專利名稱：一種生物降解淀粉塑料及其制備方法和用途的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種淀粉塑料，具體地說是一種完全生物降解淀粉塑料及其制備方法和用途。
背景技術：
“發展綠色產品，興辦綠色企業，生產綠色產品，提供綠色服務，倡導綠色消費。”是可持續發展的必然要求。隨著科技的進步和經濟的發展，各個國家對環境保護越來越重視。塑料誕生一百多年來，以其優異的性能，越來越受到人們的青睞，人們的日常生活越來越離不開塑料。然而塑料的弊病越來越顯現出來，主要表現在消耗大量的石油資源和到處可見的塑料廢棄物所造成的感觀污染----“白色污染”越來越引起國際社會的廣泛產關注，在國內外旅游業、酒店業和娛樂業都推出用塑料加工生產的一次性用品以方便旅客、游客。因而大量一次性用品給社會環境和經濟帶來極大的負面影響。因此發明一種可完全降解的淀粉塑料及其一次性成型產品來代替現有的塑料產品非常有益。現有技術中有部分可降解的淀粉塑料，公開號為CN1296997A的發明人采用植物纖維粉，聚乙烯醇、羧甲基纖維素、硬脂酸和面粉加水混合后，在較低壓力下成型，其中聚乙烯醇，面粉作為粘合劑；羧甲基纖維素起到增韌增強的作用，其優點是纖維含量較高，但聚乙烯醇和羧甲基纖維素價格較高，其生產方式采用模壓，因此耗能高、效率低。另外有一點必須強調，由于上述制品不耐水，不耐油，需在內表面涂覆防水膠或聚乙烯薄膜，否則理化衛生指標都不達標。上述產品成本都較高，不易被市場接受。還有如專利號為ZL01138290.2、發明名稱為一種淀粉基生物全降解材料及其制備方法的專利，它們中有的彈性和柔性好，但剛性和韌性不夠；有的淀粉塑料雖然剛性和韌性好，但是其它性能又不能滿足要求。因此上述產品一般只適合用于一次性餐具，而對于其它一次性旅游、酒店用品，如遮陽帽、梳子及各種包裝盒卻不適宜。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對現有產品存在的不足，提供一種完全生物降解淀粉塑料，它集“剛性、韌性、彈性、柔性”于一身，適合生產各種一次性產品，特別是旅游業、酒店業、娛樂業一次性用品。
本發明還提供一種上述生物降解淀粉塑料的制備方法和用途。
本發明的技術方案是這樣實現的它是由植物淀粉、脂肪族聚酯和反應型助劑經縮合反應而成，其重量百分比如下脂肪族聚酯11～72％，淀粉10～85％，反應型助劑4～18％，其中脂肪族聚酯為 和 的無規縮聚單元，其中R1、R2為H、C1、C2的烷基；R3為H、C4-C21的烷基；X為4-8，Y為2-4，Z為0-4。
脂肪族聚酯中三種無規縮聚單元的摩爾比依次為1∶1-2∶0.5-1.5。
本發明所使用的植物淀粉為谷物淀粉和薯類淀粉，具體為玉米淀粉、小麥淀粉、早稻淀粉、紅薯淀粉、馬鈴薯淀粉、木薯淀粉、魔芋淀粉中的一種或多種。
本發明所使用的反應型助劑包括增塑劑、交聯劑、熱穩定劑、抗氧化劑，改性單體、引發劑。使用它們的目的有兩個，其一改變淀粉的固有的團粒結構，使其具有熱可塑性，其二是能夠順利實現與脂肪族聚酯的合金化處理。
本發明所使用的增塑劑具體為甘油、一縮二乙二醇、聚乙二醇、三乙醇胺、脲、硬脂酸、油酸、己內酰胺中一種或多種，優選甘油、聚乙二醇、己內酰胺中一種或多種。
本發明所使用的交聯劑具體為馬來酸酐、己二酸酐、己二酸、二氧化硅、鈦酸酯、鋁酸酯中一種或多種，優選鈦酸酯、二氧化硅中一種或兩種。
本發明所使用的熱穩定劑具體為聚酯樹脂、環氧大豆油、硬脂酸鈣、硬脂酸鋅中一種或多種，優選硬脂酸鈣和硬脂酸鋅一種或兩種。本發明所使用的改性單體為乙酸乙烯酯、丙烯酸烷基酯中一種或多種，優選乙酸乙烯酯和丙烯酸甲酯中一種。
本發明所使用的引發劑具體為過氧化二異丙苯、過氧化苯甲酰、偶氮二異丁腈、過氧化氫中一種或多種。優選過氧化氫和偶氮二異丁腈中一種。
本發明所使用的抗氧化劑具體為2，6-二叔丁基-4-甲酚；1，1，3-三(乙-甲基-4-羥基-5-叔丁基苯基)丁烷的一種，優選2，6-二叔丁基-4-甲酚。
本發明制備方法包括以下步驟(1)、將已通過高速混合處理的淀粉及增塑劑投入嚙合同向旋轉雙螺桿擠出機進行淀粉改性反應；(2)、升溫至135-175℃時投入脂肪族聚脂共混；(3)、升溫至150-180℃時加入引發劑進行在線縮合反應，制得熔體。
本發明所使用的嚙合同向旋轉雙螺桿擠出機長徑比48∶1～56∶1螺桿為積木式，螺桿機筒設置兩個真空排氣孔和兩個輔料加料口，溫度設置為I II III IVV VIVII室溫～50 70～100 80～130 110～160 130～175 130～175 150～175VIII IX XXIXII 過渡段模頭150～180 150～190 150～210 130～160 130～150 120～150 160～175本發明所提供的一種生物降解粉塑料它成功地滿足了加工，使用和廢棄后對以經濟、社會和環境所引起影響的期望值，即依據國際標準化組織(ISO)提出的生命周期分析法(LCA)用系統工程的觀點，對“綠色”提出的理想的最高要求。本發明所涉及的新型淀粉塑料可以利用通用塑料注塑機加工旅游業、酒店業、娛樂業一次性用品如遮陽帽、梳子、剃須刀架、擦鞋盒、杯子、刷子等。
本發明的完全生物降解淀粉塑料具有以下特點1、集“剛性、韌性、彈性、柔性”于一身；2、本身不帶靜電與皮毛接觸不產生靜電；
3、耐高、低溫性能好；4、耐水、油、溶劑抽出性好；5、無味、無嗅、無毒、無害、衛生安全；6、用后廢棄可完全生物降解或通過堆肥處理改良土壤。


圖1為本發明的生產過程示意圖具體實施方式
以下結合實施例對本發明作進一步描述實施例1將玉米淀粉70kg同甘油4kg經高速混合機混合后投入嚙合同向旋轉雙螺桿擠出機料斗中，進行淀粉改性反應；升溫至170℃時投入脂肪族聚酯 (三種無規縮聚單元的摩爾比依次為1∶1∶1)24kg共同混合均勻，溫度至180℃時投入過氧化氫0.4kg進行縮合反應，反應完后擠出熔體。
本發明所使用的嚙合同向旋轉雙螺桿擠出機長徑比可以為48∶1，螺桿為積木式，螺桿機筒設置兩個真空排氣孔和兩個輔料加料口，溫度設置為I IIIIIIV V VIVII室溫7080 110130130 150VIIIIXX XI XII過渡段模頭150 150 0 160實施例2將早稻淀粉7kg、紅薯淀粉2kg、馬鈴薯淀粉1kg同聚乙二醇1kg、己內酰胺2kg、硬酯酸鈣2kg、乙酸乙烯酯2kg、2，6-二叔丁基-4-甲酚2kg經高速混合機混合后投入嚙合同向旋轉雙螺桿擠出機料斗中，螺桿長徑比50∶1，升溫度至130℃時投入脂肪族聚酯 (三種無規縮聚單元的摩爾比依次為1∶1∶0.5)72kg共同混合均勻，溫度至150℃時投入氧化二異丙笨0.1kg、過氧化笨甲酰0.2kg、過氧化氫0.3kg進行縮合反應，反應完后擠出熔體。
螺桿機各段的溫度設置為I II IIIIV V VIVII50 5 175 175VIIIIX X XI XII 過渡段模頭180 0 150 175實施例3將玉米淀粉30kg、小麥淀粉55kg同脲0.5kg、一縮二乙二醇0.5kg、三乙醇胺1kg、油酸1kg經高速混合機混合后投入嚙合同向旋轉雙螺桿擠出機料斗中，螺桿長徑比52∶1，溫度升至175℃時投入脂肪族聚酯 (三種無規縮聚單元的摩爾比依次為1∶1∶1.5)11kg共同混合均勻，溫度升至180℃投入偶氮二異丁腈0.2kg進行縮合反應，反應完后擠出熔體。
螺桿機各段的溫度設置為I II III IV V VIVII40 80 100 130150 150 160VIIIIX X XI XII 過渡段模頭160 160180 145140 145 165實施例4將早稻淀粉24Kg、魔芋淀粉5kg、木薯淀粉12Kg同一縮二乙二醇0.3kg、脲0.7kg、丙烯酸甲酯2kg、鈦酸酯0.5kg、硬酯酸鋅0.2kg、聚酯樹脂0.3kg經高速混合機混合后投入嚙合同向旋轉雙螺桿擠出機料斗中，螺桿長徑比50∶1，溫度升至140℃時投入脂肪族聚酯 (三種無規縮聚單元的摩爾比依次為1∶2∶1.5)52kg共同混合均勻，溫度升至165℃投入過氧化笨甲酰0.2kg、過氧化氫0.1kg進行縮合反應，反應完后擠出熔體。
螺桿機各段的溫度設置為III IIIIV V VI VII30 90 110130 160 160 160VIII XI X XI XII 過渡段 模頭160 160180140 140 140 165實施例5將馬鈴薯淀粉60kg同聚乙二醇4kg、二氧化硅1kg、1，1，3-三乙-甲基-4-羥基-5-叔丁基笨基丁烷2kg經高速混合機混合后投入嚙合同向旋轉雙螺桿擠出機料斗中，螺桿長徑比52∶1，溫度升至170℃時投入脂肪族聚酯 (三種無規縮聚單元的摩爾比依次為1∶1.5∶1.5)30kg共同混和均勻，溫度升至175℃投入過氧化二異丙笨0.5kg、過氧化氫0.5kg進行縮合反應，反應完后擠出熔體。
螺桿機各段的溫度設置同實施例4。
實施例6
將魔芋淀粉30kg同三乙醇胺4kg、鋁酸酯0.5kg、馬來酸酐0.5kg、聚酯樹脂0.5kg、硬脂酸鋅0.5kg、2，6-二叔丁基4-甲酚2kg、丙烯酸甲酯2kg經高速混合機混合后投入嚙合同向旋轉雙螺桿擠出機料斗中，螺桿長徑比54∶1，溫度升至150℃時投入脂肪族聚酯 (三種無規縮聚單元的摩爾比依次為1∶2∶1)55kg共同混合均勻，溫度升至160℃投入過氧化二異丙笨0.2kg進行縮合反應，反應完后擠出熔體。
螺桿機各段的溫度設置同實施例3。
實施例7將玉米淀粉43kg同三乙醇胺1kg、甘油1kg、脲1kg、油酸1kg、丙烯酸甲酯3kg經高速混合機混合后投入嚙合同向旋轉雙螺桿擠出機料斗中，螺桿長徑比56∶1，溫度升至160℃時投入脂肪族聚酯(其結構式同實施例1、三種無規縮聚單元的摩爾比依次為1∶2∶1)45kg共同混合均勻，溫度升至170℃投入過氧化氫0.5kg共同混合均勻，反應完后擠出熔體。
螺桿機各段的溫度設置同實施例2。
實施例8將早稻淀粉20kg同己內酰胺5kg、乙酸乙烯酯3kg、鈦酸酯1kg、二氧化硅1kg、環氧大豆油3kg經高速混合機混合后投入嚙合同向旋轉雙螺桿擠出機料斗中，螺桿長徑比54∶1，溫度升至135℃時投入脂肪族聚酯(其結構式同實施例2、三種無規縮聚單元的摩爾比依次為1∶2∶1)65Kg共同混合均勻，溫度升至155℃投入過氧化二異丙笨1kg、過氧化氫4kg進行縮合反應，反應完后擠出熔體。
螺桿機各段的溫度設置同實施例2。
實施例9將紅薯淀粉75kg同聚乙二醇1kg、硬脂酸鋅1kg、鋁酸酯1kg經高速混合機混合后投入嚙合同向旋轉雙螺桿擠出機料斗中，螺桿長徑比50∶1，溫度升至145℃時投入脂肪族聚酯(其結構式同實施例3、三種無規縮聚單元的摩爾比依次為1∶2∶0.5)20kg共同混合均勻，溫度升至170℃投入過過氧化苯丙甲酰0.2kg進行縮合反應，反應完后擠出熔體。
螺桿機各段的溫度設置同實施例1。
實施例10將魔芋淀粉65kg同聚乙二醇1kg、硬脂酸鋅1kg、鈦酸酯1kg、二氧化硅1kg經高速混合機混合后投入嚙合同向旋轉雙螺桿擠出機料斗中，螺桿長徑比50∶1，溫度升至145℃時投入脂肪族聚酯(其結構式同實施例4、三種無規縮聚單元的摩爾比依次為1∶2∶0.5)20kg共同混合均勻，溫度升至170℃投入過過氧化苯丙甲酰0.2kg進行縮合反應，反應完后擠出熔體。
螺桿機各段的溫度設置同實施例3。
實施例11將魔芋淀粉55kg、馬鈴薯淀粉5kg同聚乙二醇1kg、硬脂酸鋅1kg、1，1，3-三乙-甲基-4-羥基-5-叔丁基笨基丁烷2kg、二氧化硅1kg經高速混合機混合后投入嚙合同向旋轉雙螺桿擠出機料斗中，螺桿長徑比52∶1，溫度升至145℃時投入脂肪族聚酯(其結構式同實施例5、三種無規縮聚單元的摩爾比依次為1∶1.2∶0.5)20kg共同混合均勻，溫度升至170℃投入偶氮二異丁腈0.5kg進行縮合反應，反應完后擠出熔體。
螺桿機各段的溫度設置同實施例1。
實施例12將小麥淀粉15kg、早稻淀粉20kg、紅薯淀粉15kg、魔芋淀粉15kg同聚乙二醇1kg、聚酯樹脂1kg、環氧大豆油1kg、硬脂酸鋅1kg、鈦酸酯1kg、二氧化硅1kg、2，6-二叔丁基-4-甲酚1kg經高速混合機混合后投入嚙合同向旋轉雙螺桿擠出機料斗中，螺桿長徑比50∶1，溫度升至145℃時投入脂肪族聚酯(其結構式同實施例1、三種無規縮聚單元的摩爾比依次為1∶2∶0.5)50kg共同混合均勻，溫度升至170℃投入過氧化苯丙甲酰0.2kg進行縮合反應，反應完后擠出熔體。
螺桿機各段的溫度設置同實施例3。
本發明的完全降解淀粉塑料可以利用通用塑料注塑機，設計不同的模具，利用現有技術加工成旅游業、酒店業、娛樂業一次性用品如遮陽帽、梳子、剃須刀架、擦鞋盒、杯子、刷子、高爾夫球、兒童卡通玩具等。
權利要求
1.一種生物降解淀粉塑料，它是由植物淀粉、脂肪族聚酯和反應型助劑經縮合反應而成，其重量百分比如下脂肪族聚酯11～72％，淀粉10～85％，反應型助劑4～18％，其中脂肪族聚酪為 和 的無規縮聚單元，其中R1、R2為H、C1、C2的烷基，X為4-8，Y為2-4，Z為0-4；反應型助劑包含增塑劑和引發劑。
2.根據權利要求1所述的一種生物降解淀粉塑料，其中所述脂肪族聚酯中三種無規縮聚單元的摩爾比依次為1∶1-2∶0.5-1.5。
3.根據權利要求1所述的一種生物降解淀粉塑料，其中所述的植物淀粉為玉米淀粉、小麥淀粉、早稻淀粉、紅薯淀粉、馬鈴薯淀粉、木薯淀粉、魔芋淀粉中的一種或多種。
4.根據權利要求1所述的一種生物降解淀粉塑料，其中所述的反應型助劑還包括交聯劑、熱穩定劑、抗氧化劑，改性單體中的一種或多種。
5.根據權利要求1或4所述的一種生物降解淀粉塑料，其中所述的增塑劑為甘油、一縮二乙二醇、聚乙二醇、三乙醇胺、脲、硬脂酸、油酸、己內酰胺中一種或多種；交聯劑為馬來酸酐、己二酸酐、己二酸、二氧化硅、鈦酸酯、鋁酸酯中一種或多種；熱穩定劑為聚酯樹脂、環氧大豆油、硬脂酸鈣、硬脂酸鋅中一種或多種；抗氧化劑為2，6-二叔丁基-4-甲酚、1，1，3-三(乙-甲基-4-羥基-5-叔丁基苯基)丁烷的一種；改性單體為乙酸乙烯酯、丙烯酸烷基酯中一種或多種，引發劑為過氧化二異丙苯、過氧化苯甲酰、偶氮二異丁腈、過氧化氫中一種或多種。
6.根據權利要求5所述的一種生物降解淀粉塑料，其中所述增塑劑為甘油；所述引發劑為過氧化氫；所述改性單體為乙酸乙烯酯；所述抗氧化劑為2，6-二叔丁基-4-甲酚；所述交聯劑為鈦酸酯；所述熱穩定劑為硬脂酸鈣。
7.根據權利要求1-6的任意一種生物降解淀粉塑料的制備方法，它包括以下步驟(1)、將已通過高速混合處理的淀粉及增塑劑投入嚙合同向旋轉雙螺桿擠出機進行淀粉改性反應；(2)、升溫至135-175℃時投入脂肪族聚脂共混；(3)、升溫至150-175℃時加入引發劑進行在線縮合反應，制得熔體。
8.根據權利要求7的一種生物降解的淀粉塑料的制備方法，其中嚙合同向旋轉雙螺桿擠出機溫度設置為I IIIII IVV VIVII室溫～50 70～100 80～130 110～160 130～175 130～175 150～175VIII IXX XIXII 過渡段模頭150～180 150～190 150～210 130～160 130～150 120～150 160～175。
9.根據權利要求7的一種生物降解的淀粉塑料的制備方法，其中嚙合同向旋轉雙螺桿擠出機溫度設置為I IIIII IVV VIVII室溫 90120 155 170 170 150VIII IXX XI XII過渡段 模頭180 190 150 0
10.權利要求1-6的任意一種生物降解的淀粉塑料的用途，它可以制備成旅游業、酒店業、娛樂業一次性用品。
全文摘要
本發明涉及一種淀粉塑料，具體地說是一種完全生物降解淀粉塑料及其制備方法和用途。它是由植物淀粉、脂肪族聚酯和反應型助劑經縮合反應而成，其重量百分比如下脂肪族聚酯11～72％，淀粉10～85％，反應型助劑4～18％，脂肪族聚酯包含三種無規縮聚單元，反應型助劑包含增塑劑和引發劑。本發明能夠完全生物降解，它集“剛性、韌性、彈性、柔性”于一身，具有非常良好的塑料性能，它非常適合生產旅游業、酒店業、娛樂業一次性用品。
文檔編號B29C47/40GK1752137SQ20051001873
公開日2006年3月29日 申請日期2005年5月19日 優先權日2005年5月19日
發明者王世和, 張先炳, 張立斌, 金國軸 申請人:武漢華麗環保科技有限公司