[发明专利]一种对热塑性淀粉制品表面酯化处理方法

说明书

技术领域

本发明是一种对热塑性淀粉制品的表面进行酯化的处理方法，涉及在热塑性淀粉材料或其制品表面形成酯化淀粉层，属于固体材料表面改性技术领域。

背景技术

热塑性淀粉一般是指在有水或其它增塑剂存在的条件下，通过对原淀粉施加热能和机械能破坏淀粉分子间的氢键，使原淀粉颗粒中的结晶结构经熔融和剪切作用而解体，最终形成的淀粉分子链的无序化连续相。此时，得到的淀粉材料具有热塑性塑料的行为，并能够用传统的塑料加工设备进一步加工成各种制品。

虽然热塑性淀粉具有可生物降解以及原料可再生等优点，其制品已经在某些领域特别是包装领域成功地取代了一些合成塑料制品(如用于缓冲包装的聚苯乙烯泡沫松散填充材料、用于水果包装的塑料托盘等)，但是其耐水性差的弱点，即遇水易溶胀和力学性能随环境湿度变化较大(原因是材料中的含水量随环境湿度而变化)等问题，极大地限制了其更广泛的应用。提高热塑性淀粉材料的耐水性能或降低其对环境湿度的敏感性，已有不少报导。归纳起来，采用的方法大致包括：与可生物降解的合成高分子材料或天然高分子材料共混；在热塑性淀粉表面涂覆可生物降解的防水涂层；对热塑性淀粉进行整体交联处理以及对材料表面进行改性等。

目前，人们已经知道，淀粉分子中的每一个葡萄糖单元都有三个羟基(分别在C₂、C₃和C₆位置)，它们是造成热塑性淀粉亲水的主要原因。由于热塑性淀粉的亲水特性，使得它与疏水高分子材料共混时相容性差，造成共混物处于分相状态，材料的力学性能下降。在热塑性淀粉制品表面涂覆可降解的防水涂层，是一种简单易行的方法，但也存在解决涂层与基体的界面强度问题，如涂覆在热塑性淀粉表面上的玉米醇溶蛋白就很容易脱落。交联处理，即用多元官能团化合物(交联剂)与淀粉分子上的羟基起反应，使两个或两个以上的淀粉分子交联在一起，是提高热塑性淀粉耐水性能的有效途径。目前采用的方法多是将反应试剂(交联剂或光引发剂)加入到含有增塑剂的淀粉乳中，将糊化的淀粉乳流延成膜后，通过加热或紫外光辐照使交联反应在整个淀粉膜中完成。这类方法只适合于用淀粉糊制备淀粉膜的流延法工艺，很难在挤出、注塑和模压等加工方法中使用。另外，整体交联的热塑性淀粉，其加工性能和力学性能也会发生显著的变化(变硬变脆)，从而影响制品的成型和使用。

通过对热塑性淀粉的表面进行化学改性来降低其对环境湿度的敏感性是一种很有前途的新方法。其基本思路是通过化学反应引入疏水基团取代热塑性淀粉表面的亲水羟基，从而达到提高材料疏水性的目的。这种方法几乎不改变热塑性淀粉本体的组分和性能，与整体改性相比，可以大幅度地节省化学试剂。但是，目前报导的方法，都是在吡啶、二氯甲烷或二甲苯等毒性大的有机溶剂中进行的，而且反应条件较为苛刻，工业化实施难度大且成本高。因此，探索和开发新的提高热塑性淀粉及其制品的疏水性和降低其环境湿度敏感性的表面改性技术，特别是那些易于在热塑性淀粉制品的表面进行工业化实施的技术，具有重要的应用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种对热塑性淀粉制品表面酯化处理的方法。选用的反应试剂和采用的工艺方法以易于在热塑性淀粉制品的表面进行工业化实施为前提。本发明采用表面扩散的方法，只在热塑性淀粉或其制品的表面层引入酯化剂，并通过加热处理使其与淀粉分子上的羟基发生酯化反应，在制品表面形成酯化淀粉层，从而来提高制品的疏水性并降低其对环境湿度的敏感性。由于只在表面层中引入酯化剂，因此，用量大幅度减少，而且酯化反应更易完成。

由于本发明只对热塑性淀粉制品表面层的亲水羟基进行适度的取代，所以可以实现在不改变热塑性淀粉的加工性能以及不显著影响其制品本体物性和力学性能的条件下，提高热塑性淀粉制品的表面疏水性能，降低热塑性淀粉对环境湿度敏感性的目的。

实现本发明目的的技术方案是：

一种对热塑性淀粉制品表面酯化处理方法，包括制备热塑性淀粉或热塑性淀粉制品以及对热塑性淀粉制品表面进行酯化处理，通过在热塑性淀粉或热塑性淀粉制品表面层引入酯化剂并经加热处理，在热塑性淀粉制品的表面形成酯化淀粉层，表面酯化处理步骤包括：

a)碱溶液预处理：将热塑性淀粉制品浸泡于碱溶液中1秒～3分钟，或采用包括涂层、喷淋方法，使热塑性淀粉制品表面均匀地附着碱溶液，然后将表面含有碱溶液的热塑性淀粉制品置于一定的相对湿度环境中，使热塑性淀粉制品中的含水量达到所需的值；