[發明專利]一種淀粉高填充聚酯全生物可降解材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201310574902.1
• 申請日: 2013-11-15
• 公開（公告）號: CN104650386A
• 公開（公告）日: 2015-05-27
• 發明（設計）人: 季君暉;劉軍;王小威;周衛東
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: C08L3/02
• 分類號: C08L3/02;C08L67/02;C08L71/08;C08K5/544;C08K5/11;C08K5/053;C08K5/103;C08K5/20;B29B9/06
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 段俊峰

技術領域

本發明涉及一種淀粉高填充聚酯全生物降解材料及其制備方法，屬于生物可降解高分子材料領域。

背景技術

當前每年應用于包裝、日用品、醫用、建材、宇航、工業和農業等各個領域的塑料達兩億噸，廢棄的塑料制品每年達到6000萬噸，且由于塑料所具有的熱穩定性和耐化學性使得廢棄的塑料無法被生物圈所同化；焚燒和填埋這些廢棄的塑料不僅占用土地資源，同時焚燒釋放的有害氣體對環境也會造成嚴重的負面影響。為了解決廢棄塑料所帶來的環境問題，人們開始越來越多的關注可以生物降解的塑料。

淀粉是一種常見的天然可降解高分子材料，不僅來源廣泛，且價格低廉。但是由于淀粉是多羥基的高分子材料，其內部分子間和分子內的氫鍵作用使得淀粉的熔點高于其分解溫度，因此必須對其結構進行改性才能使淀粉變成一種可用的塑料。

目前關于淀粉基的可降解塑料的研究很多。美國Werber-Lambert公司生產的Novon全降解塑料，是一種淀粉基降解塑料，以糊化淀粉為主（支鏈淀粉為70%，直鏈淀粉為30%），通過水增塑，并添加其他全降解添加劑，經通用塑料的加工成型技術制成；其降解性能良好，但耐水性和力學性能一般，這限制了該材料的應用范圍。

為了提高淀粉基塑料的力學性能，很多研究中將聚烯烴加入淀粉基塑料中，如專利CN1931905A公開了一種相容性較好的熱塑性淀粉和聚乙烯復合材料，該復合材料的力學性能較好，但由于聚乙烯難以降解，其對環境的危害仍較大。

聚酯聚丁二酸丁二醇酯是一種力學性能優異的塑料，其可全生物降解，具有較高的分子量且可在通用塑料聚乙烯、聚丙烯等的加工設備上擠出和注塑。但由于制備它的原料丁二醇和丁二酸的價格較貴，導致聚丁二酸丁二醇酯相比通用塑料價格較高，使得其在市場的推廣和應用受限。

將力學和加工性能良好的聚丁二酸丁二醇酯和淀粉共混不僅可以有效地降低成本，而且還能保持共混后的復合材料具有全生物可降解性，同時又能充分利用淀粉的特性。

目前，關于淀粉填充聚丁二酸丁二醇酯的研究很多。專利CN1834139A使用馬來酸酐共聚物接枝淀粉來增容淀粉和脂肪族聚酯，但它的生產工藝較復雜，加工過程中馬來酸酐的刺激性和揮發性對生產人員有害，且易造成空氣污染。

專利CN102477216A用水和甘油塑化磷酸酯淀粉，同時使用超支化聚酯H40增容淀粉和聚丁二酸丁二醇酯，制得拉伸強度較高的全降解材料。但是由于磷酸酯淀粉母粒的填充量只占20%，此方法并不能有效的降低成本，材料的價格仍然較高，使得它的應用和推廣受限。

專利CN102731840A闡述了一種應用于一次性餐具領域的可降用熱塑性淀粉和聚丁二酸丁二醇酯共混，同時加入玻璃纖維來增強共混材料。此種材料應用于一次性餐具領域。此種方法加工簡單，成本也較低，但是餐具在使用過程中玻璃纖維有可能隨食物進入人體內，存在安全隱患，且甘油塑化的淀粉易回生，造成塑化劑甘油析出，同時造成材料的力學性能下降。

JianbingZeng等人（JianbingZeng,Ling?Jiao,Yidong?Li,Tao?Li,Yuzhong?Wang.Bio-based?blends?of?starch?and?poly(butylene?succinate)with?improvedMiscibility，mechanical?properties，and?reduced?water?absorption[J].Carbohydrate?Polymers，2011，83：762～768）用甘油塑化淀粉（TPS），用二異氰酸酯活化PBS得到端基為NCO的PBS（RPBS）來增容PBS和TPS，得到力學性能和耐水性都較好的材料。但是制備過程中使用的二異氰酸酯毒性較大，制得的材料應用存在安全隱患。

發明內容

本發明要解決的第一個技術問題是提供一種淀粉高填充聚酯全生物降解材料。該全生物降解材料使用價格最低的淀粉作為主要組分，有效地降低了材料的成本；塑化劑的用量較少，且不易從材料中析出；助劑對環境和人都無害。

本發明要解決的第二個技術問題是提供一種淀粉高填充聚酯全生物降解材料的制備方法。通過將淀粉/經偶聯劑處理后的淀粉與聚丁二酸丁二醇酯、塑化劑、助劑在高速混合機中預混合，之后置于密煉機中混合均勻造粒，得到淀粉高填充聚酯全生物降解材料；生產工藝簡單，配套擠出切粒設備即可實現連續化生產，制得的材料可以通過熱壓的加工工藝加工成板材或者通過注塑的工藝加工成制品，產品可全生物降解，具有廣泛的應用前景。