[发明专利]一种淀粉酯完全生物降解塑料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物降解塑料领域。具体涉及一种淀粉被完全酯化处理制备的淀粉酯完全生物降解塑料。该材料具有塑料的特性和完全降解功能，实现了完全利用淀粉制备生物塑料，生产原料来源充足、质量稳定、工艺控制简单，可以替换现有微生物发酵和化学合成的生物降解塑料，以摆脱生物塑料对石油资源、化工原料的依赖。

背景技术

    生物降解塑料是一种节能环保新材料。由于含有易被微生物分解的活性基团羟基、酯基、羧基等，当被放在自然环境中在一定温度和湿度条件下，由于微生物等作用，极易被分解成为水和二氧化碳，从而回归大自然。其发展最初始于上世纪70年代，经过30多年的发展，技术不断更新，产品性能不断提高。目前生物降解塑料主要通过微生物发酵或化学合成了具有生物降解功能的生物聚合物，如聚乳酸（PLA）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、二氧化碳聚合物（PPC）、聚己内酯（PCL）、聚羟基脂肪酸酯（PHA）等。然而由于微生物发酵或化学合成的生物降解塑料原料来源有限，工艺复杂，生产成本过高，规模化生产困难，因此造成生物塑料价格过高，大面积推广使用受到限制，仅限于某些特殊领域应用。21世纪初，为了进一步推动生物降解塑料的发展，国内外不断改进生物降解塑料的工艺路线，降低生产成本，提高物理性能，并通过淀粉制备生物降解塑料，生物降解塑料开始了全面推广使用。

由于淀粉分子内部存在强烈的氢键，造成淀粉中存在大量的刚性颗粒和结晶结构，尽管淀粉是高分子聚合物，但不具备热塑性，因此为了得到热塑性的淀粉，采用了在淀粉中引入可热塑加工的基团。通常采用物理或化学方法处理淀粉，如通过物理增塑对淀粉进行表面处理解决淀粉与聚合物的相容性，达到淀粉与聚合物的理想界面结合；通过对淀粉结构上羟基官能团反应进行交联、 酯化、 接枝共聚等，提高淀粉的疏水特性或使淀粉具有聚合物化学加工特性；通过加入增塑剂降低淀粉分子间作用力而使淀粉具有热塑性。

中国专利200810137247.2提供了一种高取代度乙酰淀粉及其制备方法，通过提高取代度解决了淀粉的耐水性和热加工性，其取代度可达到2.8，消除了大部分影响热加工性的羟基，但该材料由于缺少韧性和强度，无法直接作为塑料使用。

中国专利201210062675.X提供了一种聚乳酸/淀粉全生物基可降解复合材料及其制备方法 ，由重量百分比55％～85％的聚乳酸、2％～15％的环氧植物油和5％～36％的酸酐接枝改性淀粉原料制成。该发明利用酸酐接枝改性的淀粉借助大量的聚乳酸实现塑料热塑性加工。

中国专利201110455367.9提供了一种淀粉基生物全降解塑料及其制备方法，在每100重量份淀粉中加入0.05-0.10重量份数的复合生物催化剂、5-10重量份数的复合增塑剂、5-20重量份数的聚丁二酸丁二醇酯。该发明通过增塑并借助5-20份的聚丁二酸丁二醇酯对淀粉进行塑料加工。

上述技术通过对淀粉改性用于降解塑料，但由于淀粉特殊的结晶结构，改性剂难以完全浸透淀粉的结晶区，对淀粉羟基基团处理并不完全，只能削弱淀粉分子间的氢键作用，未能实现对淀粉的完全处理，在淀粉基生物降解塑料中淀粉仍然有部分存在以微颗粒结晶形式的淀粉颗粒，其加工性需要借助一定的热塑性树脂才可以实现。如果淀粉量过多，则会出现发脆、耐水差、热塑性差等缺陷。为了实现完全用淀粉生产降解塑料，使淀粉基塑料逐步向全淀粉塑料迈进，国内外对淀粉的处理技术不断改进，淀粉的含量不断提高，但始终没有解决完全用淀粉制备性能优良的生物塑料。

发明内容

本发明针对现有淀粉基生物降解塑料中淀粉羟基基团取代度低，需要借助热塑性材料才可以进行热塑加工的缺陷，提出一种淀粉酯完全生物降解塑料，该生物降解塑料是由完全酯化的淀粉酯组成，具备溶剂可溶性、耐水、热塑加工性等塑料特性。

本发明进一步的目的是提供一种淀粉酯完全生物降解塑料的制备方法，通过对淀粉水解、酯化、缩聚合成一种淀粉酯，从而使淀粉羟基得到完全取代，尤其是引入柔性链，使淀粉酯具备同普通塑料一样热加工的特性。

本发明一种淀粉酯完全生物降解塑料，其特征在于是一种被完全酯化处理的淀粉酯完全生物降解塑料，其原料组成（重量份）如下：

淀粉                 85-95份，

柔性剂               3-5份，

酯化剂               2-3份，

交联剂               0.1-0.3份，

水解酶               0.05-0.1份，