Hd全生物降解包裝材料及其製備的製作方法
2023-05-05 18:29:31
專利名稱：Hd全生物降解包裝材料及其製備的製作方法
技術領域：
本發明涉及高分子化合物的組合物，特別是涉及生物降解塑料技術，尤其是涉及HD全生物降解包裝材料及其製備方法。
背景技術：
高分子材料具有良好的功能性和實用性，在社會建設和人們的日常生活中發揮著巨大作用。然而，傳統高分子材料的生產應用所引發的環境問題也日益受到關注一是由於其不可降解性所造成的「白色汚染」，已嚴重威脅了生態環境；ニ是它們通常來源於石油這種不可再生資源，而全球的石油儲量是有限的。因此，研製綠色環保材料是解決環境汙染、資源枯竭問題的根本途徑之一。澱粉作為ー種可完全降解的天然高分子，以來源豐富、價格低廉的優勢成為這ー領域的研究熱點。目前，澱粉類降解塑料佔總降解塑料產量的2/3。聚 乳酸(PLA)是ー種人工合成的可生物降解聚酯，廢棄後短時期內即可在微生物、酸、鹼等作用下徹底被分解成CO2和H2O,其合成単體乳酸能夠以自然界中取之不竭的糖類物質，如澱粉、纖維素等為最初原料，經酶解、發酵後得到，不依賴於石油，甚至可以利用一些廢棄物，如製糖エ業的副產品糖蜜，乳品エ業的副產品乳清以及造紙エ業的亞硫酸鹽紙漿廢液來發酵生產乳酸。由於生物相容性優良，PLA被廣泛應用於生物醫學領域。近幾十年來，隨著人們環保意識的提高和生產、改性技術的進歩，PLA在包裝、紡織等行業也成為極具發展前途的新興材料。將PLA與澱粉共混，可以在保證體系具有環境友好性的同時，利用PLA的高強度和疏水性提高澱粉基塑料在力學性能、耐水性能等方面的不足。對於價格相對較高的微生物合成或人工合成的可降解聚合物，與澱粉共混也將是在滿足使用性能的前提下降低成本的有效途徑。因此，只有通過生物降解塑料與澱粉共混，提高澱粉含量降低成本，採用エ業化生產過程，提高產品性價比，才能得到廣泛推廣和應用。
發明內容
本發明要解決的技術問題在於避免上述現有技術的不足之處而提出ー種HD全生物降解包裝材料及其製備方法；本發明HD全生物降解包裝材料性能好、能夠被環境中有機微生物降解；其製備方法簡單、成本低；並且其符合資源替代和產品環保的塑料包裝エ業可持續發展的要求，是ー種具有很大發展潛カ和市場需求的HD全生物降解包裝材料。本發明解決所述技術問題採用的技術方案是提供ー種HD全生物降解包裝材料，其各組份有如下的重量百分比胺化澱粉為40% 80%，聚乳酸為15% 45%，增塑劑為2% 10%，交聯劑為1% 5%，潤滑劑為
O.5% 1%，剩餘量是其它助劑，所述其它助劑為O. 5% 1%。所述HD全生物降解包裝材料的各組份詳細說明如下胺化澱粉所述胺化澱粉包括澱粉和澱粉胺化劑，其各組份的重量百分比澱粉為85% 95%，所述醯胺或聚丙烯醯胺為5% 15%。所述澱粉是來源於植物的玉米澱粉、木薯澱粉、土豆澱粉、小麥澱粉及高支鏈澱粉中的任何一種，優先選用玉米澱粉。所述澱粉胺化劑是醯胺類化合物，優先選用甲醯胺或丙烯醯胺中的任何一種。一般澱粉的結晶度較高，達到40%，實際上是無法進行塑化加工的；將澱粉胺化，一方面可以降低加工過程中澱粉凝膠化的速度，另一方面可以減少混合物中水份的含量。所述胺化澱粉的製備方法是按重量百分比將85 % 95 %的澱粉和5 % 15 %的澱粉胺化劑稱好重量；將稱好重量的所述澱粉置於高速攪拌反應釜中，緩慢加熱並開啟高速攪拌反應釜攪拌，待所述澱粉溫度達到60 65°C時，緩慢加入稱好重量的所述澱粉胺化齊U，保持60 65°C的恆溫，並以900-1200轉/分鐘的高速攪拌25 35分鐘，再降溫冷卻至室溫，放料即得到所述胺化澱粉。聚乳酸所述聚乳酸是吹膜級聚乳酸的一種增塑劑 所述增塑劑是脂肪族多元醇的一種或多種的混合物。選用所述增塑劑應具備以下幾點①增塑劑必須能夠與胺化澱粉、聚乳酸是完全相容的化合物增塑劑不但能夠降低聚乳酸的熔點，而且能夠改變其流動性增塑劑的沸點要高於所選組份混合物的加工溫度增塑劑中必須富含有羥基。增塑劑的選擇和用量至關重要，不但決定所述HD全生物降解包裝材料的整體加工參數，而且決定所述HD全生物降解包裝材料力學性能的優異。交聯劑所述交聯劑是硼砂、硼酸鈉、硼酸鈉鎂或含硼化合物中的任何一種。將胺化澱粉和聚乳酸在增塑劑存在的情況下，通過機械共混，主體組份通過交聯劑與混合組份中的羥基、醛基形成網狀結構化合物，而成為較好交聯體系，並且交聯劑還具有以下作用①增加親水基的官能團和親油基官能團的相互結合，提高所述HD全生物降解包裝材料的力學性能；②提高所述HD全生物降解包裝材料的透明度；③提高所述HD全生物降解包裝材料的強度。潤滑劑所述潤滑劑是液體石蠟、聚氧乙烯蠟或微晶蠟中的任何一種。潤滑劑可以選擇塑料加工中常用的烴類、脂肪酸醯胺中的一種或幾種的混合物。例如可以用烯烴類潤滑劑中的液體石蠟、聚氧乙烯蠟，這種潤滑劑一般用量較大而價格低廉，而脂肪酸醯胺類潤滑劑用量較少而價格較貴。其它助劑所述其它助劑是常規包裝工業所用的抗老化劑、賦形劑、增白劑等化學助劑中的一種或多種的混合物，抗老化劑是蔗糖酯、賦形劑是硬脂酸鈉、增白劑鈦白粉。這些助劑在所述HD全生物降解包裝材料中用量較少，但效果比較明顯。上述所提到的所有原料和助劑可全部在市場上購買得到。所述HD全生物降解包裝材料製備所用的設備高速攪拌反應釜採用多功能分散反應釜，集低速強力攪拌和高速分散於一體，對能變性物料具有很好的適應性，攪拌分散同時進行並保證各種物料不揮發損失；特別適合澱粉胺化，聚乳酸改性的反應體系。高速攪拌反應釜為本公司加工生產或北京華新科塑料有限公司製造的高速攪拌反應釜，其型號為SHR-200.低速攪拌速度為500-750r/min(轉/分鐘)，高速攪拌速度為900-1200r/min (轉/分鐘)。擠出機採用本公司研製生產的擠出機擠出造成粒，或南京傑恩特機電有限公司製造的擠出機，其型號為SJ_45.無須其它設備，使用擠出機的特點(1)擠出機能夠克服其它擠出機造粒時因熔體粘度較大，不易進料的缺點；(2)擠出機溫度調解能夠保證了物料所需的流動性和剪切力，以及各物料間的摻混均勻程度；(3)擠出機保證了澱粉中原有水份的不蒸發損失，以方便控制物料的含水量；(4)擠出機的螺杆結構採用多級壓縮捏合保證了所有物料的塑化過程；(5)擠出機主要控制溫度有四段，它們分別是85 95°C、120 130°C、130 140°C、140 150°C ； 吹膜機及片材機 用適合於聚丙烯、聚こ烯加工的普通吹膜機及片材機加工，在本發明中加工時控制溫度有五段分別是機體溫度140 150°C、150 160°C、150 160°C、155 165°C模頭溫度130 140°C。 本發明還提出了一種製造上述HD全生物降解包裝材料的製備方法，包括以下步驟①用澱粉胺化劑將澱粉胺化，得到胺化澱粉；②按重量百分比將40% 80%的胺化澱粉、15% 45%的聚乳酸、2% 10%的增塑劑、I % 5%的交聯劑、O. 5% I %的潤滑劑和剩餘量的其它助劑稱好重量，先將稱好量的所述胺化澱粉和所述聚乳酸倒入高速攪拌反應釜，開始以500-750轉/分鐘的低速攪拌4 6分鐘，然後加入稱好重量的所述增塑劑、所述交聯劑、所述潤滑劑和所述其它助齊U，並以900-1200轉/分鐘的高速攪拌8 12分鐘後，再轉入500-750轉/分鐘的低速攪拌8 12分鐘，然後放料既得到所述混合物，在整個混料過程中物料溫度控制在< 50°C。③將從步驟②得到的混合物造粒，用擠出機造粒，所述擠出機主要控制溫度有四段，它們分別是85 95°C、120 130°C、130 140°C、140 150°C ；④將從步驟③擠出的粒料用適合於聚丙烯、聚こ烯加工的吹膜機及片材機製得所述HD全生物降解包裝材料，加工時控制溫度有五段，它們分別是機體溫度140 150°C、150 160°C、150 160°C、155 165°C，模頭溫度130 140°C。同現有技術相比較，本發明的有益效果在於本發明HD全生物降解包裝材料各組份的原料可全部在市場上購買得到，而且價格便宜；再加上本發明製備方法簡單、製造成本也低；本發明HD全生物降解包裝材料組份中大部分採用胺化澱粉、聚乳酸及少量的增塑劑、交聯劑，這樣使其成本更低、性能也好、能夠被環境中有機微生物降解；並且其符合資源替代和產品環保的塑料包裝エ業可持續發展的要求，是ー種具有很大發展潛カ和市場需求的HD全生物降解包裝材料。
具體實施例方式下面通過各實施例對本發明作進ー步詳細說明。實施例I
(I).按以下重量進行原料配比胺化澱粉70%、聚乳酸20%、增塑劑8%、交聯劑1%、潤滑劑0. 5%、其它助劑:0. 5%0所述胺化澱粉採用玉米澱粉和聚丙烯醯胺進行胺化所製備，其重量百分比是玉米澱粉90%，聚丙烯醯胺10%。所述聚乳酸20%，所述增塑劑是乙二醇，所述交聯劑是硼酸鈉，所述潤滑劑是聚氧乙烯蠟，所述其它助劑是蔗糖酯、硬脂酸鈉、鈦白粉的混合物(2).本實施例的HD全生物降解包裝材料製備方法步驟如下①澱粉進行胺化先將稱好重量的所述玉米澱粉置於高速攪拌反應釜中，緩慢加熱並開啟高速攪拌反應釜開始攪拌，待所述澱粉溫度達到60 65°C時，緩慢加入稱好重量的所述丙烯醯胺，保持60 65°C的恆溫，並以900-1200轉/分鐘的高速攪拌25 35分鐘，再降溫冷卻至室溫，放料即得到所述胺化澱粉；②混料將稱好量的所述胺化澱粉和所述聚乳酸倒入高速攪拌反應釜，開始以500-750轉/分鐘的低速攪拌4 6分鐘，然後加入稱好量的所述增塑劑、所述交聯劑、所述潤滑劑和所述其它助劑，並以900-1200轉/分鐘的高速攪拌8 12分鐘後，再轉入500-750轉/分鐘的低速攪拌8 12分鐘，然後放料既得到所述混合物，在整個混料過程中物料溫度控制在< 50°C。
③擠出機擠出造粒將從步驟②得到的混合物倒入擠出機造粒，擠出機主要控制溫度有四段分別是90°C、125°C、135°C、145°C ；④將從步驟③擠出的粒料用適合於PP (聚丙烯)、PE (聚乙烯)吹膜的吹膜機吹膜製備得到本實施例的所述HD全生物降解包裝材料，吹膜時控制溫度有五段分別是機體溫度145°C、155°C、155°C、160°C，模頭溫度135°C⑤將從步驟③擠出的粒料用適合於PP (聚丙烯)、PE (聚乙烯)吹膜的片材機吹膜製備得到本實施例的所述HD全生物降解包裝材料，製片時控制溫度有五段分別是機體溫度145°C、155°C、155°C、160°C，模頭溫度135°C。實施例2(I).按以下重量進行原料配比胺化澱粉60%、聚乳酸30%、增塑劑8%、交聯劑1%、潤滑劑:0. 5%、其它助劑:0. 5%0所述胺化澱粉採用玉米澱粉和聚丙烯醯胺進行胺化所製備，其重量百分比是玉米澱粉90%，聚丙烯醯胺10%，所述聚乳酸採用聚乳酸30%，所述增塑劑是乙二醇，所述交聯劑是硼酸鈉，所述潤滑劑是聚氧乙烯蠟，所述其它助劑是蔗糖酯、硬脂酸鈉、鈦白粉的混合物。
(2).本實施例的HD全生物降解包裝材料製備方法步驟同實施例I。實施例3(I).按以下重量進行原料配比胺化澱粉50%、聚乳酸40%、增塑劑8%、交聯劑1%、潤滑劑:0. 5%、其它助劑0. 5%0所述胺化澱粉採用玉米澱粉和聚丙烯醯胺進行胺化所製備，其重量百分比是玉米澱粉90%，聚丙烯醯胺10%，所述聚乳酸採用聚乳酸40%，所述增塑劑是こニ醇，
所述交聯劑是硼酸鈉，所述潤滑劑是聚氧こ烯蠟，所述其它助劑是蔗糖酷、硬脂酸鈉、鈦白粉的混合物(2).本實施例的HD全生物降解包裝材料製備方法步驟同實施例I。以上所述實施例僅表達了本發明的優選實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制；應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍；因此，凡跟本發明權利要求範圍所做的等同變換與修飾，均應屬於本發明權利要求的涵蓋範圍。
權利要求
1.ー種HD全生物降解包裝材料，其特徵在於所述包裝膜各組份有如下的重量百分比 胺化澱粉為15% 45% 聚乳酸為40% 80% 增塑劑為2% 10% 交聯劑為1% 5% 潤滑劑為0. 5% 1% 剰餘量是其它助劑。
2.根據權利要求I所述的HD全生物降解包裝材料，其特徵在於 所述胺化澱粉包括澱粉和澱粉胺化劑，所述澱粉胺化劑是甲醯胺或丙烯醯胺中的任何ー種；其各組份的重量百分比澱粉為85% 95%，甲醯胺或丙烯醯胺為5% 15%。
所述澱粉是玉米澱粉、木薯澱粉、土豆澱粉、小麥澱粉及高支鏈澱粉中的任何ー種。
3.根據權利要求I所述的HD全生物降解包裝材料，其特徵在於 所述聚乳酸是吹膜級聚乳酸的ー種。
4.根據權利要求I所述的HD全生物降解包裝材料，其特徵在於 所述增塑劑是脂肪族多元醇的ー種或多種的混合物。
5.根據權利要求I所述的HD全生物降解包裝材料，其特徵在於 所述交聯劑是硼砂、硼酸鈉、硼酸鈉鎂或含硼化合物中的任何ー種。
6.根據權利要求I所述的HD全生物降解包裝材料，其特徵在於 所述潤滑劑是液體石蠟、聚氧こ烯蠟或微晶蠟中的任何ー種。
7.根據權利要求I所述的HD全生物降解包裝材料，其特徵在於 所述其它助劑包括抗老化劑、賦形劑和增白劑的ー種或多種的混合物。
8.—種製造權利要求I所述HD全生物降解包裝材料的製備方法，其特徵在於包括以下步驟 ①用澱粉胺化劑將澱粉胺化，得到胺化澱粉； ②按重量百分比將15% 45%的胺化澱粉、40% 80%的聚乳酸、2% 10%的增塑劑、1% 5%的交聯劑、0. 5% I %的潤滑劑和剩餘量的其它助劑稱好重量，先將稱好量的所述胺化澱粉和所述聚乳酸倒入高速攪拌反應釜，開始以500-750轉/分鐘的低速攪拌4 6分鐘，然後加入稱好重量的所述增塑劑、所述交聯劑、所述潤滑劑和所述其它助劑，並以900-1200轉/分鐘的高速攪拌8 12分鐘後，再轉入500-750轉/分鐘的低速攪拌8 12分鐘，然後放料即得到所述混合物，在整個混料過程中物料溫度控制在< 50°C。
③將從步驟②得到的混合物用擠出機造粒，所述擠出機主要控制溫度有四段，它們分別是85 95°C、120 130°C、130 140°C、140 150°C ； ④將從步驟③擠出的粒料用適合於聚丙烯、聚こ烯吹膜的吹膜機吹膜；適合於聚丙烯、聚こ烯製片的片材機製片，製得所述HD全生物降解包裝材料吹膜、製片控制溫度分別是機體溫度140 150°C、150 160°C、150 160°C、155 165°C模頭溫度130 140°C。
9.根據權利要求I所述的HD全生物降解包裝材料的製備方法，其特徵在於所述步驟①中胺化澱粉的製備方法是按重量百分比將85% 95%的澱粉和5% 15%的澱粉胺化劑稱好重量，所述澱粉是玉米澱粉、木薯澱粉、土豆澱粉、小麥澱粉及高支鏈澱粉中的任何ー種，所述澱粉胺化劑是甲醯胺或丙烯醯胺中的任何ー種；將稱好重量的所述澱粉置於 高速攪拌反應釜中，緩慢加熱並開啟高速攪拌反應釜開始攪拌，待所述澱粉溫度達到60 65°C吋，緩慢加入稱好重量的所述澱粉胺化劑，保持60 650C的恆溫，並以900-1200轉/分鐘的高速攪拌25 35分鐘，再降溫冷卻至室溫，放料即得到所述胺化澱粉。
全文摘要
一種HD全生物降解包裝材料，其各組份有如下的重量百分比胺化澱粉為15％～45％，聚乳酸為40％～80％，增塑劑為2％～10％，交聯劑為1％～5％，潤滑劑為0.5％～1％，剩餘量是其它助劑。本發明還提出了一種製造上述全生物降解包裝材料的製備方法。本發明HD全生物降解包裝材料性能好、能夠被環境中有機微生物降解；其製備方法簡單、成本低；並且其符合低碳、環保、永續的降解材料的產品的要求，是一種具有很大發展潛力和市場需求的HD全生物降解包裝材料。
文檔編號B29B9/06GK102731841SQ201110090459
公開日2012年10月17日 申請日期2011年4月12日 優先權日2011年4月12日
發明者王亞娟, 白維 申請人:河北華丹完全生物降解塑料有限公司