专利名称：水溶性可生物降解材料及其制备方法以及片材类成型制品的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种水溶性可生物降解材料及其制备方法、以及含有该材料的片材类成型制品。
背景技术：
CN1405230A公开了一种水溶性、无污染且短期内即可完全水解并可完全生物降解的塑料成型材料，该材料含有聚乙烯醇、丙三醇、二缩二乙二醇、山梨醇、纤维、白炭黑、超细钙、改性淀粉。CN1405230A还公开了该材料的制备方法在聚乙烯醇原料中加入1-30份的丙三醇，在高温下搅拌，使其充分润湿后再加入适量的助增塑剂、交联剂、补强剂、改性剂、填料等；然后，再25-65℃的温度范围下共混反应5-50分钟，再将所得物料加入到单螺杆或双螺杆挤出机中进行造粒，并且可在150-250℃的温度范围内吹膜、发泡成型。
由于聚乙烯醇分子中存在大量的羟基，使得聚乙烯醇形成大量的分子内和分子间氢键，此外，由于聚乙烯醇分子为柔性分子，分子间互相作用、交织在一起形成错综复杂的高阻隔性分子链结构，并且这种聚合物分子之间的相互作用力比一般的范德华力大得多，要想克服这种作用力需要较高的能量，因此使得聚乙烯醇的熔融温度高达220-240℃，高于其分解温度(200℃左右)，聚乙烯醇一般在熔融之前就分解碳化了，几乎不可能得到熔融状态下的聚乙烯醇，导致聚乙烯醇的加工性能差。聚乙烯醇在常温下为絮状、颗粒状或粉状，在加入丙三醇后，丙三醇并不能将聚乙烯醇充分润湿，也就是说，增塑剂丙三醇并不能破坏聚乙烯醇分子之间的交织作用，因而无法完全进入到聚乙烯醇分子中，它们之间的混合只是一种简单的物理共混，也就无法真正起到对聚乙烯醇的增塑作用，因而仍然不能实现聚乙烯醇的熔融状态。而本领域技术人员公知的是，现有技术中的造粒及其后续的吹膜或挤出片材等工艺均是在单螺杆或双螺杆挤出机中将混合物加热熔融后使其处于熔融态，同时物料还需要具有一定的流动性，这样的熔融态的物料才能在吹膜机的模头处挤出吹塑成型，而上述物料因不能达到熔融态且更不具有熔融态下的流动性，因而根本无法实现吹塑、挤塑成型，因为如果温度太高，聚乙烯醇混合物未经熔融就已经碳化了，而如果温度低于碳化分解温度，聚乙烯醇不能熔融，也就不能使其在熔融态下与其它组分实现真正意义上的混合，无法实现造粒或者制成的原料没有可塑性，因而也就无法进行后续的吹膜或挤塑操作。因而用CN1405230A中公开的组合物及其制备方法只能通过无需加热熔融的流延法制备流延膜。
CN1357563A公开了一种淀粉-聚乙烯醇-聚酯类三元体系生物降解膜的制备方法，其特征在于选择的原料按重量百分含量为淀粉30-65％，聚乙烯醇15-40％，聚酯类0-10％，增塑剂10-20％，补强剂≤0.4％，湿强剂0.5-1.5％，消泡剂≤0.4％。其中增塑剂按重量比为乙二醇∶甘油∶聚酯多元醇＝1-3∶9-15∶3-6三元复合体系及水。该生物降解膜的制备方法为先将聚乙烯醇与淀粉混合，再将溶解有补强剂、湿强剂和消泡剂的水溶液与上述聚乙烯醇与淀粉的混合物混合，最后与增塑剂混合并搅拌均匀造粒挤出。
该制备方法为先将聚乙烯醇与淀粉混合，再加入水溶液，由于淀粉的吸水性远大于聚乙烯醇的吸水性，因而加入的大部分水迅速被淀粉吸收，只有少部分的水分被聚乙烯醇吸收，大部分聚乙烯醇仍为原始物理状态，其分解温度仍低于熔融温度。因此，即使再加入与增塑剂，增塑剂仍然不能进入聚乙烯醇中对其进行改性，也不能很好地提高聚乙烯醇的可塑性，而只能被淀粉吸收，因而上述混合物是含水的淀粉与聚乙烯醇、增塑剂及助剂等组分的混合物，仍然不能实现熔融状态，只能用常规的流延法制成膜类制品，而不能用其它需要经过熔融状态的方式吹膜成型，也就更不可能形成片材挤出与成型。根据经验，即使在淀粉中加入再大量的水，由于吸收水分后的淀粉膨胀胶化而将聚乙烯醇包覆在淀粉内，阻止了聚乙烯醇与水分的接触，因而聚乙烯醇仍然为不能达到熔融状态的聚乙烯醇。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中水溶性可生物降解材料流动性能差、可塑性差、不能用于片材类成型制品的缺点，提供一种流动性能好、可塑性好、能够用于片材类成型制品的水溶性可生物降解材料及其制备方法以及含有本发明所述材料的片材类成型制品。
一般情况下，水是热塑型材料在加工过程中的大忌，由于水与热塑型材料没有相容性而引发在热塑型材料的加工过程中会出现大量的气泡甚至破裂从而导致严重影响其制品的外观质量和物理性能。因而在热塑型材料的制备过程中，需要严格控制原料及加工过程中水的含量。
但本发明人意外地发现，在对聚乙烯醇或其组合物进行造粒加工前先将水与聚乙烯醇进行混合，待聚乙烯醇与水充分吸收、作用形成含水的聚乙烯醇后，再将含水的聚乙烯醇与淀粉和增塑剂混合均匀后得到的混合物可以在挤出机中在熔融状态下挤出造粒，得到的水溶性可生物降解材料粒子的熔融温度为140-190℃、分解温度为250-400℃，该粒子热塑性性能(加工性能)非常好，可以用于制成片材类成型制品。从理论上分析，这主要是因为聚乙烯醇中含有大量的羟基，羟基与羟基之间形成较强的氢键作用，而且聚乙烯醇分子是一种柔性分子，分子与分子很容易交织在一起，且这种相互交织的作用力很强，远远大于一般化合物分子间的范德华力，从而导致聚乙烯醇的熔融温度非常高。而用水将聚乙烯醇溶胀后，由于水分子能打开聚乙烯醇的分子链，使原本交织在一起的聚乙烯醇分子链充分舒展，使其它小分子类化合物，如增塑剂、其它助剂等更容易进入到聚乙烯醇中，共同起到增塑剂作用，从而使得聚乙烯醇的熔融温度大大降低，由原来的220-240℃降低至190℃以下。在相同或稍高的分解温度的情况下，被水溶胀后的聚乙烯醇则具有了一个熔融态至碳化态之间较宽的、可实施加工的温度带，在增塑剂和其它助剂作用下，使用水溶胀后的聚乙烯醇具有了熔融状态下的流动性能，从而能够挤出造粒，也能够实现挤出制成片材及其成型品。
本发明提供了一种水溶性可生物降解材料，其中，该材料是由一种混合物经熔融而形成的产物，所述混合物含有淀粉、多元醇和含水的聚乙烯醇，所述聚乙烯醇为亲水性聚乙烯醇，以混合物的总重量为基准，所述多元醇的含量为10重量％至小于19重量％。
本发明提供的水溶性可生物降解材料的制备方法包括将含有淀粉、多元醇和含有水的聚乙烯醇混合制成一种混合物，将该混合物加热熔融，然后将所得熔融物挤出造粒。
本发明还提供了一种水溶性可生物降解的片材类成型制品，其中，该制品含有本发明提供的水溶性可生物降解材料。
由于本发明提供的材料中所含的组分均为亲水性化合物，因此所得材料极易溶于水。且本发明提供的水溶性可生物降解材料是由一种混合物经熔融而形成的产物，具有熔融状态，材料的熔融温度为140-190℃，分解温度为250-400℃，熔融温度远低于分解温度，因而能够实现在熔融状态下挤出造粒并制成片材，具有良好的可塑性，制得的片材类成型制品的拉伸屈服强度大于72兆帕，简支梁冲击强度大于60焦/米。本发明提供的材料特别适合用于制造各种不同种类的片材类成型制品，例如制造酸奶杯、快餐盒、方便面碗、自发热快餐食品盒、饮料杯、微波炉用食品容器以及手机、电池等电子零件以及其它类型的工业包装物等，此外，由于本发明提供的含有水溶性可生物降解材料的片材类成型制品具有防静电及不易吸附灰尘的优点，还特别适用于电子产品的外包装。
具体实施例方式
本发明提供了一种水溶性可生物降解材料，其中，该材料是由一种混合物经熔融而形成的产物，所述混合物含有淀粉、多元醇和含水的聚乙烯醇，所述聚乙烯醇为亲水性聚乙烯醇，以混合物的总重量为基准，多元醇的含量为10重量％至小于19重量％。
以混合物的总重量为基准，所述混合物中淀粉的含量为25-75重量％，优选为35-70重量％；含水的聚乙烯醇的含量为10-60重量％，优选为15-50重量％；多元醇的含量为10重量％至小于19重量％，优选为10-18.9重量％。
本发明提供的水溶性可生物降解材料的熔融温度为140-190℃，分解温度为250-400℃。混合物中各组分的含量不同，所得材料的熔融温度和分解温度也略有不同。当混合物中含有39重量％的含水的聚乙烯醇、40重量％的淀粉、13重量％的甘油、7重量％的山梨糖醇以及1重量％的加工助剂时，所得材料的熔融温度为150-170℃，分解温度为250-400℃。
本发明所述含水的聚乙烯醇是指被水充分溶胀的聚乙烯醇，其中，聚乙烯醇与水的重量比为0.75-10，优选为1-6。
所述聚乙烯醇为亲水性聚乙烯醇，可以采用现有技术中的各种方法制备得到，也可以商购得到。本发明使用的聚乙烯醇的醇解度为75-95％，优选为85-90％；中值聚合度为1500-3000，优选为1900-2500。
聚乙烯醇的结构式为-[CH2CHOH]n-，常温下为白色或微黄色絮状、颗粒状或粉末状固体。主要由聚醋酸乙烯醇解得到，也就是将聚醋酸乙烯进行还原得到的产物。醇解度表示聚醋酸乙烯还原(醇解)成聚乙烯醇的程度。醇解度越高，则表示聚醋酸乙烯还原成聚乙烯醇的程度越高，羟基含量也就越高。从聚乙烯醇的结构式可以看出，聚乙烯醇分子中含有大量的羟基，使得聚乙烯醇形成大量的分子内和分子间氢键，此外聚乙烯醇分子为柔性分子，分子间互相交织在一起形成错综复杂的分子链结构，因此使得聚乙烯醇的熔融温度高达220-240℃，分解温度为200℃左右，聚乙烯醇一般在熔融之前就分解碳化了，使得一般的含有聚乙烯醇的材料不能达到熔融状态而不能进一步地加工成型。
所述水可以是现有技术中的各种水，如市政自来水、去离子水、蒸馏水、纯净水或者它们的混合物，本发明优选纯净水和/或蒸馏水。
所述多元醇可以选自乙二醇、二甘醇、丙二醇、甘油、 山梨糖醇或其低分子量缩合物(分子量小于等于400)、季戊四醇和长链脂肪酸的不完全酯化产物(如单硬脂酸甘油酯)中的一种或几种，优选为甘油、山梨糖醇和季戊四醇中的一种或几种。多元醇起到对聚乙烯醇进行增塑的增塑剂的作用。所述多元醇可单独使用或两种或两种以上配合使用，优选配合使用。
此外，本发明所述混合物中还可以含有纤维素基聚合物，同样起到对聚乙烯醇的增塑作用。所述纤维素基聚合物选自羧甲基纤维素(CMC)、甲基纤维素、乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素(HPMC)、羟丙基乙基纤维素中的一种或几种。以混合物的总重量为基准，所述纤维素基聚合物的含量为0-10重量％，优选为1-6重量％。
所述淀粉可以是现有技术中的各种淀粉，例如可以使用天然淀粉或者改性淀粉如酯化淀粉或醚化淀粉。天然淀粉选自玉米淀粉、马铃薯淀粉、红薯淀粉、木薯淀粉、麦类淀粉和豆类淀粉中的一种或几种，可以是支链淀粉和/或直链淀粉。本发明所述淀粉优选为上述天然淀粉中的支链淀粉。酯化淀粉可以选自淀粉磷酸酯、淀粉硫酸酯、淀粉硝酸酯、淀粉醋酸酯、淀粉丙酸酯中的一种或几种。醚化淀粉可以选自羧基淀粉、氰基淀粉、酰胺淀粉、羟烷基淀粉、烷基淀粉、芳基淀粉、伯胺淀粉醚、仲胺淀粉醚、叔胺淀粉醚、鎓类淀粉醚、氨腈淀粉中的一种或几种。
与现有技术一样，本发明所述混合物中优选还含有一种或多种加工助剂，如盐类添加剂、植物粉末以及其它添加剂。
所述盐类添加剂包括烷基磺酸盐、有机酸铁盐、聚羟基丁酸盐、硬脂酸盐类、碳酸钙、碳酸氢钙、轻质碳酸钙和贝壳粉中的一种或多种。这类添加剂可以降低组合物各组分之间的摩擦力。所述硬脂酸盐包括Ca、Mg、Zn、Ba、Ce及Fe的硬脂酸盐。盐类添加剂可提高由本发明的材料制得的制品的尺寸稳定性，还能使制品增白及减低生产成本。所述盐类添加剂可单独使用或两种或两种以上配合使用，优选为两种配合使用。以混合物的总量为基准，所述盐类添加剂的含量为0-10重量％。
本发明所述组合物还可以含有植物粉末。所述植物粉末的种类和含量为本领域技术人员所公知，例如，所述植物粉末可以选自木粉、芭蕉粉和甘蔗粉中的一种或几种，优选为木粉。以混合物的总量为基准，所述植物粉末的含量优选为0-10重量％。
所述其它添加剂包括抗氧剂、光/热稳定剂、光氧化剂、防雾剂、阻燃剂、抗静电剂、偶联剂、消泡剂、着色剂、润滑剂中的一种或几种。这些添加剂的种类、含量和作用已为本领域技术人员所公知。例如用于形成本发明提供的材料的混合物中还可以含有抗氧剂和/或光/热稳定剂，以防止和抑制淀粉与聚乙烯醇共混体系在加工过程中或使用过程中由于光、热、氧、微生物等因素引起过早降解，从而有效地控制和延缓高聚物自氧化速度，或有效抑制或减缓紫外线的老化作用等。抗氧剂可以选自四(3-(3′，5′-二叔丁基-4′-羟基苯基)丙酸季戊四醇酯(简称抗氧剂1010)、硫代二丙酸二硬脂酸酯(简称抗氧剂DSTP)、亚磷酸酯类、复合抗氧剂PKY、双酚A中的一种或几种。光/热稳定剂可以选自UV-系列光/热稳定剂、炭黑、有机锡类光/热稳定剂、亚磷酸三壬基苯酯(TNPP)、环氧大豆油中的一种或几种。其中，UV-系列光/热稳定剂可以是α-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮(简称UV-531)。所述行机锡类光/热稳定剂可以选自二月桂酸二丁基锡、二硫代乙醇异辛酯二甲酯基亚乙基锡(简称酯基锡)、酯基锡RWS-784、双(硫代甘醇酸异辛酯)二正辛基锡(简称京锡8831)、二马来酸二丁基锡、硫代甘醇异辛酯二丁基锡中的一种或几种。所述润滑油可以选自液体石蜡、石油醚中的一种或几种。润滑油用于降低物料与注射机之间的摩擦，有利于脱模。上述各种添加剂的种类和用量的选择已为本领域技术人员所公知，例如，以混合物的总量为基准，上述其它添加剂的含量优选为0-10重量％。
本发明提供的水溶性可生物降解材料的制备方法包括将含有淀粉、多元醇和含有水的聚乙烯醇混合制成一种混合物，将该混合物加热熔融，然后将所得熔融物挤出造粒。以混合物的总重量为基准，含水的聚乙烯醇的加入量为10-60重量％，优选为15-50重量％；多元醇的加入量为10重量％至小于19重量％，优选为10-18.9重量％；淀粉的加入量为25-75重量％，优选为35-70重量％。
本发明所述含水的聚乙烯醇的制备方法包括在搅拌条件下使水与聚乙烯醇接触并混合均匀、溶胀得到含水的聚乙烯醇。使水与聚乙烯醇充分接触的目的是为了通过水将错综复杂交织在一起的聚乙烯醇分子链最大程度的展开，从而达到降低聚乙烯醇熔融温度的目的。为了使聚乙烯醇充分溶胀，所述聚乙烯醇与水的加料重量比为0.5-5，优选为1-4。当聚乙烯醇与水的加料重量比远小于0.5时，聚乙烯醇被溶解在水中形成溶液状态而不是本发明所需的溶胀状态；当聚乙烯醇与水的加料重量比远大于5时，聚乙烯醇不能全部被充分溶胀。
为了使聚乙烯醇被水充分溶胀，就要使水与聚乙烯醇接触的时间足够长。由于水与聚乙烯醇的混合物粘度较大，搅拌的阻力较大，因而在高速搅拌过程中会产生大量的摩擦热，这种热量会使加入聚乙烯醇中的部分末与聚乙烯醇溶胀的水分被蒸发掉，并且搅拌时间越长，产生的热量也越高，蒸发掉的水也越多，因此通过搅拌时间也能定性控制含水的聚乙烯醇中水与聚乙烯醇的重量比。在本发明上述加料比情况下，本发明优选搅拌的时间为3-15分钟。所述搅拌优选在高速搅拌机中进行，搅拌的速度优选为50-650转/分钟。在上述条件下，得到的含水的聚乙烯醇中聚乙烯醇与水的重量比略大于聚乙烯醇与水的加料重量比，通常为0.75-10，优选为1-6。
形成含水的聚乙烯醇后再加入淀粉、多元醇增塑剂以及选择性含有的纤维素基聚合物和其它加工助剂并混合均匀。本发明对上述物料的混合顺序没有特别的限制，可以先将淀粉加入到含水聚乙烯醇中，之后再加增塑剂和加工助剂，也可以先将增塑剂加入含水的聚乙烯醇中，然后再加入淀粉和其它加工助剂。以混合物的总重量为基准，淀粉的加入量为25-75重量％，多元醇的加入量为10-18.9重量％，纤维素基聚合物的加入量为0-10重量％，加工助剂的加入量为0-10重量％。由于多元醇是加入到溶胀后形成的含水的聚乙烯醇中，因而多元醇能够被聚乙烯醇充分吸收，起到增加聚乙烯醇及其混合物流动性的目的，同时还使得聚乙烯醇能与所加入的淀粉更好地配合，形成具有熔融态和流动性的混合物。
由于本发明提供的混合物中的聚乙烯醇为用水溶胀的含水的聚乙烯醇，具有熔融状态，同时在多元醇的充分增塑作用下，本发明的混合物具有足够的流动性，因而能在熔融状态下挤出造粒。混合物挤出造粒的方法、条件和所用挤出机为本领域技术人员所公知。例如，可以采用双螺杆挤出机，在长径比为20∶1-64∶1，螺杆转速50-1200转/分钟，各区段温度分别为90-155℃、115-165℃、120-175℃、130-185℃、110-180℃、120-185℃，各区段的真空度为0.02至0.09兆帕的条件下挤出造粒。此处的真空度是指绝对压力与大气压力的差值的绝对值(绝对压力小于大气压力)。在双螺杆挤出机的一个或两个区段中设置有真空口，以控制挤出机中的真空度。
本发明提供的用于制备本发明材料的方法的具体步骤如下(1)将聚乙烯醇与水搅拌混合均匀并充分溶胀，得到含水的聚乙烯醇，之后加入淀粉和多元醇以及选择性含有的纤维素基聚合物和其它各种加工助剂，将上述物料混合均匀得到混合物。其中，聚乙烯醇与水搅拌共混的时间为3-15分钟，搅拌速度为50-650转/分钟；含水的聚乙烯醇与淀粉、多元醇等物料的搅拌共混的时间可以是5-25分钟，搅拌共混的转速为50-250转/分钟，优选先以低速搅拌混合然后再以高速搅拌混合；(2)将得到的混合物熔融、挤出造粒。其中，所述造粒可以采用双螺杆挤出机，在长径比为20∶1-64∶1，螺杆转速50-1200转/分钟，各区段温度分别为90-155℃、115-165℃、120-175℃、130-185℃、110-180℃、120-185℃，各区段的真空度为0.02至0.09兆帕的条件下挤出造粒。
本发明还提供了一种水溶性可生物降解的片材类成型制品，其中，该制品含有本发明提供的水溶性可生物降解材料。由水溶性可降解材料制备片材类成型制品的方法可以采用例如，先将该混合物经双螺杆挤出机挤出造粒得到原料，然后将原料投入到螺杆直径为120mm的单螺杆挤出机中，自喂料口至挤出段顺序，按照140℃、150℃、160℃、170℃、175℃、17℃分别设定挤出机各段的温度，T型模头的温度分别为185℃、175℃、185℃，使熔融的物料经过T型模头挤出后，经过三辊压延、收卷成为片材半成品；然后使用这种片材，按照160℃-185℃的温度条件，在成型机及其模具内成型，最终制成片材类成型制品。
以下通过实施例对本发明作进一步的说明。但应该理解的是，这些实施例并不构成对本发明保护范围的限制。
实施例1本实施例用于说明本发明水溶性可生物降解材料的制备。
(1)在500转/分钟的搅拌条件下将20重量份纯净水加入到40重量份的醇解度为86％、中值聚合度为1950的聚乙烯醇中搅拌7分钟得到含水的聚乙烯醇，其中聚乙烯醇与水的重量比为2.85∶1。再将5.0重量份的山梨糖醇、5.0重量份的甘油和5.0重量份的季戊四醇加入到15.0重量份上述得到的含水的聚乙烯醇中，以50转/分钟的速度搅拌混合均匀并在室温放置24小时后再将70.0重量份(干基重)数均分子量为15万的普通玉米淀粉加入到上述混合物中搅拌均匀，搅拌机先以100转/分钟低速混合约5分钟，然后再以200转/分钟高速混合7分钟，得到含有淀粉、多元醇和含水的聚乙烯醇的混合物；
(2)将上述搅拌均匀的混合物送入双螺杆挤出机中，挤出机的长径比L∶D＝50∶1，螺杆直径为Φ52毫米。调整螺杆的转速，使其从100转/分钟逐步提升到200转/分钟、300转/分钟、400转/分钟、500转/分钟、700转/分钟、900转/分钟，各区段温度分别控制在150℃、165℃、165℃、175℃、180℃和175℃；各区段的真空度保持为0.02-0.09兆帕；混合物在上述挤出机的螺杆与筒体中，经过熔融、剪切、分散、反应、压缩、排气、塑化、挤出之后，再经模头挤出、切粒后，最终制得用于制备片材类成型制品的水溶性可生物降解材料的粒料产品BSR-07V-HS1。
实施例2本实施例用于说明本发明水溶性可生物降解材料的制备。
(1)在550转/分钟的搅拌条件下将35重量份纯净水加入到35重量份醇解度为88％、中值聚合度为2050的聚乙烯醇中搅拌3分钟得到含水的聚乙烯醇，其中聚乙烯醇与水的重量比为1.25∶1。再将5.0重量份的山梨糖醇和5.0重量份的甘油加入到22.0重量份上述得到的含水的聚乙烯醇中，在80转/分钟的速度下搅拌混合均匀后再将60.0重量份(干基重)数均分子量为15万的普通小麦淀粉加入到上述混合物中搅拌均匀，然后再将3.0重量份的羧甲基纤维素、2.0重量份的硬脂酸锌、2.0重量份的硬脂酸钙、0.5重量份的环氧大豆油、0.5重量份的抗氧剂DSTP加入到上述混合物中搅拌均匀，搅拌机先以100转/分钟低速混合约5分钟，然后再以200转/分钟高速混合8分钟，得到含有淀粉、多元醇和含水的聚乙烯醇的混合物；(2)将上述搅拌均匀的混合物送入双螺杆挤出机中，挤出机的长径比L∶D＝50∶1，螺杆直径为Φ52毫米。调整螺杆的转速，使其从100转/分钟逐步提升到200转/分钟、300转/分钟、400转/分钟、500转/分钟、700转/分钟、900转/分钟，各区段温度分别控制在150℃、165℃、165℃、175℃、180℃和175℃；各区段的真空度保持为0.02-0.09兆帕；混合物在上述挤出机的螺杆与筒体中，经过熔融、剪切、分散、反应、压缩、排气、塑化、挤出之后，再经模头挤出、切粒后，最终制得用于制备片材类成型制品的水溶性可生物降解材料的粒料产品BSR-07V-HS2。
实施例3本实施例用于说明本发明水溶性可生物降解材料的制备。
(1)在100转/分钟的搅拌条件下将15.0重量份纯净水加入到37.5重量份的醇解度为90％、中值聚合度为2050的聚乙烯醇中搅拌10分钟得到含水的聚乙烯醇，其中聚乙烯醇与水的重量比为3.15∶1。再将50.0重量份(干基重)数均分子量为20万的普通马铃薯淀粉加入到18.0重量份上述得到的含水的聚乙烯醇中，以80转/分钟的速度下搅拌混合均匀后再将5.0重量份的甘油和10.0重量份季戊四醇加入到上述混合物中搅拌均匀，然后再将5.0重量份的羧甲基纤维素、3.0重量份的硬脂酸锌、3.0重量份的硬脂酸钙、2.0重量份的液体石蜡、1.0重量份的环氧大豆油、1.0重量份的木粉、1.0重量份的超细炭黑、1.0重量份的UV-531加入到上述混合物中搅拌均匀，搅拌机先以100转/分钟低速混合约6分钟，然后再以200转/分钟高速混合8分钟，得到含有淀粉、多元醇和含水的聚乙烯醇的混合物；(2)将上述搅拌均匀的混合物送入双螺杆挤出机中，挤出机的长径比L∶D＝50∶1，螺杆直径为Φ52毫米。调整螺杆的转速，使其从100转/分钟逐步提升到200转/分钟、300转/分钟、400转/分钟、500转/分钟、700转/分钟、900转/分钟，各区段温度分别控制在150℃、165℃、165℃、175℃、180℃和175℃；各区段的真空度保持为0.02-0.09兆帕；混合物在上述挤出机的螺杆与筒体中，经过熔融、剪切、分散、反应、压缩、排气、塑化、挤出之后，再经模头挤出、切粒后，最终制得用于制备片材类成型制品的水溶性可生物降解材料的粒料产品BSR-07V-HS3。
实施例4本实施例用于说明本发明水溶性可生物降解材料的制备。
(1)在600转/分钟的搅拌条件下将17.0重量份纯净水加入到51.0重量份的醇解度为88％、中值聚合度为2200的聚乙烯醇中搅拌15分钟得到含水的聚乙烯醇，其中聚乙烯醇与水的重量比为5∶1。再将5.0重量份的山梨糖醇、5.0重量份的甘油和5.0重量份季戊四醇、55.0重量份(干基重)数均分子量为15万的羧甲基淀粉、4.0重量份的羧甲基纤维素、3.0重量份的硬脂酸锌、2.0重量份的硬脂酸钙、2.0重量份的液体石蜡、1.0重量份的环氧大豆油、1.0重量份的超细炭黑、1.0重量份的抗氧剂DSTP加入到16.0重量份上述得到的含水的聚乙烯醇中搅拌均匀，搅拌机先以100转/分钟低速混合约8分钟，然后再以200转/分钟高速混合10分钟，得到含有淀粉、多元醇和含水的聚乙烯醇的混合物；(2)将上述搅拌均匀的混合物送入双螺杆挤出机中，挤出机的长径比L∶D＝50∶1，螺杆直径为Φ52毫米。调整螺杆的转速，使其从100转/分钟逐步提升到200转/分钟、300转/分钟、400转/分钟、500转/分钟、700转/分钟、900转/分钟，各区段温度分别控制在150℃、165℃、165℃、175℃、180℃和175℃；各区段的真空度保持为0.02-0.09兆帕；混合物在上述挤出机的螺杆与筒体中，经过熔融、剪切、分散、反应、压缩、排气、塑化、挤出之后，再经模头挤出、切粒后，最终制得用于制备片材类成型制品的水溶性可生物降解材料的粒料产品BSR-07V-HS4。
实施例5本实施例用于说明本发明水溶性可生物降解材料的制备。
(1)在250转/分钟的搅拌条件下将23.0重量份纯净水加入到92.0重量份的醇解度为85％、中值聚合度为2400的聚乙烯醇中搅拌10分钟得到含水的聚乙烯醇，其中聚乙烯醇与水的重量比为5.70∶1。再将10.0重量份的山梨糖醇加入到45.0重量份上述得到的含水的聚乙烯醇中，以70转/分钟的速度下搅拌混合均匀后再将35.0重量份(干基重)数均分子量为15万的羧甲基淀粉加入到上述混合物中搅拌均匀，然后再将2.0重量份的羧甲基纤维素、2.0重量份的硬脂酸锌、1.0重量份石油醚、1.0重量份的环氧大豆油、1.0重量份木粉、1.0重量份的超细炭黑、1.0重量份的抗氧剂1010、1.0重量份UV-531加入到上述混合物中搅拌均匀，搅拌机先以100转/分钟低速混合约7分钟，然后再以200转/分钟高速混合7分钟，得到含有淀粉、多元醇和含水的聚乙烯醇的混合物；(2)将上述搅拌均匀的混合物送入双螺杆挤出机中，挤出机的长径比L∶D＝50∶1，螺杆直径为Φ52毫米。调整螺杆的转速，使其从100转/分钟逐步提升到200转/分钟、300转/分钟、400转/分钟、500转/分钟、700转/分钟、900转/分钟，各区段温度分别控制在150℃、165℃、165℃、175℃、180℃和175℃；各区段的真空度保持为0.02-0.09兆帕；混合物在上述挤出机的螺杆与筒体中，经过熔融、剪切、分散、反应、压缩、排气、塑化、挤出之后，再经模头挤出、切粒后，最终制得用于制备片材类成型制品的水溶性可生物降解材料的粒料产品BSR-07V-HS5。
表1
性能测试将上述粒料产品用Φ90型挤出机(广东汕头金盟包装机械厂制造)挤出得到尺寸为680毫米(宽)×0.8毫米(厚)×100千克/卷的片材类成型制品HS1-HS5。
采用如下标准方法对上述片材制品进行各项性能测试，测试结果如下表2所示用GB/T1040测定制品的拉伸屈服强度；用GB/T1043-93硬质塑料简支梁冲击试验方法测定制品的简支梁冲击强度；用ASTM D5247-92(美国)测定制品的生物降解率；
用ISO14855(美国)测定制品的霉菌降解级和生物降解率水溶性测试方法在25℃下，将20克制品完全浸泡在100克水中1小时，观察制品完全溶解的百分率。
表2片材类成型制品的性能参数
从上表2的结果可以看出，用本发明提供的材料制得的片材类成型制品的生物降解率高达96％以上，霉菌生长级也达到5级，而且水溶性也非常好，达到100％。另外用本发明提供的材料制成的片材类成型制品具有优良的简支梁冲击强度和拉伸屈服强度，完全符合片材类成型制品的性能需求，因此，本发明提供的材料适合用于制成片材类成型制品。
权利要求
1.一种水溶性可生物降解材料，其特征在于，该材料是由一种混合物经熔融而形成的产物，所述混合物含有淀粉、多元醇和含水的聚乙烯醇，所述聚乙烯醇为亲水性聚乙烯醇，以混合物的总重量为基准，所述多元醇的含量为10重量％至小于19重量％。
2.根据权利要求1所述的材料，其中，该材料的熔融温度为140-190℃，分解温度为250-400℃。
3.根据权利要求1所述的材料，其中，以混合物的总重量为基准，所述混合物中含水的聚乙烯醇的含量为10-60重量％，淀粉的含量为25-75重量％，多元醇的含量为10重量％至小于19重量％。
4.根据权利要求3所述的材料，其中，以混合物的总重量为基准，所述混合物中含水的聚乙烯醇的含量为15-50重量％，淀粉的含量为35-70重量％，多元醇的含量为10-18.9重量％。
5.根据权利要求1所述的材料，其中，所述淀粉为支链淀粉。
6.根据权利要求1所述的材料，其中，在所述混合物的含水的聚乙烯醇中，聚乙烯醇与水的重量比为0.75-10。
7.根据权利要求6所述的材料，其中，在所述混合物的含水的聚乙烯醇中，聚乙烯醇与水的重量比为1-6。
8.根据权利要求1所述的材料，其中，所述聚乙烯醇的醇解度为85-90％，聚乙烯醇的中值聚合度为1900-2500。
9.根据权利要求1所述的材料，其中，所述多元醇选自甘油、山梨糖醇和季戊四醇中的一种或几种。
10.根据权利要求1所述的材料，其中，所述混合物还含有纤维素基聚合物，所述纤维素基聚合物选自羧甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟丙基乙基纤维素中的一种或几种，以混合物的总重量为基准，纤维素基聚合物的含量为0-10重量％。
11.根据权利要求1所述的材料，其中，所述混合物还含有盐类添加剂，所述盐类添加剂为选自烷基磺酸盐、有机酸铁盐、聚羟基丁酸盐、硬脂酸盐、碳酸钙、碳酸氢钙、轻质碳酸钙和贝壳粉中的一种或几种，以混合物的总重量为基准，所述盐类添加剂的含量为0-10重量％。
12.根据权利要求11所述的材料，其中，所述盐类添加剂为硬脂酸盐，所述硬脂酸盐为选自硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸铁中的一种或几种，以混合物的总重量为基准，所述硬脂酸盐的含量为0-5重量％。
13.根据权利要求1所述的材料，其中，所述混合物中还含有其它添加剂，所述其它添加剂选自抗氧剂、光/热稳定剂、光氧化剂、防雾剂、阻燃剂、抗静电剂、偶联剂、消泡剂、着色剂、润滑剂中的一种或几种；以混合物的总重量为基准，所述其它添加剂的含量为0-10重量％。
14.权利要求1所述材料的制备方法，该方法包括将含有淀粉、多元醇和含水的聚乙烯醇混合制成一种混合物，将该混合物加热熔融，然后将所得熔融物挤出造粒。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述含水的聚乙烯醇的制备方法包括将聚乙烯醇与水接触并混合均匀、溶胀得到含水的聚乙烯醇，聚乙烯醇与水的加料重量比为0.5-5。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述聚乙烯醇与水的加料重量比为1-4。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述聚乙烯醇与水的接触在搅拌机中进行，搅拌速度为50-650转/分钟，搅拌时间为3-15分钟。
18.根据权利要求14所述的方法，其中，所述挤出造粒的过程包括采用双螺杆挤出机，在长径比为20∶1-64∶1，螺杆转速50-1200转/分钟，各区段温度分别为90-155℃、115-165℃、120-175℃、130-185℃、110-180℃、120-185℃，各区段的真空度为0.02至0.09兆帕的条件下挤出造粒。
19.根据权利要求14所述的方法，其中，以混合物的总重量为基准，含水的聚乙烯醇的加入量为10-60重量％，多元醇的加入量为10重量％至小于19重量％，淀粉的加入量为25-75重量％。
20.一种水溶性可生物降解的片材类制品，其中，该制品含有权利要求1-13中任意一项所述的材料。
全文摘要
一种水溶性可生物降解材料，其中，该材料是由一种混合物经熔融而形成的产物，所述混合物含有淀粉、多元醇和含水的聚乙烯醇，所述聚乙烯醇为亲水性聚乙烯醇，以混合物的总重量为基准，所述多元醇的含量为10重量％至小于19重量％。本发明提供的水溶性可生物降解材料的熔融温度为140－190℃，分解温度为250－400℃，熔融温度远低于分解温度，因此本发明提供的水溶性可生物降解材料可以用于制备片材类成型制品，而且制得的片材类成型制品具有优良的简支梁冲击强度、拉伸屈服强度、水溶性和生物降解性能。
文档编号B29B9/12GK1935882SQ200510104858
公开日2007年3月28日 申请日期2005年9月21日 优先权日2005年9月21日
发明者李小鲁 申请人:李小鲁