專利名稱：熱塑性淀粉與pbat共混物及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及高分子材料技術領域，尤其涉及一種熱塑性淀粉與PBAT共混物及其制備方法。
背景技術：
以石油化工為原料生產的塑料憑借其輕便、耐用、加工性能好等特點被廣泛應用于人類生活的各個領域，但與其他材料相比，它們在自然界幾乎不能降解，給環(huán)境保護帶來了巨大的壓力。另一方面，石油是不可再生的資源，按目前的消費速度，全球已探明的儲量僅能滿足40年。因此，開發(fā)不以石油為原料的可降解塑料對緩解“白色污染”、降低石油消耗具有十分重要的意義。隨著世界能源危機的加劇和“白色污染”對環(huán)境的嚴重破壞，尋找通用塑料的代替品已經成為各國的研究重點，研究“綠色高分子”逐漸受到重視。目前，可降解材料產品雖已產業(yè)化，但尚不成熟，需要不斷的改善性能，降低成本以及擴寬應用市場。在實際的應用過程中，既要解決降解材料制品在成型、貯存和使用過程中的高度穩(wěn)定性，又要保證廢棄后能快速的降解，這是降解塑料有別于傳統(tǒng)塑料的最大特點，也是研究的重點問題。淀粉具有品種繁多、來源豐富且價格便宜的特點，且又易受微生物侵蝕，并能為微生物提供養(yǎng)分，生物降解的最終產物是二氧化碳和水，不會對環(huán)境造成污染。因此淀粉在生物降解材料的研究中倍受關注，為解決白色污染提供了一個良好的途徑。由于天然淀粉是多羥基化合物，其鄰近分子間多以氫鍵相互作用形成微晶結構的完整顆粒，其多羥基結構使其具有極強的親水性，對環(huán)境濕度十分敏感，低濕環(huán)境下脫水脆化，高濕環(huán)境下吸水喪失固有的力學性能，缺乏穩(wěn)定的回縮性和一定的彈性。與目前使用的大多數普通塑料相比，熱塑性淀粉(TPS)塑料存在力學強度低、耐水性不好等缺點，這限制了它的實際應用。而對熱塑性淀粉進行各種改性可以提高其性能，拓展熱塑性淀粉的使用范圍。中國專利CN101942118A公開了一種植物纖維淀粉完全生物降解材料及其制備方法，由熱塑性玉米淀粉、50-60目的針葉木纖維、聚乳酸、無機填料、交聯(lián)劑、增溶劑混合后經雙螺桿擠出機熔融共混擠出制得，該方法提高了所得材料的耐水性和機械強度，但由于淀粉和聚乳酸都是結晶度較高的大分子，其共混物存在彈性大、結構易碎的特點，尤其是在片材制備的過程當中，無法滿足目前的生產要求。中國專利CN101805499A公開了一種全降解熱塑復合材料及其片材，主要采用淀粉、聚乳酸、聚碳酸亞丙酯多元醇(PPC)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)和一些輔料經過雙螺桿擠出機熔融擠出得到全降解熱塑性復合材料，該材料加工性能和使用性能接近同類傳統(tǒng)塑料，并且可完全生物降解，但由于PPC和PBAT合適添加量很小，使其使用性能受到限制，該材料主要應用在包裝行業(yè)。
聚己二酸/對苯二甲酸丁二酯(PBAT)是由對苯二甲酸、己二酸和1，4_ 丁二醇聚合而成的三元共聚酯，為近年來國內外研究最多的一種新型的全生物降解材料。PBAT中含柔性的脂肪鏈和剛性的芳香鍵，因而具有高韌性和耐高溫性，而由于脂肪族酯鍵的存在，促使其同時具有生物可降解性，但其成本較高。將PBAT與熱塑性淀粉進行共混，既可提高材料的力學性能，降低平衡吸水率的作用、降低成本，也可改善材料的降解性能，降解后完全轉化成水和二氧化碳進行循環(huán)。因此，如何控制成本，制造加工性能和使用性能都能滿足現有要求，且可完全生物降解的材料，具有重要的現實意義。

發(fā)明內容
本發(fā)明就是為了解決上述現有技術存在的問題而提供一種熱塑性淀粉(TPS)與PBAT共混物及其制備方法，本發(fā)明的熱塑性淀粉與PBAT共混物是一種完全生物降解性淀粉材料，并且較普通熱塑性淀粉材料機械性能得到大幅改善。本發(fā)明的目的通過以下技術方案來實現:
一種熱塑性淀粉與PBAT共混物，由包含以下重量份的組分制成:
天然淀粉30-60份，
增塑劑 10-20份，
PBAT 10-30 份，
增容劑 5-10份，
補強劑 0.4-5份，
潤滑劑 0.25-5份。 優(yōu)選的，所述PBAT的重量份為20-30份。優(yōu)選的,所述天然淀粉選自玉米淀粉、小麥淀粉、甘薯淀粉、馬鈴薯淀粉中的一種或幾種。優(yōu)選的，所述增塑劑選自乙二醇、二縮乙二醇、丙二醇、丙三醇、山梨醇、山梨醇酯、甲酰胺、乙酰胺、尿素中的一種或幾種。優(yōu)選的，所述增容劑選自丙烯酸、丙烯酸酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酸、乙烯-甲基丙烯酸離子鍵聚合物樹脂、馬來酸酐、馬來酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物(POE-g-MAH)中的一種或幾種。進一步的，所述增容劑優(yōu)選馬來酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物(POE-g-MAH)。優(yōu)選的，所述補強劑為超細活性碳酸鈣，其粒徑為0.001-0.1 u m。優(yōu)選的，所述潤滑劑選自液體石蠟、聚乙烯蠟、硬脂酸、硬脂酸酰胺、環(huán)氧大豆油中的一種或幾種。一種熱塑性淀粉與PBAT共混物的制備方法，包括以下步驟:
(1)按以下重量份稱取各組分原料:天然淀粉30-60份，增塑劑10-20份，PBAT10-30份，增容劑5-10份，補強劑0.4-5份，潤滑劑0.25-5份；
(2)將天然淀粉和PBAT進行烘干處理，干燥溫度75-85°C，干燥時間5_8小時；
(3)將天然淀粉、增塑劑與潤滑劑加入混料機中共混5-10min，然后經雙螺桿擠出機擠出，制成熱塑性淀粉顆粒，擠出溫度60-120°C ；
(4)將步驟(3)中制備的熱塑性淀粉顆粒與PBAT、增容劑和補強劑置于混料機中混合5-10min,然后將混合料送入雙螺桿擠出機進行熔融共混擠出，擠出溫度150-170°C ；
(5)將混合物擠出拉條、水冷、切粒，得到混合物顆粒置于烘箱中干燥4-6小時，烘箱溫度35-65 °C，得到所述熱塑性淀粉與PBAT共混物。優(yōu)選的，所述步驟(I)中PBAT的重量份優(yōu)選20-30份；所述步驟(2)中天然淀粉和PBAT進行干燥處理的溫度優(yōu)選為80°C。與現有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
1、本發(fā)明拓展了淀粉的非食物用途，提供了一種具有使用價值的新型可降解材料。通過對淀粉的增塑改性，加入增容劑，改善淀粉與PBAT之間的相容性，在保證材料性能的基礎上提高了淀粉/PBAT共混材料中淀粉的含量，降低了 PBAT的使用量，從而降低了材料的成本；繼而使用螺桿擠出機熔融共混、成型加工，使用常規(guī)塑料加工設備實現TPS/PBAT共混材料的連續(xù)化生產。2、本發(fā)明在保證共混材料的完全生物降解性的同時，改善了淀粉塑料存在力學強度低、耐水性不好等缺點。通過將天然淀粉塑化后與合成的高分子PBAT共混，可明顯的改善材料的力學性能和耐回生性，降低材料的成本。由于TPS/PBAT共混材料既具有較好的拉伸性能和柔韌性，又保持了材料的完全生物降解性。這種生物可降解材料制成的塑料制品，是一種環(huán)境友好型材料，其降解過程綠色、清潔，有利于構建土地和環(huán)境體系的良性循環(huán)，具有很廣闊的應用前景。3、提高了淀粉的加工性能。本發(fā)明以天然淀粉為主要原料，通過雙螺桿擠出法制備增塑型熱塑性淀粉。經過塑化后，淀粉分子間的氫鍵作被削弱破壞，分子鏈的擴散能力提高，材料的玻璃化轉變溫度降低。因此在分解前實現了微晶的熔融，由雙螺旋構象轉變?yōu)闊o規(guī)線團構象，從而使淀粉具備了熱塑性加工的可能性。4、本發(fā)明可以將共混材料的降解時間控制在合理的范圍內，有利于材料的儲存與應用。現有的高淀粉含量可生物降解材料的分解速度很快，有的薄膜在堆肥的條件下僅4周就可完全降解，不利于貯存與應用。通過本發(fā)明熱塑性淀粉與PBAT共混物生產的薄膜在空氣中可長時間保存，在堆肥的條件下完全降解需要半年以上。這樣既能保持材料的可降解性，同時還能延長材料的使用壽命，提升 使用價值。本發(fā)明生產工藝簡單，易于控制，適合工業(yè)化生產，生產設備采用普通塑料加工設備即可，無需購買其他新型設備，投資和生產成本較低，經濟效益高。同時在共混材料中添加補強劑超細碳酸鈣，既保持了材料的完全生物降解性能，也提高了材料的抗拉強度、韌性和硬度等，使它可以運用于更廣泛的行業(yè)。
具體實施例方式
下面結合各實施例詳細描述本發(fā)明。實施例1-6的組分及配比(重量份)見表I。表I (重量份)
權利要求
1.一種熱塑性淀粉與PBAT共混物，其特征在于，由包含以下重量份的組分制成: 天然淀粉30-60份， 增塑劑 10-20份， PBAT 10-30 份， 增容劑 5-10份， 補強劑 0.4-5份， 潤滑劑 0.25-5份。
2.如權利要求1所述的熱塑性淀粉與PBAT共混物，其特征在于，所述PBAT的重量份優(yōu)選20-30份。
3.如權利要求1所述的熱塑性淀粉與PBAT共混物，其特征在于，所述天然淀粉選自玉米淀粉、小麥淀粉、甘薯淀粉、馬鈴薯淀粉中的一種或幾種。
4.如權利要求1所述的熱塑性淀粉與PBAT共混物，其特征在于，所述增塑劑選自乙二醇、二縮乙二醇、丙二醇、丙三醇、山梨醇、山梨醇酯、甲酰胺、乙酰胺、尿素中的一種或幾種。
5.如權利要求1所述的熱塑性淀粉與PBAT共混物，其特征在于，所述增容劑選自丙烯酸、丙烯酸酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酸、乙烯-甲基丙烯酸離子鍵聚合物樹脂、馬來酸酐、馬來酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物中的一種或幾種。
6.如權利要求5所述的熱塑性淀粉與PBAT共混物，其特征在于，所述增容劑優(yōu)選馬來酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物。
7.如權利要求1所述的熱塑性淀粉與PBAT共混物，其特征在于，所述補強劑為超細活性碳酸鈣，其粒徑為0.001-0.1 u m。
8.如權利要求1所述的熱塑性淀粉與PBAT共混物，其特征在于，所述潤滑劑選自液體石蠟、聚乙烯蠟、硬脂酸、硬脂酸酰胺、環(huán)氧大豆油中的一種或幾種。
9.一種如權利要求1至8中任一項所述的熱塑性淀粉與PBAT共混物的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)按以下重量份稱取各組分原料:天然淀粉30-60份，增塑劑10-20份，PBAT10-30份，增容劑5-10份，補強劑0.4-5份，潤滑劑0.25-5份； (2)將天然淀粉和PBAT進行烘干處理，干燥溫度75-85°C，干燥時間5_8小時； (3)將天然淀粉、增塑劑與潤滑劑加入混料機中共混5-10min，然后經雙螺桿擠出機擠出，制成熱塑性淀粉顆粒，擠出溫度60-120°C ； (4)將步驟(3)中制備的熱塑性淀粉顆粒與PBAT、增容劑和補強劑置于混料機中混合5-10min,然后將混合料送入雙螺桿擠出機進行熔融共混擠出，擠出溫度150-170°C ； (5)將混合物擠出拉條、水冷、切粒，得到混合物顆粒置于烘箱中干燥4-6小時，烘箱溫度35-65 °C，得到所述熱塑性淀粉與PBAT共混物。
10.如權利要 求9所述的熱塑性淀粉與PBAT共混物的制備方法，其特征在于，所述步驟(I)中PBAT的重量份優(yōu)選20-30份；所述步驟(2)中天然淀粉和PBAT進行干燥處理的溫度優(yōu)選為80°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種熱塑性淀粉與PBAT共混物，由包含以下重量份的組分制成天然淀粉30-60份，增塑劑10-20份，PBAT10-30份，增容劑5-10份，補強劑0.4-5份，潤滑劑0.25-5份。本發(fā)明還公開了該熱塑性淀粉與PBAT共混物的制備方法。本發(fā)明提供了一種具有使用價值的新型可降解材料。在保證共混物完全生物降解性的同時，明顯改善了材料的力學性能和耐回生性，降低材料的成本。共混物既具有較好的拉伸性能和柔韌性，又將共混物的降解時間控制在合理的范圍內，有利于材料的儲存與應用，具有很廣闊的應用前景。
文檔編號C08L67/02GK103205021SQ20121000725
公開日2013年7月17日 申請日期2012年1月11日 優(yōu)先權日2012年1月11日
發(fā)明者嚴莉莉 申請人:上海杰事杰新材料(集團)股份有限公司