一种用于降解塑料的微细化改性淀粉及制备方法技术

本发明专利技术涉及生物塑料领域，公开了一种用于降解塑料的微细化改性淀粉及制备方法，细微化改性淀粉主要由原淀粉、PEG

【技术实现步骤摘要】
一种用于降解塑料的微细化改性淀粉及制备方法


[0001]本专利技术涉及生物塑料领域，特别是涉及一种用于降解塑料的微细化改性淀粉及制备方法。

技术介绍

[0002]全生物降解塑料是一种新型的环保材料，由于含有易被微生物分解的活性基团如羟基、酯基、羧基等，使其在自然环境中能够在微生物的作用下，极易被分解成为水、二氧化碳及矿物，从而回归大自然。因此，全生物降解塑料成为解决塑料废弃物污染环境的有效途径之一。
[0003]随着环保要求的不断提高，全生物降解塑料被大力发展和推行使用，并且已经在各类购物袋、包装盒、一次性刀叉中得到了广泛应用。然而，目前全生物降解塑料成本相对较高，如PLA、PBAT、PBS、PCL、PHA等的成本均在2
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3万元/吨左右。高成本阻碍了全生物降解塑料的规模化生产和应用，如何降低成本成为推进全生物降解塑料使用中迫切需要解决的问题。
[0004]淀粉作为一种可再生、成本低廉的生物质材料，在用于降低PLA、PBAT、PBS、PCL、PHA等的成本上具有重要的意义。根据目前的技术推进，淀粉已被改性用于PBAT制备薄膜，并表现出了良好的降低成本效果。例如，中国专利技术专利公开号CN108948681A中公开了一种淀粉改性全生物基PBAT生物降解塑料及其制备方法，该制备方法首先将合成的全生物基PBAT生物降解树脂与淀粉进行真空干燥，然后在高混机内加入上述干燥后的全生物基PBAT生物降解树脂、淀粉以及扩链剂、抗氧剂、增塑剂、润滑剂、热稳定剂，混合均匀，然后将所得混合物料经过双螺杆挤出机器挤出造粒，最后将该复合塑料粒在一定温度下进行吹膜，即得。该方法制得的淀粉改性全生物基PBAT生物降解塑料，复合改性后符合完全降解的要求的同时，增强了纯PBAT树脂的力学性能，且有效的降低了生产成本，更有利于市场推广应用。
[0005]随着全生物降解塑料的发展，生物质淀粉在整个全生物塑料产业链占有的地位不断提高。因此，有必要在以往研究的基础上进一步研究淀粉的深度处理，从而增加淀粉在全生物降解塑料中的用量，而不影响其强度等基本使用性能。
[0006]目前已知的公知技术，淀粉是由单一类型的糖单元组成的高聚糖，淀粉邻近分子间以氢键相互作用形成微晶结构的完整颗粒，使得淀粉结晶度高。确切地说，淀粉就是一个刚性离子，用于全生物降解塑料如同碳酸钙等无机材料一样属于一般的填充，其添加量是有限的。
[0007]如果将淀粉的结晶度适度地破坏，淀粉会具有一定的热塑性，这会使的淀粉在全生物降解塑料中的加入量有所提升。采用水和多元醇甘油等作为增塑剂，渗透淀粉，可以破坏淀粉的微晶，使大分子无序线性排列，从而使就可以使原天然淀粉具有热塑性。例如，中国专利技术专利公开号CN101870774A中公开一种生物淀粉降解塑料母粒，按重量比由以下成分构成：生物细化淀粉70
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80%、增韧剂7
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10%、引发剂0.5%
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2%、改性剂4%
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7%、增塑剂1%
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3%、润
滑加工助剂3%
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6%。生产时，通过淀粉细化工序、淀粉高速混合工序制成生物淀粉降解塑料母粒，并利用该母粒制成降解塑料制品，工艺简单、成本较低。
[0008]但是，采用增塑剂虽然能增加淀粉用于全生物降解塑料的均匀性、细腻程度，但得到薄膜的刚度和强度较差。而将淀粉微细化，淀粉微细颗粒的部分氢键破坏，淀粉分子变构无序化，会具有一定的热塑性，同时还保留淀粉刚性。
[0009]现有技术制备微细化改性淀粉主要是采用研磨、气流粉碎等物理破碎和表面偶联改性剂进行处理，微细化淀粉不仅可使淀粉颗粒形状发生较大变化，而且淀粉的许多物性也随之改变，如比表面积增加、分子整体结构松弛、结晶度下降、分子量降低等，从而使淀粉的无序化程度增加，反应活性提高、填充性能得到改善。在将微细化淀粉用于生物塑料时，对淀粉的改性要求较高，简单的偶联难以达到使用要求。同时，虽然微细化淀粉的表面分子链通常处于无序状态，但是分子链间很容易借氢键吸引到一起，重新进行有序的排列形成结晶，逐步导致微细淀粉颗粒结团硬化，从而影响其在生物降解塑料中的分散使用。
[0010]同时，在研磨细化过程中随着颗粒粒径的减小，被粉碎物料的结晶均匀性增大，颗粒强度增大，断裂能提高，粉碎所需的机械应力也大大增加，因而颗粒度越细，粉碎的难度就越大，粉碎至一定程度后，尽管继续施加机械应力，粉体物料的粒度不再继续减小或减小的速度相当缓慢，这使得淀粉细化难度加大。
[0011]当淀粉颗粒细化到一定程度时，由于表面能的增加，颗粒间相互吸引力随之增大，造成颗粒间的重新聚集成团，这种微粒间的再团聚将直接影响着热塑性微细化淀粉的应用，因此，要想细化淀粉在全生物降解塑料中表现优异，需要使淀粉进一步细化降低结晶度，同时防止细化淀粉再团聚结晶。
[0012]根据上述，现有技术中在将淀粉应用到全生物降解塑料时面临着添加量偏低、微细化困难以及应用效果不佳等问题，为克服上述缺陷，本专利技术提出一种用于降解塑料的微细化改性淀粉及制备方法。

技术实现思路

[0013]为了实现生物质淀粉在全生物降解塑料中的高添加使用，有效降低成本而不影响强度等使用性能，本专利技术提出一种用于降解塑料的微细化改性淀粉及制备方法，其关键的技术是使淀粉细化降低结晶度，深度细化淀粉，在细化的同时对细化淀粉进行界面改性，从而增加分散性以及与全生物降解塑料的相容性。
[0014]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种用于降解塑料的微细化改性淀粉的制备方法，具体方法如下：（1）将原淀粉加入高速混合机中，控制高速混合机的温度为80
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90℃，封闭高速混合机，低速搅拌20
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30min后加入PEG
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6000，调至高速搅拌15
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25min；然后将高速混合机升温至100℃，打开排气阀，排除水分；放料至冷却锅，搅拌冷却至室温，得到预处理淀粉；（2）将预处理淀粉、分散剂按照质量比100:1混合均匀，加入对撞式气流粉碎机，在高速气流作用下对撞粉碎细化，收集得到预处理微细化淀粉；（3）将步骤（2）得到的预处理微细化淀粉、丙交酯、辛酸亚锡混合均匀，在密闭充氮反应釜中90℃条件下陈放2天，然后在110℃下陈放1天；冷却至室温，加入对撞式气流粉碎机，在高速气流作用下对撞粉碎细化，得到用于降解塑料的微细化改性淀粉。
[0015]优选的，步骤（1）中所述原淀粉选用100目的玉米淀粉、木薯淀粉、豌豆淀粉中的至少一种。原淀粉自然含水8%~10%。通过在80
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90℃处理原淀粉，利用原淀粉的自然含水是淀粉颗粒表面糊化而破坏结晶，这样有利于PEG
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6000浸入大颗粒淀粉。
[0016]常规的，本领域技术人员使用液态增塑剂，尽管减弱了淀粉氢键，但也使淀粉变为柔性态，很难再细化。
[0017]本专利技术使用PEG
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6000处理淀粉，PEG
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于降解塑料的微细化改性淀粉的制备方法，其特征在于，具体制备方法如下：（1）将原淀粉加入高速混合机中，控制高速混合机的温度为80
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90℃，封闭高速混合机，低速搅拌20
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30min后加入PEG
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6000，调至高速搅拌15
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25min；然后将高速混合机升温至100℃，打开排气阀，排除水分；放料至冷却锅，搅拌冷却至室温，得到预处理淀粉；（2）将预处理淀粉、分散剂按照质量比100:1混合均匀，加入到对撞式气流粉碎机中，在高速气流作用下对撞粉碎细化，收集得到预处理微细化淀粉；（3）将步骤（2）得到的预处理微细化淀粉、丙交酯、辛酸亚锡混合均匀，在密闭充氮反应釜中90℃条件下陈放2天，110℃陈放1天；冷却至室温，加入到对撞式气流粉碎机中，在高速气流作用下对撞粉碎细化，得到用于降解塑料的微细化改性淀粉。2.根据权利要求1所述的一种用于降解塑料的微细化改性淀粉的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述原淀粉选用100目的玉米淀粉、木薯淀粉、豌豆淀粉中的至少一种。3.根据权利要求1所述的一种用于降解塑料的微细化改性淀粉的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾军堂，陈庆，司文彬，李钧，霍庆城，
申请(专利权)人：成都新柯力化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：