全生物降解包装膜及其制备方法.pdf

一种全生物降解包装膜，其各组份有如下的重量百分比：胺化淀粉为40％～80％，改性聚乙烯醇为15％～45％，增塑剂为2％～10％，络合剂为1％～5％，润滑剂为0.5％～1％，剩余量是其它助剂。本发明还提出了一种制造上述全生物降解包装膜的制备方法。本发明全生物降解包装膜性能良好、能够被环境中有机微生物降解；其制备方法简单、成本低廉；并且其符合资源替代和产品环保的塑料包装工业可持续发展的要求，是一种具有很大发展潜力和市场需求的全生物降解包装膜。

1.  一种全生物降解包装膜，其特征在于所述包装膜各组份有如下的重量百分比：
胺化淀粉为40％～80％
改性聚乙烯醇为15％～45％
增塑剂为2％～8％
络合剂为1％～5％
润滑剂为0.5％～1％
剩余量是其它助剂。

2.  根据权利要求1所述的全生物降解包装膜，其特征在于：
所述胺化淀粉包括淀粉和淀粉胺化剂，所述淀粉胺化剂是酰胺或聚丙烯酰胺中的任何一种；其各组份的重量百分比：淀粉为85％～95％，所述酰胺或聚丙烯酰胺为5％～15％。
所述淀粉是玉米淀粉、木薯淀粉、土豆淀粉、小麦淀粉及高支链淀粉中的任何一种。

3.  根据权利要求1所述的全生物降解包装膜，其特征在于：
所述改性聚乙烯醇包括聚乙烯醇、正丁醛和尿素；其各组份的重量百分比：
聚乙烯醇为70％～90％，正丁醛为5％～25％，剩余量是所述尿素。

4.  根据权利要求1所述的全生物降解包装膜，其特征在于：
所述增塑剂是脂肪族多元醇的一种或多种的混合物。

5.  根据权利要求1所述的全生物降解包装膜，其特征在于：
所述络合剂是硼砂、硼酸、硼酸镁或含硼化合物中的任何一种。

6.  根据权利要求1所述的全生物降解包装膜，其特征在于：
所述润滑剂是液体石蜡、聚氧乙烯蜡或微晶蜡中的任何一种。

7.  根据权利要求1所述的全生物降解包装膜，其特征在于：
所述其它助剂是抗老化剂、赋形剂和增白剂中的一种或多种的混合物。

8.  一种制造权利要求1所述全生物降解包装膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
①用淀粉胺化剂将淀粉胺化，得到胺化淀粉；
②将聚乙烯醇进行缩醛化改性，得到改性聚乙烯醇；
③按重量百分比将40％～80％的胺化淀粉、15％～45％的改性聚乙烯醇、2％～10％的增塑剂、1％～5％的络合剂、0.5％～1％的润滑剂和剩余量的其它助剂称好重量，先将称好重量的所述胺化淀粉和所述改性聚乙烯醇倒入高速搅拌反应釜，开始以500～750转/分钟的低速搅拌4～6分钟，然后加入称好重量的所述增塑剂、所述络合剂、所述润滑剂和所述其它助剂，并以900～1200转/分钟的高速搅拌8～12分钟后，再转入500～750转/分钟的低速搅拌8～12分钟，然后放料既得到所述混合物，在整个混料过程中物料温度控制在≤50℃。
④将从步骤③得到的混合物用挤出机造粒，所述挤出机主要控制温度有四段，它们分别是：85～95℃、120～130℃、130～140℃、140～150℃；
⑤将从步骤④挤出的粒料用适合于聚丙烯、聚乙烯吹膜的吹膜机吹膜制得所述全生物降解包装膜，吹膜时控制温度有五段，它们分别是：机体温度：140～150℃、150～160℃、150～160℃、155～165℃，模头温度：130～140℃。

9.  根据权利要求8所述的全生物降解包装膜的制备方法，其特征在于：
所述步骤①中胺化淀粉的制备方法是：按重量百分比将85％～95％的淀粉和5％～15％的淀粉胺化剂称好重量，所述淀粉是玉米淀粉、木薯淀粉、土豆淀粉、小麦淀粉及高支链淀粉中的任何一种，所述淀粉胺化剂是酰胺或聚丙烯酰胺中的任何一种；
将称好重量的所述淀粉置于高速搅拌反应釜中，缓慢加热并开启高速搅拌反应釜搅拌，待所述淀粉温度达到60～65℃时，缓慢加入称好重量的所述淀粉胺化剂，保持60～65℃的恒温，并以900～1200转/分钟的高速搅拌25～35分钟，再降温冷却至室温，放料即得到所述胺化淀粉。

10.  根据权利要求8所述的全生物降解包装膜的制备方法，其特征在于：
所述步骤②中改性聚乙烯醇的制备方法是：按重量百分比将70％～90％的聚乙烯醇、5％～25％的正丁醛和剩余量的尿素称好重量；将称好重量的所述聚乙烯醇置于高速搅拌反应釜搅拌并升温，同时加入水，加入水的重量等于聚乙烯醇的重量，待升温至90～92℃，保持90～92℃的恒温搅拌25～30分钟，然后降温到60～65℃时加入称好重量的所述正丁醛，保持60～65℃的恒温25～30分钟，再加入称好重量的所述尿素降温至室温，干燥、失水即得到所述改性聚乙烯醇。

全生物降解包装膜及其制备方法
【技术领域】
本发明涉及高分子化合物的组合物，特别是涉及生物降解塑料技术，尤其是涉及全生物降解包装膜及其制备方法。
【背景技术】
早在20世纪70年代，人们即已明显感觉到，塑料制品虽然获得广泛应用，但是当塑料制品被作为垃圾而丢弃于环境中时，由于这类塑料制品经久耐用，在自然界中长期不能降解，会对环境造成污染，于是这类塑料制品反而成为人类的负担了。所以，人们希望采用能够被环境中有机微生物降解的替代品，或者可由再生资源制造的生物降解塑料；因而新的生物降解塑料技术亦应运而生。
20世纪元90年代以来降解塑料技术有了较大进展，并开发了各种可降解塑料，这种可降解塑料主要以淀粉共混型为主，但这类可降解塑料不是严格意义上的降解塑料，只是一种分解型塑料，对环境同样会造成二次污染。所以开发生物降解塑料制品成为上世纪90年代的热点，但是当时生物降解塑料因为成本和技术问题，发展缓慢。近年来随着原料生产和制品加工技术的进步，生物降解塑料成为可持续和循环经济发展的亮点，无论是从能源替代、二氧化碳减少，还是从环境保护以及部分解决“三农”问题，发展生物降解塑料都是必要的，也是十分有意义的。
全生物降解塑料，例如：聚己内脂、聚乳酸、聚乙烯醇等，由于价格昂贵很难被市场接受。因此，只有通过生物降解塑料与淀粉共混，提高淀粉含量降低成本，采用工业化生产过程，提高产品性价比，才能得到推广和应用。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题在于避免上述现有技术的不足之处而提出一种全生物降解包装膜及其制备方法；本发明全生物降解包装膜性能好、能够被环境中有机微生物降解；其制备方法简单、成本低廉；并且其符合资源替代和产品环保的塑料包装工业可持续发展的要求，是一种具有很大发展潜力和市场需求的全生物降解包装膜。
本发明解决所述技术问题采用的技术方案是：
提供一种全生物降解包装膜，其各组份有如下的重量百分比：胺化淀粉为40％～80％，改性聚乙烯醇为15％～45％，增塑剂为2％～10％，络合剂为1％～5％，润滑剂为0.5％～1％，剩余量是其它助剂，一般其它助剂为0.5％～1％。
所述全生物降解包装膜的各组份详细说明如下：
胺化淀粉：
所述胺化淀粉包括淀粉和淀粉胺化剂，其各组份的重量百分比：淀粉为85％～95％，所述酰胺或聚丙烯酰胺为5％～15％。所述淀粉是来源于植物的玉米淀粉、木薯淀粉、土豆淀粉、小麦淀粉及高支链淀粉中的任何一种，优先选用玉米淀粉。所述淀粉胺化剂是酰胺类化合物，优先选用酰胺或聚丙烯酰胺中的任何一种。一般淀粉的结晶度较高，达到40％，实际上是无法进行塑化加工的；将淀粉胺化，一方面可以降低加工过程中淀粉凝胶化的速度，另一方面可以减少混合物中水份的含量。
所述胺化淀粉的制备方法是：按重量百分比将85％～95％的淀粉和5％～15％的淀粉胺化剂称好重量；将称好重量的所述淀粉置于高速搅拌反应釜中，缓慢加热并开启高速搅拌反应釜搅拌，待所述淀粉温度达到60～65℃时，缓慢加入称好重量的所述淀粉胺化剂，保持60～65℃的恒温，并以900～1200转/分钟的高速搅拌25～35分钟，再降温冷却至室温，放料即得到所述胺化淀粉。
改性聚乙烯醇：
所述改性聚乙烯醇包括聚乙烯醇、正丁醛和尿素；其各组份的重量百分比：聚乙烯醇为70％～90％，正丁醛为5％～25％，剩余量是尿素，尿素是3％～8％。
PVA(聚乙烯醇)的熔点与分解温度十分接近，而且因为水份含量的变化，聚乙烯醇的加工温度变化较大，所以只有降低聚乙烯醇的塑化温度才易于塑化加工。本发明采用对聚乙烯醇进行缩醛化改性。
所述改性聚乙烯醇的制备方法是：按重量百分比将70％～90％的聚乙烯醇、5％～25％的正丁醛和剩余量的尿素称好重量；将称好重量的所述聚乙烯醇加入高速搅拌反应釜，开始搅拌并升温，同时加入水，加入水的重量等于聚乙烯醇的重量，待升温至90～92℃，保持90～92℃的恒温搅拌25～30分钟，然后降温到60～65℃时加入称好重量的正丁醛，保持60～65℃的恒温搅拌25～30分钟，再加入称好重量的尿素降温至室温，干燥、失水即得到所述改性聚乙烯醇。
增塑剂：
所述增塑剂是脂肪族多元醇的一种或多种的混合物。
选用所述增塑剂应具备以下几点：①增塑剂必须能够与胺化淀粉、改性聚乙烯醇是完全相容的化合物；②增塑剂不但能够降低改性聚乙烯醇的熔点，而且能够改变其流动性；③增塑剂的沸点要高于所选组份混合物的加工温度；④增塑剂中必须富含有羟基。增塑剂的选择和用量至关重要，不但决定所述全生物降解包装膜的整体加工参数，而且决定所述全生物降解包装膜力学性能的优异。
络合剂：
所述络合剂是硼砂、硼酸、硼酸镁或含硼化合物中的任何一种。
将胺化淀粉和改性聚乙烯醇在增塑剂存在的情况下，通过机械共混，主体组份通过络合剂中的硼氧为中心离子与混合组份中的羟基、醛基形成网状结构的多核络合物，而成为较好交联体系，并且络合剂还具有以下作用：①增加亲水基的官能团和亲油基官能团的相互结合，提高所述全生物降解包装膜的力学性能；②提高所述全生物降解包装膜的透明度；③提高所述全生物降解包装膜的撕裂强度。
润滑剂：
所述润滑剂是液体石蜡、聚氧乙烯蜡或微晶蜡中的任何一种。
润滑剂可以选择塑料加工中常用的烃类、脂肪酸酰胺中的一种或几种的混合物。例如：可以用烯烃类润滑剂中的液体石蜡、聚氧乙烯蜡，这种润滑剂一般用量较大而价格低廉，而脂肪酸酰胺类润滑剂用量较少而价格较贵。
其它助剂：
所述其它助剂是常规包装工业所用的抗老化剂、赋形剂、增白剂等化学助剂中的一种或多种的混合物，抗老化剂是蔗糖酯，赋形剂是硬脂酸钠，增白剂是钛白粉；这些助剂在所述全生物降解包装膜中用量较少，但效果比较明显。
上述所提到的所有原料和助剂可全部在市场上购买得到。
所述全生物降解包装膜制备所用的设备：
高速搅拌反应釜：
采用多功能分散反应釜，集低速强力搅拌和高速分散于一体，对能变性物料具有很好的适应性，搅拌分散同时进行并保证各种物料不挥发损失；特别适合淀粉胺化，聚乙烯醇改性的反应体系。高速搅拌反应釜为本公司加工生产，或者北京华新科塑料机械有限公司制造的高速搅拌反应釜，其型号为SHR-200。高速搅拌反应釜低速搅拌速度为：500～750r/min(转/分钟)，其高速搅拌速度为：900～1200r/min(转/分钟)。
挤出机：
采用本公司研制生产的挤出机挤出造粒，或者南京杰恩特机电有限公司制造的挤出机，其型号为SJ-45，无须其它设备。使用挤出机的特点：(1)挤出机能够克服其它挤出机造粒时因熔体粘度较大，不易进料的缺点；(2)挤出机温度调解能够保证了物料所需的流动性和剪切力，以及各物料间的掺混均匀程度；(3)挤出机保证了淀粉中原有水份的不蒸发损失，以方便控制物料的含水量；(4)挤出机的螺杆结构采用多级压缩结构保证了所有物料的塑化过程；(5)挤出机主要控制温度有四段，它们分别是：85～95℃、120～130℃、130～140℃、140～150℃；
吹膜机：
用适合于聚丙烯、聚乙烯等吹膜的普通吹膜机吹膜，在本发明中吹膜时控制温度有五段分别是：机体温度：140～150℃、150～160℃、150～160℃、155～165℃，模头温度：130～140℃。
本发明还提出了一种制造上述全生物降解包装膜的制备方法，包括以下步骤：
①用淀粉胺化剂将淀粉胺化，得到胺化淀粉；
②将聚乙烯醇进行缩醛化改性，得到改性聚乙烯醇；
③按重量百分比将40％～80％的胺化淀粉、15％～45％的改性聚乙烯醇、2％～10％的增塑剂、1％～5％的络合剂、0.5％～1％的润滑剂和剩余量的其它助剂称好重量，先将称好重量的所述胺化淀粉和所述改性聚乙烯醇倒入高速搅拌反应釜，开始在转速500r/min～750r/min下搅拌4～6分钟，然后加入称好重量的所述增塑剂、所述络合剂、所述润滑剂和所述其它助剂，并在转速900～1200r/min下搅拌8～12分钟后，再转入500～750转/分钟的低速搅拌8～12分钟，然后放料既得到所述混合物，在整个混料过程中物料温度控制在≤50℃。
④将从步骤③得到的混合物用挤出机造粒，所述挤出机主要控制温度有四段，它们分别是：85～95℃、120～130℃、130～140℃、140～150℃；
⑤将从步骤④挤出的粒料用适合于聚丙烯、聚乙烯吹膜的吹膜机吹膜制得所述全生物降解包装膜，吹膜时控制温度有五段，它们分别是：机体温度：140～150℃、150～160℃、150～160℃、155～165℃，模头温度：130～140℃。
同现有技术相比较，本发明的有益效果在于：
本发明全生物降解包装膜各组份的原料可全部在市场上购买得到，而且价格便宜；再加上本发明制备方法简单、制造成本也低；本发明全生物降解包装膜组份中大部分采用胺化淀粉、改性聚乙烯醇及少量的增塑剂、络合剂，这样使其成本更低、性能也好、能够被环境中有机微生物降解；并且其符合资源替代和产品环保的塑料包装工业可持续发展的要求，是一种具有很大发展潜力和市场需求的全生物降解包装膜。
【具体实施方式】
下面通过各实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
(1).按以下重量进行原料配比：
胺化淀粉：70％、改性聚乙烯醇：20％、增塑剂：8％、络合剂：1％、润滑剂：0.5％、其它助剂：0.5％。
所述胺化淀粉采用玉米淀粉和聚丙烯酰胺进行胺化所制备，其重量百分比是：玉米淀粉：90％，聚丙烯酰胺：10％。
所述改性聚乙烯醇采用聚乙烯醇、正丁醛和尿素所制备，其重量百分比是：聚乙烯醇：80％，正丁醛：16％，尿素：4％。
所述增塑剂是丙三醇；
所述络合剂是硼酸；
所述润滑剂是聚氧乙烯蜡；
所述其它助剂是：蔗糖酯、硬脂酸钠和钛白粉中的一种或多种的混合物。
(2).本实施例的全生物降解包装膜制备方法步骤如下：
①淀粉进行胺化：先将称好重量的所述玉米淀粉置于高速搅拌反应釜中，缓慢加热并开启高速搅拌反应釜搅拌，待所述淀粉温度达到60～65℃时，缓慢加入称好重量的所述聚丙烯酰胺，保持60～65℃的恒温，并以900～1200转/分钟的高速搅拌25～35分钟，再降温冷却至室温，放料即得到所述胺化淀粉；
②聚乙烯醇的改性：将称好重量的所述聚乙烯醇加入高速搅拌反应釜搅拌并升温，同时加入水，加入水的重量等于聚乙烯醇的重量，待升温至90～92℃，保持90～92℃的恒温搅拌25～30分钟，然后降温到60～65℃时加入称好重量的所述正丁醛，保持60～65℃的恒温25～30分钟，再加入称好重量的所述尿素降温至室温，干燥、失水即得到所述改性聚乙烯醇；
③混料：将称好重量的所述胺化淀粉和所述改性聚乙烯醇倒入高速搅拌反应釜，开始以500～750r/min的低速搅拌4～6分钟，然后加入称好重量的所述增塑剂、所述络合剂、所述润滑剂和所述其它助剂，并以900～1200转/分钟的高速搅拌8～12分钟后，再转入500～750转/分钟的低速搅拌8～12分钟，然后放料既得到所述混合物，在整个混料过程中物料温度控制在≤50℃；
④挤出机挤出造粒：将从步骤③得到的混合物倒入挤出机造粒，挤出机主要控制温度有四段分别是：90℃、125℃、135℃、145℃；
⑤将从步骤④挤出的粒料用适合于聚丙烯、聚乙烯吹膜的吹膜机吹膜制备得到本实施例的所述全生物降解包装膜，吹膜时控制温度有五段分别是：机体温度：145℃、155℃、155℃、160℃，模头温度：135℃。
实施例2
(1).按以下重量进行原料配比：
胺化淀粉：60％、改性聚乙烯醇：30％、增塑剂：8％、络合剂：1％、润滑剂：0.5％、其它助剂：0.5％。
所述胺化淀粉采用玉米淀粉和聚丙烯酰胺进行胺化所制备，其重量百分比是：玉米淀粉：90％，聚丙烯酰胺：10％。
所述改性聚乙烯醇采用聚乙烯醇、正丁醛和尿素所制备，其重量百分比是：聚乙烯醇：80％，正丁醛：16％，尿素：4％。
所述增塑剂是丙三醇；
所述络合剂是硼酸；
所述润滑剂是聚氧乙烯蜡；
所述其它助剂是：蔗糖酯、硬脂酸钠和钛白粉中的一种或多种的混合物。
(2).本实施例的全生物降解包装膜制备方法步骤同实施例1。
实施例3
(1).按以下重量进行原料配比
胺化淀粉：50％、改性聚乙烯醇：40％、增塑剂：8％、络合剂：1％、润滑剂：0.5％、其它助剂：0.5％。
所述胺化淀粉采用玉米淀粉和聚丙烯酰胺进行胺化所制备，其重量百分比是：玉米淀粉：90％，聚丙烯酰胺：10％。
所述改性聚乙烯醇采用聚乙烯醇、正丁醛和尿素所制备，其重量百分比是：聚乙烯醇：80％，正丁醛：16％，尿素：4％。
所述增塑剂是丙三醇；
所述络合剂是硼酸；
所述润滑剂是聚氧乙烯蜡；
所述其它助剂是：蔗糖酯、硬脂酸钠和钛白粉中的一种或多种的混合物。
(2).本实施例的全生物降解包装膜制备方法步骤同实施例1。
以上所述实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。