一种以哑铃形SiO2为增强体的淀粉塑料的制备方法与流程

本发明涉及一种以哑铃形sio2为增强体的淀粉塑料的制备方法。属于淀粉资源的高附加值利用和生物降解高分子材料领域。

背景技术：

近年来，塑料废弃物造成了严重的环境问题，为了保护环境，减少使用不可降解的石油基塑料，人们开始研究与开发来自可再生资源的生物基材料。其中，天然淀粉具有低成本、可再生、来源广以及可生物降解等优点，从而引起了人们的关注。为了使淀粉具有类似石油基聚合物的可塑性，通常在淀粉中添加增塑剂，使淀粉大分子由结晶结构转变为无定型态，从而得到热塑性淀粉(thermoplasticstarch，tps)，即淀粉塑料。

随着淀粉热塑性的转变，淀粉分子中的羟基处于自由状态，导致淀粉塑料在空气中的吸水性提高，从而直接影响其力学性能的稳定。为了解决上述问题，通过在tps中加入增强组份，或与其他聚合物共混、交联等方法，可有效提高淀粉塑料的力学性能及耐水性能。

纳米sio2在高分子复合材料、陶瓷工业中应用广泛。sio2表面存在羟基，而表面的羟基又具有可修饰性，通过改性能得到功能化的sio2微粒，此外，通过制备不同形貌的sio2，也可进一步扩展其应用领域。当前，将常规的球形sio2加入tps来制备热塑性淀粉塑料已有报道，而基于以哑铃形sio2为增强组份的热塑性淀粉的制备还未见报道。

技术实现要素：

本发明首先通过溶胶-凝胶法制备哑铃形sio2，然后与淀粉和甘油共混，通过挤出注塑制备基于哑铃形sio2增强热塑性淀粉塑料的方法。

为达到上述目的，本发明采用的制备方法是：

1)哑铃形sio2的制备

以正硅酸四乙酯(teos)为硅源，采用溶胶-凝胶法合成sio2，其过程是水解、成核及颗粒生长三者之间的竞争过程，基本合成机理如下：：

(1)teos水解：

(2)硅醇与teos缩聚：

(3)硅醇之间发生缩聚：

步骤：

将30份无水乙醇、15份蒸馏水和5份氨水混合于容器中，搅拌并升温至60℃；再用恒压漏斗逐滴加入5份teos，搅拌反应1h，将产物倒出并在60℃干燥24小时，得哑铃形sio2。

2)sio2/tps的制备

步骤：

取一定量的淀粉和甘油，加入一定量的哑铃形sio2，均匀共混。在双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出机各温区温度为100～120℃，转速为260～290r/min，在注塑机中注塑，注塑机温度区间为130～145℃，注塑压力为70mpa，得哑铃形sio2增强淀粉塑料。

本发明优点在于：

1)本发明中使用的淀粉是天然可再生材料，绿色环保。

2)本发明制备的淀粉塑料在较少添加量下(2％重量分数)即可达到优良的力学性能(拉伸强度最大为7.355mpa)。

3)本发明制备的淀粉塑料添加2％哑铃形sio2(重量分数)的表面接触角为64.0°(不添加为44.6°)。

4)本发明制备的淀粉塑料可用于包装、一次性餐具、一次性医疗耗材和农用地膜等领域。

附图说明

图1哑铃形sio2tem图像

说明：使用透射电子显微镜(日本电子株式会社jem-1400)测定。

图2哑铃形sio2在热塑性淀粉塑料中的示意图

图3不同sio2含量的哑铃形sio2/tps的拉伸强度

说明：使用万能试验机[mts工业系统(中国)有限公司，mts\sanscmt4000]测定，试验速度为20mm/min。

图4哑铃形sio2增强的tps的表面接触角

说明：使用接触角测试仪(德国公司，dsa100)测定，实验所测的接触角为去离子水在样品表面15秒后所测得的接触角。

具体实施方式

实施例1：将30份无水乙醇、15份蒸馏水和5份氨水混合于容器中，搅拌并升温至60℃；再用恒压漏斗逐滴加入5份teos，搅拌反应1h，将产物倒出并在60℃干燥24小时，得哑铃形sio2；

再取450份淀粉和150份甘油，加入淀粉重量的1.8％(重量百分比)哑铃形sio2，均匀共混；在双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出机各温区温度分别为118℃、120℃、120℃、118℃，螺杆转速为260r/min；在注塑机中注塑，注塑机各温度区间分别为145℃、140℃、135℃、130℃，130℃，注塑压力为70mpa，得哑铃形sio2增强淀粉塑料。

实施例2：将30份无水乙醇、15份蒸馏水和5份氨水混合于容器中，搅拌并升温至60℃；再用恒压漏斗逐滴加入5份teos，搅拌反应1h，将产物倒出并在60℃干燥24小时，得哑铃形sio2；

再取450份淀粉和150份尿素，加入淀粉重量的2.0％(重量百分比)哑铃形sio2，均匀共混；在双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出机各温区温度分别为118℃、120℃、120℃、118℃，螺杆转速为280r/min；在注塑机中注塑，注塑机各温度区间分别为145℃、140℃、135℃、130℃，130℃，注塑压力为70mpa，得哑铃形sio2增强淀粉塑料。

实施例3：将30份无水乙醇、15份蒸馏水和5份氨水混合于容器中，搅拌并升温至60℃；再用恒压漏斗逐滴加入5份teos，搅拌反应1h，将产物倒出并在60℃干燥24小时，得哑铃形sio2；

再取450份淀粉、100份甲酰胺和50份甘油单硬脂酸酯，加入淀粉重量的2.2％(重量百分比)哑铃形sio2，均匀共混；在双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出机各温区温度分别为118℃、120℃、120℃、118℃，螺杆转速为290r/min；在注塑机中注塑，注塑机各温度区间分别为145℃、140℃、135℃、130℃，130℃，注塑压力为70mpa，得哑铃形sio2增强淀粉塑料。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种以哑铃形二氧化硅(SiO2)为增强体的淀粉塑料的制备方法。属于淀粉资源的高附加值利用和生物降解高分子材料领域。该方法首先通过溶胶.凝胶法制备哑铃形SiO2，然后与天然淀粉和增塑剂共混，通过挤出注塑，制备出基于哑铃形SiO2增强的热塑性淀粉塑料。用该淀粉塑料制备的产品，在较少添加量下(2％重量分数)即可达到优良的力学性能(拉伸强度最大为7.355MPa)和耐水性能，克服了现有热塑性淀粉塑料力学和耐水性能差的缺点，有效提高了材料的使用性能，该材料可生物降解，环境友好，成本低，有望应用于包装、一次性餐具、一次性医疗耗材和农用地膜等领域。

技术研发人员：郭斌;周文;银鹏
受保护的技术使用者：南京林业大学
技术研发日：2018.09.29
技术公布日：2019.02.12