一種輻照玉米淀粉基的生物降解顆粒及其薄膜的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種輻照玉米淀粉基的生物降解顆粒，包括以重量份數(shù)計(jì)，100份輻照玉米淀粉、10-30份塑化劑、5-15份增強(qiáng)劑、0.5-2份交聯(lián)劑、和0.01-1份開(kāi)口劑。本發(fā)明的生物降解顆粒，成本低廉，使用的試劑安全無(wú)毒，塑化效果好。
【專利說(shuō)明】一種輻照玉米淀粉基的生物降解顆粒及其薄膜
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及塑料，特別涉及一種輻照玉米淀粉基的生物降解顆粒及其薄膜。
【背景技術(shù)】
[0002]塑料制品具有重量輕、機(jī)械性能好、耐水、耐化學(xué)腐蝕、外觀美觀、制造及安裝方便以及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥化工、國(guó)防及人們生產(chǎn)和日常生活的各個(gè)領(lǐng)域。2012年，我國(guó)塑料制品累計(jì)總產(chǎn)量5830萬(wàn)T以上，居世界第二位。
[0003]然而，大量廢棄塑料制品的不可降解性，給人類的生存環(huán)境帶來(lái)了巨大的困擾。一)目前塑料廢棄物的處理主要采用回收、焚燒、掩埋等方式。對(duì)于回收處理方式，以目前的科技水平僅有25%的塑料廢棄物可以被回收。對(duì)于塑料廢棄物而言，回收處理的費(fèi)用很高，而回收產(chǎn)品的性能較低，使用價(jià)值不高。對(duì)于焚燒處理，會(huì)產(chǎn)生大量的有害氣體，對(duì)環(huán)境造成極大的污染，目前已經(jīng)禁止該處理方式。對(duì)于填埋處理，既占用土地，又不會(huì)對(duì)塑料的降解產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性幫助。我國(guó)每年產(chǎn)生約500萬(wàn)噸的塑料垃圾，除了 30%左右由個(gè)體業(yè)主自發(fā)回收利用，其余大部分進(jìn)行衛(wèi)生填埋或隨意堆放，造成大量的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。二)塑料制品中含有增塑劑鄰苯二甲醛酯類化合物。該化合物具有低水溶性、高脂溶性和生物積累性。殘棄的塑料制品經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間浸浙會(huì)緩慢的釋放出該類化合物，對(duì)水源、土壤造成毒害。同時(shí)，塑料制品的大量使用還加速了石油能源的消耗。眾所周知，石油是一種不可再生資源，大量的消耗必將導(dǎo)致石油能源的枯竭。據(jù)報(bào)道全球石油儲(chǔ)量約800億噸，而全球每年的石油消耗量超過(guò)30億噸，如此下去，數(shù)十年后，高分子塑料工業(yè)將面臨原料匱乏的困境。
[0004]淀粉具有可循環(huán)再生性、來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉、降解性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，成為一種理想的塑料替代品。第一代淀粉塑料是淀粉填充型塑料。該類塑料中淀粉含量在10%~30%之間，淀粉降解后塑料崩解成碎片殘留在自然環(huán)境中。該類塑料可緩解高分子塑料造成的白色污染，但不能從根本上解`決白色污染問(wèn)題；第二代淀粉塑料為淀粉共混型塑料。該類塑料中淀粉含量提高到30%~70%，混合物中含有難降解的聚烯烴，也有能較快降解的乙烯/乙烯醇、乙烯/丙烯酸和乙烯/醋酸乙烯酯共聚物等。這類產(chǎn)品在力學(xué)性能、加工性能和降解性能方面結(jié)合的非常好。但由于淀粉與樹(shù)脂的相容性差，導(dǎo)致淀粉很難在料樣中混合均勻。淀粉與樹(shù)脂之間的增容問(wèn)題，是第二代淀粉塑料需要解決的問(wèn)題。但是，在淀粉的變性、聚乙烯醇的改性會(huì)發(fā)生氨化、醚化或酯化等反應(yīng)，引入無(wú)法降解的高分子鏈，增加了另外的安全隱患。第三代淀粉塑料為全降解淀粉塑料。該類塑料中淀粉的含量在90%以上，通過(guò)干法剪切塑化、直接擠出得到。但是，這種全淀粉塑料的制備工藝與目前常規(guī)的塑料生產(chǎn)設(shè)備不兼容。
[0005]干法剪切塑化、擠出造粒工藝是目前塑料母粒的常規(guī)制備工藝。但是，以淀粉為主體材料制備塑料母粒時(shí)，存在造粒難的問(wèn)題。1、淀粉的力學(xué)性能差。塑化后熔融態(tài)的淀粉力學(xué)性能很差，造粒時(shí)很難拉成條。2、淀粉的吸濕性強(qiáng)。造粒拉條過(guò)程中，必須使用風(fēng)冷，不能使用水冷。同時(shí)，淀粉在風(fēng)冷拉條過(guò)程中會(huì)不斷吸收空氣的水份，容易導(dǎo)致切粒機(jī)的刀口堵塞。3、熔融態(tài)淀粉的粘度大，易于黏附在造粒機(jī)的模頭，堵住濾網(wǎng)，損壞吹膜機(jī)。4、造粒后的淀粉依然具有很強(qiáng)的吸濕性，需要保存在干燥皿中，增加后續(xù)處理的困難。目前為了解決上述問(wèn)題，采用對(duì)淀粉進(jìn)行改性，在淀粉表面增加疏水基團(tuán)，降低淀粉的吸濕性。
[0006]淀粉的改性有如下幾種方法:1)利用淀粉顆粒的多羥基，在其表面偶聯(lián)一層疏水層。硅烷類偶聯(lián)劑和鋁酸酯偶聯(lián)劑是最常用的兩種偶聯(lián)劑。硅烷類偶聯(lián)劑多有神經(jīng)毒性和腐蝕性，鋁酸酯偶聯(lián)劑無(wú)毒，但增加了粉料的粘性，增加了后期制備工藝的難度。2)納米二氧化硅淀粉改性細(xì)化淀粉。納米二氧化硅比較昂貴。細(xì)化到300目的淀粉，1、增加了成本；
2、需要防止細(xì)化淀粉的團(tuán)聚；3、細(xì)化淀粉更易吸水。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足或缺陷，本發(fā)明提供一種輻照玉米淀粉基的生物降解顆粒及其薄膜。
[0008]一種輻照玉米淀粉基的生物降解顆粒，包括，以重量份數(shù)計(jì)，100份輻照玉米淀粉、10-30份塑化劑、5-15份增強(qiáng)劑、0.5-2份交聯(lián)劑、和0.01-1份開(kāi)口劑。
[0009]可選的，所述輻照玉米淀粉為經(jīng)6tlCo-Y射線輻照后的玉米淀粉。
[0010]可選的，所述塑化劑包括:甘油、三乙醇胺、或尿素。
[0011]可選的，所述增強(qiáng)劑包括:聚乙烯醇或聚己內(nèi)酯。
[0012]可選的，所述交聯(lián)劑包括:戊二醛、多聚甲醛、或乙二醛。
[0013]可選的，所述開(kāi)口劑包括:硬脂酸或液體石蠟。
[0014]可選的，所述6tlCo-Y射線輻照的輻照劑量為10-80kGy。
[0015]此外，本發(fā)明還公開(kāi)了一種淀粉基薄膜，其特征在于:其采用上述生物降解顆粒為原材料。
[0016]本發(fā)明不需要使用偶聯(lián)劑、不需要納米二氧化硅的修飾、不需要淀粉的疏水處理，制備方法簡(jiǎn)單，使用的試劑安全無(wú)毒，輻照降低了淀粉的結(jié)晶度，減小了淀粉的粒徑，塑化效果好。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本發(fā)明生物降解顆粒制備方法流程圖；
[0018]圖2為不同福照劑量下玉米淀粉的重量變化圖；
[0019]圖3為不同輻照劑量照射后玉米淀粉粒徑變化圖；
[0020]圖4為不同輻照劑量照射后玉米淀粉結(jié)晶度變化圖；
[0021]圖5為生物降解顆粒自然降解曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各 種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。
[0023]本發(fā)明采用不同輻照劑量的6tlCo-Y射線，輻照淀粉，得到一種干燥、粒徑減小、結(jié)晶度下降的變性淀粉，輻照玉米淀粉基的生物降解顆粒，其特征在于，該生物降解顆粒包括:以重量份數(shù)計(jì)，100份輻照玉米淀粉、10-30份塑化劑、5-15份增強(qiáng)劑、0.5-2份交聯(lián)劑、和0.01-1份開(kāi)口劑。
[0024]上述生物降解顆粒的制備可以參閱圖1:
[0025]SlOl:利用射線對(duì)玉米淀粉進(jìn)行輻照，得到輻照玉米淀粉。
[0026]本發(fā)明采用不同輻照劑量的6tlCo-Y射線，輻照淀粉，得到輻照玉米淀粉，本發(fā)明提出的6tlCo-Y射線輻照法能夠有效的修飾淀粉，得到易于塑化、易于造粒的淀粉基粉料。實(shí)驗(yàn)表明經(jīng)6tlCo- Y射線輻照后玉米淀粉的水分減少、粉粒徑減小、結(jié)晶度下降。
[0027]a,60Co-Y射線輻照后玉米淀粉的水分減少。
[0028]取100g市售的玉米淀粉，市售的玉米淀粉中含有約20 %左右的水，對(duì)100g市售的玉米淀粉采用不同輻照劑量的6tlCo-Y射線進(jìn)行照射，其玉米淀粉重量與輻照劑量的關(guān)系如圖2所示，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:6°Co-y射線輻照后玉米淀粉的重量減少了 21%，對(duì)應(yīng)為水的揮發(fā)，6tlCo-Y射線輻照后玉米淀粉的水分減少?？梢?jiàn)，輻照后的淀粉是完全干燥的淀粉，輻照過(guò)程也可以看成是一次干燥的過(guò)程。
[0029]b,60Co-Y射線輻照后玉米淀粉的粉粒徑減小。[0030]對(duì)等量的玉米淀粉，采用不同輻照劑量的6tlCo-Y射線進(jìn)行照射，結(jié)果如圖3所示，圖3中A圖為原始淀粉的粒徑圖，B圖為20kGy輻照劑量照射后的淀粉的粒徑圖，C圖為40kGy輻照劑量照射后的淀粉的粒徑圖，D圖為50kGy輻照劑量照射后的淀粉的粒徑圖。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:6°Co-Y射線福照后,玉米淀粉粒徑減小；40kGy和50kGy的福照劑量的淀粉的粒徑比較相近，40kGy的輻照劑量能夠有效的細(xì)化玉米淀，考慮到輻照的成本問(wèn)題，所有優(yōu)選的輻照劑量為40kGy?？梢?jiàn)，輻照過(guò)程是一個(gè)淀粉的細(xì)化過(guò)程。
[0031]C^60Co-Y射線輻照后玉米淀粉的結(jié)晶度下降。
[0032]對(duì)等量的玉米淀粉，采用不同輻照劑量的6tlCo- Y射線進(jìn)行照射，其強(qiáng)度隨輻照劑量變化的結(jié)果如圖4所示，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:6°Co-y射線輻照后，玉米淀粉的結(jié)晶度下降?？梢?jiàn)輻照過(guò)程是一個(gè)降低淀粉結(jié)晶度，增加可塑性的過(guò)程。
[0033]S102:以重量份數(shù)計(jì)，將100份輻照玉米淀粉、10_30份塑化劑、5_15份增強(qiáng)劑、
0.5-2份交聯(lián)劑、和0.01-1份開(kāi)口劑混合均勻，得到混合料。
[0034]所述塑化劑可以包括:甘油、三乙醇胺、或尿素等；所述增強(qiáng)劑可以包括:聚乙烯醇或聚己內(nèi)酯等；所述交聯(lián)劑可以包括:戊二醛、多聚甲醛、或乙二醛等；所述開(kāi)口劑可以包括:硬脂酸或液體石蠟等。
[0035]例如，可以采用如下組分，以重量份數(shù)計(jì)，其組份及含量如下:以輻照玉米淀粉100為基數(shù):甘油(塑化劑)10-30 ;戊二醛0.5-2，硬脂酸1-3，聚乙烯醇5_15，液體石蠟
0.01-0.05ο
[0036]混合時(shí)，可以將輻照后的變性玉米淀粉、甘油、硬脂酸、戊二醛和液體石蠟，置于高速/低速混料機(jī)中混勻。
[0037]S103:將混合料造粒，得到所述生物降解顆粒。
[0038]具體而言，可以將步驟S102中的混合料置于雙螺桿擠出機(jī)中造粒，得到生物降解顆粒。
[0039]通過(guò)上述步驟制備而成的生物降解顆粒具有良好的降解性，取1.5g的本發(fā)明的生物降解顆粒其自然降解曲線如圖5所示，結(jié)果表明生物降解顆粒90天的降解率為77%，其具有良好的降解性。
[0040]利用本發(fā)明的生物降解顆?？梢灾频貌煌乃芰袭a(chǎn)品，例如將本發(fā)明的生物降解顆粒置于不同口徑的吹膜機(jī)中，可以制備出不同寬度的淀粉基薄膜；其制備設(shè)備與方法為現(xiàn)有技術(shù)，不再詳述。
[0041]以上所示，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的方法及技術(shù)內(nèi)容作出些許的更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種輻照玉米淀粉基的生物降解顆粒，其特征在于，包括，以重量份數(shù)計(jì)，100份輻照玉米淀粉、10-30份塑化劑、5-15份增強(qiáng)劑、0.5-2份交聯(lián)劑、和0.01-1份開(kāi)口劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物降解顆粒，其特征在于，所述輻照玉米淀粉為經(jīng)6tlCo-Y射線輻照后的玉米淀粉。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物降解顆粒，其特征在于，所述塑化劑包括:甘油、三乙醇胺、或尿素。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物降解顆粒，其特征在于，所述增強(qiáng)劑包括:聚乙烯醇或聚己內(nèi)酯。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物降解顆粒，其特征在于，所述交聯(lián)劑包括:戊二醛、多聚甲醛、或乙二醛。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物降解顆粒，其特征在于，所述開(kāi)口劑包括:硬脂酸或液體石蠟。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生物降解顆粒，其特征在于，優(yōu)選的，所述6tlCo-Y射線輻照的輻照劑量為10-80kGy。
8.一種淀粉基薄膜，其特征在于:其采用上述權(quán)利要求1-7中任一生物降解顆粒為原材料。·
【文檔編號(hào)】C08K5/00GK103849010SQ201410061121
【公開(kāi)日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2014年2月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月23日
【發(fā)明者】李澧, 朱佳廷 申請(qǐng)人:江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院