[发明专利]一种改性淀粉-聚乙烯醇可降解薄膜专用料

说明书

技术领域

本发明属于可降解塑料技术领域，具体说是一种改性淀粉-聚乙烯醇可降解薄膜专用料，具体涉及一种多步式、小功率的程序微波技术制备高拉伸强度的淀粉-聚乙烯醇可降解薄膜专用料。

背景技术

随着社会的进步，人们对塑料的需求越来越大，能源和环保对高分子业界造成巨大压力，“白色污染”等问题层出不穷，所以可降解和再生材料在包装领域中应用越来越广泛。

降解塑料的研究开发可追溯到20世纪70年代，当时在美国开展了光降解塑料的研究。20世纪80年代又研究开发了淀粉填充型“生物降解塑料”，曾风靡一时。但经过几年应用实践证明，这种材料没有获得令人信服的生物降解效果。20世纪90年代以来降解塑料技术有了较大进展，并开发了光生物降解塑料、光热降解塑料、淀粉共混型降解塑料、水溶性降解塑料、完全生物降解塑料等许多新品种。近年来，生物降解塑料特别是生物物质塑料，完全可以融入自然循环，是最有社会与市场前景的降解材料，已在业界成为共识，并有成果不断涌现。

目前，聚乙烯醇/淀粉可降解塑料在市场上占有很大的份额。但不可避免的是聚乙烯醇在加工性能上，由于分子链上含有大量的羟基，分子间相互作用力很大，导致其加工温度高于分解温度，因此加工性能较差等，其应用范围受到限制。为了克服聚乙烯醇的加工问题，科研工作者常通过添加增塑剂、有机或者无机纳米材料解决其加工性能差、机械性能差等问题。

国内外学者对聚乙烯醇/淀粉可降解塑料的热塑加工进行了大量的研究并取得了重大进展。目前，对聚乙烯醇/淀粉热塑加工的研究主要集中在淀粉与聚乙烯醇相互之间作用的结晶形式，在加工中调控材料的多层次结构。方式主要有使用改性的淀粉和聚乙烯醇，引入增塑剂、增强剂、偶联剂等改善加工工艺等，调整分子间的结构使材料能够达到所需的性能。

国外对聚乙烯醇/淀粉产品已经实现了产业化，比较早期的研究集中在加工方法上，目前的研究重点为通过调整原料结构使产品的性能进一步优化。意大利Novamont公司开发的Kater-Bi系列、美国空气产品化学公司开发的Vinex品牌、日本合成化学工业公司开发的EcomateAx均已实现工业化生产。国外对聚乙烯醇的热塑挤出及热塑性淀粉的研究比较深入，为聚乙烯醇/淀粉可降解塑料实现产业化打下了良好的基础。Stenhouse等将3种干燥组分(淀粉、聚乙烯醇、滑石粉)按一定比例混合后，边搅拌边加入一定量的水和甘油，当混合物变成潮湿的可自由流动的粉末时，挤出后制得的薄膜力学性能较好。YinYP等用硼酸显著的提高了聚乙烯醇/淀粉生物降解塑料的力学性能和耐水性能。国外对于聚乙烯醇/淀粉在加工方式上的研究已相当成熟，目前文献报道的主要方式为调节分子组成结构、组成单元，并结合多种表征方法，达到聚乙烯醇/淀粉热塑加工的目的，尤其以意大利Novamont公司开发的Kater-Bi系列为工业化转折点，但各国对详细工艺仍处于保密阶段。

国内对聚乙烯醇/淀粉的热塑加工研究尚处于实验室阶段。中国发明专利200410008972.1通过热塑加工的方法成功制造出力学性能优良的聚乙烯醇/淀粉材料，并且系统表征了共混物的热稳定性、形貌、结晶情况对力学性能的影响，发现玉米淀粉(含水9%)与甘油质量比为75:25、挤出机机筒温度为160℃、挤出机转速为40~50r/min时，材料的综合性能较佳。工程塑料应用，2004，32(2)，27将聚乙烯醇/淀粉体系在不同增塑条件下进行共混挤出，研究了牌号、成型工艺、用量及水分对共混体系热塑加工性能和拉伸性能的影响，发现粒状聚乙烯醇L17-88与淀粉的共混体系易于热塑加工，含水体系和无水体系的拉伸强度及断裂伸长率相近，故可采取未干燥的淀粉直接混合挤出工艺。聚乙烯醇/淀粉可降解塑料体系的拉伸强度随聚乙烯醇用量的增加而提高，断裂伸长率也相应提高。聚乙烯醇品种及形状对聚乙烯醇/淀粉共混体系的加工性能影响很大：粒状聚乙烯醇L17-88与淀粉的共混体系易于热塑加工，片状聚乙烯醇1788只有用增塑剂溶胀后才能实现热塑加工，而粒状聚乙烯醇L1788溶胀与否对热塑加工性能及拉伸性能影响不大。工程塑料应用，2008，36(11):32分析了不同挤出工艺和振动强度对动态塑化挤出聚乙烯醇/淀粉可降解塑料片材拉伸性能的影响，表征了片材断面的微观形貌，结果显示振动力场作用有助于淀粉的熔融塑化，改善了淀粉与聚乙烯醇两相分离的结构，达到提升聚乙烯醇/淀粉品质的目的。目前国内表征手段主要集中于表面结构和力学性能，通过加工工艺调整和加入第三组分改性调节分子复合结构，达到提高力学性能的目的。