[发明专利]一种可降解塑料及其制备方法

说明书

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种可降解塑料及其制备方法，包括以下重量份数的组分：45~70份的部分预胶化羟丙基淀粉、1~30份的生物基树脂、0~5份的增塑剂、1~5份相容剂、1~5份润滑剂及1~4份的碱木质素。本发明采用具有特定冷水溶解度的部分预胶化淀粉替代天然淀粉作为原料制备可降解生物塑料，发现该可降解生物塑料表现出更优秀的力学性能和加工性能，且比传统配方含有更少的增塑剂或者甚至不含增塑剂，解决了增塑剂迁移的问题；其次，通过加入加碱木质素，提高了预胶化淀粉/PLA复合材料的耐水性，在湿度为80%的条件下放置24h后吸水率低于2%，可应用于制备安全的食品包装材料。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域。更具体地，涉及一种可降解塑料及其制备方法。

背景技术

淀粉基生物降解塑料是目前最具发展前景的可降解塑料之一，其一般由淀粉（Therm oplastic Starch,TPS）、增塑剂和可降解树脂，如聚乳酸、聚已内酯、聚丁二酸丁二醇酯等共混制备而成，相比纯降解树脂具有更好的加工性能和成本优势。天然淀粉中含有大量的羟基，具有较强的极性和亲水性，天然淀粉中含有13%~20%的水分，这些水分和淀粉中具有的羟基会形成较强的氢键，使得天然淀粉呈现出颗粒的结构。总之天然淀粉是一种刚性较大而又带有很多中链的天然大分子，该大分子内包含了晶态和无定形态的非均相物质，分子内又有学许多羟基等可形成氢键的基团，结晶度较大，这些性质导致了淀粉的熔点高于其降解温度，在实际中无法直接加工。而为了改善淀粉的流动性能，需要加入增塑剂，使淀粉的可塑性提高，经过塑化的淀粉分子的氢键作用被削弱，分子链的扩散能力提高，材料的玻璃转化温度降低，所以在淀粉分解前可实现微晶的熔融。同时，原淀粉制备的薄膜力学性能较差，脆性较大，而加入了增塑剂可以使淀粉分子间的距离增大，提高分子链的柔性，从而提高淀粉膜的韧性。

然而淀粉基塑料与传统高分子材料一样，增塑剂容易从材料的内部迁移至包装界面，由增塑剂迁移引起的危害健康等问题已引起了社会广大群众的关注。目前为了抑制增塑剂的迁移，有相关学者研究采用不同的手段对高分子聚合物进行改性，例如采用辐射技术对材料表面进行改性；添加与增塑剂和材料发生较强相互作用的纳米粒子等。但是上述技术手段均是通过对材料进行改性等来抑制增塑剂的迁移。

预胶化淀粉是指用化学或机械方法将淀粉颗粒部分或全部破裂制备得到的改性淀粉，与原淀粉相比，预胶化淀粉不溶于有机溶剂，微溶以至可溶于冷水中，其具有更好的流动性和机械强度。目前，预胶化淀粉主要作为粘合剂、稀释剂和崩解剂等药物辅料，未见将其替代淀粉作为塑料主体制备可降解塑料的报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有淀粉基塑料存在的缺陷和不足，提供一种低增塑剂含量的淀粉基塑料，该材料通过采用部分预胶化的羟丙基淀粉替代原淀粉与生物基树脂复合，获得了力学性能和加工性能良好的可降解材料，通过进一步通过加入碱木质素提高了材料的耐水性。

本发明的目的是提供一种可降解塑料，包括以下重量份数的组分：45~70份的部分预胶化羟丙基淀粉、1~30份的生物基树脂、0~5份的增塑剂、1~5份相容剂、1~5份润滑剂及1~4份的碱木质素。

本发明涉及的“预胶化羟丙基淀粉”可采用玉米淀粉、豌豆淀粉、大米淀粉、小麦淀粉和甘薯淀粉中的任意一种作为原材料制成，优选采用玉米淀粉作为原淀粉。预胶化羟丙基淀粉的制备方法可采用化学法以及机械力活化法，优选采用机械力活化法。天然淀粉在机械力活化过程中，由于摩擦、冲击、碰撞和剪切等机械力的作用，淀粉颗粒的形貌、粒度及表面性质均会发生变化，淀粉的结晶结构受到破坏，结晶度降低，由多晶态转变为非晶态，同时淀粉分子链的排列、分子量分布和直连、支链含量的比例均会发生变化。因此，与原淀粉相比，经机械力活化得到的预胶化羟丙基淀粉具有更高的机械强度和流动性，加工性能更好。

进一步地，所述部分预胶化羟丙基淀粉具有10~45%的冷水溶解度。更进一步地，所述部分预胶化羟丙基淀粉由两种具有不同冷水溶解度的部分预胶化羟丙基淀粉组成。