[发明专利]淀粉基纳米光催化复合降解改性剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于用于塑料制品的改性剂及其制备技术领域，特别涉及一种可用于提高塑料制品降解性能的环保型可完全降解淀粉基纳米光催化复合降解改性剂及其制备方法。

背景技术

随着人们生活水平的提高，生活节奏的加快，一次性塑料制品的用量与日俱增，而大量塑料制品的使用，在给人们带来快捷的同时，由于其在自然环境中难于分解，给人类生态环境带来了严重的“白色污染”。我国已于2008年6月1日起，禁止生产、销售、使用厚度小于0.025毫米塑料购物袋(简称超薄塑料购物袋)；所有超市、商场、集贸市场等商品零售场所实行塑料购物袋有偿使用制度，一律不得免费提供塑料购物袋；同时将扩大限制塑料袋使用的范围，包括餐馆、医院等场所。但是这些行政措施并不能完全消除塑料垃圾对环境造成的污染。因此，研发能在环境中降解、能被环境同化消纳、降解速率可控的完全降解塑料，已成为各国政府提倡和科研工作者热衷的重要课题之一。

目前，按制备可控完全降解塑料的方法分，主要包括合成具有可生物降解的新型塑料和利用淀粉与现有塑料共混改性两种。其中合成具有可生物降解的新型塑料的探索性工作量大，风险高，开发出来的可生物降解的新型塑料往往工艺复杂、成本较高，不宜于大规模推广。如大部分经过中试规模试验，已进入了工业化生产阶段的生物基完全降解聚合物：聚乳酸(PLA)、聚己内酯(PCL)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、脂肪族聚碳酸酯、脂肪族/芳香族共聚酯以及它们的共混物等，就是因材料用途的商品化进程和高昂的价格使其无法被市场接受而成为了制约其发展的主要障碍。

当前市场所见的相当一部分可降解塑料制品均属于利用淀粉与现有塑料共混改性获得的。淀粉是一种天然廉价的生物质再生资源，也是一种多羟基天然高分子化合物。淀粉容易受到微生物侵蚀，最后可代谢为水和二氧化碳，因而具有优良的生物降解性能，适用于作为生物降解材料的原料成分。淀粉基降解塑料是目前最有发展前景的一类可降解塑料，它在包装领域中显示出巨大的发展前景。如Maddever的研究就指出，淀粉基聚合物的降解包括两个过程：一方面，材料内的淀粉首先被微生物侵蚀，逐渐降解消失，并在聚合物中形成多孔破坏结构，导致聚合物表面积增大，从而有利于聚合物进一步自然分解；另一方面，淀粉降解可以促发促氧化剂和自氧化剂的作用，能切断高分子链，使聚合物的相对分子量不断减小到可被微生物代谢的程度。这两个过程相互促进，使淀粉基聚合物的降解速度加快(Maddever W J，Chapman G M.Modified starch based biodegradable plastics[C].Annual Technical Conference Society of Plastics Engineers，1989：1351-1355.)。但遗憾的是这类可降解塑料制品属于崩坏性降解，即除去淀粉的其余部分尚不能快速降解和完全降解。也就是说它可在一定环境条件下和一定周期内劣化、碎裂成相对较易被环境消纳的碎片或碎末，但要完全降解，还需再经过很长时间，且降解的速度远赶不上塑料废物的产生速度。其次，由于淀粉分子间存在强氢键作用，较难于成型加工。

CN 1640917A利用可塑性淀粉胶与聚乙烯(PE)类材料接枝单体和引发剂混合，经高压挤出制成淀粉基生物降解料，再用该料吹塑成膜。虽然这种薄膜中可塑性淀粉含量高达65～85％，由于PE基体本身不具有降解性，导致该薄膜接触土壤一年后才可部分被土壤吸收。而采用PP为树脂基体的薄膜也存在类似问题。

经过多年发展，与淀粉共混的合成材料已经从部分降解的聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯发展到可完全降解的聚乙烯醇(PVA)、聚乳酸(PLA)、聚羟基丁酸酯等。如CN 101781448A公开了一种可完全降解的增强型聚乳酸(Poly(lactic acid)，PLA)/淀粉共混体系，该体系在大幅度提高聚乳酸和淀粉相容性的同时，也增强了其力学性能和热性能，同时还保持了产品的生物可降解性。但是所用聚乳酸的相对成本较高，不适合大规模应用于一次性使用塑料制品领域。

另有研究表明(王云芳等，淀粉基环境可降解高分子材料研究进展[J]，材料导报，2005，4：12-15)，淀粉在提高塑料可降解性能的同时，一方面会造成其物理机械性能的下降，使其加工困难，另一方面还存在亲水性太强，与大部分通用树脂之间的相容性很差，致使材料的力学性能大幅下降，从而阻碍了淀粉塑料在工业化推广过程中的广泛应用。因此为了保证淀粉基塑料制品的最终使用性能，一般的解决办法是降低淀粉的添加量，但这样又会带来制品的成本较高，降解速度较慢的问题。

发明内容