[发明专利]一种通过配位作用制备既强且韧淀粉塑料的方法

说明书

本发明涉及一种通过配位作用制备既强且韧淀粉塑料的方法。属于生物降解高分子材料和淀粉资源的高附加值利用领域。该方法以表面羧基化改性的聚乙烯醇纤维(PVAF)利链状二氧化硅为增强体，通过加入AlCl₃使PVAF表面的羧基与Al³⁺形成配位作用，同时，表面羧基化的PVAF与淀粉发生酯化反应，以此制备出既强且韧的热塑性淀粉塑料。用该淀粉塑料制备的产品，具有较高的拉伸强度(9.42MPa)和韧性(断裂伸长率为105.63％；冲击强度为35.63KJ/m²)，克服了现有热塑性淀粉塑料力学性能差的缺点，有效提高了材料的使用性能，该材料可生物降解，环境友好，成本低，有望应用于包装、一次性餐具、一次性医疗耗材和农用地膜等领域。

技术领域

本发明属于生物降解高分子材料和淀粉资源的高附加值利用领域，涉及一种通过配位作用制备既强且韧淀粉塑料的方法。

背景技术

淀粉广泛存在于自然界，全球每年的产量巨大，是石油无法比拟的可再生的重大资源。热塑性淀粉(Thermoplastic starch，TPS)是一种在增塑剂条件下，对淀粉进行剪切和高温加工制备的塑料制品，具有良好的生物降解性。热塑性淀粉主要有个基本特征：①力学性能较差，主要反映在强度和韧性上；②具有较强的吸水性；③具备良好的生物降解性和无毒性。

热塑性淀粉塑料具有良好的生物降解性，从而具有广阔的发展前景，但其耐力学性能和耐水性差，限制了热塑性淀粉材料的应用。为了解决上述问题，通过在TPS中加入增强组份，或与其他聚合物共混、交联等方法，可有效提高淀粉塑料的力学性能及耐水性能。

与现有方法不同，本发明通过配位作用制备既强且韧的热塑性淀粉塑料，以表面羧基化改性的聚乙烯醇纤维(PVAF)和链状二氧化硅为增强体，通过加入AlCl₃使PVAF表面的羧基与Al³⁺形成配位作用，同时，表面羧基化的PVAF与淀粉发生酯化反应，以此显著同时提高TPS的力学强度和韧性。目前，这种基于AlCl₃配位羧基化PVAF协同链状SiO₂对热塑性淀粉塑料的改性还未见报道。

发明内容

本发明首先对PVAF表面进行羧基化改性，进一步与链状SiO₂、AlCl₃以及天然淀粉TPS共混，经挤出注塑加工后，得到一种既强且韧的热塑性淀粉塑料。

为达到上述目的，本发明采用的制备方法是：

1)PVAF的羧基化改性

采用4-二甲氨基吡啶作为催化剂，加入丁二酸酐羧基化改性PVAF，反应方程式如下：

步骤：

将5份聚乙烯醇纤维(PVAF)、5份丁二酸酐，0.1份4-二甲氨基吡啶(催化剂)混合于100份的乙酸乙酯中，80℃恒温水浴搅拌4h，用去离子水、无水乙醇水洗，干燥，得羧基化改性的PVAF(CPVAF)。

2)链状SiO₂的制备

将30份无水乙醇、15份蒸馏水利5份氨水混合于容器中后升温至60℃，制得溶液A，再将5份TEOS与5份无水乙醇混合得溶液B，将溶液B缓慢滴加到溶液A中，于60℃反应1h，所得溶液于60℃常压干燥24h，得链状SiO₂。

3)AlCl₃/CPVAF/SiO₂(链状)增强淀粉塑料的制备

CPVAF与淀粉发生酯化反应，同时，CPVAF与AlCl₃产生配位作用，反应方程式如下：

CPVAF与淀粉分子酯化反应