[发明专利]一种环保増塑体系、热塑性壳聚糖材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种环保増塑体系、热塑性壳聚糖材料及其制备方法。方法包括步骤：将氢键受体和氢键供体混合，在加热条件下搅拌至液体澄清，制得低共熔溶剂，冷却至室温备用；将壳聚糖与低共熔溶剂混合，在加热条件下搅拌均匀，将搅拌均匀后的物料加入密炼机中进行密炼，在所述密炼过程中加入酸溶液；将密炼后物料放入双螺杆挤出机中造粒，制成热塑性壳聚糖材料。通过本发明环保増塑体系，可以将壳聚糖制成热塑性材料，并可以通过传统石油基聚合物加工的方式进行加工，干燥后的制品尺寸趋于稳定，性能接近通用塑料水平，能够适用于规模化的生产。

技术领域

本发明涉及生物基可降解材料制备领域，尤其涉及一种用于热塑性壳聚糖材料加工的环保増塑体系、热塑性壳聚糖材料及其制备方法。

背景技术

目前，高分子材料制品应用日益广泛，全世界高分子材料的年产量达到2亿吨，我国的年消费量近2500万吨。大多数高分子材料是通过石化裂解单体再聚合获得的，自然界中缺乏能够分解这些高分子材料所需的微生物和酶，因而高分子材料在自然界中分解缓慢且会破坏土壤，造成严重的“白色污染”。开发非石油来源的新型可降解聚合物材料迫在眉睫。

壳聚糖是自然界中唯一一种天然阳离子碱性多糖。它由甲壳素脱乙酰后得到，而甲壳素是虾蟹等甲壳类动物外骨骼的主要成分之一。仅2016年全球虾蟹等甲壳类动物的捕捞及养殖产量便高达1446万吨。其中，中国作为生产及消费大国，虾蟹的养殖产量高达412万吨。在虾蟹加工处理过程中，不可避免产生大量的废弃虾蟹壳，造成严重的环境污染。因此，为了满足经济发展和环境保护的迫切需要，加快甲壳素相关领域的技术开发和积累，具有巨大的经济和社会效益。

壳聚糖具有规整的分子链，且含有大量-NH₂和-OH，所以在其分子间、分子内都会形成大量氢键，从而有着优良的结晶性能。这种结构会使得壳聚糖分子结构紧凑，溶剂难以渗透，且壳聚糖分子链中存在大量的亲水性羟基和氨基基团，使得分子链段无法自由运动。同时，较高的结晶度使得壳聚糖的熔点过高，内聚能较大，因此壳聚糖的分解温度远低于熔融温度，塑化过程中未熔融而先分解，因而壳聚糖不能在较高的温度下加工成型。关于热塑性淀粉的加工技术已经成熟，而且壳聚糖的加工性能与淀粉类似，借鉴热塑性淀粉的加工方法，开发环保复合増塑体系对于热塑性壳聚糖的开发利用具有重要意义。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于热塑性壳聚糖材料加工的环保増塑体系、热塑性壳聚糖材料及其制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种用于热塑性壳聚糖材料加工的环保増塑体系，其中，包括低共熔溶剂和酸溶液两部分，所述低共熔溶剂与所述酸溶液的质量比为1:(5～15)，所述低共熔溶剂由氢键受体和氢键供体组成。

进一步地，所述氢键受体包括氯化胆碱、三乙胺盐酸盐和溴化乙铵中的一种或多种；所述氢键供体包括尿素、柠檬酸、马来酸和丙三醇中的一种或多种；所述氢键受体与氢键供体的摩尔比为0.7～1.5:1。

进一步地，所述氢键受体为氯化胆碱，所述氢键供体为柠檬酸，所述氢键受体与氢键供体的摩尔比为1:1。

进一步地，所述酸溶液为甲酸水溶液、乙酸水溶液、柠檬酸水溶液或苹果酸水溶液，所述酸溶液的质量浓度为1％～5％。

一种热塑性壳聚糖材料的制备方法，其中，包括步骤：

将氢键受体和氢键供体混合，在加热条件下搅拌至液体澄清，制得低共熔溶剂，冷却至室温备用；

将壳聚糖与低共熔溶剂混合，在加热条件下搅拌均匀，将搅拌均匀后的物料加入密炼机中进行密炼，在所述密炼过程中加入酸溶液；

将密炼后物料放入双螺杆挤出机中造粒，制成热塑性壳聚糖材料。