一種淀粉/聚乙烯醇復合材料的復合改性劑的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于淀粉及淀粉基復合材料的助劑研發技術領域，具體涉及一種能同時改 善淀粉/聚乙烯醇復合材料機械性能和提高其耐水性能的增塑劑-表面活性劑復合改性 劑。
【背景技術】
[0002] 淀粉是一種多糖類天然高分子，為葡萄糖的多聚體，具有良好的生物降解性。淀粉 可分為直鏈淀粉(糖淀粉）和支鏈淀粉(膠淀粉)。前者為無分支的螺旋結構；后者以24~30 個葡萄糖殘基以α-l，4-糖苷鍵首尾相連而成，在支鏈處為α-l，6-糖苷鍵。淀粉資源 大量存在于各種植物的種子及莖塊中，具有可食性，其來源豐富，價格低廉，且屬于可再生 資源，同時具有良好的成膜性，因此常被用于薄膜產品的生產制備。
[0003] 聚乙烯醇是一種具有良好成膜性能的水溶性高分子，其性能介于塑料和橡膠之 間，其與淀粉具有較好的相容性。此外，聚乙烯醇作為廣泛使用的化工原料，已經具備成熟 的生產工藝，相對低廉的價格成本也使其在工業應用上更具優勢。使用淀粉/聚乙烯醇混 合溶液制得的復合材料不僅具有更佳的機械性能及熱穩定性，還能同樣保持淀粉材料生物 可降解的特性。因此，淀粉/聚乙烯醇復合材料的開發與應用具有十分廣闊的市場前景。 [0004] 但淀粉和聚乙烯醇分子鏈上都含有很多羥基，羥基間極易形成氫鍵作用，大量的 氫鍵作用使得淀粉和聚乙烯醇是半結晶性聚合物，淀粉和聚乙烯醇的相容性也有限，淀粉 /聚乙烯醇復合材料表現出很強的脆性，極大地限制了淀粉/聚乙烯醇復合材料的推廣使 用。常用加入增塑劑的方法改善淀粉/聚乙烯醇復合材料的機械性能。
[0005] 淀粉和聚乙烯醇常用的增塑劑是甘油等多元醇類小分子，但這些有機小分子對淀 粉和聚乙烯醇的增塑效率有限，改性效果不足。無機鹽氯化鋁、氯化鈣、氯化鎂、氯化鋰和硝 酸鈣等對淀粉和聚乙烯醇有很高的增塑效率，但這些無機鹽改性的淀粉/聚乙烯醇復合膜 的吸水率高，復合膜的耐水性差，這極大地限制了淀粉/聚乙烯醇復合材料的推廣使用。
[0006] 為了制備具有優良機械性能及高耐水性能的淀粉/聚乙烯醇復合材料，本發明提 供了一種具有顯著改性效果的無機鹽一表面活性劑復合改性劑。這種復合改性劑的主要成 分是親水性的無機金屬鹽和非離子型表面活性劑。復合改性劑中的無機鹽對淀粉和聚乙烯 醇具有很高的增塑效率，同時這些非離子型表面活性劑一方面能夠提高淀粉/聚乙烯醇復 合材料的耐水性能，另一方面又能與無機鹽產生協同作用，提高無機鹽的增塑效率。通過這 種復合改性劑能夠制備出柔韌的并具有高耐濕性能的淀粉/聚乙烯醇復合材料。

【發明內容】

[0007] 本發明的目的在于提供一種淀粉/聚乙烯醇復合材料的復合改性劑，該復合改性 劑能夠顯著提高淀粉/聚乙烯醇復合材料的機械性能，也能改善其耐水性。加入此復合改 性劑后，淀粉/聚乙烯醇復合材料具有較好的熱穩定性、較低的結晶度、良好的機械性能、 高的耐水性及可生物降解性。
[0008] 為實現上述目的，本發明采用如下技術方案： 一種淀粉/聚乙烯醇復合材料的復合改性劑是由無機金屬鹽和非離子表面活性劑組 成。
[0009] 所述的無機金屬鹽為氯化鋁、氯化鈣、氯化鎂、氯化鋰、硝酸鈣中的一種或幾種。
[0010] 所述的非離子表面活性劑為司盤、吐溫類、硬脂酰乳酸鈉、單硬脂酸甘油酯、月桂 酸單甘油酯中的一種或幾種。
[0011] 復合改性劑中無機金屬鹽的含量為淀粉/聚乙烯醇復合材料重量的5-30 wt%，非 離子表面活性劑的含量為淀粉/聚乙烯醇復合材料重量的0. 2-5 wt%。
[0012] 所述的淀粉/聚乙烯醇復合材料的復合改性劑應用于溶液加工法和熱塑加工法 制備淀粉/聚乙烯醇復合材料中，提高淀粉/聚乙烯醇復合材料的機械性能及耐水性能。采 用溶液加工法：將復合改性劑加入到淀粉/聚乙烯醇的成膜溶液中，攪拌均勻，直接進行溶 液成膜或濕法紡絲；采用熱塑加工法：將復合改性劑和淀粉、聚乙烯醇在高速攪拌機中充 分攪拌，再在單螺桿擠出機中擠出造粒。
[0013] 本發明的顯著優點如下： (1)使用小分子無機金屬鹽作為增塑劑，對淀粉/聚乙烯醇復合材料具有顯著的增塑 效果，使淀粉/聚乙烯醇復合材料的機械性能顯著提高。
[0014] (2)加入非離子型表面活性劑能夠與無機金屬鹽增塑劑產生積極的協同作用，不 僅能夠提高增塑效果，還能夠降低增塑劑的用量，不但降低了成本，還能降低最終制品中的 金屬尚子和鹵素尚子的含量。
[0015] (3)非離子型表面活性劑具有兩親性，當其作為此復合改性劑的主要成分加入到 淀粉/聚乙烯醇中時，一方面可以提高淀粉與聚乙烯醇彼此的相容性，另一方面，由于所選 擇的此類表面活性劑親油特性明顯，從而使得改性后的淀粉/聚乙烯醇復合材料的耐水性 能得到改善。
[0016] (4)本發明的復合改性劑，具有良好的水溶性，在常溫下即可溶解于蒸餾水中，具 有廣泛的應用條件，環境適應性強。在淀粉/聚乙烯醇復合材料的制備過程中添加使用此 復合改性劑不會增加額外的工序，工藝簡便。
[0017] (5)此復合改性劑主要成分的質量占比較為靈活，在較大范圍內，可根據生產材 料所需的性能要求做出調整，并可對淀粉/聚乙烯醇復合材料進行更好的性能調控。
【具體實施方式】
[0018] 下面通過具體實施例對本發明進行具體描述。有必要在此指出的是以下實施例只 用于對本發明進行進一步說明，不能理解為對本發明保護范圍的限制，該領域的技術熟練 人員可以根據上述
【發明內容】
對本發明做出一些非本質的改進和調整。
[0019] 實施例1 將15份無水氯化鈣、0. 5份司盤_85、50份淀粉和50份聚乙烯醇（1799系列）溶于水 中，在90°C水浴中加熱溶解制成5 wt%的成膜溶液。將上述成膜溶液在50°C的真空烘箱中 干燥24 h得到淀粉/聚乙烯醇復合薄膜。相關性能數據見表1。
[0020] 表1實施例1中制備的淀粉/聚乙烯醇薄膜的性能
【主權項】
1. 一種淀粉/聚乙烯醇復合材料的復合改性劑，其特征在于：由無機金屬鹽和非離子 表面活性劑組成。
2. 根據權利要求1所述的淀粉/聚乙烯醇復合材料的復合改性劑，其特征在于：所述 的無機金屬鹽為氯化鋁、氯化鈣、氯化鎂、氯化鋰、硝酸鈣中的一種或幾種。
3. 根據權利要求1所述的淀粉/聚乙烯醇復合材料的復合改性劑，其特征在于：所述 的非離子表面活性劑為司盤、吐溫類、硬脂酰乳酸鈉、單硬脂酸甘油酯、月桂酸單甘油酯中 的一種或幾種。
4. 根據權利要求1所述的淀粉/聚乙烯醇復合材料的復合改性劑，其特征在于：復合 改性劑中無機金屬鹽的含量為淀粉/聚乙烯醇復合材料重量的5-30wt%，非離子表面活性 劑的含量為淀粉/聚乙烯醇復合材料重量的〇. 2-5wt%。
5. -種如權利要求1所述的淀粉/聚乙烯醇復合材料的復合改性劑的應用，其特征在 于：所述的淀粉/聚乙烯醇復合材料的復合改性劑應用于溶液加工法和熱塑加工法制備淀 粉/聚乙烯醇復合材料中，提高淀粉/聚乙烯醇復合材料的機械性能及耐水性能。
6. 根據權利要求5所述的應用，其特征在于：采用溶液加工法：將復合改性劑加入到淀 粉/聚乙烯醇的成膜溶液中，攪拌均勻，直接進行溶液成膜或濕法紡絲；采用熱塑加工法： 將復合改性劑和淀粉、聚乙烯醇在高速攪拌機中充分攪拌，再在單螺桿擠出機中擠出造粒。
【專利摘要】本發明公開了一種淀粉/聚乙烯醇復合材料的復合改性劑，由無機金屬鹽和非離子表面活性劑組成。無機金屬鹽作為增塑劑可提高淀粉/聚乙烯醇復合材料的機械性能。非離子表面活性劑一方面可與無機金屬鹽起到協同增塑的效果，另一方面可以改善淀粉/聚乙烯醇復合材料的耐水性能。加入非離子表面活性劑還可降低無機金屬鹽的加入量，并可降低最終制品中的鹵素原子的含量，得到更加環保的淀粉/聚乙烯醇復合材料。本發明提出的復合改性劑適用于淀粉/聚乙烯醇復合材料的制備，可制備得到性能優良的淀粉/聚乙烯醇復合材料。
【IPC分類】C08L3-02, C08K3-16, C08L29-04
【公開號】CN104788734
【申請號】CN201510194056
【發明人】江獻財, 羅勇, 趙玉來, 侯琳熙
【申請人】福州大學
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年4月23日