[发明专利]一种高韧性高强度淀粉复合材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，进一步地说，是涉及一种高韧性高强度淀粉复合材料及制备方法。

背景技术

开发可生物降解材料，特别是基于可再生资源生产的可生物降解聚合物材料，以替代传统石油基聚合物材料是能够有效解决上述“白色污染”问题的途径之一。可生物降解的聚合物材料被废弃后，可以通过堆肥处理分解为无污染的小分子物质如CO₂和水等，不会造成二次污染环境。在所有具有能替代传统石油基聚合物前景的可生物降解聚合物中，聚乳酸Poly(1actic acid，又称聚丙交酯Polylactide，以下简称PLA)，因其具备高机械强度、热塑性、生物相容性和生物降解性等优点，而被认为是最具开发应用价值的可生物降解聚合物材料。

然而，纯聚乳酸材料尚存在脆性大、耐冲击强度差、耐热变形温度低和高气体渗透性等方面的缺点，远不能满足各类包装材料、卫生材料和服装纤维材料等大宗产品宽泛的性能需求，使得聚乳酸要取代目前获得广泛商业应用的非降解聚合物如芳香族聚酯、聚烯烃及尼龙等材料，并保持其原有的可生物降解性能，还有很长一段路要走。

淀粉被认为是21世纪最具研究价值的生物降解高分子材料之一，具有可降解，价格低廉、来源丰富、易改性处理等优点。以填充淀粉的方法制备的高分子材料，目前已经有了很多报道。这些研究虽然扩大了淀粉的使用范围，降低了成本，并改善了材料的使用性能，但淀粉的简单填充并不能从根本是改变由于羟基存在而造成的机械性能的下降。公开号CN103554368A提出了对淀粉进行改性并应用于橡胶中，这对淀粉进行改性后应用的方法，可以改善淀粉基材料性能，但是存在着淀粉分布不均，与材料相容性不好的问题。公开号CN103146032A等专利通过甘油、水等增塑剂已经实现了淀粉的热塑，但是需要特别指出的是这类热塑性淀粉材料的主要缺点是对湿度敏感、亲水性的增塑剂容易被水冲洗掉或自身缓慢迁移出来。在材料老化过程中，这种非平衡水含量的改变将直接导致材料性能的变化，材料会变脆。

发明内容

为解决现有技术中出现的问题，本发明提供了一种高韧性高强度淀粉复合材料及制备方法。无需添加增塑剂，仅需改性淀粉接枝物与聚乳酸直接共混即可得到高韧性高强度的聚乳酸复合材料，生产效率高，成本低，工艺简单，性能优良，同时该材料来源生无可降解，环境友好且容易实现工业化生产。

本发明的目的之一是提供一种高韧性高强度淀粉复合材料。

所述复合材料是由聚乳酸与改性淀粉接枝物共混而成；

其中聚乳酸50～99重量份，改性淀粉接枝物50～1重量份；

所述改姓淀粉接枝物是由包括以下组分的原料聚合而成：

改性淀粉100重量份，烯类单体50～300重量份，引发剂0.5～10重量份，水200～500重量份；

所述烯类单体的结构通式为

其中R₁，R₂为氢原子、苯基(C_nH_n～1)、烷基(C_nH_2n+1)或R₃为氢原子或烷基(C_nH_2n+1)，其中n＝2～18；优选：丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸乙酯；

所述改性淀粉的结构通式为

其中St为淀粉分子，R基团为烷基(C_nH_2n+1)、烯基(C_nH_2n)、苯基(C_nH_n～1)中的至少一种，其中，n＝2～18；

所述引发剂为水溶性引发剂，如过硫酸钾、过硫酸铵等。

所述改性淀粉是由重量份数计的以下组分制备而得：

天然淀粉100份，溶剂50～200份，催化剂10～50份，改性剂1～50份；

所述改性淀粉是由包括以下步骤的方法制备的：

(1)淀粉的催化预处理：将天然淀粉加入50～200份溶剂中进行搅拌，制成淀粉悬浮液，再滴加10～50份催化剂，然后，在10℃～60℃下搅拌0.5～3小时；

(2)淀粉的改性：在淀粉悬浮液中滴加1～50份改性剂，并高速搅拌，在10℃～60℃下搅拌0.5～3小时后加入无水乙醇洗涤，抽滤、干燥后制得所述改性淀粉；