[发明专利]一种低成本制备淀粉生物塑料的方法

说明书

本发明属于塑料制备的技术领域，提供了一种低成本制备淀粉生物塑料的方法。将丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、乳化剂及去离子水配成前驱液，然后加入淀粉超细颗粒并超声分散，进一步加入引发剂引发聚合反应生成超支化大分子并将淀粉超细颗粒包覆于空腔中，然后与基体树脂、加工助剂挤出造粒，即可制得淀粉生物塑料。与传统方法相比，本发明的制备过程简单、原料易得、能耗低、加工难度小、成本较低且环保性好，并且制备的淀粉生物塑料，耐水性能、物理力学性能等各项性能较好，可规模化推广生产。

技术领域

本发明属于塑料制备的技术领域，提供了一种低成本制备淀粉生物塑料的方法。

背景技术

近年来，随着国际原油价格的持续攀升和石油资源的日渐趋紧，生物基材料经济和环保意义日渐显现，产业发展的内在动力不断增强。淀粉基塑料作为生物基材料的一类产品，近些年在生产技术上取得了一些重大突破，基本克服了工业化生产过程中的成本和性能制约问题，得到了快速发展。

淀粉是一种天然的多聚葡萄糖高分子，以颗粒的形式广泛存在于植物的果实、根、茎及叶中。淀粉由直链淀粉和支链淀粉两部分组成，不同来源的淀粉，所含的直链淀粉和支链淀粉的含量不同。直链淀粉是由葡萄糖以α-1,4-糖苷键结合而成的链状聚合物，高度结晶结构，能溶于热水而不成糊状，遇碘显蓝色；支链淀粉中，除α-1,4-糖苷键相连外还有以α-1,6-糖苷键相连的葡萄糖分子，无定形结构，带有分支，在冷水中不溶，与热水作用则膨胀而成糊状，遇碘呈紫色或红紫色。通常情况下，淀粉的直链部分与支链部分按辐射形式排列，支链分子的线性片段和直链分子平行排列在一起。邻近的片段产生氢键，形成微晶体，使淀粉能以淀粉颗粒的形式存在，以及呈现双折射现象，一般，高直链含量的淀粉较易塑化。

由上可知，天然淀粉因其自身结构，在性质存在一些缺陷，如糊黏度不具热稳定性、抗剪力稳定性不够、冻融稳定性较差、不具冷水溶解性，分支结构较多，没有塑料的特性。因此，需对天然淀粉进行改性，才可用于制备淀粉塑料。淀粉改性处理方式一般有物理改性，包括烟熏改性、预糊化、油脂改性、金属离 子改性、超高压辐射改性等；酶法改性，包括抗消化、糊精等；化学改性，包括极限糊精、酸改性、氧化、酯化、醚化、交联、阳离子淀粉、接枝共聚等。针对用于制备生物塑料的改性，主要有气流粉碎、球磨法、增塑剂、酶法及相应的化学改性。

目前国内外在淀粉改性及淀粉生物塑料制备方面已取得了一定成效。其中马海清等人发明了一种淀粉基可降解生物塑料及其制备方法（中国发明专利申请号201510995643.9），步骤如下：将高疏水性淀粉质材料、脂肪酸、成核剂、改性剂及氧化促进剂、高分子材料以及其它辅助材料经搅拌机混合后，加入到双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机中进行混合塑化造粒，再经过吹塑、压延、真空成型等方法加工成产品或薄膜。另外，陈复生等人发明了一种辐射改性大豆分离蛋白/淀粉可生物降解塑料及其制备方法（中国发明专利申请号201110316372.1），以大豆分离蛋白和淀粉为主要原料，通过射线辐射改性原料制备而成，在制备所述可生物降解塑料时，各原料组分按照以下重量份混合组成：改性大豆分离蛋白85～95份，改性淀粉5～15份，己内酰胺1～3份，水10～20份，甘油10～25份。

可见，现有技术中用于制备生物塑料改性淀粉的方法存在着过程复杂、加工难度大、能耗高、效率低、成本高等问题，同时会对环境造成一定污染，进而导致所制备的淀粉塑料耐水性能、物理力学性能较差，应用范围小。

发明内容

针对这种情况，本发明提出一种低成本制备淀粉生物塑料的方法，其技术特点是利用水溶性的超支化聚丙烯酸酯内部空隙缠绕淀粉实现改性，具体步骤将丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、乳化剂及去离子水配成前驱液，然后加入淀粉超细颗粒并超声分散，进一步加入引发剂引发聚合反应生成超支化大分子并将淀粉超细颗粒包覆于空腔中，然后与基体树脂、加工助剂挤出造粒，制得淀粉生物塑料。其显著效果是与常规工艺相比无需破坏淀粉晶体结构，极大降低能耗；同时利用超支化聚合物溶解性好、粘度低的特点，降低了淀粉塑料的加工难度，拓宽了淀粉的应用范围。