高性能化全生物降解型淀粉材料及其制备方法 【技术领域】
本发明涉及一种降解材料及其制备方法，特别是一种高性能化全生物降解型淀粉材料及其制备方法，属于材料领域。
背景技术
在塑料以其独特的优异性能广泛应用于国民经济及人们日常生活的各个领域之际，科学家和研究工作者们已深刻意识到塑料工业发展所面临的严峻的问题：一、石油资源的有限导致塑料原料的有限；二、现用塑料在自然环境中很难分解的事实造成“白色污染”的严重生态环境危害。这一切塑料制品的现实问题最终推动了降解塑料的产生和发展。在生物降解塑料中，淀粉这种天然高分子物质具有来源丰富、价格便宜、能在多种环境下完全被生物降解、不会对环境产生任何污染等优势引起了众多研究工作者们广泛的研究兴趣。淀粉基降解塑料可分为淀粉填充的不完全生物降解的崩解型塑料和以淀粉及可生物降解树脂为主要原料的完全生物降解塑料。前者主要采用颗粒状淀粉为原料与聚烯烃共混制备而得，此种材料由于不能达到100％降解使得“白色污染”的严重问题不能有效地解决，因此后者已逐步成为国际研究的重点。在淀粉基完全生物降解塑料研究开发中，最为成功的是意大利Montedison集团Novamont公司开发生产的“Mater Bi”品牌，它是由变性淀粉与改性聚乙烯醇共混而得。在我国，市场上广泛应用的淀粉基生物降解塑料几乎都是填充性淀粉塑料，而国外开发的一些淀粉基完全降解塑料也由于与可降解树脂共混成本较高以及使用时存在的一些缺陷而使应用受到一定的限制。经文献检索发现，中国专利申请号为：90102558.5，名称为：特定直链淀粉及其用于生产可生物分解的塑料，公开号为CN1046907A，该专利公开了将特定直链淀粉用于生产可生物分解的塑料，但使用地材料为化学改性后的特定羟烷基直链淀粉，使得材料选择范围变窄、操作的复杂性增加，同时增塑剂的单一和辅助添加剂的缺少必然使材料的性能的提升和优化受到一定的限制。在进一步的检索中，尚未发现与本发明主题相同或者相类似的报道。
【发明内容】
本发明针对现有技术中存在的上述不足和缺陷，提供一种高性能化全生物降解型淀粉材料及其制备方法，使淀粉具有来源丰富、价格便宜、能在多种环境下完全被生物降解、不会对环境产生任何污染等优势，且制备方法简单、灵活、有效，从而适应环保、满足绿色包装材料需求。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明高性能化全生物降解型淀粉材料包含的组成及其重量百分比为：
淀粉40-70％，低分子量增塑剂5-30％，高分子量增塑剂5-30％，凝胶化促进剂0-10％，粘土0-10％。
所述的低分子量增塑剂为低分子量多元醇，如乙二醇、甘油等；所述的高分子量增塑剂为高分子量多元醇，如木糖醇、山梨醇、甘油醇、麦芽糖醇等；所述的凝胶化促进剂为尿素、氢氧化物等中的一种；所述的粘土为蒙脱土、水辉石、滑石粉、蛭石、高岭土等中的一种。
本发明高性能化全生物降解型淀粉材料的制备方法，具体为：以淀粉为原料，通过增塑剂的复配塑化、凝胶化促进、粘土层间混杂增强实现全生物降解型淀粉材料的高性能化，使用简单熔融共混方法制备出高性能化全生物降解型淀粉材料，以替代现有塑料包装材料，从而解决塑料的原料有限和“白色污染”的严重问题，满足生态环保需求。
本发明通过低分子量的增塑剂和高分子量的增塑剂的混配使用使材料的力学性能得到优化；添加凝胶化促进剂使淀粉的晶体和颗粒结构产生进一步的破坏，从而进一步提高淀粉的热塑性加工性能；添加粘土新型无机填料，与聚合物形成熔融插层结构在微观上可形成纳米增强项，提高材料的力学性能、阻隔性能等。
以下对本发明作进一步的限定，具体内容如下：
按重量百分比将淀粉、低分子量增塑剂、高分子量增塑剂、凝胶化促进剂、粘土在高速混合机中搅拌10-20min使混合均匀，后放置1-2天，使淀粉完成预增塑。将预增塑的淀粉材料在密炼机中于120-170℃下高温混炼、破碎、成型。
上述方法或者将预增塑的淀粉材料在双螺杆挤出机中于120-170℃下高温混炼、挤出、造粒、成型；还可以将预增塑的淀粉材料在密炼机中于100-150℃下混炼、破碎，而后在单(双)螺杆挤出机中于120-170℃下高温混炼、挤出、造粒、成型。
本发明具有实质性特点和显著进步，本发明采用多种技术协同作用实现全生物降解型淀粉材料的高性能化，制备方法简单、灵活、有效；制得材料可使用多种方法成型，满足多种成型塑料制品的制备需要；制得产品成本低，性能优良，可满足塑料包装材料的使用要求；制得产品可替代现有塑料包装制品，有效地解决“白色污染”的严重问题，满足环保需求，造福人类。
【具体实施方式】
结合本发明的内容提供以下实施例：
实施例1
将700g淀粉、300g甘油在高速混合机中搅拌15min混合均匀，放置1天对淀粉进行预增塑。将预增塑的淀粉材料在密炼机中于150℃下高温混炼，模压成型为标准样条，进行性能测试，性能见表1。
实施例2
将697g淀粉、300g甘油、3g尿素在高速混合机中搅拌20min混合均匀，放置2天对淀粉进行预增塑。将预增塑的淀粉材料在双螺杆挤出机于160℃下高温混炼、挤出、造粒、模压成型为标准样条，进行性能测试，性能见表1。
实施例3
将700g淀粉、297g甘油、3g有机蒙脱土在高速混合机中搅拌10min混合均匀，放置1天对淀粉进行预增塑。将预增塑的淀粉材料在密炼机中于120℃下混炼、破碎，而后在双螺杆挤出机中于145℃下高温混炼、挤出、造粒、模压成型为标准样条，进行性能测试，性能见表1。
实施例4
将650g淀粉、200g甘油、150g山梨醇在高速混合机中搅拌15min混合均匀，放置2天对淀粉进行预增塑。将预增塑的淀粉材料在密炼机中于140℃下高温混炼，模压成型为标准样条，进行性能测试，性能见表1。
表1 全生物降解型淀粉材料的力学性能 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4拉伸强度(MPa) 4.837 4.099 5.263 11.44断裂伸长率(％) 57.96 79.51 48.55 18.909