[发明专利]PVA-PCL-淀粉共混材料及其制备方法有效
申请号: | 200710098989.4 | 申请日: | 2007-04-30 |
公开(公告)号: | CN101298512A | 公开(公告)日: | 2008-11-05 |
发明(设计)人: | 刘原珊 | 申请(专利权)人: | 刘原珊 |
主分类号: | C08L67/04 | 分类号: | C08L67/04;C08L3/02;C08K3/34;B29C47/40;C08J5/00;C08K3/26 |
代理公司: | 北京三友知识产权代理有限公司 | 代理人: | 黄健 |
地址: | 510000广*** | 国省代码: | 广东;44 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | pva pcl 淀粉 材料 及其 制备 方法 | ||
技术领域
本发明涉及一种生物降解材料及其制备方法,具体是提供一种利用PVA、PCL和淀粉为主要原料通过物理过程实现共混而制备得到的混合材料,该共混材料可用于加工各类可降解膜或包装产品。本发明还涉及该共混材料的制备方法。
背景技术
随着塑料材料特别是一次性塑料制品如包装薄膜(袋)、餐饮具、地膜等应用的不断扩大,从环境保护方面考虑,对这类制品的回收和提高降解效率已经受到社会的高度重视。
目前已有报道的可生物降解材料多为以淀粉-聚乙烯醇(PVA)为主要原料得到的产品,该类材料虽然具有比较好的生物降解性,但是目前已经商品化的PVA分子量较低,其与淀粉混合后的材料在成膜性尤其是膜的力学强度方面都难以满足使用要求,为了改善产物的性能,例如拉伸强度、断裂伸长率及疏水性等,很多研究中采用了引入大分子助剂以封闭淀粉和PVA中的羟基,改变淀粉和PVA的分子结构;也有报道需要使用醛类助剂(例如甲醛)进行固化,达到提高淀粉-PVA制品的力学性能的效果。这些方法都需要在材料制备中引进化学变化,不仅技术复杂,操作要求高,从安全角度,醛类的使用也在一定程度上限制了材料的应用范围。也有报道使用聚己内酯(PCL)取代PVA,解决材料的强度问题,但PCL的高价格也限制了其应用范围,制约了产业化进程。所以,已经产品化的以淀粉-PVA为基料的混合材料多仅用于农用地膜。
围绕产品的降解性和强度,也有例如采用PLA(聚乳酸)或PCL(聚己内酯)淀粉基(例如淀粉-PCL共混)塑料的研究被提出,但如何实现产品在性能与成本两方面的均衡,进而得到市场的认可而扩展材料的应用范围,目前仍处于研究开发阶段。
发明内容
本发明所要解决的主要技术问题是针对现有技术中的生物降解材料性能改善与生产成本之间的矛盾,提供一种配方改良的可降解材料,该材料为利用淀粉、PVA和PCL原料经过物理过程实现共混的产物,期间无须进行化学反应,也无须高温加工,成本相对较低、且制作工艺简单,在满足可生物降解的同时,满足了使用所要求的力学性能,从而扩大了其可应用范围。
本发明所提供的可降解材料是一种PVA-PCL-淀粉共混材料,是利用双螺杆挤出机对含有PVA、PCL、淀粉的混合物料挤制而成,所述混合物料还包括碳酸钙和/或云母粉,且该混合物料中含有的每100重量份的原料组成包括:
10~30重量份的PVA;
20~50重量份的PCL;
1.5~5重量份的碳酸钙和/或云母粉;和
余量的淀粉。
本发明提供的可降解材料采用了淀粉、PVA、PCL为主要组成原料(原料组成),经实施三元共混而制成,所述组成原料还包括了适量的无机矿物质(碳酸钙和云母粉),可有助于提高产品的性能。根据本发明的具体实施方案,混合物料中可单独含有碳酸钙或云母粉,也可同时含有碳酸钙和云母粉。当混合物料中同时含有碳酸钙和云母粉时,每100重量份的原料组成中,碳酸钙和云母粉各自的含量最好分别都不超过3重量份。
可以看到,本发明的PVA-PCL-淀粉共混材料中,所用主要原料PVA、PCL、淀粉都是典型的生物降解材料,因此本发明的共混材料具有良好的降解性能。
更具体地,本发明提供的可降解材料(共混材料)的混合物料为所述各原料经甘油与水的混合物作用下搅拌混合而成,所述甘油与水的混合物的加入量应该低于混合物料总重量的15%。
所述甘油与水的混合物优选为甘油质量浓度30%~80%的甘油水溶液。
本发明的共混材料中,甘油水溶液的加入可达到塑化淀粉的作用,优选地,所述甘油与水的混合物的加入量不超过所述混合物料总重量的10%。
本发明还提供了制备所述PVA-PCL-淀粉三元共混材料的方法,即,制备本发明的可降解材料的方法包括:将原料按比例混配,并在甘油与水的混合物作用下搅拌混合成为混合物料,该混合物料利用双螺杆挤出机挤制成所述共混材料。
根据本发明的优选方案,针对各原料的特性,可先对淀粉和PVA实施充分混合,再加入PCL及无机矿物质继续混合至满足挤出条件。即,供送入双螺杆挤出机的混合物料的混合过程优选包括:
首先将淀粉和PVA以及甘油与水的混合物在90~120℃实施混合,然后调节温度在85~110℃下加入PCL、碳酸钙和/或云母粉,继续搅拌使物料实现均匀分散,之后降温至80℃以下,进一步搅拌出料。
更优选地,所述混合物料的粒度为50~200目,且为实现原料间的充分混合和均匀分散,供送入双螺杆挤出机的混合物料的混合过程包括:
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