[发明专利]一种生物塑料母料的制备方法

说明书

技术领域

 本发明涉及生物降解材料领域，具体涉及一种生物塑料母料的制备方法。

背景技术

生物降解塑料是一种在使用期间其使用性能优良，而使用后又可迅速地被酶或微生物分解的高分子物质。生物降解塑料自八十年代问世以来，一直成为新材料研究的热点问题。利用淀粉开发的生物降解塑料不但有效地治理了“白色污染”，而且可替代以石油为原料的塑料，成本仅为石油塑料原料的1/5。德国、奥地利、荷兰、美国、意大利、日本等发达国家以法律形式规定使用生物降解塑料产品，目前我国主导的生物降解塑料产品是在高分子聚合物中添加可被微生物利用的碳源物质淀粉，通过淀粉碳源物质的分解致使整个材料物理性能崩溃，最终分解成二氧化碳和水。因此淀粉作为一种可再生的生物资源在降解塑料中发挥着举足轻重的作用。随着生物塑料技术的不断发展，生物降解塑料中淀粉的用量也在不断提高，降解率越来越高，而且不断出现了淀粉与生物质聚合物共混的全生物降解塑料。

由于淀粉分子含有大量羟基，并通过氢键形成强烈的结晶，大量的分子链聚集在一起形成紧密的双螺旋结构，造成淀粉结晶颗粒有坚硬的外壳。一般淀粉在降解塑料中仍以颗粒形式填充，过高的填充量会导致制品力学性能下降，失去使用要求。因此淀粉作为生物降解塑料中的重要组成成分，需要不断改进。将淀粉处理成为一种具有可热塑加工性能的材料会有效提高他的加工性和力学性能。一般的化学作用（如：酸化、氧化等）都仅能处理到淀粉颗粒的表层，而其内部的分子链仍然不能被打散，所以对淀粉的热塑性影响相当小。天然淀粉分子中含有大量羟基（-OH），使用含有羟基的小分子增塑剂进入淀粉颗粒结构，淀粉内部羟基参与反应破坏淀粉坚硬的颗粒结构，从而削弱淀粉分子链间的范德华力，使得分子链易移动，降低淀粉的熔融温度，使之易于热塑性加工。但由于淀粉颗粒极其坚硬，增塑剂很难渗入淀粉颗粒内部的结晶区。

中国专利公开号为CN1478809A报道了一种生物降解塑料母料及其制备方法。该材料利用微细化技术将淀粉细化成粒径小于0.008mm的微粒，该技术只是对淀粉颗粒做了表面活性处理，未能触及淀粉颗粒结晶区，无法对淀粉颗粒结晶区进行塑化处理。需要加入大于15%的树脂做热塑性加工基体。

中国专利公开号为CN1081203C报道了一种生物降解塑料母料及制备方法。该发明利用白油对淀粉进行细磨，覆羟基处理，表现出良好的相容性，由于对淀粉颗粒结构进行了一定的破坏，使得淀粉颗粒粒径小于10微米，有利于淀粉增塑处理。但由于未能破坏淀粉结晶区，仍无法实现淀粉的完全热塑性加工，造粒时需要25%的普通树脂做热塑加工基体。

中国专利公开号为CN101469042A报道了一种可生物降解塑料母料的制备方法。该发明利用丙烯酸淀粉酯与苯乙烯在乳液状态共聚制备塑料母料，母料具有良好的可塑性，但反应工艺条件复杂，苯乙烯为有毒物质，影响生产环境。

因此，目前对淀粉的处理中利用物理技术微细化、偶联、增塑等只能在淀粉颗粒表面形成单分子包裹层以掩盖其表面的羟基，无法深入处理其结晶度和可热塑加工性能。如果进一步对淀粉进行微细化处理，会增加处理成本。利用化学技术通常是向淀粉分子引入疏水基团，使其在淀粉和合成树脂之间起到增强相容性的作用，改性方法有酯化、羟烷基化或接枝共聚、醚化、交联改性等，对淀粉可进行较好的热塑性处理。但由于化学反应通常是淀粉在乳液状态下反应，反应条件苛刻，工艺复杂，反应时间长，需要过滤、干燥等处理，生产成本相对较高，而且容易造成淀粉水解降解。在不破坏淀粉核心结晶区时，增塑剂对淀粉结晶区的渗透有限，而通过淀粉酶虽然可以破坏结晶区，但淀粉结构受损严重，向糖类转化，导致淀粉强度降低。尤其是对高强度的直链淀粉，用于降解塑料时，如何高效、深度处理直链淀粉的热塑性能对淀粉塑料的发展和应用非常关键。

发明内容

针对现有淀粉塑料母料热塑性处理的不足，本发明提供了一种生物塑料母料的制备方法，该方法利用压力开裂使直链淀粉微细颗粒内部结晶区形成开裂性的结构，通过负压使增塑剂被完全渗透在淀粉颗粒开裂内部，增塑剂的极性基团与淀粉分子的羟基发生充分反应，从而削弱了淀粉分子链间的范德华力，直链淀粉以双螺旋形式互相缠绕形成凝胶网络，使淀粉结晶结构无序化，使得分子链易移动，降低淀粉的熔融温度，实现直链淀粉的深度热塑性增塑,同时保证了直链淀粉的强度。

本发明一种生物塑料母料的制备方法，其具体制备步骤如下：