专利名称：一种绿色全降解树脂及其制备方法
技术领域：
本发明属于高分子树脂技术领域，具体涉及一种绿色全降解树脂及其制备方法。
背景技术：
现代工业的发展，特别是石油化工的飞速发展，为工农业生产和人们的日常生活提供了大量性能优异、价格低廉的合成树脂及塑料制品。然而使用后的废弃物由于处理不当，任意抛弃在田地、河流、山野、街道等地方，严重污染了人类的生存环境，导致了“白色污染”。目前，世界各国均制定了严格的措施，来限制一次性塑料制品的使用，同时，大力提倡和支持可降解材料的研究和开发。降解塑料作为高科技产品和环保产品已成为当今世界十分关注的研究开发热点，它的发展不但扩大了塑料的功能，而且在一定程度上缓解了环境的矛盾，对日益枯竭的石油资源又是一个补充。其中，淀粉与脂肪族聚酯复合的生物降解树脂是一个重要的研究方向。
现在国内市场上的生物降解塑料主要是生物破坏型塑料，是以通用塑料如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯为基体，与淀粉等可降解高分子材料共混制得的生物降解塑料。如公开号为CN1115771A、CN1289792A及CN1280246A、CN1280146A的专利申请，其专利申请中公开了下述方法先对淀粉进行微细化、增塑等预处理，制成改性淀粉；将改性淀粉、通用塑料、光敏剂、促氧化剂、偶联剂等在高速混合机中混合，挤出造粒。其缺点在于淀粉预处理比较复杂，而且通用塑料不能生物降解。这类生物降解树脂只是解决了视觉上的污染，没有从根本上解决问题。
脂肪族聚酯是目前发展最快的可完全生物降解的一类高聚物。由于其主链上还有酯键，容易水解，所以具有良好的降解性。同时脂肪族的结构又使其具有良好的力学性能。但是由于其价格昂贵，目前只限于在医药领域使用。如果在其基体内引入价格低廉的淀粉等物质，完全可以替代含有通用塑料的生物破坏型塑料。近年来有很多此类研究报道，如意大利Novamont公司的Mater-Bi系列产品就是以聚己内酯和热塑性淀粉制备的(Bastioli，C.Polym.Degrad.Stab.1998，59(1-3)，263-272)。但是由于聚己内酯的熔点只有60℃，其应用范围受到限制。聚乳酸是脂肪族聚酯类中具有较高熔点的物质，具有优异的生物相容性、生物降解性和力学性能，被认为是21世纪最有前途的包装材料。堪萨斯州立大学的Xiuzhi Sun等人对聚乳酸和天然淀粉共混进行了研究，但是相容性较差，性能不够稳定。(Sun X Z；Seib P.J.Appl.Polym.Sci.2002，84，1257-1262)。
发明内容
本发明的目的在于提出一种可连续生产，操作易控制，产品质量和生物降解性能优良的绿色全降解树脂及其制备方法。
本发明提出一种绿色全降解树脂，由植物淀粉、脂肪族聚酯、增塑剂、增容剂、抗氧剂、润滑剂组成，其组份的重量百分比如下植物淀粉 5-90％脂肪族聚酯 5-90％增塑剂 1-15％增容剂 0.5-10％抗氧剂 1-5％润滑剂 1-5％。
本发明中，所述植物淀粉为玉米淀粉、小麦淀粉、土豆淀粉、红薯淀粉或木薯淀粉等中的一至二种。
本发明中，所述脂肪族聚酯为聚乳酸(PLA)、聚(乳酸-乙醇酸)共聚物(PLGA)、聚(乳酸-乙二醇)共聚物(PLA-PEG)或聚己内酯(PCL)等中的一至二种。
本发明中，所述增塑剂为水、甘油、山梨醇、乙二醇、丙二醇、丁二醇、聚乙二醇、乙酸山梨醇酯、乙基纤维素等中的一至二种。
本发明中，所述增容剂为环氧树脂、异氰酸酯等中的一至二种。
本发明中，所述抗氧剂为无毒亚磷酸酯抗氧剂类亚磷酸酯三(2，4-二特丁基苯基)酯、季戊四醇双亚磷酸酯二(2，4-二特丁基苯基)酯或多烷基双酚A亚磷酸酯的双聚体、三聚体复合物等中的一至二种。
本发明中，所述润滑剂为硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸镁、硬脂酸亚铁等中的一至二种。
本发明提出的一种绿色全降解树脂的制备方法，其具体步骤为按原料配比精确称取各种原料，将植物淀粉、增塑剂经高速混合机充分混合，搅拌10-20分钟，然后将混合料放置1-2天，使混合料完成预塑化；将混合料、脂肪族聚酯、增容剂、抗氧剂、润滑剂加入到双螺杆挤出机，用双螺杆挤出机熔融共混，进行反应挤出，挤出温度为120-200℃，螺杆转速为50-200转/分，物料的停留时间为4-10分钟。
本发明中，所采用的双螺杆挤出机，其螺杆长径比为40∶1，带有排气及高剪切混炼塑化效果。
本发明的优点在于
(1)选用了可生物降解的高分子树脂与淀粉复合，所得制品具有优异的生物降解性，能有效解决“白色污染”问题，满足环保要求，造福人类；(2)加入多种改性剂，提高了淀粉在基体中的分散性和与基体树脂的相容性，提高了淀粉在树脂和制品中的含量；(3)采用了大长径比、带有排气及高剪切混炼塑化效果的双螺杆挤出机，确保了树脂的质量；(4)制备方法简单、灵活、有效，所得材料可使用多种方法成型。
本发明采用反应挤出法直接制备材料，工艺简单，方便易行，产品性能优良，对环境无污染，适合于工业化生产。产品可广泛用于制备一次性餐具、农用地膜、购物袋等。由于原料均为无毒物料，特别适合于食物外包装的生产。本发明的全降解材料使用废弃后可在自然环境中完全降解，或作堆肥化处理，不产生有毒物质，属环境友好类制品。
具体实施例方式
下面结合实施例进一步说明本发明的内容。
实施例1将50克玉米淀粉和15克甘油在高速混合机中搅拌15分钟，混合均匀，放置1天对淀粉进行预增塑，得到混合料。然后将混合料与50克聚乳酸、1克环氧树脂、1克亚磷酸酯三(2，4-二特丁基苯基)酯、1克硬脂酸混合后在双螺杆挤出机中于150-170℃下高温混炼，挤出，造粒，成型，双螺杆挤出机的转速为50转/分钟，物料停留时间为10分钟。性能见表1。
实施例2将30克土豆淀粉和10克聚乙二醇在高速混合机中搅拌15分钟，混合均匀，放置1天对淀粉进行预增塑，得到混合料。然后将混合料与70克聚乳酸、4克环氧树脂、2克亚磷酸酯三(2，4-二特丁基苯基)酯、1克硬脂酸、1克硬脂酸钙混合后在双螺杆挤出机中于160-180℃下高温混炼，挤出，造粒，成型，双螺杆挤出机的转速为150转/分钟，物料停留时间为5分钟。性能见表1。
实施例3将50克玉米淀粉和15克甘油在高速混合机中搅拌15分钟，混合均匀，放置1天对淀粉进行预增塑，得到混合料。然后将混合料与50克聚乳酸、0.5克异氰酸酯、1克亚磷酸酯三(2，4-二特丁基苯基)酯、1克硬脂酸钙混合后在双螺杆挤出机中于140-160℃下高温混炼，挤出，造粒，成型，双螺杆挤出机的转速为150转/分钟，物料停留时间为5分钟。性能见表1。
实施例4将35克小麦淀粉、10克山梨醇和5克水在高速混合机中搅拌10分钟，混合均匀，放置1.5天对淀粉进行预增塑，得到混合料。然后将混合料与50克聚(乳酸-乙二醇)共聚物、2克环氧树脂、1克PL-34、1克硬脂酸及1克硬脂酸钙混合后在双螺杆挤出机中于150-170℃下高温混炼，挤出，造粒，成型，双螺杆挤出机的转速为200转/分钟，物料停留时间为4分钟。性能见表1。
实施例5将50克玉米淀粉和10克甘油在高速混合机中搅拌15分钟，混合均匀，放置1-2天进行预增塑，得到混合料。然后将混合料与40克聚乳酸，10克聚己内酯、3克环氧树脂、2克季戊四醇双亚磷酸酯二(2，4-二特丁基苯基)酯、1克硬脂酸镁、1克硬脂酸锌混合后在双螺杆挤出机中于140-170℃下高温混炼，挤出，造粒，成型，双螺杆挤出机的转速为120转/分钟，物料停留时间为7分钟。性能见表1。
实施例6将50克木薯淀粉、10克丙二醇和1克乙基纤维素在高速混合机中搅拌15分钟，混合均匀，放置1-2天进行预增塑，得到混合料。然后将混合料与40克聚(乳酸-乙醇酸)共聚物、2克环氧树脂、2克季戊四醇双亚磷酸酯二(2，4-二特丁基苯基)酯、1克硬脂酸、1克硬脂酸钙混合后在双螺杆挤出机中于140-170℃下高温混炼，挤出，造粒，成型，双螺杆挤出机的转速为180转/分钟，物料停留时间为4分钟。性能见表1。
表1生物全降解性树脂的力学性能
权利要求
1.一种绿色全降解树脂，其特征在于由植物淀粉、脂肪族聚酯、增塑剂、增容剂、抗氧剂、润滑剂组成，其组份的重量百分比如下植物淀粉5-90％脂肪族聚酯 5-90％增塑剂 1-15％增容剂 0.5-10％抗氧剂 1-5％润滑剂 1-5％。
2.根据权利要求1所述的绿色全降解树脂，其特征在于所述植物淀粉为玉米淀粉、小麦淀粉、土豆淀粉、红薯淀粉或木薯淀粉中的一至二种。
3.根据权利要求1所述的绿色全降解树脂，其特征在于所述脂肪族聚酯为聚乳酸、聚(乳酸-乙醇酸)、聚(乳酸-乙二醇)或聚己内酯中的一至二种。
4.根据权利要求1所述的绿色全降解树脂，其特征在于所述增塑剂为水、甘油、山梨醇、乙二醇、丙二醇、丁二醇、聚乙二醇、乙酸山梨醇酯或乙基纤维素中的一至二种。
5.根据权利要求1所述的绿色全降解树脂，其特征在于所述增容剂为环氧树脂或异氰酸酯中的一至二种。
6.根据权利要求1所述的绿色全降解树脂，其特征在于所述抗氧剂为无毒亚磷酸酯抗氧剂类亚磷酸酯三(2，4-二特丁基苯基)酯、季戊四醇双亚磷酸酯二(2，4-二特丁基苯基)酯或多烷基双酚A亚磷酸酯的双聚体、三聚体复合物中的一至二种。
7.根据权利要求1所述的绿色全降解树脂，其特征在于所述润滑剂为硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸镁或硬脂酸亚铁中的一至二种。
8.一种如权利要求1所述的绿色全降解树脂的制备方法，其具体步骤为按原料配比精确称取各种原料，将植物淀粉、增塑剂经高速混合机充分混合，搅拌10-20分钟，然后将混合料放置1-2天，使混合料完成预塑化；将完成预塑化的混合料、脂肪族聚酯、增容剂、抗氧剂、润滑剂加入到双螺杆挤出机，用双螺杆挤出机熔融共混，进行反应挤出，挤出温度为120-200℃，螺杆转速为50-200转/分，物料的停留时间为4-10分钟。
全文摘要
本发明属于高分子树脂技术领域，具体涉及一种绿色全降解树脂及其制备方法。该绿色全降解树脂由植物淀粉、脂肪族聚酯、增塑剂、增容剂、抗氧剂、润滑剂组成，采用反应挤出法直接制备材料，具体为将植物淀粉、增塑剂经高速混合机充分混合，搅拌10－20分钟，然后将混合料放置1－2天，使混合料完成预塑化；将完成预塑化的混合料、脂肪族聚酯、增容剂、抗氧剂、润滑剂加入到双螺杆挤出机，用双螺杆挤出机熔融共混，进行反应挤出，得到所需产品。本发明工艺简单，方便易行，产品性能优良，对环境无污染，适合于工业化生产。产品可广泛用于制备一次性餐具、农用地膜、购物袋等。由于原料均为无毒物料，特别适合于食物外包装的生产。本发明的全降解材料使用废弃后可在自然环境中完全降解，或作堆肥化处理，不产生有毒物质，属环境友好类制品。
文档编号C08L3/00GK1712435SQ200510027968
公开日2005年12月28日 申请日期2005年7月21日 优先权日2005年7月21日
发明者任杰, 李申, 任天斌 申请人:同济大学