[发明专利]一种基于微晶纤维素和聚乙烯醇增强的淀粉基全生物降解共混材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于微晶纤维素和聚乙烯醇增强的淀粉基全生物降解共混材料及其制备方法。

 

背景技术

近年来，全球的环境和资源问题导致了以石油为来源的塑料材料备受挑战，而可降解高分子材料因其可降解性对环境无污染而备受关注。其中，淀粉是天然高分子中重要的一类，因其环境友好、可再生、来源丰富、价格便宜等特点而广泛被用于塑料材料的研究，已成为可降解塑料中的研究热点【Chiellini E., Solaro R. Biodegradable polymeric materials. Advanced Materials, 1996, 8(4):305-313.】。然而，淀粉本身的分子结构特点导致了其直接成型加工的不可行性，因此需要添加相应的塑化剂以提高改善其可加工性。但是，塑化剂一般均为小分子，其加入到淀粉中必将导致淀粉材料力学性能的降低。因此，要解决淀粉材料的加工性与力学性能之间的矛盾，必须在确保淀粉材料可以加工的前提下进一步提高其力学性能。通常，通过采用添加合成类的高分子或增强剂的方法可以提高淀粉基材料的力学性能【Tang X., Alavi S. Recent advances in starch, polyvinyl alcohol based polymer blends, nanocomposites and their biodegradability. Carbohydrate Polymers, 2011, 85(1):7-16.】。其中，聚乙烯醇是一类含有很多羟基的合成类高分子，作为塑料材料使用时具有优异的力学性能，并且具有生物降解性，因此是一类很好的高分子增强剂。聚乙烯醇与淀粉的共混材料已有相关研究，但是需要添加较多量的聚乙烯醇才能使淀粉基材料达到较好的力学性能，而较多量聚乙烯醇的加入必将导致淀粉基材料生产成本的大幅提高。虽然一些其他的增强剂用于淀粉基材料可以提高其力学性能【Vertuccio L., Gorrasi G., Sorrentino A., Vittoria V. Nano clay reinforced PCL/starch blends obtained by high energy ball milling. Carbohydrate Polymers, 2009, 75(1):172-179.】，但是成本仍然较高，且存在制备过程复杂、力学性能较差、全降解困难等缺点，大大限制了淀粉基材料的广泛应用。

 

发明内容

本发明的一目的在于提供一种基于微晶纤维素和聚乙烯醇增强的淀粉基全生物降解共混材料。

本发明的再一目的在于提供一种基于微晶纤维素和聚乙烯醇增强的淀粉基全生物降解共混材料的制备方法。

本发明的基于微晶纤维素和聚乙烯醇增强的淀粉基全生物降解共混材料，其组分包括：微晶纤维素、聚乙烯醇、淀粉、甘油等。

 其中，微晶纤维素的结构式为：

n为微晶纤维素的聚合度，n值为：20 ~ 5000；

聚乙烯醇的结构式：

 

R是H或COCH₃，m为聚乙烯醇的聚合度，m值为：100 ~ 5000，醇解度为：50~100%。

 

本发明的基于微晶纤维素和聚乙烯醇增强的淀粉基全生物降解共混材料，其组分含量分别为：以重量份数计，以淀粉100份为基数，微晶纤维素0.1~10，聚乙烯醇1~100，甘油10~100。

 

本发明的基于微晶纤维素和聚乙烯醇增强的淀粉基全生物降解共混材料的制备方法包括以下步骤：

（1）将微晶纤维素分散在甘油中，超声使微晶纤维素分散均匀；

（2）将淀粉细化至等于或小于400目；

（3）将聚乙烯醇粉碎；

（4）将步骤（3）中的聚乙烯醇和甘油置高速混合机中混匀；

（5）将步骤（1）分散在甘油中的微晶纤维素和步骤（2）的淀粉置高速混合机中混匀；

（6）将步骤（4）的物料和步骤（5）的物料置高速混合机中混匀；

（7）将步骤（6）的物料置双螺杆挤出机中造粒为粒料。