[发明专利]一种新型多元糖醇增塑剂及其制备方法和在制备淀粉基可降解材料中的应用

说明书

本发明公开了一种新型多元糖醇增塑剂及其制备方法和在制备淀粉基可降解材料中的应用，所述多元糖醇是将淀粉经连续酶促反应，水解、加氢所得糖液制得的含有质量百分比浓度计的山梨糖醇45%~75%、甘露醇3%~5%、麦芽糖醇10%~30%及更高级糖5%~20%。将多元糖醇8~17份、淀粉20~40份、可生物降解树脂50~70份、相容剂0.5~1份、扩链剂0.5~1份，加入挤出机中熔融共混改性制成复合降解树脂。本发明提供的多元糖醇是替代甘油的理想塑化剂，制成的复合可降解树脂在力学性能、热稳定性以及耐水性方面均有显著提高。

技术领域

本发明涉及生物可降解材料技术领域，特别是涉及一种新型多元糖醇增塑剂及其在淀粉基可降解材料中的应用。

背景技术

2020年9月联合国大会上“双碳”发展目标的庄严承诺，不仅是我国作为世界大国的重任担当，也是推动我国能源结构、产业结构、经济结构转型升级的内在需要，对我国实现高质量发展，建设人与自然和谐共生的现代化强国具有重要战略意义。其中，加速推动生物基材料替代石化基材料，从原料端脱碳是如期实现碳中和的关键环节。目前，全球塑料垃圾仍以每年约3亿吨增长，大规模推广生物可降解材料势在必行，这也是当下各国产业链竞速的焦点。

淀粉是一种天然高分子，广泛存在于植物的种子、果实、块茎中，是一种储量丰富、降解性好的可再生资源。围绕淀粉基生物可降解塑料的研究已有30余年，取得了巨大进展。针对淀粉质脆不能热塑加工、力学性能差、吸水性强等主要问题，逐步形成了共识性解决方案：(1)淀粉的热塑性改性，在合适热力场、外力场作用下，通过添加增塑剂与天然淀粉混炼形成强氢键作用，破坏淀粉原有结晶区使分子无序化，首先制成具有热塑性的淀粉树脂。这里研究的增塑剂种类繁多，包括醇类、氨类、离子液体以及复合增塑剂。原料也延伸出氧化、乙酰、羟丙基化或者交联修饰后的各类改性淀粉；(2)随后淀粉树脂与高聚物(PBAT、PLA、PVA)以及其他添加材料(耐热改性剂、成核剂、相容剂、交联剂等)共混改性，通过组分的优化和调整，改善淀粉基复合降解塑料的力学性能、阻水性能、热稳定性以及透氧性等，以满足不用场景的应用需求。

然而，绝大多数的淀粉基生物降解塑料仅停留在实验室制备层面，只有少部分实现了规模化生产，如意大利Novamont、美国Warner-Lambert、荷兰Paper Foam以及国内武汉华丽等公司的产品成功投放市场。原材料与制备工艺成本的限制，让产业化最后一公里异常困难。因此，必须实现使用性能、可降解性以及生产成本的三者有机统一，才是未来淀粉基复合降解树脂发展的方向。过去一年，主流增塑剂甘油(丙三醇，C₃H₅(OH)₃)以及高聚物树脂PBAT、PLA受国内产能不足、新冠疫情下国际供应链中断的影响，价格出现剧烈波动，特别是依赖马来西亚、印度尼西亚进口的甘油原料(棕榈油水解产物)，最高涨幅超过100％，极大打击了产业链积极性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，是提供一种国内原料来源广泛、技术自主可控、完全替代甘油的新型多元糖醇增塑剂及其制备方法，另外提供该糖醇作为新型增塑剂在淀粉基复合降解树脂中的应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种新型多元糖醇增塑剂，所述多元糖醇是将淀粉经连续酶促反应，水解、加氢所得糖液制得的含有如下比例的山梨糖醇、甘露醇、麦芽糖醇及更高级糖醇；按质量百分比浓度计，山梨糖醇45％～75％、甘露醇3％～5％、麦芽糖醇10％～30％及更高级糖醇5％～20％。

所述更高级糖醇为麦芽三糖醇及以上低聚糖醇。

所述的新型多元糖醇增塑剂的制备及应用，包括如下步骤：