[发明专利]一种增强型热塑性淀粉复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种增强型热塑性淀粉复合材料及其制备方法，属于热塑性高分子材料技术领域。

背景技术

淀粉是一种重要的可再生和可生物降解的天然高分子材料，在食品、纺织工业中应用非常广泛。为了进一步拓宽淀粉在工业领域的用途，渴望淀粉变为一种热塑性高分子材料。然而，淀粉分子上有大量羟基，其邻近分子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。由于淀粉颗粒表面大量的羟基而产生的氢键相互作用，从而具有很强的分子内协同作用，不容易塑化。另外，天然淀粉的熔点比热分解温度更高，致使它的热加工性很差。因此，淀粉无法同塑料高分子一样进行高温热塑化加工。

申请号为CN200810110041.0的中国专利公开了一种热塑性淀粉塑料，由淀粉、增塑剂、马来酸酐等组成，其中增塑剂采用了甘油、乙二醇等小分子极性材料。申请号为CN201310754312.7的中国专利公开了一种低含水量热塑性木薯改性淀粉及其制备工艺，将原料包括木薯淀粉、塑化剂和引发剂放入搅拌反应釜，进行接枝反应。其中增塑剂选用了邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二异壬酯、壬二酸二辛酯、磷酸三苯酯、石蜡油、氯化石蜡、环烷油、环氧大豆油、双季戊四醇酯的一种。根据上述专利所述，为了实现淀粉的热塑化加工，通常通过小分子极性材料作为增塑剂，如甘油、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。但是小分子增塑剂会使淀粉分子量降低，导致淀粉力学性能降低，同时将得到的热塑性淀粉与其他材料进行加热复合时，在热加工时增塑剂极易析出、挥发、流失，因而反复热加工时淀粉不再具备热塑性，导致复合材料热稳定性能较差。

因此，亟待寻找一种热稳定性能好，力学性能优异的热塑性淀粉材料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对现有的热塑性淀粉材料热稳定性能差，力学性能差，限制其使用的问题，提供了一种增强型热塑性淀粉复合材料及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种增强型热塑性淀粉复合材料，其特征在于，所述复合材料由改性淀粉，增韧填料，麻纤维素装入双螺杆挤出机中塑化挤出造粒制得，各组分的重量份为：

200～300份改性淀粉

5～8份增韧填料

30～40份麻纤维素

所述改性淀粉由100～200重量份辐照淀粉，30～60重量份塑化剂，200～400重量份去离子水组成。

所述辐照淀粉为用⁶⁰Co-γ射线辐照3～5次，控制每次能量为0.70～0.74PBq，每次剂量为20～40kGy的淀粉。

所述塑化剂为甘油、山梨醇、乙二醇、松香甘油酯、单甘酯中的一种或两种。

所述淀粉为木薯淀粉、马铃薯淀粉、玉米淀粉、橡子淀粉、魔芋淀粉中的一种。

所述增韧填料为聚乙烯醇P6000、聚乙烯醇P10000、聚乙烯醇P20000中的一种。

所述麻纤维素为经蒸汽爆破的麻纤维与戊二醛在65～70℃下交联改性后再经丁二酸酐，在50～60℃表面修饰制得。

所述戊二醛用量为麻纤维质量的2.5～10倍，所述丁二酸酐用量为麻纤维质量的10～40%。

所述麻纤维为苎麻、黄麻、青麻、大麻、亚麻、罗布麻、槿麻、剑麻中的一种。

所述的一种增强型热塑性淀粉复合材料的制备方法，其特征在于，具体制备过程为：

将改性淀粉、增韧填料、麻纤维素放入和面机充分搅拌均匀，得复合浆料，将复合浆料装入双螺杆挤出机中塑化挤出，挤出机各温区温度为80～120℃、120～140℃、140～160℃、80～120℃，转速为120～150r/min，挤出后冷却造粒，得增强型热塑性淀粉复合材料。

本发明与其他方法相比，有益技术效果是：

（1）本发明利用爆破法提取麻纤维中的纤维素，并与戊二醛交联改性后再经丁二酸酐表面修饰，引入羧基基团，增大了其与淀粉基质的界面粘附力，提高复合材料的力学性能和热稳定性，同时可以降低吸水性能。

（2）本发明通过射线辐照淀粉后破坏淀粉分子的规整结构，降低淀粉分子的刚性，改变淀粉分子的结构，断裂原有的高分子主链，生成新的交联键与麻纤维素表面的基团结合，进一步改善复合材料的力学性能和热稳定性。

具体实施方式