[发明专利]可热塑加工的淀粉及其制造方法

说明书

本发明涉及可热塑加工的淀粉及其制造方法，涉及由淀粉组成的颗粒、碎片及成型体、挤出物、薄片等的生产方法，以及涉及基本上由淀粉组成的成型体、填充剂和载体材料。

天然淀粉，例如通过洗涤和干燥原料淀粉(如：土豆、谷粒、玉米等)获得的一类淀粉，具有明显的大分子结构，大分子相互之间仅部分渗入或并不渗入。这种结构导致天然淀粉十分不均匀，该不均匀性通常保留着，并且在淀粉熔化时也至少部分保留着。

作为所谓亲水性聚合物(它也包括淀粉)的扩大用途的一部分，作为可在多种领域中应用的所谓天然塑料，人们一直试图通过已知的塑料加工工艺，即：采用注塑和挤塑来加工淀粉。

然而，由于天然淀粉的上述性质，不可能生产出具有充分力学性质(如：强度)的成形体。根据亲水性聚合物(例如凝胶体或纤维素)的已知加工或处理方法，人们曾尝试(例如)利用注塑机的螺杆式挤塑机进行挤塑、随后加工挤出物，以使含水量约占10％～20％(以总重量计)的淀粉均化。这种加工工艺可改善淀粉成形体的力学性能，但只有当螺杆射料杆进入区内的水份未以蒸汽形式从淀粉中被热挤出，而是沿射料杆长度方向保留在淀粉内时，才能在熔融淀粉中实现上述均化效果。此外，产生这种均化作用的前提是进行良好的混合，例如，在具合适射料杆长度的捏合机或在双轴挤塑机中进行这种混合。在此情况下，双轴挤塑机射料杆或捏合机射料杆形成一个似封闭空间，因此，射料杆长度和沿射料杆的温度控制是产生充分均匀化效果的关键因素。

由于存在多种工艺参数，例如：充足水分的维持、温度、加工方式、机器类型、螺杆长度等，显然，生产均质淀粉(或更理想的是可热塑加工的淀粉)的过程是复杂和严格的，必须精确地操作。因此，先有技术中所推荐的方法不足为奇。该方法是使均化步骤(也称为脱结构步骤)与随后的对淀粉熔化物进行处理的步骤相互分离，以使淀粉成型体获得充分的性能。按照该方法，第一个步骤应在封闭系统内进行，使水分不致(例如以蒸汽形式)逸走。

正如塑料加工中通常所知的，上述方法所需的高含水量并不完全有益于加工，也无益于待产生的成型体的性质。尤其是，例如，含水量约为17％或更高时，它会妨碍在生产薄片、型材或型管时所需的对淀粉进行的适当挤塑。可以这样说，由于水的高蒸汽压力(显然大于1×10⁵Pa)，现有的诸如挤塑时的敞开式加工方法通常不可能实现。因此，本发明的目的之一是提供可热塑加工的淀粉及提供不具上述缺点的生产这种淀粉的方法，并使该方法的实施更为简便，从而可按已知的聚合物加工工艺顺利地进行淀粉的热塑加工。

根据本发明，通过将熔融淀粉与具有一定特性的添加剂混合，直至熔化物至少基本均匀，可实现上述目的。

这样，本发明提供了一种可热塑加工的淀粉，它是由至少基本均匀的淀粉和/或淀粉衍生物与至少5％的至少一种添加物组成的混合物，该添加物的溶解度参数大于15(Cal^1/2cm^-3/2)，同淀粉混合后，即可降低其熔化温度，这样，淀粉与添加物结合后的熔化温度低于淀粉的分解温度。

此外，在本发明提供的上述可热塑加工的淀粉中，添加物应具这样的特性，即：在接近所述均匀混合物熔点的温度范围内(在此范围内进行淀粉的热塑加工)，其蒸汽压力低于1×10⁵Pa。

另外，本发明中所用淀粉的克分子量大于1百万，最好在3-10百万之间。

所述可热塑加工的淀粉呈颗粒、碎片、小丸、小片或粉末等形式，或呈纤维的形式。

本发明进一步提供了生产可热塑加工的淀粉的方法，其特征在于：通过加热，使天然淀粉与至少一种添加物一起熔化，随后对淀粉和添加物的混合物进行搅拌，直至熔化物基本均匀为止。所用添加物应具以下特性，即：它与淀粉混合后，可降低其熔化温度，使得淀粉与添加物的熔化温度低于淀粉的分解温度，此外，添加物的溶解度参数大于15(Cal^1/2cm^-3/2)。

在100℃至300℃的温度范围内，添加物的溶解度参数最好为15至25Cal^1/2cm^-3/2。