一种淀粉基合金环保材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及环保材料改性技术领域，尤其涉及一种淀粉基合金环保材料及其制备方法。


背景技术：

2.植物淀粉和植物秸秆纤维属于天然生物高分子材料，具有可完全降解、来源丰富和价格低廉等特点。在生物基高分子材料的应用中，淀粉通常作为填料使用，大大降低了生产成本，改善了材料的生物降解性能。
3.但是，由于植物淀粉和植物秸秆纤维本身具有多羟基结构，导致淀粉与其它合成树脂相容性差，限制了其在生物降解材料中的应用；另外由于生产的降解材料力学性能、热稳定性能、阻燃性能、导电性能等等无法满足更广的日用品和工业制品范围应用。
4.现有淀粉基合金改性材料都是将淀粉、塑料树酯(环保树酯)、各类改性助剂等直接混入或者填充改性后加工合金材料，因为填充的各类改性树酯和填充材料，受到生产加工工艺影响和填充材料本身的性能缺陷，导致生产出的合金材料,在应用中性能受到制约。


技术实现要素：

5.本发明为了解决上述技术问题，提供一种淀粉基合金环保材料及其制备方法，淀粉基合金材料中复合材料使用的石油基塑料比例低，有效减少石油基塑料的使用，节能环保；引入纳米复合材料，改变了植物淀粉、植物秸秆纤维、生物基树脂的物理性能，提高了材料的力学性能、阻燃性能、加工的稳定性等材料性能；引入了壳聚糖增加生物可降解性，节能环保；引入松香衍生物，提高合金材料的防潮、抑菌性能。
6.本发明通过下述技术方案实现：一种淀粉基合金环保材料，由下述原料按重量份组成：植物淀粉 30-60份，植物秸秆纤维 10-20份，反应助剂 1-5份，生物基树脂30-60份，纳米复合材料 1-5份，塑化剂 0.2-1份，润滑剂0.5-2份，5-8份氧化硅，8-12份壳聚糖，6-10份松香衍生物。
7.进一步，所述植物淀粉和植物秸秆纤维的重量分数比例为3:1；所述植物淀粉和生物基树脂的重量分数比例为1:1。
8.进一步，所述植物淀粉为100-800目的玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉、小麦淀粉、糯米淀粉和转基因玉米淀粉中的一种或多种；所述植物秸秆纤维为100-300目的水稻秸秆、小麦秸秆和玉米秸秆的一种或多种。
9.进一步，所述反应助剂包括引发剂、马来酸酐、硬脂酸的混合物，还包括偶联剂、单硬脂酸甘油酯、醋酸乙烯酯和丙烯酸中的一种或多种。
10.更进一步，所述引发剂为过硫酸钾、过氧化月桂酰、亚硫酸氢钠、蔗糖和过氧化苯甲酰中的一种或多种；所述偶联剂为钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、磷酸酯偶联剂和锆酸酯偶联剂中的一种或多种。
11.进一步，所述生物基树脂为聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、聚己内酯、聚羟基脂肪酸
酯、二氧化碳共聚物、聚乙烯醇、聚羟基烷酸酯和聚羟基丁酸酯中的一种或多种。
12.进一步，所述纳米复合材料包括石墨烯和纳米级无机材料；所述石墨烯为氧化石墨烯；纳米级无机物为3000-5000目的硫酸钙晶须、3000-5000目纳米级白炭黑、5000-6000目纳米级二氧化硅和3000-5000目纳米级蒙脱土中的一种或多种。
13.进一步，所述塑化剂为过氧化环氧大豆油、异山梨醇二酯、乙酰基柠檬酸三丁酯和环氧硬酯酸辛酯中的一种或多种；所述润滑剂为硅油、硬脂酸锌、硬脂酸钙、聚乙烯蜡、硬脂酸丁酯和石蜡中的一种或多种；所述松香衍生物为石灰松香、甘油松香、松香酸酐、松香醇的一种或多种。
14.进一步，所述松香衍生物为松香酸酐，所述松香酸酐为松香和醋酸酐按重量分数比1:1.2混合反应得到，所述反应温度为245-260℃，所述反应时间为1.5-2.5h。
15.本发明一种淀粉基合金环保材料的制备方法，包括如下步骤：1）改性处理：将植物淀粉投入到温度为88-92℃的干法反应器内，加入反应助剂，反应时间为1-2小时，得到改性淀粉；将植物秸秆纤维投入到温度105-110℃的干燥器中干燥时间2-3小时，得到含水率小于3%的干燥植物秸秆纤维；2）共混：将步骤1）得到的所述改性淀粉和所述干燥植物秸秆纤维投入共混机，加入所述生物基树脂，保持温度60-70℃，搅拌的速率为150-250r/min，共混改性0.5-1小时，然后加入所述纳米复合材料、塑化剂、润滑剂、氧化硅、壳聚糖和松香衍生物，保持温度65-85℃，搅拌速率为300-1000r/min，进行高速共混改性0.5-1小时，然后降温至30-55℃，得到粉料；3）造粒：将步骤2）中所述粉料加入到平行同向双螺杆机中，挤出物料冷却后在造粒机中熔融造粒，所述平行同向双螺杆机螺杆长径比大于等于52:1，所述造粒机参数设置为温度150-170℃，模头温度150-170℃，螺杆转速100-210rpm。
16.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：1、本发明提供的一种淀粉基合金环保材料可生产优质的塑料制品，而且环保材料使用的石油基塑料比例低，有效减少石油基塑料的使用，节能环保；2、本发明通过引入纳米复合材料改变了植物淀粉、植物秸秆纤维、生物基树脂的物理性能，提高了材料的力学性能、阻燃性能、加工的稳定性等材料性能的技术问题；3、本发明制备的淀粉基合金环保材料，比传统的工业塑料材料及塑料制品应用广泛、力学性能优、环保可降解，可应用于注塑、吹膜和挤出管材、型材等各项加工工艺，并且根据生产的制品技术参数，可调、可控降解周期；4、本发明制备的淀粉基合金环保材料，引入了壳聚糖，壳聚糖为天然多糖甲壳素脱除部分乙酰基的产物，具有生物降解性、生物相容性、无毒性、抑菌、抗癌、降脂、增强免疫等多种生理功能，增加淀粉基合金环保材料生物可降解性，并且无毒抑菌；5、本发明制备的淀粉基合金环保材料，引入松香衍生物，具有防潮，抑菌等优良特性，增加了淀粉基合金环保材料防潮抑菌性能。
具体实施方式
17.下面结合实施例对本发明进行进一步描述。以下实施例仅为本发明的几个具体实施例，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均
应属于侵犯本发明保护范围的行为。
18.本发明一种淀粉基合金环保材料的制备方法，包括如下步骤：1）改性处理：将植物淀粉投入到温度为88-92℃的干法反应器内，加入反应助剂，反应时间为1-2小时，得到改性淀粉；将植物秸秆纤维投入到温度105-110℃的干燥器中干燥时间2-3小时，得到含水率小于3%的干燥植物秸秆纤维；2）共混：将步骤1）得到的所述改性淀粉和所述干燥植物秸秆纤维投入共混机，加入所述生物基树脂，保持温度60-70℃，搅拌的速率为150-250r/min，共混改性0.5-1小时，然后加入所述纳米复合材料、塑化剂、润滑剂、氧化硅、壳聚糖和松香衍生物，保持温度65-85℃，搅拌速率为300-1000r/min，进行高速共混改性0.5-1小时，然后降温至30-55℃，得到粉料；3）造粒：将步骤2）中所述粉料加入到平行同向双螺杆机中，挤出物料冷却后在造粒机中熔融造粒，所述平行同向双螺杆机螺杆长径比大于等于52:1，所述造粒机参数设置为温度150-170℃，模头温度150-170℃，螺杆转速100-210rpm。
19.通过上述制备方法获得了一种淀粉基合金环保材料粒料，粒料加入注塑机中得到各种餐饮具和日用塑料制品；粒料加入到吹膜机中制得农地膜和包装物；粒料加入到其他成型机器中制得塑料管材、塑料管件等。
20.上述制备方法采用的淀粉基合金环保材料的原料根据组分和配方有多种实施方式，实施例如下：实施例1一种淀粉基合金环保材料，由下述原料按重量份组成：植物淀粉 30份，植物秸秆纤维 10份，反应助剂 1份，生物基树脂30份，纳米复合材料 1份，塑化剂 0.2份，润滑剂0.5份，5份氧化硅，8份壳聚糖，6份松香衍生物。
21.更具体地，所述植物淀粉为100-800目的玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉、小麦淀粉、糯米淀粉和转基因玉米淀粉中的一种或多种；所述植物秸秆纤维为100-300目的水稻秸秆、小麦秸秆和玉米秸秆的一种或多种。
22.更具体地，所述反应助剂包括引发剂、马来酸酐、硬脂酸的混合物，还包括偶联剂、单硬脂酸甘油酯、醋酸乙烯酯和丙烯酸中的一种或多种。
23.更具体地，所述引发剂为过硫酸钾、过氧化月桂酰、亚硫酸氢钠、蔗糖和过氧化苯甲酰中的一种或多种；所述偶联剂为钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、磷酸酯偶联剂和锆酸酯偶联剂中的一种或多种。
24.更具体地，所述生物基树脂为聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、聚己内酯、聚羟基脂肪酸酯、二氧化碳共聚物、聚乙烯醇、聚羟基烷酸酯和聚羟基丁酸酯中的一种或多种。
25.更具体地，所述纳米复合材料包括石墨烯和纳米级无机材料；所述石墨烯为氧化石墨烯；纳米级无机物为3000-5000目的硫酸钙晶须、3000-5000目纳米级白炭黑、5000-6000目纳米级二氧化硅和3000-5000目纳米级蒙脱土中的一种或多种。
26.更具体地，所述塑化剂为过氧化环氧大豆油、异山梨醇二酯、乙酰基柠檬酸三丁酯和环氧硬酯酸辛酯中的一种或多种；所述润滑剂为硅油、硬脂酸锌、硬脂酸钙、聚乙烯蜡、硬脂酸丁酯和石蜡中的一种或多种；所述松香衍生物为石灰松香、甘油松香、松香酸酐、松香醇的一种或多种。
27.更具体地，所述松香衍生物为松香酸酐，所述松香酸酐为松香和醋酸酐按重量分数比1:1.2混合反应得到，所述反应温度为245-260℃，所述反应时间为1.5-2.5h。
28.实施例2一种淀粉基合金环保材料，由下述原料按重量份组成：植物淀粉60份，植物秸秆纤维20份，反应助剂5份，生物基树脂60份，纳米复合材料 5份，塑化剂1份，润滑剂2份，8份氧化硅，12份壳聚糖，10份松香衍生物。
29.更具体地，所述植物淀粉为100-800目的玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉、小麦淀粉、糯米淀粉和转基因玉米淀粉中的一种或多种；所述植物秸秆纤维为100-300目的水稻秸秆、小麦秸秆和玉米秸秆的一种或多种。
30.更具体地，所述反应助剂包括引发剂、马来酸酐、硬脂酸的混合物，还包括偶联剂、单硬脂酸甘油酯、醋酸乙烯酯和丙烯酸中的一种或多种。
31.更具体地，所述引发剂为过硫酸钾、过氧化月桂酰、亚硫酸氢钠、蔗糖和过氧化苯甲酰中的一种或多种；所述偶联剂为钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、磷酸酯偶联剂和锆酸酯偶联剂中的一种或多种。
32.更具体地，所述生物基树脂为聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、聚己内酯、聚羟基脂肪酸酯、二氧化碳共聚物、聚乙烯醇、聚羟基烷酸酯和聚羟基丁酸酯中的一种或多种。
33.更具体地，所述纳米复合材料包括石墨烯和纳米级无机材料；所述石墨烯为氧化石墨烯；纳米级无机物为3000-5000目的硫酸钙晶须、3000-5000目纳米级白炭黑、5000-6000目纳米级二氧化硅和3000-5000目纳米级蒙脱土中的一种或多种。
34.更具体地，所述塑化剂为过氧化环氧大豆油、异山梨醇二酯、乙酰基柠檬酸三丁酯和环氧硬酯酸辛酯中的一种或多种；所述润滑剂为硅油、硬脂酸锌、硬脂酸钙、聚乙烯蜡、硬脂酸丁酯和石蜡中的一种或多种；所述松香衍生物为石灰松香、甘油松香、松香酸酐、松香醇的一种或多种。
35.更具体地，所述松香衍生物为松香酸酐，所述松香酸酐为松香和醋酸酐按重量分数比1:1.2混合反应得到，所述反应温度为245-260℃，所述反应时间为1.5-2.5h。
36.实施例3一种淀粉基合金环保材料，由下述原料按重量份组成：植物淀粉 45份，植物秸秆纤维 15份，反应助剂 2.5份，生物基树脂45份，纳米复合材料 2.5份，塑化剂 0.5份，润滑剂1份，6.5份氧化硅，10份壳聚糖，8份松香衍生物。
37.更具体地，所述植物淀粉为100-800目的玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉、小麦淀粉、糯米淀粉和转基因玉米淀粉中的一种或多种；所述植物秸秆纤维为100-300目的水稻秸秆、小麦秸秆和玉米秸秆的一种或多种。
38.更具体地，所述反应助剂包括引发剂、马来酸酐、硬脂酸的混合物，还包括偶联剂、单硬脂酸甘油酯、醋酸乙烯酯和丙烯酸中的一种或多种。
39.更具体地，所述引发剂为过硫酸钾、过氧化月桂酰、亚硫酸氢钠、蔗糖和过氧化苯甲酰中的一种或多种；所述偶联剂为钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、磷酸酯偶联剂和锆酸酯偶联剂中的一种或多种。
40.更具体地，所述生物基树脂为聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、聚己内酯、聚羟基脂肪酸酯、二氧化碳共聚物、聚乙烯醇、聚羟基烷酸酯和聚羟基丁酸酯中的一种或多种。
41.更具体地，所述纳米复合材料包括石墨烯和纳米级无机材料；所述石墨烯为氧化石墨烯；纳米级无机物为3000-5000目的硫酸钙晶须、3000-5000目纳米级白炭黑、5000-6000目纳米级二氧化硅和3000-5000目纳米级蒙脱土中的一种或多种。
42.更具体地，所述塑化剂为过氧化环氧大豆油、异山梨醇二酯、乙酰基柠檬酸三丁酯和环氧硬酯酸辛酯中的一种或多种；所述润滑剂为硅油、硬脂酸锌、硬脂酸钙、聚乙烯蜡、硬脂酸丁酯和石蜡中的一种或多种；所述松香衍生物为石灰松香、甘油松香、松香酸酐、松香醇的一种或多种。
43.更具体地，所述松香衍生物为松香酸酐，所述松香酸酐为松香和醋酸酐按重量分数比1:1.2混合反应得到，所述反应温度为245-260℃，所述反应时间为1.5-2.5h。
44.本发明淀粉基合金材料中复合材料使用的石油基塑料比例低，有效减少石油基塑料的使用，节能环保；引入纳米复合材料，改变了植物淀粉、植物秸秆纤维、生物基树脂的物理性能，提高了材料的力学性能、阻燃性能、加工的稳定性等材料性能；引入壳聚糖、松香衍生物，提高合金材料的防潮、抑菌性能，增加生物可降解性。
45.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种淀粉基合金环保材料，其特征在于，由下述原料按重量份组成：植物淀粉 30-60份，植物秸秆纤维 10-20份，反应助剂 1-5份，生物基树脂30-60份，纳米复合材料 1-5份，塑化剂 0.2-1份，润滑剂0.5-2份，5-8份氧化硅，8-12份壳聚糖，6-10份松香衍生物。2.根据权利要求1所述的一种淀粉基合金环保材料，其特征在于，所述植物淀粉和植物秸秆纤维的重量分数比例为3:1；所述植物淀粉和生物基树脂的重量分数比例为1:1。3.根据权利要求1或2所述的一种淀粉基合金环保材料，其特征在于，所述植物淀粉为100-800目的玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉、小麦淀粉、糯米淀粉和转基因玉米淀粉中的一种或多种；所述植物秸秆纤维为100-300目的水稻秸秆、小麦秸秆和玉米秸秆的一种或多种。4.根据权利要求1或2所述的一种淀粉基合金环保材料，其特征在于，所述反应助剂包括引发剂、马来酸酐、硬脂酸的混合物，还包括偶联剂、单硬脂酸甘油酯、醋酸乙烯酯和丙烯酸中的一种或多种。5.根据权利要求4所述的一种淀粉基合金环保材料，其特征在于，所述引发剂为过硫酸钾、过氧化月桂酰、亚硫酸氢钠、蔗糖和过氧化苯甲酰中的一种或多种；所述偶联剂为钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、磷酸酯偶联剂和锆酸酯偶联剂中的一种或多种。6.根据权利要求1或2所述的一种淀粉基合金环保材料，其特征在于，所述生物基树脂为聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、聚己内酯、聚羟基脂肪酸酯、二氧化碳共聚物、聚乙烯醇、聚羟基烷酸酯和聚羟基丁酸酯中的一种或多种。7.根据权利要求1或2所述的一种淀粉基合金环保材料，其特征在于，所述纳米复合材料包括石墨烯和纳米级无机材料；所述石墨烯为氧化石墨烯；纳米级无机物为3000-5000目的硫酸钙晶须、3000-5000目纳米级白炭黑、5000-6000目纳米级二氧化硅和3000-5000目纳米级蒙脱土中的一种或多种。8.根据权利要求1或2所述的一种淀粉基合金环保材料，其特征在于，所述塑化剂为过氧化环氧大豆油、异山梨醇二酯、乙酰基柠檬酸三丁酯和环氧硬酯酸辛酯中的一种或多种；所述润滑剂为硅油、硬脂酸锌、硬脂酸钙、聚乙烯蜡、硬脂酸丁酯和石蜡中的一种或多种；所述松香衍生物为石灰松香、甘油松香、松香酸酐、松香醇的一种或多种。9.根据权利要求1或2所述的一种淀粉基合金环保材料，其特征在于，所述松香衍生物为松香酸酐，所述松香酸酐为松香和醋酸酐按重量分数比1:1.2混合反应得到，所述反应温度为245-260℃，所述反应时间为1.5-2.5h。10.根据权利要求1所述环保材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：1）改性处理：将植物淀粉投入到温度为88-92℃的干法反应器内，加入反应助剂，反应时间为1-2小时，得到改性淀粉；将植物秸秆纤维投入到温度105-110℃的干燥器中干燥时间2-3小时，得到含水率小于3%的干燥植物秸秆纤维；2）共混：将步骤1）得到的所述改性淀粉和所述干燥植物秸秆纤维投入共混机，加入所述生物基树脂，保持温度60-70℃，搅拌的速率为150-250r/min，共混改性0.5-1小时，然后加入所述纳米复合材料、塑化剂、润滑剂、氧化硅、壳聚糖和松香衍生物，保持温度65-85℃，搅拌速率为300-1000r/min，进行高速共混改性0.5-1小时，然后降温至30-55℃，得到粉料；3）造粒：将步骤2）中所述粉料加入到平行同向双螺杆机中，挤出物料冷却后在造粒机中熔融造粒，所述平行同向双螺杆机螺杆长径比大于等于52:1，所述造粒机参数设置为温
度150-170℃，模头温度150-170℃，螺杆转速100-210rpm。

技术总结
本发明公开了一种淀粉基合金环保材料及其制备方法，原料按重量份组成：植物淀粉30-60份，植物秸秆纤维10-20份，反应助剂1-5份，生物基树脂30-60份，纳米复合材料1-5份，塑化剂0.2-1份，润滑剂0.5-2份，5-8份氧化硅，8-12份壳聚糖，6-10份松香衍生物。制备方法包括：将植物淀粉投入到干法反应器内，加入反应助剂，得到改性淀粉；将植物淀粉投入干法反应器内，得到干燥植物秸秆纤维；将改性淀粉和干燥植物秸秆纤维投入共混机，加入生物基树脂，然后加入纳米复合材料、塑化剂、润滑剂、氧化硅、壳聚糖和松香衍生物，得到粉料；将粉料加入到双螺杆机中，挤出物料冷却后在造粒机中熔融造粒。本发明获得淀粉基合金环保材料石油基塑料比例低，节能环保。节能环保。


技术研发人员：罗昊 黄卓坚 曹军 哈生强
受保护的技术使用者：宁夏禾易源生物科技有限公司
技术研发日：2021.07.30
技术公布日：2022/3/8