一种淀粉/聚乳酸复合材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于高分子材料制备领域，更具体地，涉及一种淀粉/聚乳酸复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

石油基塑料在给我们的生活带来巨大便利的同时，由于其难降解性也严重影响着我们的环境。且随着近些年国家对于限塑令、禁塑令的不断推行，发展可生物降解的塑料已经成了社会的一个热门。

淀粉作为一种天然高分子材料，其产量巨大，价格低廉，可生物降解具有发展成为石油基塑料替代物的巨大潜力。然而淀粉分子内部含大量羟基，亲水性强，由其所得材料机械性能不佳，对外界湿度敏感，限制了淀粉基材料的生产和应用。聚乳酸作为化学合成型材料，具有可生物降解性的同时在许多性能方面与石油基塑料相似，在医学领域得到了广泛的应用。但较为复杂的制造工艺和昂贵的价格也限制其的进一步应用。

专利CN201010127838.9提供了一种可完全降解的增强型聚乳酸/淀粉共混物的制备方法，在大幅度提高了聚乳酸和淀粉的相容性的同时，也增强了其力学性能和热性能，并保持了生物可降解性，但其存在聚乳酸用量多，成本高，在双螺杆共混时会存在粘附腔体的现象，造成原料的损失。因此，亟待提供一种力学性能优良，成本低，且可有效避免制备过程中粘模现象的聚乳酸/淀粉复合材料。

发明内容

本发明旨在提供一种淀粉/聚乳酸复合材料及其制备方法和应用，本发明的粉/聚乳酸复合材料聚乳酸用量少，得到的复合材料力学性能优良，生产成本低，材料耐水性好，特定的配方可有效改善在制备过程中的粘模现象。

本发明的首要目的是提供一种淀粉/聚乳酸复合材料。

本发明的另一目的是提供上述淀粉/聚乳酸复合材料的制备方法。

本发明的再一目的是提供上述复合材料在制备可降解塑料或包装材料方面的应用。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种淀粉/聚乳酸复合材料，包括如下重量份的各组分：木薯淀粉40～60份、聚乳酸10～20份、增塑剂20～25份、纳米粘土1～10份、增容剂0.3～1份、AC-316A聚乙烯蜡粉0.2～0.4份、引发剂0.02～0.05份。

上述淀粉/聚乳酸复合材料中，通过加入纳米粘土和混入聚乳酸，大大降低了材料对于湿度的敏感性，有效提升复合材料的力学性能，通过加入AC-316A聚乙烯蜡粉作为脱模剂，改善了材料在制备过程中的粘模情况。

优选地，木薯淀粉50份、聚乳酸15份、增塑剂23.5份、纳米粘土5份、增容剂0.5份、AC-316A聚乙烯蜡粉0.4份、引发剂0.05份。

优选地，所述增塑剂为甘油或/和蔗糖。

优选地，所述增容剂为马来酸酐，丙二酸酐、环氧大豆油或氯丙基三甲氧基硅烷。

所述引发剂为2,5-二甲基-2,5-双(叔丁过氧基)己烷或过氧化二异丙苯。

本发明还提供上述复合材料的制备方法，包括如下步骤：

S1.将薯淀粉、聚乳酸、增塑剂、纳米粘土、增容剂、AC-316A聚乙烯蜡粉、引发剂混合，加入高速混料机混合均匀，得混合物料；

S2.将混合物料加入转矩流变仪或密炼机塑化即得到淀粉/聚乳酸复合材料。

优选地，当所述增塑剂为甘油时，步骤S1在加入高速混料机前，要充分搅拌待甘油吸收完全。

优选地，步骤S2所述转矩流变仪塑化的条件为：温度为179～185℃，时间为4～5min。

优选地，步骤S2所述密炼机塑化的条件为：温度为179～185℃，时间为4～5min，转速为40～50r/min。

此外，上述复合材料在制备可降解塑料或包装材料方面的应用也在本发明的保护范围内。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的淀粉/聚乳酸复合材料，通过加入纳米粘土和混入少量的聚乳酸，大大降低了材料对于湿度的敏感性，复合材料的力学性能显著提高，通过加入AC-316A聚乙烯蜡粉作为脱模剂，改善了材料在制备过程中的粘模情况，所得复合材料表面光滑，并保持了生物可降解性；此外，本发明的淀粉/聚乳酸复合材料制备工艺简单，且PLA含量，成本低，在可降解塑料或包装材料领域具有较好的应用价值。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非另有说明，本发明实施例采用的原料试剂为常规购买的原料试剂。

实施例1一种淀粉/PLA复合材料

1、原料

本实施例淀粉/PLA复合材料含有以下重量份的各组分：

木薯淀粉50份、聚乳酸(PLA)15份、甘油作为增塑剂23.5份、纳米粘土5份、马来酸酐作为增容剂0.5份、AC-316A聚乙烯蜡粉0.4份、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁过氧基)己烷作为引发剂0.05份。

2、制备方法

(1)将木薯淀粉、PLA、增塑剂、纳米粘土、增容剂、脱模剂、引发剂按重量份数称量好，充分搅拌待甘油吸收完全后，投入高速混料机中混合均匀，得混合物料。

(2)将混合物料投入转矩流变仪，在179℃下塑化4分钟即得到淀粉/PLA复合材料。

按照本实施例上述方法制备得到的淀粉/PLA复合材料，表面光滑，且在制备过程中易于从螺杆上剥离，不存在粘模的情况。

实施例2一种淀粉/PLA复合材料

1、原料

本实施例淀粉/PLA复合材料含有以下重量份的各组分：

木薯淀粉40份、聚乳酸(PLA)10份、蔗糖作为增塑剂20份、纳米粘土5份、马来酸酐作为增容剂0.3份、AC-316A聚乙烯蜡粉0.2份、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁过氧基)己烷作为引发剂0.02份。

2、制备方法

(1)将木薯淀粉、PLA、增塑剂、纳米粘土、增容剂、脱模剂、引发剂按重量份数称量好，投入高速混料机中混合均匀，得混合物料。

(2)将混合物料投入转矩流变仪，在179℃下塑化4分钟即得到淀粉/PLA复合材料。

按照本实施例上述方法制备得到的淀粉/PLA复合材料，表面光滑，且在制备过程中易于从螺杆上剥离，不存在粘模的情况。

实施例3一种淀粉/PLA复合材料

1、原料

本实施例淀粉/PLA复合材料含有以下重量份的各组分：

木薯淀粉60份、聚乳酸(PLA)20份、甘油作为增塑剂25份、纳米粘土10份、马来酸酐作为增容剂1份、AC-316A聚乙烯蜡粉0.4份、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁过氧基)己烷作为引发剂0.05份。

2、制备方法

(1)将木薯淀粉、PLA、增塑剂、纳米粘土、增容剂、脱模剂、引发剂按重量份数称量好，充分搅拌待甘油吸收完全后，投入高速混料机中混合均匀，得混合物料。

(2)将混合物料投入转矩流变仪，在185℃下塑化5分钟即得到淀粉/PLA复合材料。

按照本实施例上述方法制备得到的淀粉/PLA复合材料，表面光滑，且在制备过程中易于从螺杆上剥离，不存在粘模的情况。

实施例4一种淀粉/PLA复合材料

1、原料

本实施例淀粉/PLA复合材料含有以下重量份的各组分：

木薯淀粉50份、聚乳酸(PLA)15份、甘油作为增塑剂23.5份、纳米粘土1份、马来酸酐作为增容剂0.5份、AC-316A聚乙烯蜡粉0.2份、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁过氧基)己烷作为引发剂0.05份。

2、制备方法

(1)将木薯淀粉、PLA、增塑剂、纳米粘土、增容剂、脱模剂、引发剂按重量份数称量好，充分搅拌待甘油吸收完全后，投入高速混料机中混合均匀，得混合物料。

(2)将混合物料投入转矩流变仪，在185℃下塑化5分钟即得到淀粉/PLA复合材料。

按照本实施例上述方法制备得到的淀粉/PLA复合材料，表面光滑，且在制备过程中易于从螺杆上剥离，不存在粘模的情况。

对比例1

与实施例1相比，区别在于，不加AC-316A聚乙烯蜡粉。

在制备的过程发现，制备的淀粉/PLA复合成品难以完整从螺杆上剥离，且从螺杆剥离后表面不光滑。

对比例2

与实施例1相比，区别在于，不加纳米粘土。

对比例3

与实施例1相比，区别在于，不加马来酸酐

实验例

对实施例1-4和对比例1-3制备的复合材料进行力学性能和吸水率测试。

1、测试方法

弯曲性能按照GB/T9341-2008进行测试；

抗拉性能按照GB/T1040-1992进行测试；

吸水率按照GB/T1034-2008进行测试。

2、测试结果

表1

从表1可以看出，本发明实施例1-4制备得到的复合材料的力学性能优良，而不添加AC-316A聚乙烯蜡粉的对比例1，在之制备过程中，粘模现象严重，表明本发明通过添加AC-316A聚乙烯蜡粉可有效改善材料在制备过程中的粘模情况；而对比例2不添加纳米粘土，得到的复合材料吸水率显著上升，对湿度敏感性降低；对比例3为不加马来酸酐，复合材料吸水率显著上升，且力学性能降低。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。