一種新型熱塑性淀粉制備生物降解材料的方法
【專利摘要】新型熱性淀粉制備生物降解材料的方法，先將非糧淀粉加入預混機中，然后在容器中加入一定量的改性劑、催化劑、穩(wěn)定劑、PH調試劑及水混合均勻后備用；設定預混機的溫度為65℃，開啟預混機，通過水霧化器將已混合好的混合物均勻噴灑在非糧淀粉上，混合后系統(tǒng)含水約40%，攪拌30?40分鐘，將預混合的混合物放入已加熱的高混機中，中速攪拌約10分鐘，在側喂料加入已備好熱塑性淀粉，通過螺桿熔融、剪切、混煉、增容制備具有淀粉含量高、綜合性能優(yōu)異的生物降解材料，制備的生物降解材料不僅解決了當前塑料制品難以降解而導致的白色污染問題，也減少了二氧化碳的排放，不僅降低生物降解材料成本，且提高產品附加值。
【專利說明】
一種新型熱塑性淀粉制備生物降解材料的方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及生物降解材料，具體涉及一種新型熱塑性淀粉制備生物降解材料的方法。
【背景技術】
[0002]生物降解材料是治理塑料廢棄物造成“白色污染”、降低碳排放的可行途徑，淀粉具有良好的生物降解性能，且價格低廉、可再生、可循環(huán)持續(xù)發(fā)展材料。但由于淀粉分子中含有大量的羥基，具有較大的分子極性和親水性，與水分子形成較強的氫鍵。為了改善淀粉的加工性能，改變淀粉螺旋狀結構，降低分子量并使淀粉分子結構無序化，使具有熱塑可加工性。這類研究已經受到眾多科研機構及企業(yè)的關注，也推出多種熱塑性淀粉，其中最為典型的以甘油為增塑劑，通過淀粉分子間和分子內氫鍵被塑化劑與淀粉之間較強的氫鍵作用所取代，淀粉分子活動能力得到提高，玻璃化轉變溫度降低，淀粉表現出熱可塑性。但甘油為小分子物質，塑化淀粉后的熱塑性淀粉制成餐飲具等制品后，小分子物質隨著時間慢慢迀移至表面，造成衛(wèi)生性能不達標，產品力學性能下降等問題，不利于產業(yè)化推廣。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的在于。針對現有技術的上述問題，提供一種工藝簡單、成本低廉的新型熱塑性淀粉制備生物降解材料的方法。采用干法短流程制備熱塑性淀粉，具有工藝簡單、反應效率高、能耗低、無環(huán)境污染等優(yōu)點，制備的生物降解材料不僅解決了當前塑料制品難以降解而導致的白色污染問題，也減少了二氧化碳的排放，不僅降低生物降解材料成本，且提高產品附加值，有助于推動生物降解材料在一次性餐飲具、膜袋制品、地膜、發(fā)泡制品等領域大規(guī)模應用。用本發(fā)明制備的生物降解材料具有淀粉含量高、力學性能及衛(wèi)生性能良好，提高復合材料產品附加值。
[0004]提供一種新型熱塑性淀粉制備生物降解材料的方法，先將非糧淀粉加入預混機中，然后在容器中加入一定量的改性劑、催化劑、穩(wěn)定劑、PH調試劑及水混合均勻后備用;設定預混機的溫度為65°C，開啟預混機，通過水霧化器將已混合好的混合物均勻噴灑在非糧淀粉上，混合后系統(tǒng)含水約40%，攪拌30-40分鐘，確?；旌细男詣┡c非糧淀粉表面充分接觸并發(fā)生酯化反應。由于物料在攪拌過程中產生熱量，通過反應后混合物含水量< 8%，打開放料閥，收集備用。
[0005]設定高低混合機組加熱溫度120-140攝氏度，冷卻鍋通入循環(huán)冷卻水，將預混合的混合物放入已加熱的高混機中，中速攪拌約1分鐘，通過高混機上方輔助加料口加入一定量引發(fā)劑、接枝單體、催化劑I等，高速攪拌25-35分鐘后放入冷混機中，攪拌至室溫后放料備用，制備成熱塑性淀粉；
稱取一定量的生物降解聚酯PBAT/PLA及相容劑混合均勻后備用，選取反應性雙螺桿擠出機長徑比48:1-52:1，優(yōu)選52:1;設定加工溫度為:一區(qū)150-160°C、二區(qū)160-170°C、三區(qū)165-175°C、四區(qū)165-175°C、五區(qū)170-180°C、六區(qū)170-180攝氏度、七區(qū)170-180°C、八區(qū)175-185°C、九區(qū) 170-180°C、十區(qū) 170-180°C、模頭 175_185°C ;
開啟主電機并將已混合均勻的PBAT/PLA及相容劑加入主加料口，在側喂料加入已備好熱塑性淀粉，通過螺桿熔融、剪切、混煉、增容制備具有淀粉含量高、綜合性能優(yōu)異的生物降解材料，可用于制備一次性餐飲具、購物袋、垃圾袋、生物降解地膜、發(fā)泡制品，
所述改性劑為氫氧化鈉、磷酸氫二鈉及焦磷酸鈉的兩種或三種共混物，混合比例為氫氧化鈉:磷酸氫二鈉=1: 2或氫氧化鈉:焦磷酸鈉=1:2.5或氫氧化鈉:磷酸氫二鈉:焦磷酸鈉=1:1.25:1.75,；改性劑的總量為非糧淀粉重量比的4-7%。
[0006]所述催化劑為氯乙酸、過氧化鈉中的一種，添加比例為非糧淀粉重量比的0.02-
0.03%。
[0007]所述穩(wěn)定劑為硬脂酸鋁、硬脂酸鉀或環(huán)氧大豆油中的兩種混合物，混合比例為硬脂酸鋁:硬脂酸鉀=1: I或硬脂酸鋁:環(huán)氧大豆油=1: 0.5或硬脂酸鉀;環(huán)氧大豆油=1:1.2，穩(wěn)定劑總量為非糧淀粉重量比的0.5-0.8%。
[0008]所述PH調試劑為稀鹽酸、磷酸或醋酸中一種，通過添加其中任何一種，測試混合物PH值6.0為準。
[0009]所述水的添加量為非糧淀粉重量比的20-25%。
[0010]所述引發(fā)劑為偶氮二異庚氫、過硫酸銨、過氧化二特丁基中的一種，引發(fā)劑用量為非糧淀粉重量比的0.015-0.02%。
[0011]所述接枝單體為乳酸、馬來酸酐、丙烯酸中的一種，添加比例為非糧淀粉重量比的3-8% ο
[0012]所述催化劑I為硫酸亞錫、二烷基錫二馬來酸酯中的一種，添加比例為非糧淀粉重量比的 0.05-0.08%。
[0013]所述生物降解聚酯PBAT/PLA混合比例為1:0.8-1.5,添加比例為非糧淀粉重量比的0.8-1.5%。
[0014]所述相容劑為甲基丙烯酸縮水甘油酯、單甘脂、聚乙烯蠟接枝馬來酸酐中的一種，添加比例為生物降解聚酯PBAT/PLA混合物的0.2-0.5%。
[0015]所述反應性雙螺桿擠出機側喂料口位于第四加熱區(qū)與第五加熱區(qū)中間。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點在于:本發(fā)明方法簡化了生產工藝，干法短流程制備熱塑性淀粉并通過反應性擠出制備生物降解材料方法極大的提高了生產效率，通過對各種功能助劑加入量的調節(jié)，制備性能各異的生物降解材料，用于制備不同制品。采用干法短流程制備熱塑性淀粉，具有工藝簡單、反應效率高、能耗低、無環(huán)境污染等優(yōu)點，制備的生物降解材料不僅解決了當前塑料制品難以降解而導致的白色污染問題，也減少了二氧化碳的排放，不僅降低生物降解材料成本，且提高產品附加值，有助于推動生物降解材料在一次性餐飲具、膜袋制品、地膜、發(fā)泡制品等領域大規(guī)模應用。
【具體實施方式】
[0017]—種新型熱塑性淀粉制備生物降解材料的方法，采用如下步驟進行制備:
Al、先將非糧淀粉加入預混機中，然后在容器中加入一定量的改性劑、催化劑、穩(wěn)定劑、PH調試劑及水混合均勻后備用；設定預混機的溫度為65°C，開啟預混機，通過水霧化器將已混合好的混合物均勻噴灑在非糧淀粉上，混合后系統(tǒng)含水約40%，攪拌30-40分鐘，確?；旌细男詣┡c非糧淀粉表面充分接觸并發(fā)生酯交換反應。由于物料在攪拌過程中產生熱量，通過反應后混合物含水量< 8%，打開放料閥，收集備用；
A2、設定高低混合機組加熱溫度120-140攝氏度，冷卻鍋通入循環(huán)冷卻水，將預混合的混合物放入已加熱的高混機中，中速攪拌約1分鐘，通過高混機上方輔助加料口加入一定量引發(fā)劑、接枝單體、催化劑I等，高速攪拌25-35分鐘后放入冷混機中，攪拌至室溫后放料備用，制備成熱塑性淀粉；
A3、稱取一定量的生物降解聚酯PBAT/PLA及相容劑混合均勻后備用，選取反應性雙螺桿擠出機長徑比48:1-52:1，優(yōu)選52:1;設定加工溫度為:一區(qū)150-160°(:、二區(qū)160-170°(:、三區(qū)165-175°C、四區(qū)165-175°C、五區(qū)170-180°C、六區(qū)170-180攝氏度、七區(qū) 170-180°C、八區(qū)175-185°C、九區(qū)170-180 °C、十區(qū)170-180 °C、模頭175-185°C。開啟主電機并將已混合均勻的PBAT/PLA及相容劑加入主加料口，在側喂料加入已備好熱塑性淀粉，通過螺桿熔融、剪切、混煉、增容制備具有淀粉含量高、綜合性能優(yōu)異的生物降解材料，可用于制備一次性餐飲具、購物袋、垃圾袋、生物降解地膜、發(fā)泡制品等。
[0018]在上述新型熱塑性淀粉制備生物降解材料的方法中，所述改性劑為氫氧化鈉、磷酸氫二鈉及焦磷酸鈉的兩種或三種共混物，混合比例為氫氧化鈉:磷酸氫二鈉=1:2或氫氧化鈉:焦磷酸鈉=1: 2.5或氫氧化鈉:磷酸氫二鈉:焦磷酸鈉=1:1.25:1.75,;改性劑的總量為非糧淀粉重量比的4-7%。
[0019]在上述新型熱塑性淀粉制備生物降解材料的方法中，所述催化劑為氯乙酸、過氧化鈉中的一種，添加比例為非糧淀粉重量比的0.02-0.03%;所述穩(wěn)定劑為硬脂酸鋁、硬脂酸鉀或環(huán)氧大豆油中的兩種混合物，混合比例為硬脂酸鋁:硬脂酸鉀=1:1或硬脂酸鋁:環(huán)氧大豆油=1:0.5或硬脂酸鉀;環(huán)氧大豆油=1:1.2,穩(wěn)定劑總量為非糧淀粉重量比的0.5-0.8%。
[0020]在上述新型熱塑性淀粉制備生物降解材料的方法中，所述PH調試劑為稀鹽酸、磷酸或醋酸中一種，通過添加其中任何一種，測試混合物PH值6.0為準;所述水的添加量為非糧淀粉重量比的20-25%。
[0021]在上述新型熱塑性淀粉制備生物降解材料的方法中，所述引發(fā)劑為偶氮二異庚氫、過硫酸銨、過氧化二特丁基中的一種，引發(fā)劑用量為非糧淀粉重量比的0.015-0.02%;所述接枝單體為乳酸、馬來酸酐、丙烯酸中的一種，添加比例為非糧淀粉重量比的3-8%。
[0022]在上述的新型熱塑性淀粉制備生物降解材料的方法，所述催化劑I為硫酸亞錫、二烷基錫二馬來酸酯中的一種，添加比例為非糧淀粉重量比的0.05-0.08%;所述生物降解聚酯PBAT/PLA混合比例為1:0.8-1.5,添加比例為非糧淀粉重量比的0.8_1.5%。
[0023]在上述新型熱塑性淀粉制備生物降解材料的方法中，所述相容劑為甲基丙烯酸縮水甘油酯、單甘脂、聚乙烯蠟接枝馬來酸酐中的一種，添加比例為生物降解聚酯PBAT/PLA混合物的0.2-0.5%。
【主權項】
1.一種新型熱塑性淀粉制備生物降解材料的方法，其特征在于，包括如下步驟: Al、先將非糧淀粉加入預混機中，然后在容器中加入一定量的改性劑、催化劑、穩(wěn)定劑、PH調試劑及水混合均勻后備用；設定預混機的溫度為65°C，開啟預混機，通過水霧化器將已混合好的混合物均勻噴灑在非糧淀粉上，混合后系統(tǒng)含水約40%，攪拌30-40分鐘，確?；旌细男詣┡c非糧淀粉表面充分接觸并發(fā)生酯交換反應；由于物料在攪拌過程中產生熱量，通過反應后混合物含水量< 8%，打開放料閥，收集備用； A2、設定高低混合機組加熱溫度120-140攝氏度，冷卻鍋通入循環(huán)冷卻水，將預混合的混合物放入已加熱的高混機中，中速攪拌約1分鐘，通過高混機上方輔助加料口加入一定量引發(fā)劑、接枝單體、催化劑I等，高速攪拌25-35分鐘后放入冷混機中，攪拌至室溫后放料備用，制備成熱塑性淀粉； A3、稱取一定量的生物降解聚酯PBAT/PLA及相容劑混合均勻后備用，選取反應性雙螺桿擠出機長徑比48:1-52:1，優(yōu)選52:1;設定加工溫度為:一區(qū)150-160°(:、二區(qū)160-170°(:、三區(qū)165-175°C、四區(qū)165-175°C、五區(qū)170-180°C、六區(qū)170-180攝氏度、七區(qū) 170-180°C、八區(qū) 175-185。。、九區(qū) 170-180°C、十區(qū) 170-180°C、模頭 175_185°C。2.開啟主電機并將已混合均勻的PBAT/PLA及相容劑加入主加料口，在側喂料加入已備好熱塑性淀粉，通過螺桿熔融、剪切、混煉、增容制備具有淀粉含量高、綜合性能優(yōu)異的生物降解材料，可用于制備一次性餐飲具、購物袋、垃圾袋、生物降解地膜、發(fā)泡制品等，根據權利要求I所述的新型熱塑性淀粉制備生物降解材料的方法，其特征在于，所述改性劑為氫氧化鈉、磷酸氫二鈉及焦磷酸鈉的兩種或三種共混物，混合比例為氫氧化鈉:磷酸氫二鈉=1: 2或氫氧化鈉:焦磷酸鈉=1: 2.5或氫氧化鈉:磷酸氫二鈉:焦磷酸鈉=1:1.25:1.75,;改性劑的總量為非糧淀粉重量比的4-7%。3.根據權利要求2所述的新型熱塑性淀粉制備生物降解材料的方法，其特征在于，所述催化劑為氯乙酸、過氧化鈉中的一種，添加比例為非糧淀粉重量比的0.02-0.03%;所述穩(wěn)定劑為硬脂酸鋁、硬脂酸鉀或環(huán)氧大豆油中的兩種混合物，混合比例為硬脂酸鋁:硬脂酸鉀=I: I或硬脂酸鋁:環(huán)氧大豆油=1:0.5或硬脂酸鉀;環(huán)氧大豆油=1:1.2,穩(wěn)定劑總量為非糧淀粉重量比的0.5-0.8%。4.根據權利要求3所述的新型熱塑性淀粉制備生物降解材料的方法，其特征在于，所述PH調試劑為稀鹽酸、磷酸或醋酸中一種，通過添加其中任何一種，測試混合物PH值6.0為準；所述水的添加量為非糧淀粉重量比的20-25%。5.根據權利要求4所述的新型熱塑性淀粉制備生物降解材料的方法，其特征在于，所述引發(fā)劑為偶氮二異庚氫、過硫酸銨、過氧化二特丁基中的一種，引發(fā)劑用量為非糧淀粉重量比的0.015-0.02%;所述接枝單體為乳酸、馬來酸酐、丙烯酸中的一種，添加比例為非糧淀粉重量比的3-8%。6.根據權利要求5所述的新型熱塑性淀粉制備生物降解材料的方法，其特征在于，所述催化劑I為硫酸亞錫、二烷基錫二馬來酸酯中的一種，添加比例為非糧淀粉重量比的0.05-0.08%;所述生物降解聚酯PBAT/PLA混合比例為1:0.8-1.5,添加比例為非糧淀粉重量比的0.8-1.5%。7.根據權利要求6所述的新型熱塑性淀粉制備生物降解材料的方法，其特征在于，所述相容劑為甲基丙烯酸縮水甘油酯、單甘脂、聚乙烯蠟接枝馬來酸酐中的一種，添加比例為生 物降解聚酯PBAT/PLA混合物的0.2-0.5%。
【文檔編號】C08K5/098GK105820486SQ201610338207
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年5月19日
【發(fā)明人】楊海全
【申請人】東莞市鑫海環(huán)保材料有限公司