034] 综上所述，本发明的淀粉基全生物降解树脂淀粉含量高，物料相容性好，力学性能 优，可完全生物降解，可适用于吹塑、吹膜等塑料加工工艺，制品表面光滑、分散均匀、透光 率高，力学强度符合相关要求。
【具体实施方式】
[0035] 下面结合具体的实施例对本发明进一步说明。但这些例举性实施方式的用途和目 的仅用来例举本发明，并非对本发明的实际保护范围构成任何形式的任何限定，更非将本 发明的保护范围局限于此。
[0036] 实施例1
[0037] -种高相容性淀粉基全生物降解树脂，由包括以下重量份的组分制备而成:植物 淀粉30，反应助剂：1，聚酯类树脂40，塑化剂:2，脱模剂:0.2。其中，所述植物淀粉为玉米原 淀粉。所述反应助剂为硫酸亚铁、硝酸铈铵、马来酸酐、硬脂酸、辛烯基琥珀酸酐的混合物。 所述聚酯类树脂为PLA和PBAT混合物，其中PLA和PBAT的质量比为1:1。所述塑化剂为乙酰基 柠檬酸三丁酯。所述脱模剂为聚乙烯蜡、硬脂酰胺的混合物。
[0038] 本实施例的制备方法包括如下步骤：
[0039] (1)植物淀粉的改性处理
[0040]将植物淀粉投入到温度为75°C的干法反应器内，加入反应助剂，反应时间为0.5小 时，得到改性淀粉；
[0041 ] (2)改性淀粉与聚酯类树脂共混
[0042]向步骤(1)得到的改性淀粉中加入所述聚酯类树脂，保持温度在40°C，搅拌速率为 50r/min，进行共混改性0.5小时;然后降温至25°C，并向其中加入PLA和PBAT混合物，低速搅 拌，搅拌速率为500r/min，得到粉料；
[0043] (3)造粒
[0044] 将步骤(2)得到的粉料加入至平行同向双螺杆挤出造粒机组，温度110°C，模头温 度100 °C，螺杆机转速50rpm，挤出冷却后造粒。
[0045] 母粒颜色为白色或淡黄色，细腻、有光泽。
[0046] 实施例2
[0047] -种高相容性淀粉基全生物降解树脂，由包括以下重量份的组分制备而成:植物 淀粉60，反应助剂：10，聚酯类树脂70，塑化剂:5，脱模剂:1。其中，所述植物淀粉为玉米淀粉 和木薯淀粉的混合物，所述玉米淀粉和木薯淀粉的混合物中两者重量比例为1:1。所述反应 助剂为硫酸亚铁、硝酸铈铵、双氧水、过硫酸铵、马来酸酐、硬脂酸、铝酸酯偶联剂、醋酸乙烯 酯、丙烯酸的混合物。所述聚酯类树脂为PLA和PBAT混合物，其中PLA和PBAT的质量比为3:1。 所述塑化剂为环氧硬酯酸辛酯、环氧大豆油的混合物。所述脱模剂为聚乙烯蜡、硬脂酰胺、 硅油、聚乙二醇的混合物。
[0048]本实施例的制备方法包括如下步骤：
[0049] (1)植物淀粉的改性处理
[0050]将植物淀粉投入到温度为85°C的干法反应器内，加入反应助剂，反应时间为3小 时，得到改性淀粉；
[0051 ] (2)改性淀粉与聚酯类树脂共混
[0052]向步骤(1)得到的改性淀粉中加入所述聚酯类树脂，保持温度在85°C，搅拌速率为 200r/min，进行共混改性2小时；然后降温至30°C，并向其中加入PLA和TOAT混合物，低速搅 拌，搅拌速率为l〇〇r/min，得到粉料；
[0053] (3)造粒
[0054] 将步骤(2)得到的粉料加入至平行同向双螺杆挤出造粒机组，温度175°C，模头温 度150 °C，螺杆机转速150rpm，挤出冷却后造粒。
[0055] 母粒颜色为白色或淡黄色，细腻、