[发明专利]一种热塑性淀粉-海泡石复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，特别涉及一种热塑性淀粉-海泡石复合材料及其制备方法。

背景技术

当前形势下，对现有资源与环境进行绿色环保、可持续发展的开发和利用，已经成为普遍的共识。传统的塑料材料具有难于降解、有毒有害、依赖石油能源等缺点；而天然高分子材料具有可降解、可再生、环境友好等优势，可用于取代传统塑料以解决上述问题。

淀粉（Starch）是一种来源广泛、价格低廉、再生周期短的天然高分子材料，其分子链中含有大量羟基基团，这些基团通过分子内和分子间的氢键作用，形成结晶态与无定形态并存的聚集态结构；由于玻璃化转变温度接近分解温度，因此不具有可塑性。甘油、乙二醇等塑化剂小分子中含有羟基、氨基、酰胺基等基团，能够与淀粉分子链中的羟基形成更强烈的氢键作用，从而破坏其原有结构，降低玻璃化转变温度，使其表现出热塑性。将淀粉与塑化剂共混后，在高温条件下通过剪切、挤出、模压、注塑等成型方法可以制得热塑性淀粉（Thermoplastic Starch）。

与传统塑料相比，热塑性淀粉在力学性能、吸湿性、热稳定性方面存在不足，这使其应用受到了限制。经研究发现，通过向热塑性淀粉中加入相容度高的层状硅酸盐微颗粒所制作的复合材料，其上述各方面性能都可获得改善和提高。在相关技术中，蒙脱土、高岭土等具有片层结构的硅酸盐矿物质，已经作为填料应用于热塑性淀粉基复合材料的制作。

海泡石（Sepiolite）是一种具有层链状结构的含水富镁硅酸盐黏土矿物，其化学成分为硅和镁，标准晶体化学式为Mg₈(H₂O)₄[Si₆O₁₆]₂(OH)₄·8H₂O，属斜方晶系或单斜晶系。海泡石具有吸附性，能在1500~1700℃以下保持稳定结构，是目前应用领域最广泛的矿物原料之一。

热塑性淀粉和海泡石都是具有亲水性的天然材料。经检索，在现有公开的文献中没有发现以海泡石为填料制作热塑性淀粉基复合材料的技术方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热塑性淀粉-海泡石复合材料，该材料以不同尺寸的海泡石微颗粒为填料，提高了热塑性淀粉材料的力学性能和耐吸湿性。本发明提出了相应的制备方法，该方法工艺简单、操作易控、成本低廉，具有实用价值。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种热塑性淀粉-海泡石复合材料，其特征在于，所述复合材料的基料是热塑性淀粉，填料是海泡石；其中淀粉的质量百分比为66.7%~79.4%，塑化剂的质量百分比为19.8%~26.6%，海泡石的质量百分比为0.8%~6.7%；所述海泡石的纤维长度不大于80μm，纤维直径不大于1μm。

所为上述技术方案的优选，所述塑化剂是甘油。所述海泡石是海泡石粉、海泡石纤维或海泡石绒；所述海泡石粉的纤维长度不大于5μm，纤维直径不大于0.5μm；所述海泡石纤维的纤维长度不大于50μm，纤维直径不大于0.5μm；所述海泡石绒的纤维长度不大于80μm，纤维直径不大于1μm。

本发明还提供一种热塑性淀粉-海泡石复合材料的制备方法，其特征在于，依次含有以下步骤：

Q1：分别将淀粉、塑化剂加入高速混合机，混合2~3分钟；

Q2：将海泡石加入高速混合机，混合1~2分钟；

Q3：将淀粉、塑化剂、海泡石组成的混合物转移至密封袋中，在室温条件下密闭放置8~12小时；

Q4：将所述混合物从密封袋中取出，转移至螺杆塑料挤出机的进料口；

Q5：在110℃~135℃温度条件下，将所述混合物经所述螺杆塑料挤出机挤出成型，然后自然冷却至常温，制备出热塑性淀粉-海泡石复合材料。

作为上述制备方法的优选，在通过所述螺杆塑料挤出机的过程中，所述混合物从进料口至出料口共经过四个区域，其对应的温度范围按顺序依次为120℃、130℃~135℃、130℃~135℃、110℃~120℃。

本发明所采用的淀粉和海泡石均为天然材料，无毒、可降解、成本低廉。利用海泡石的亲水基团与淀粉分子链中的羟基基团之间的氢键作用，通过挤出成型工艺，制备出热塑性淀粉-海泡石复合材料。经试验证明，经海泡石填充增强后，热塑性淀粉的断裂强度提高、水蒸汽透过率下降。

具体实施方式