专利名称：生物降解性木薯淀粉基材料及制品的制作方法
本
发明内容
属于化工材料的制备技术领域，涉及一种绿色环保型生物降解淀粉材料的制备及其制品。
近年来，随着人们生活方式由“节俭型”向“消费型”转变，一次性塑料商品的使用量大幅度增加。大量塑料制品的应用一方面给工农业生产和人民生活带来巨大的效益和方便，另一方面也给生态环境带来严重的污染，形成“白色”公害。解决白色污染，可根据国情采取不同措施操作，目前常用的方法一是回收利用，二是焚烧处理，三是采用降解树脂/塑料，但它们在实际操作中都存在有一些问题和局限。一次性塑料垃圾回收困难，再利用的局限性很大，不能形成回收与利用的平衡，并且会出现再生品的劣质。将塑料垃圾高温裂解制作汽油、煤油等，清洁处理及材质分类难，能量消耗大，获取成品量少而价高，短期内难以普遍推广应用。塑料垃圾的焚烧，既消耗大气中的氧气，又会产生大量的污染物质，如氮氧化物、碳氧化物和毒中之毒者二恶英等。综合而言，生物降解塑料的技术是本领域最为倡导的方式。在我国，生物降解性淀粉基材料的研究开发始于上世纪80年代初，近几年随着“白色污染”日趋严重。国家对此问题的重视和研制速度在加强加快。但由于淀粉填加量低，仍处于实验总结提高阶段。其存在的主要问题一是制造成本高，降解制品比非降解制品成本高出15％以上；二是制造工艺复杂以及淀粉的改性存在污水排放等问题；三是降解制品一般在塑料中填加光敏剂和淀粉，采用光和生物双重降解方法，但迄今才技术上还未解决淀粉填加量超过60％这一难题，这些均在很大程度上制约了降解制品的推广应用。另外，目前市场上使用的一次性纸制品餐具虽在一次性使用品上替代了一部分塑料制品，但它也存在着制约推广的下述的五个方面问题一是纸制品的原料主要是木材，需要消耗大量我国资源紧缺的木材，造成浪费；二是造纸要产生废水及大气污染，而目前在这方面的治理工作又跟不上，造成很大损失；三是制造成本高，一般一个纸杯的制造成本是同样体积塑料杯的2.5倍以上；四是纸本身虽可降解，但处于防油防水等目的，绝大多数餐具表面都涂有塑料或防油防水剂等，而这些物质却是不可降解的；五是这类制品一般都不适宜在微波炉里加热。
本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种原料成本低、降解效果好、生产工艺简单且易于推广应用的生物降解性木薯淀粉基材料以及根据该材料制作的相应的制品。
本发明所述的淀粉基材料是一种以木薯淀粉(tapioca starch)为主要组分，以可降解的助剂(耦联剂、相溶剂)、填料(钛白粉)、增强剂聚烯烃(聚乙烯或聚丙烯)为辅料，经现代技术科学加工而形成的新的降解材料体系。木薯系经济作物，在我国南方许多地区及泰国、马来西亚等东南亚国家多有种植，具有产量高、质地好、种植容易的特点，目前主要用途是食用及用来加工酒及柠檬酸等。受气候和应用范围窄的影响，我国木薯种植量相对较少，但现今木薯淀粉的价格从国外进口回来的每吨价格比国内长期以来一直沿用的玉米淀粉每吨价格还要低300～700元，以木薯淀粉为原料生产生物降解性材料及制品，无疑将为其应用开拓新的途径。
本发明所述的生物降解性木薯淀粉基材料主要由包括木薯淀粉(tapiocastarch)、聚烯烃(polyolefine)、相溶剂(mutual melting agent，采用亲和型相溶剂)、耦联剂(compling-agent，如AB型表面处理耦联剂)和钛白粉(titanium pigment)在内的五种物质组成，各物质在产品中所占的重量百分比为木薯淀粉70％～85％， 聚 烯 烃 5％～15％，相 溶 剂5％～10％，耦 联 剂 3％～8％，钛 白 粉1％～2％。
在本发明的技术方案中，由于在配方及组分上使木薯淀粉物质的含量达到70％～85％，因而实现了一种技术上的突破，可以使淀粉基材料及制品具有更好的生物降解性。这是因为淀粉含量一旦高于60％，材料的降解速度就会大大提高。淀粉是葡萄糖单元通过α-1.4或α-1.6糖苷键形成的天然高分子，于常温下经埋土后，在微生物体内淀粉酶的作用下水解成葡萄糖，经过TCA循环进一步氧化成二氧化碳和水。由于淀粉分子的降解，少量的聚乙烯或聚丙烯分子链也会随之断裂，形成细小的碎粒或粉末。据日本和瑞典的学术研究资料报道在淀粉/聚烯烃共混体系内不仅存在着生物降解与非生物降解两种作用，同时还存在“相互增效”的效应，因而可达到材料全部降解的目的。经常温埋土实验结果表明，用本发明所述生物降解性木薯淀粉基材料制成的制品在20开始变脆，30天内降解60％，8～12个月内可全部降解。与目前本领域普遍使用的纸浆模塑、秸秆、玉米淀粉等类材料制品相比，不仅成本低、外观颜色洁白、气味香，而且各项性能均要优异。
本发明制品的实际制备工艺包括配料、混炼、造粒、对粒料注塑(或压延制成片材、吸塑)、发泡、拉膜等加工过程并最终形成制品，使用设备包括高速混炼机、双螺杆挤出造粒机组、压片机组、自动打杯机组、粉碎机、空气压缩机等，其生产工艺简练、精化，易规模化生产，不需要进行预糊化或化学改性，也不需要使用有机溶剂、水、蒸汽等，因而在生产过程中不会产生任何废水、废起、废渣等“三废”，对环境不产生污染。所形成的制品包括一次性餐饮容器和器皿(快餐饭盒、碗盘、口杯、刀、叉、勺、筷……)、包装容器(家用电器包装用发泡材料、果品包装材料、食品袋、垃圾袋)、包装膜、医用器材以及农用膜等。其降解餐盒、碗盘等耐热温度为130℃，最适宜置于微波炉里加热食品、饮料等，具有优异的耐油及耐水性能；其耐寒温度为-20℃，可在冰箱内冷冻食品、冰快、饮料等。此外，该材料的回收制品经粉碎后可用于种植蘑菇、养花或者经过发泡作为包装材料的应用。
权利要求
1.一种用于生产一次性塑料制品的生物降解性木薯淀粉基材料，其特征在于它由下述重量百分比的物质组成木薯淀粉70％～8 5％，聚烯烃5％～15％，相溶剂 5％～10％， 耦联剂3％～8％，钛白粉 1％～2％。
2.根据权利要求1所述木薯淀粉基材料制作的一次性生物降解性木薯淀粉产品，其特征在于所说的产品包括一次性餐饮容器和器皿、包装容器、包装膜、医用器材以及农用膜。
全文摘要
本发明涉及一种用于生产一次性塑料制品的生物降解性木薯淀粉基材料的制备，其材料由木薯淀粉、聚烯烃、相溶剂、耦联剂和钛白粉等物质组成，具有原料成本低、降解效果好、生产工艺简单且易于推广应用等优点。由该木薯淀粉基材料制成的制品包括一次性餐饮容器和器皿、包装容器、包装膜、医用器材以及农用膜等。
文档编号A61L33/06GK1532217SQ03114569
公开日2004年9月29日 申请日期2003年3月25日 优先权日2003年3月25日
发明者姜省民, 吴同刚 申请人:姜省民, 吴同刚