高強度澱粉基可降解材料及其製造方法
2023-05-21 06:36:16
高強度澱粉基可降解材料及其製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種高強度澱粉基可降解材料的製備方法，其特徵在於包括利用矽烷偶聯劑和羧甲基殼聚糖對澱粉進行改性步驟；包括利用表面活性劑對有機蒙脫土和納米水滑石改性形成改性納米粒子的步驟；和利用所述改性澱粉、所述改性納米粒子對聚丙烯樹脂進行熔融共混改性得到高強度澱粉基可降解材料。利用本發明的方法不僅得到了可降解的複合材料，而且出人意料的還能夠保持甚至提高材料的拉伸強度和斷裂伸長率。
【專利說明】高強度澱粉基可降解材料及其製造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及可降解複合材料的【技術領域】，更具體地說，本發明涉及一種高強度澱 粉基可降解材料及其製備方法。
【背景技術】
[0002] 聚丙烯（polypropylene PP)是以丙烯為單體採用N-Z催化劑等聚合而成的聚合 物。聚丙烯作為通用塑料，由於密度小、剛性好、強度高、吸水率低、化學穩定性高以及無毒 無味和加工性能優越的優點，已廣泛應用於工業生產和日常生活的各個領域，例如其在機 動車、家電、日用品以及夾具和包裝行業等都得到了廣泛的應用。雖然聚丙烯具有較好的力 學性能，但其收縮率大，製品尺寸穩定性差；並且低溫下脆性較大，容易斷裂。此外，普通聚 丙烯彈性模量低、耐熱性差、耐候性差、高溫下剛性不足、大大限制了聚丙烯更為廣泛的應 用。針對這些缺陷，人們對聚丙烯進行了各種改性。目前主要有化學改性和物理改性兩種 方法。化學改性主要是共聚、接枝和交聯等，是通過改變PP的分子結構以達到改性的目的。 物理改性主要是共混、增強和填充等加入添加劑以賦予PP新的性能。然而高分子材料普遍 存在的老化問題同樣存在於PP樹脂中。並且隨著終端消費產品的廣泛使用，相應地也存在 大量的PP樹脂；由於PP樹脂降解緩慢，容易導致嚴重的環境汙染問題。
[0003] 另一方面，澱粉是一種來源豐富、價格便宜的天然高分子物質，是一種可再生資 源，能在多種環境下被生物降解，不會對環境產生危害。近年來各國對澱粉基生物降解材料 的研究十分重視，並且已經取得了重大進展；尤其是利用澱粉或其他天然原料製備的複合 材料研究，是研究和拓展可降解材料的應用領域的基礎。在該領域中人們追求的目標是該 材料在降解性能得到改善提高的同時，還應當具有較高的抗拉強度和較高的抗斷裂性能。
【發明內容】
[0004] 為了解決現有技術中的上述技術問題，本發明的目的在於提供一種高強度澱粉基 可降解材料，其利用表面改性澱粉和表面改性納米粒子對聚丙烯樹脂進行共混製備得到的 高強度澱粉基可降解材料，通過改性不僅能夠獲得可降解的聚丙烯複合材料，而且還保持 甚至提高了材料的強度和韌性。
[0005] 為了解決上述技術問題並且實現發明目的，本發明提供了以下解決方案：
[0006] -種高強度澱粉基可降解材料的製備方法，其包括以下步驟：
[0007] (1)改性澱粉的製備
[0008] 將100重量份澱粉、5-10重量份矽烷偶聯劑和10重量份濃度為l_2wt%的羧甲基 殼聚糖水溶液，在溫度為100-120°C條件下攪拌30-60min，得到改性澱粉；
[0009] (2)改性納米粒子的製備
[0010] 將納米粒子、表面活性劑和有機抗氧劑按照1.0 : 0.02-0. 05 : 0.02-0. 05的質 量比充分混合，形成改性納米粒子；所述的納米粒子為有機蒙脫土（0ΜΜΤ)和納米水滑石 (LDH)；
[0011] (3)製備高強度澱粉基可降解材料
[0012] 將所述改性澱粉、所述改性納米粒子和聚丙烯樹脂按照45-50 : 2-5 : 45-50的 質量比加入雙螺杆擠出機中熔融共混，在擠出溫度為180-2KTC的條件下製備得到高強度 澱粉基可降解材料。
[0013] 其中，所述納米粒子中，有機蒙脫土的含量為60-80wt %、納米水滑石的含量為 20-40wt%。
[0014] 其中，所述納米粒子的粒徑為5-100nm。
[0015] 其中，所述娃燒偶聯劑選自乙稀基二乙氧基娃燒、乙稀基二甲氧基娃燒或乙稀基 三氯娃燒中的一種或幾種。
[0016] 其中，所述的表面活性劑選自聚乙烯多胺鹽、乙醇胺鹽或2-烷基氨基乙基咪唑啉 中的一種或幾種。
[0017] 其中，所述澱粉為玉米澱粉或木薯澱粉。
[0018] 本發明的另一方面還涉及由上述製備方法製備得到的高強度澱粉基可降解材料。
[0019] 與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：
[0020] (1)本發明的方法利用改性澱粉、改性有機蒙脫土和納米水滑石對聚丙烯進行改 性；不僅得到了可降解的複合材料，而且出人意料的還能夠保持甚至提高材料的拉伸強度 和斷裂伸長率。
[0021] (2)本發明的方法應用於聚丙烯的改性，不僅可以得到可降解的材料，而且還能夠 顯著提高材料製品的尺寸穩定性。
[0022] (3)本發明改性後的材料能夠應用於電器、電子、儀表殼材料，以及包裝和園藝器 皿材料的製造，該材料不僅環保和可降解而且還顯著減少了聚丙烯原材料的使用。
【具體實施方式】
[0023] 以下將結合【具體實施方式】對本發明的技術方案做進一步的闡述。
[0024] 本發明所述的高強度澱粉基可降解材料，其由以下步驟製成：
[0025] -種高強度澱粉基可降解材料的製備方法，其包括以下步驟：
[0026] (1)改性澱粉的製備
[0027] 將100重量份澱粉、5-10重量份矽烷偶聯劑和10重量份濃度為l-2wt%的羧甲基 殼聚糖水溶液，在溫度為100-120°C，攪拌速度為150-200rpm的條件下攪拌30-60min，得到 改性澱粉；
[0028] (2)改性納米粒子的製備
[0029] 將納米粒子、表面活性劑和有機抗氧劑按照1.0 : 0.02-0. 05 : 0.02-0. 05的質 量比加入高速攪拌機中，在溫度為80-KKTC的條件下，攪拌速度為150-200rpm的條件下 攪拌50-75min形成改性納米粒子；所述的納米粒子為有機蒙脫土（0ΜΜΤ)和納米水滑石 (LDH)；
[0030] (3)製備高強度澱粉基可降解材料
[0031] 將所述改性澱粉、所述改性納米粒子和聚丙烯樹脂按照45-50 : 2-5 : 45-50的 質量比加入雙螺杆擠出機中熔融共混，在擠出溫度為180-210°C、螺杆轉速為180-21 Orpm 的條件下製備得到所述高強度澱粉基可降解材料。
[0032] 在本發明中，所述的有機抗氧劑可以是各種已知的有機抗氧劑；例如2,6_二叔丁 基對甲基苯酚（抗氧劑BHT)或三壬基化苯基亞磷酸酯（抗氧劑TNPP)
[0033] 在本發明中，所述的表面活性劑可以為各種類型的表面活性劑，但優選的是聚乙 烯多胺鹽、乙醇胺鹽或2-烷基氨基乙基咪唑啉， 申請人:通過大量的實驗無意中發現使用上 述表面活性劑有利於將表面改性的納米粒子均勻分散在聚丙烯材料中，進一步提高了材料 的強度。
[0034] 實施例1
[0035] 將100重量份玉米澱粉、5重量份乙烯基三乙氧基矽烷和10重量份濃度為 2wt%的羧甲基殼聚糖水溶液，利用高速攪拌機在溫度為120°C，攪拌速度為150-200rpm 的條件下攪拌45min，得到改性澱粉；將納米粒子、聚乙烯多胺鹽和抗氧劑BHT按照 1.0 : 0.03 : 0.03的質量比加入高速攪拌機中，在溫度為100°C的條件下，攪拌速度為 150-200rpm的條件下攪拌60min形成改性納米粒子；所述的納米粒子由80wt %的納米 0ΜΜΤ和20wt%的納米LDH組成；將所述改性澱粉、所述改性納米粒子和聚丙烯樹脂按照 48 : 2 : 50的質量比加入雙螺杆擠出機中熔融共混，在擠出溫度為180-2KTC、螺杆轉速 為180-210rpm的條件下製備得到所述高強度澱粉基可降解材料，其性能見表1。
[0036] 實施例2
[0037] 將100重量份玉米澱粉、10重量份乙烯基三甲氧基矽烷和10重量份濃度為2wt% 的羧甲基殼聚糖水溶液，利用高速攪拌機在溫度為100°c，攪拌速度為150-200rpm的條件 下攪拌45min，得到改性澱粉；將納米粒子、乙醇胺鹽和抗氧劑TNPP按照1.0 : 0.03 : 0.03 的質量比加入高速攪拌機中，在溫度為l〇〇°C的條件下，攪拌速度為150-200rpm的條件下 攪拌60min形成改性納米粒子；所述的納米粒子由70wt%的納米0ΜΜΤ和30wt%的納米LDH 組成；將所述改性澱粉、所述改性納米粒子和聚丙烯樹脂按照50 : 2 : 48的質量比加入雙 螺杆擠出機中熔融共混，在擠出溫度為180-2KTC、螺杆轉速為180-210rpm的條件下製備 得到所述高強度澱粉基可降解材料，其性能見表1。
[0038] 實施例3
[0039] 將100重量份玉米澱粉、8重量份乙烯基三氯矽烷和10重量份濃度為lwt %的 羧甲基殼聚糖水溶液，利用高速攪拌機在溫度為100°c，攪拌速度為150-200rpm的條件 下攪拌45min，得到改性澱粉；將納米粒子、2-烷基氨基乙基咪唑啉和抗氧劑TNPP按照 1.0 : 0.03 : 0.03的質量比加入高速攪拌機中，在溫度為100°C的條件下，攪拌速度為 150-200rpm的條件下攪拌60min形成改性納米粒子；所述的納米粒子由70wt%的納米 0ΜΜΤ和30wt%的納米LDH組成；將所述改性澱粉、所述改性納米粒子和聚丙烯樹脂按照 50 : 2 : 48的質量比加入雙螺杆擠出機中熔融共混，在擠出溫度為180-2KTC、螺杆轉速 為180-210rpm的條件下製備得到所述高強度澱粉基可降解材料，其性能見表1。
[0040] 實施例4
[0041] 將100重量份木薯澱粉、5重量份乙烯基三乙氧基矽烷和10重量份濃度為 2wt%的羧甲基殼聚糖水溶液，利用高速攪拌機在溫度為120°C，攪拌速度為150-200rpm 的條件下攪拌45min，得到改性澱粉；將納米粒子、聚乙烯多胺鹽和抗氧劑BHT按照 1.0 : 0.03 : 0.03的質量比加入高速攪拌機中，在溫度為100°C的條件下，攪拌速度為 150-200rpm的條件下攪拌60min形成改性納米粒子；所述的納米粒子由80wt%的納米 OMMT和20wt%的納米LDH組成；將所述改性澱粉、所述改性納米粒子和聚丙烯樹脂按照 48 : 2 : 50的質量比加入雙螺杆擠出機中熔融共混，在擠出溫度為180-2KTC、螺杆轉速 為180-210rpm的條件下製備得到所述高強度澱粉基可降解材料，其性能見表1。
[0042] 實施例5
[0043] 將100重量份木薯澱粉、10重量份乙烯基三甲氧基矽烷和10重量份濃度為2wt% 的羧甲基殼聚糖水溶液，利用高速攪拌機在溫度為100°c，攪拌速度為150-200rpm的條件 下攪拌45min，得到改性澱粉；將納米粒子、乙醇胺鹽和抗氧劑TNPP按照1.0 : 0.03 : 0.03 的質量比加入高速攪拌機中，在溫度為l〇〇°C的條件下，攪拌速度為150-200rpm的條件下 攪拌60min形成改性納米粒子；所述的納米粒子由70wt%的納米0ΜΜΤ和30wt%的納米LDH 組成；將所述改性澱粉、所述改性納米粒子和聚丙烯樹脂按照50 : 2 : 48的質量比加入雙 螺杆擠出機中熔融共混，在擠出溫度為180-2KTC、螺杆轉速為180-210rpm的條件下製備 得到所述高強度澱粉基可降解材料，其性能見表1。
[0044] 實施例6
[0045] 將100重量份木薯澱粉、8重量份乙烯基三氯矽烷和10重量份濃度為lwt%的 羧甲基殼聚糖水溶液，利用高速攪拌機在溫度為100°c，攪拌速度為150-200rpm的條件 下攪拌45min，得到改性澱粉；將納米粒子、2-烷基氨基乙基咪唑啉和抗氧劑TNPP按照 1.0 : 0.03 : 0.03的質量比加入高速攪拌機中，在溫度為100°C的條件下，攪拌速度為 150-200rpm的條件下攪拌60min形成改性納米粒子；所述的納米粒子由70wt %的納米 0ΜΜΤ和30wt%的納米LDH組成；將所述改性澱粉、所述改性納米粒子和聚丙烯樹脂按照 50 : 2 : 48的質量比加入雙螺杆擠出機中熔融共混，在擠出溫度為180-2KTC、螺杆轉速 為180-210rpm的條件下製備得到所述高強度澱粉基可降解材料，其性能見表1。
[0046] 對比例1
[0047] 將納米粒子、聚乙烯多胺鹽和抗氧劑BHT按照1.0 : 0.03 : 0.03的質量比加入 高速攪拌機中，在溫度為100°c的條件下，攪拌速度為150-200rpm的條件下攪拌60min形 成改性納米粒子；所述的納米粒子由80wt%的納米0ΜΜΤ和20wt%的納米LDH組成；將所 述改性納米粒子和聚丙烯樹脂按照2 : 50的質量比加入雙螺杆擠出機中熔融共混，在擠出 溫度為180-2KTC、螺杆轉速為180-210rpm的條件下製備得到所述高強度澱粉基可降解材 料，其性能見表2。
[0048] 對比例2
[0049] 將100重量份玉米澱粉、5重量份乙烯基三乙氧基矽烷和10重量份濃度為2wt % 的羧甲基殼聚糖水溶液，利用高速攪拌機在溫度為120°C，攪拌速度為150-200rpm的條件 下攪拌45min，得到改性澱粉；將所述改性澱粉和聚丙烯樹脂按照50 : 50的質量比加入雙 螺杆擠出機中熔融共混，在擠出溫度為180-2KTC、螺杆轉速為180-210rpm的條件下製備 得到所述高強度澱粉基可降解材料，其性能見表2。
[0050] 對比例3
[0051] 將100重量份玉米澱粉、5重量份乙烯基三乙氧基矽烷和10重量份濃度為2wt % 的羧甲基殼聚糖水溶液，利用高速攪拌機在溫度為120°C，攪拌速度為150-200rpm的 條件下攪拌45min,得到改性澱粉；將納米粒子、乙烯基三乙氧基娃燒和抗氧劑BHT按照 1.0 : 0.03 : 0.03的質量比加入高速攪拌機中，在溫度為100°C的條件下，攪拌速度為 150-200rpm的條件下攪拌60min形成改性納米粒子；所述的納米粒子由80wt %的納米 OMMT和20wt%的納米LDH組成；將所述改性澱粉、所述改性納米粒子和聚丙烯樹脂按照 48 : 2 : 50的質量比加入雙螺杆擠出機中熔融共混，在擠出溫度為180-2KTC、螺杆轉速 為180-210rpm的條件下製備得到所述高強度澱粉基可降解材料，其性能見表2。
[0052] 對比例4
[0053] 將100重量份玉米澱粉、5重量份乙烯基三乙氧基矽烷和10重量份濃度為2wt % 的羧甲基殼聚糖水溶液，利用高速攪拌機在溫度為120°C，攪拌速度為150-200rpm的 條件下攪拌45min，得到改性澱粉；將納米0ΜΜΤ粒子、聚乙烯多胺鹽和抗氧劑BHT按照 1.0 : 0.03 : 0.03的質量比加入高速攪拌機中，在溫度為100°C的條件下，攪拌速度為 150-200rpm的條件下攪拌60min形成改性納米粒子；將所述改性澱粉、所述改性納米粒子 和聚丙烯樹脂按照48 : 2 : 50的質量比加入雙螺杆擠出機中熔融共混，在擠出溫度為 180-2KTC、螺杆轉速為180-210rpm的條件下製備得到所述高強度澱粉基可降解材料，其 性能見表2。
[0054] 對比例5
[0055] 將100重量份玉米澱粉、5重量份乙烯基三乙氧基矽烷和10重量份濃度為2wt % 的羧甲基殼聚糖水溶液，利用高速攪拌機在溫度為120°C，攪拌速度為150-200rpm的 條件下攪拌45min，得到改性澱粉；將納米LDH粒子、聚乙烯多胺鹽和抗氧劑BHT按照 1.0 : 0.03 : 0.03的質量比加入高速攪拌機中，在溫度為100°C的條件下，攪拌速度為 150-200rpm的條件下攪拌60min形成改性納米粒子；將所述改性澱粉、所述改性納米粒子 和聚丙烯樹脂按照48 : 2 : 50的質量比加入雙螺杆擠出機中熔融共混，在擠出溫度為 180-2KTC、螺杆轉速為180-210rpm的條件下製備得到所述高強度澱粉基可降解材料，其 性能見表2。
[0056] 對比例6
[0057] 將100重量份玉米澱粉、5重量份乙烯基三乙氧基矽烷和10重量份濃度為2wt % 的羧甲基殼聚糖水溶液，利用高速攪拌機在溫度為120°C，攪拌速度為150-200rpm的條件 下攪拌45min，得到改性澱粉；將納米粒子和抗氧劑BHT按照1. 0 : 0. 03的質量比加入高 速攪拌機中，在溫度為100°c的條件下，攪拌速度為150-200rpm的條件下攪拌60min形成改 性納米粒子；所述的納米粒子由80wt%的納米0ΜΜΤ和20wt%的納米LDH組成；將所述改性 澱粉、所述改性納米粒子和聚丙烯樹脂按照48 : 2 : 50的質量比加入雙螺杆擠出機中熔 融共混，在擠出溫度為180-2KTC、螺杆轉速為180-210rpm的條件下製備得到所述高強度 澱粉基可降解材料，其性能見表1。
[0058] 表1實施例產品技術性能表
[0059]
【權利要求】
1. 一種高強度澱粉基可降解材料的製備方法，其特徵在於包括以下步驟： (1) 改性澱粉的製備 將100重量份澱粉、5-10重量份矽烷偶聯劑和10重量份濃度為l-2wt%的羧甲基殼聚 糖水溶液，在溫度為100-120°C條件下攪拌30-60min，得到改性澱粉； (2) 改性納米粒子的製備 將納米粒子、表面活性劑和有機抗氧劑按照1.0 : 0.02-0. 05 : 0.02-0. 05的質量比 充分混合，形成改性納米粒子；所述的納米粒子為有機蒙脫土和納米水滑石； (3) 製備高強度澱粉基可降解材料 將所述改性澱粉、所述改性納米粒子和聚丙烯樹脂按照45-50 : 2-5 : 45-50的質量 比加入雙螺杆擠出機中熔融共混，在擠出溫度為180-2KTC的條件下製備得到高強度澱粉 基可降解材料。
2. 根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於所述納米粒子中由60-80wt%的有機 蒙脫土和20-40wt%的納米水滑石組成。
3. 根據權利要求1或2所述的製備方法，其特徵在於所述納米粒子的粒徑為5-100nm。
4. 根據權利要求1-3任一項所述的製備方法，其特徵在於所述矽烷偶聯劑選自乙烯基 二乙氧基娃燒、乙稀基二甲氧基娃燒或乙稀基二氣娃燒中的一種或幾種。
5. 根據權利要求1-3任一項所述的製備方法，其特徵在於所述的表面活性劑選自聚乙 烯多胺鹽、乙醇胺鹽或2-烷基氨基乙基咪唑啉中的一種或幾種。
6. 根據權利要求1-3任一項所述的製備方法，其特徵在於所述澱粉為玉米澱粉或木薯 澱粉。
7. 根據權利要求1-3任一項所述的製備方法，其特徵在於其包括以下步驟： (1) 改性澱粉的製備 將100重量份澱粉、5-10重量份矽烷偶聯劑和10重量份濃度為l-2wt%的羧甲基殼聚 糖水溶液，在溫度為100_120°C，攪拌速度為150-200rpm的條件下攪拌30-60min，得到改性 澱粉； (2) 改性納米粒子的製備 將納米粒子、表面活性劑和有機抗氧劑按照1.0 : 0.02-0. 05 : 0.02-0. 05的質量比 加入高速攪拌機中，在溫度為80-100°C的條件下，攪拌速度為150-200rpm的條件下攪拌 50-75min形成改性納米粒子；所述的納米粒子為有機蒙脫土和納米水滑石； (3) 製備高強度澱粉基可降解材料 將所述改性澱粉、所述改性納米粒子和聚丙烯樹脂按照45-50 : 2-5 : 45-50的質量 比加入雙螺杆擠出機中熔融共混，在擠出溫度為180-2KTC、螺杆轉速為180-210rpm的條 件下製備得到所述高強度澱粉基可降解材料。
8. -種高強度澱粉基可降解材料，其特徵在於所述的高強度澱粉基可降解材料由權利 要求1-7任一項所述的製備方法製備得到。
【文檔編號】C08L5/08GK104140587SQ201310165013
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2013年5月8日 優先權日:2013年5月8日
【發明者】梁雄輝 申請人:梁雄輝