[发明专利]全生物降解淀粉基原位纤维增强复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及淀粉基复合材料，特别涉及全生物降解淀粉基原位纤维增强复合材料及其制备方法。

背景技术

天然淀粉来源丰富，价格便宜可再生，在众多生物质基高分子可降解材料中，淀粉基生物可降解材料的研究尤其引人关注。淀粉基生物可降解材料能在多种环境下被生物降解，最终降解产物二氧化碳和水可通过光合作用进行再循环，不会对环境产生任何污染。多年来，国内外对淀粉基生物降解材料的研究非常重视，但是纯的热塑性淀粉材料力学性能太差，无法单独使用，需要与其他人工合成可降解高分子材料进行共混或者复合改性，才能制备出具有与通用塑料类似理化性能的淀粉基生物可降解材料。但是人工合成可降解高分子的成本较高，限制了淀粉基材料的推广应用。目前，如何降低淀粉基材料中人工合成可降解高分子的添加量已成为淀粉基生物降解材料领域研究的一大热点。

纤维增强是聚合物改性中一种非常普遍的方法。鉴于传统的将无机或者有机宏观纤维加入到树脂基体中会使得复合材料的加工粘度急剧增大并且增加了对加工机械的磨耗，一种原位成纤的增强方式引起了人们的关注。原位成纤复合材料是指相容性有限的两种聚合物在熔融共混过程中，分散相因受剪切、拉伸作用而沿流动方向变形、取向，在基体中原位形成纤维，所得的复合材料。原位成纤的机理是：乳液在静置时分散液滴在界面作用下会保持球形，而在流动中则有变形、取向的趋势。当相容性有限的两种聚合物熔融共混时，情况与乳液类似，静置时分散相会保持球形粒子的形态，而在承受了剪切、拉伸等作用发生流动时，分散球粒友生变形取向。由于大分子间的缠结特性，高分子液滴不会像小分子那样容易破裂，其最大形变值可以很大，从而可形成长径比较大的微纤。目前原位成纤维复合技术在人工合成高分子材料领域的研究已经展开，但在淀粉基生物降解材料领域，原位复合成纤技术还没有被应用。本发明制备的全生物降解淀粉基原位纤维增强复合材料所含的热塑性淀粉高达80%以上，且具有较好的加工性能和应用性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种全生物降解淀粉基原位纤维增强复合材料及其制备方法，为减少人工合成可降解高分子的含量，制备低成本，加工性能、应用性能优良，可大规模推广应用的新型全生物降解淀粉基材料。

本发明的技术方案是：

一种全生物降解淀粉基原位纤维增强复合材料，其特征在于，它的组分及各组分的重量份为：天然淀粉60～80份、增塑剂15～25份、成纤树脂5～20份、增容剂0.5～2份。

一种制备全生物降解淀粉基原位纤维增强复合材料的方法，其特征在于，其步骤是：

第一步，配料预混：按重量比配比取天然淀粉60～80份、增塑剂15～25份、成纤树脂5～20份、增容剂0.5～2份，在高速混合机中搅拌混匀20～30 min；

第二步，熔融共混造粒：将预混料后的配料置于双螺杆挤出机中熔融共混并挤出，挤出温度145～190℃，口模温度130～170℃，挤出机螺杆转速为20～40转/分钟；

第三步，冷却造粒：将挤出得到的料条在自然空气下进行冷却，经切粒机造粒即得到的全生物降解淀粉基原位纤维增强复合材料。

本发明中：天然淀粉选用未经化学或物理改性的玉米淀粉、大米淀粉、小麦淀粉、木薯淀粉、红薯淀粉、马铃薯淀粉中的一种或两种以上的任意组合；增塑剂选用甘油、乙二醇、丙二醇、甲酰胺、乙酰胺、山梨醇、2-羟基乙胺、三乙醇胺中的一种或两种以上的任意组合；成纤树脂选用聚乳酸、聚己内酯、聚羟基烷酸、聚羟基脂肪酸酯、聚羟基丁烯酸戊酸酯、聚羟基戊酸酯、聚羟基丁酸酯、聚羟基丁酸戊酸共聚酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚丁二酸己二醇酯、聚己二酸-对苯二甲酸丁二酯、聚丁二酸-己二酸-丁二醇共聚物中的一种或两种以上的任意组合；增容剂选用马来酸酐、马来酸二辛酯、乙烯乙烯醇共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、丙烯酸、甲基丙烯酸酯中的一种或两种以上的任意组合。