[发明专利]一种热塑性淀粉弹性体及其制备方法

说明书

技术领域

 本发明涉及淀粉深加工领域，具体涉及一种高强度热塑性淀粉弹性体及其制备方法。热塑性淀粉弹性体可用于生物降解塑料、弹性体、热熔胶等产品。

背景技术

淀粉（Starch）是一种来源广泛、价格低廉、再生周期短的天然高分子材料，其分子链中含有大量羟基基团，这些基团通过分子内和分子间的氢键作用，形成结晶态与无定形态并存的聚集态结构。由于淀粉颗粒表面大量的羟基而产生的氢键相互作用，从而具有很强的分子内协同作用，不容易塑化。另外，天然淀粉的熔点比热分解温度更高，致使它的热加工性很差。因此，淀粉无法同塑料一样进行高温塑化加工。

为了实现淀粉的热塑化加工，通常通过小分子极性材料作为增塑剂，如甘油、乙二醇等塑化剂小分子中含有羟基基团，能够与淀粉分子链中的羟基形成更强烈的氢键作用，从而破坏其原有结构，降低玻璃化转变温度，使其表现出热塑性。但与传统塑料相比，目前热塑性淀粉的塑化是由塑化剂小分子起作用，使淀粉分子量降低，导致淀粉在力学性能、耐水性、热稳定性方面存在不足。

申请号为200810110041.0的专利公开了一种热塑性淀粉塑料，由淀粉、增塑剂、马来酸酐等组成，其中增塑剂采用了甘油、乙二醇等小分子极性材料。

申请号为201180055540.4的专利公开了一种热塑性淀粉组合物，包含40% 至96% 的淀粉，1% 至40% 的增塑剂。其中增塑剂为羟基的有机化合物、羟基聚合物增塑剂、氢键有机化合物、脂肪酸以及它们的混合。

由于增塑剂插入到淀粉分子链之间，增大分子链间的距离，从而削弱它们之间的范德华力，使大分子链易移动，使淀粉聚合物玻璃化温度降低，增加塑性，使之易于加工，从而使淀粉具备热塑性加工性。但在此过程中，淀粉分子部分降解而导致分子量降低。因此，淀粉在热塑化的同时，淀粉分子量降低，强度随之降低。为了增加热塑性淀粉强度，中国发明专利 申请号201310080390.3公开了一种改性微晶纤维素增强淀粉塑料的制备方法。该方法首先对微晶纤维素进行氧化，进一步与热塑性淀粉共混挤出，从而得到改性微晶纤维素增强的淀粉塑料；中国发明专利申请号201410056008.X 公开了一种高韧性淀粉基热塑性塑料，其由以下重量份的组分组成：淀粉80-95份、改性聚乙二醇5-20份、抗氧剂0-10份、稳定剂0-10份、着色剂0-10份组成。

根据上述，由于增塑剂插入到淀粉分子链之间，增大分子链间的距离，从而削弱它们之间的范德华力，使大分子链易移动，使淀粉聚合物玻璃化温度降低，增加塑性，使之易于加工，从而使淀粉具备热塑性加工性。在此过程中，淀粉的变化包括了淀粉颗粒的破碎、淀粉分子内和分子间的氢键作用被削弱、淀粉分子部分降解而导致分子量降低。因此，淀粉在热塑化的同时，淀粉分子量降低，强度随之降低。尽管通过纤维等增强材料共混增强，但由于淀粉塑化程度的不同，淀粉往往是由残余的膨胀淀粉颗粒、部分熔融和破碎的淀粉颗粒、完全熔融塑化后的无定形态、淀粉的重结晶等所构成的复相体系。因此，分子量分布极不均匀。不仅强度低，而且热稳定性差，加工窗口窄，难以实现反复热塑性加工。

发明内容

针对现有热塑性淀粉强度差、加工温度窗口窄的不足，本发明提供了一种热塑性淀粉弹性体。由端羟基聚丁二烯与低分子量直链淀粉和谷朊粉的扩链形成淀粉-聚丁二烯-谷朊粉互穿网络的弹性聚合物，该聚合物为一种强度大、耐热性能优异的高强度热塑性淀粉弹性体。进一步提供一种高强度热塑性淀粉弹性体的制备方法，该方法发明通过高压均质机使淀粉乳的支链结构解体，淀粉链断裂转化为直链结构，使淀粉分子量降低,分子量分布在较窄的恒定范围内,然后与端羟基聚丁二烯、谷朊粉进行引发扩链，使聚合度增加、分子量提高，不但强度高，而且加工温度窗口变宽。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种热塑性淀粉弹性体，其特征在于：由端羟基聚丁二烯与低分子量直链淀粉和谷朊粉的扩链形成淀粉-聚丁二烯-谷朊粉互穿网络的弹性聚合物，按重量份计包括以下组分：

淀粉                 75-80份，

谷朊粉               5-10份，

端羟基聚丁二烯       3-5份，

扩链剂               0.5-1.5份，

补强剂               0.5-1.0份。

其中所述的淀粉为魔芋淀粉、西米淀粉、豌豆淀粉、玉米淀粉中的一种或几种的混合物。