[发明专利]一种淀粉高填充聚酯全生物可降解材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种淀粉高填充聚酯全生物降解材料及其制备方法，属于生物可降解高分子材料领域。

背景技术

当前每年应用于包装、日用品、医用、建材、宇航、工业和农业等各个领域的塑料达两亿吨，废弃的塑料制品每年达到6000万吨，且由于塑料所具有的热稳定性和耐化学性使得废弃的塑料无法被生物圈所同化；焚烧和填埋这些废弃的塑料不仅占用土地资源，同时焚烧释放的有害气体对环境也会造成严重的负面影响。为了解决废弃塑料所带来的环境问题，人们开始越来越多的关注可以生物降解的塑料。

淀粉是一种常见的天然可降解高分子材料，不仅来源广泛，且价格低廉。但是由于淀粉是多羟基的高分子材料，其内部分子间和分子内的氢键作用使得淀粉的熔点高于其分解温度，因此必须对其结构进行改性才能使淀粉变成一种可用的塑料。

目前关于淀粉基的可降解塑料的研究很多。美国Werber-Lambert公司生产的Novon全降解塑料，是一种淀粉基降解塑料，以糊化淀粉为主（支链淀粉为70%，直链淀粉为30%），通过水增塑，并添加其他全降解添加剂，经通用塑料的加工成型技术制成；其降解性能良好，但耐水性和力学性能一般，这限制了该材料的应用范围。

为了提高淀粉基塑料的力学性能，很多研究中将聚烯烃加入淀粉基塑料中，如专利CN1931905A公开了一种相容性较好的热塑性淀粉和聚乙烯复合材料，该复合材料的力学性能较好，但由于聚乙烯难以降解，其对环境的危害仍较大。

聚酯聚丁二酸丁二醇酯是一种力学性能优异的塑料，其可全生物降解，具有较高的分子量且可在通用塑料聚乙烯、聚丙烯等的加工设备上挤出和注塑。但由于制备它的原料丁二醇和丁二酸的价格较贵，导致聚丁二酸丁二醇酯相比通用塑料价格较高，使得其在市场的推广和应用受限。

将力学和加工性能良好的聚丁二酸丁二醇酯和淀粉共混不仅可以有效地降低成本，而且还能保持共混后的复合材料具有全生物可降解性，同时又能充分利用淀粉的特性。

目前，关于淀粉填充聚丁二酸丁二醇酯的研究很多。专利CN1834139A使用马来酸酐共聚物接枝淀粉来增容淀粉和脂肪族聚酯，但它的生产工艺较复杂，加工过程中马来酸酐的刺激性和挥发性对生产人员有害，且易造成空气污染。

专利CN102477216A用水和甘油塑化磷酸酯淀粉，同时使用超支化聚酯H40增容淀粉和聚丁二酸丁二醇酯，制得拉伸强度较高的全降解材料。但是由于磷酸酯淀粉母粒的填充量只占20%，此方法并不能有效的降低成本，材料的价格仍然较高，使得它的应用和推广受限。

专利CN102731840A阐述了一种应用于一次性餐具领域的可降用热塑性淀粉和聚丁二酸丁二醇酯共混，同时加入玻璃纤维来增强共混材料。此种材料应用于一次性餐具领域。此种方法加工简单，成本也较低，但是餐具在使用过程中玻璃纤维有可能随食物进入人体内，存在安全隐患，且甘油塑化的淀粉易回生，造成塑化剂甘油析出，同时造成材料的力学性能下降。

JianbingZeng等人（JianbingZeng,Ling Jiao,Yidong Li,Tao Li,Yuzhong Wang.Bio-based blends of starch and poly(butylene succinate)with improvedMiscibility，mechanical properties，and reduced water absorption[J].Carbohydrate Polymers，2011，83：762～768）用甘油塑化淀粉（TPS），用二异氰酸酯活化PBS得到端基为NCO的PBS（RPBS）来增容PBS和TPS，得到力学性能和耐水性都较好的材料。但是制备过程中使用的二异氰酸酯毒性较大，制得的材料应用存在安全隐患。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种淀粉高填充聚酯全生物降解材料。该全生物降解材料使用价格最低的淀粉作为主要组分，有效地降低了材料的成本；塑化剂的用量较少，且不易从材料中析出；助剂对环境和人都无害。

本发明要解决的第二个技术问题是提供一种淀粉高填充聚酯全生物降解材料的制备方法。通过将淀粉/经偶联剂处理后的淀粉与聚丁二酸丁二醇酯、塑化剂、助剂在高速混合机中预混合，之后置于密炼机中混合均匀造粒，得到淀粉高填充聚酯全生物降解材料；生产工艺简单，配套挤出切粒设备即可实现连续化生产，制得的材料可以通过热压的加工工艺加工成板材或者通过注塑的工艺加工成制品，产品可全生物降解，具有广泛的应用前景。