一种高强度的可降解塑料膜及其制备方法

文档序号:1884393 发布日期:2021-11-26 浏览:21次 >En<

阅读说明:本技术 一种高强度的可降解塑料膜及其制备方法 (High-strength degradable plastic film and preparation method thereof ) 是由 吴建宏 洪建东 吴雨薇 于 2021-08-18 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种高强度的可降解复合膜及其制备方法,包括以下质量比成分:100份酯化淀粉、10-50份增强剂、2-9份交联剂、6-33份塑化剂,所述酯化淀粉的酯化度不超过0.2,所述酯化淀粉包括以下成分淀粉、冰乙酸、乙酸酐和浓硫酸,其物质的量比为1:3:3:0.1。采用上述技术方案,通过淀粉乙酰基化改性,制的不同取代度的淀粉醋酸酯,在添加适量的增强剂聚乙烯醇、乙二醛、丙三醇,进而得到力学性能更好的生物降解复合膜。(The invention discloses a high-strength degradable composite membrane and a preparation method thereof, wherein the high-strength degradable composite membrane comprises the following components in percentage by mass: 100 parts of esterified starch, 10-50 parts of reinforcing agent, 2-9 parts of cross-linking agent and 6-33 parts of plasticizer, wherein the esterification degree of the esterified starch is not more than 0.2, the esterified starch comprises the following components of starch, glacial acetic acid, acetic anhydride and concentrated sulfuric acid, and the mass ratio of the components is 1: 3: 3: 0.1. by adopting the technical scheme, starch acetate with different substitution degrees is prepared by performing acetylation modification on starch, and a proper amount of reinforcing agents including polyvinyl alcohol, glyoxal and glycerol are added, so that the biodegradable composite membrane with better mechanical property is obtained.)

一种高强度的可降解塑料膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及塑料膜技术领域,具体指一种高强度的可降解复合膜及其制备方法。

背景技术

由于降解塑料具有原料来源广泛、可降解、不污染环境等优点,因此越来越多的研究开始关注降解材料。开发降解塑料的主要目的是为解决塑料废弃物带来的环境污染问题。它可以在特定的环境下,降解为二氧化碳和水分,不给环境造成污染。

常见的可降解塑料主要为光降解塑料和生物降解塑料两类。可降解塑料经过几十年发展,生物降解塑料成为主要形式。而生物降解塑料中,淀粉基塑料占可降解塑料的一大部分。淀粉是一种天然高分子化合物,可通过分子改性而具备一定的塑性,因此被视为可降解材料领域最具有潜力的研究对象之一。

但是原淀粉中的大量羟基使其分子内及分子间存在着极强的氢键,因此热塑性差,为热不稳定物质。并且这种复合物膜的机械强度不足。

发明内容

本发明根据现有技术的不足,提出一种高强度的可降解复合膜及其制备方法,不仅可快速降解,并且热稳定性较好,机械强度也更高。

为了解决上述技术问题,本发明的技术方案为:

一种高强度的可降解复合膜,包括以下质量比成分:100份酯化淀粉、10-50份增强剂、2-9份交联剂、6-33份塑化剂,所述酯化淀粉的酯化度不超过0.2,所述酯化淀粉包括以下成分淀粉、冰乙酸、乙酸酐和浓硫酸,其物质的量比为1:3:3:0.1。

作为优选,所述酯化淀粉为淀粉醋酸酯,所述淀粉醋酸酯的酯化度为0.1,所述增强剂为聚乙烯醇,所述交联剂为乙二醛,所述塑化剂为丙三醇。

作为优选,包括以下质量比成分:100份酯化淀粉、40份聚乙烯醇、3-8份乙二醛、8-30份丙三醇。

作为优选,包括以下质量比成分:100份酯化淀粉、40份聚乙烯醇、5.6份乙二醛、8-30份丙三醇。

作为优选,包括以下质量比成分:100份酯化淀粉、40份聚乙烯醇、5.6份乙二醛、20份丙三醇。

本发明还公开了一种高强度的可降解复合膜的制备方法,步骤包括

S1、按物质的量比依次加入淀粉、冰乙酸、乙酸酐以及催化剂浓硫酸进行乙酰化反应,制的酯化淀粉;

S2、将制得的酯化淀粉溶于水,并在92℃的环境下糊化1小时;

S3、按质量比的成分加入聚乙烯醇、乙二醛和丙三醇,并在85℃的环境下搅拌;反应0.5小时;

S4、在70℃的环境下流延呈膜,并在80℃的环境下烘干3小时;

S5、揭膜置于湿度为65%的环境下7天。

作为优选,所述步骤S1中,需在85℃的恒温环境下,通过转速为600r/min的搅拌器进行搅拌混合,反应1小时后自然冷却,完成冷却后倒入蒸馏水中,直至白色沉淀析出完全,将白色沉淀洗涤至中性后,用200目筛网过了,烘干后磨碎,即得到酯化淀粉。

本发明具有以下的特点和有益效果:

采用上述技术方案,通过淀粉乙酰基化改性,制的不同取代度的淀粉醋酸酯,在添加适量的增强剂聚乙烯醇、乙二醛、丙三醇,进而得到力学性能更好的生物降解复合膜。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为聚乙烯醇含量对复合膜力学性能示意图;

图2为丙三醇含量对复合膜力学性能示意图;

图3为乙二醛含量对复合膜力学性能示意图;

图4为酯化淀粉的酯化度对复合膜力学性能示意图

具体实施方式

需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

本发明提供了一种高强度的可降解复合膜,包括以下质量比成分:100份酯化淀粉、10-50份增强剂、2-9份交联剂、6-33份塑化剂,所述酯化淀粉的酯化度不超过0.2,所述酯化淀粉包括以下成分淀粉、冰乙酸、乙酸酐和浓硫酸,其物质的量比为1:3:3:0.1。

进一步的,所述酯化淀粉为淀粉醋酸酯,所述增强剂为聚乙烯醇,所述交联剂为乙二醛,所述塑化剂为丙三醇。

上述技术方案中,通过淀粉乙酰基化改性,制的不同取代度的淀粉醋酸酯,在添加适量的增强剂聚乙烯醇、乙二醛、丙三醇,进而得到力学性能更好,致密性提高,结晶度下降,热稳定性提高的生物降解复合膜。

具体的,原淀粉/PVA复合膜在2θ=19.56°有强的结晶峰,在2θ=21.32°有较小的结晶峰,表明其具有结晶性。SA/PVA复合膜在2θ=20.36°处出现漫散宽峰,表明随着酯化度的增加,聚合物的流变形态改变,破坏了淀粉的结晶度,使结晶度降低。木薯原淀粉/PVA复合膜的结晶度为4.13%,SA/PVA复合膜的结晶度为2.39%。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于,所述淀粉醋酸酯的酯化度为0.1。

如图4所示,随着酯化度的提高,复合膜的拉伸强度和断裂伸长率会所有提高,当酯化度达到0.1左右,拉伸强度和断裂伸长率都达到最大,这大大提高了实用性;同时,随着酯化度继续提高,酯化淀粉和体系出现了相分离现象,使得复合膜的力学性能下降,在酯化度为0.2时,相分离现象严重,几乎无法成膜。因此,本实施例中淀粉醋酸酯的酯化度选择0.1。

实施例3

本实施例中,包括以下质量比成分:100份酯化淀粉、40份聚乙烯醇、3-8份乙二醛、8-30份丙三醇。

如图1所示,随着聚乙烯醇用量的增加,复合膜的拉伸强度增加,而断裂伸长率先增后减,这说明聚乙烯醇在复合膜中其骨架作用,当聚乙烯醇为40份时,即聚乙烯醇总量为酯化淀粉总量的40%时,复合膜的拉绳强度增加不大,而断裂伸长率达到最大值。另外,聚乙烯醇的价格时淀粉的5-8倍,综合考虑复合膜的性能和生产成本,聚乙烯醇用量选取40%为宜。

实施例4

本实施例中,包括以下质量比成分:100份酯化淀粉、40份聚乙烯醇、5.6份乙二醛、8-30份丙三醇。

如图2所示,乙二醛用量较少时,复合膜的拉伸强度和断裂伸长率随着乙二醛用量增加而变大,这时由于乙二醛与羟基反应形成了大量的交联链,提高了大分子链的强度,增加了分子之间的作用力。但乙二醛达到一定用量后,分子间形成网状结构,大量的交联链限制了分子间的滑动,使得大分子链在外力作用下不易取向,而且残存与膜中的未反应的乙二醛起到类似与惰性材料的作用,表现出拉伸强度、断裂伸长率都有所降低。由此可见,一定程度的交联,使复合膜的力学性能得以改善;过度的交联影响体系分子的空间结构,力学性能反而下降。所以,乙二醛用量选取5.6份,即选取酯化淀粉和聚乙烯醇总量的4%。

实施例5

本实施例中,包括以下质量比成分:100份酯化淀粉、40份聚乙烯醇、5.6份乙二醛、20份丙三醇。

如图3所示,随着丙三醇用量的增加,复合膜的拉伸强度先增后减,断裂伸长率不断增加。其原因是:丙三醇(甘油)用量增加,单位体积内羟基数目增多,结合水分子数目也增多,使得复合膜中酯化淀粉和聚乙烯醇含量含量相对下降,削弱了分子间的相互作用,导致复合膜致密性下降,结构变差,同时复合膜的断裂伸长提高。丙三醇用量少时,淀粉分子间键合作用强,但由于结合水过少,造成复合膜即硬又脆;丙三醇用量较多时,成膜即柔软且光滑。综合考虑丙三醇选取20份,即酯化淀粉和聚乙烯醇总量的14%。

实施例6

本发明还公开了一种高强度的可降解复合膜的制备方法,步骤包括

S1、按物质的量比依次加入淀粉、冰乙酸、乙酸酐以及催化剂浓硫酸进行乙酰化反应,制的酯化淀粉;

S2、将制得的酯化淀粉溶于水,并在92℃的环境下糊化1小时;

S3、按质量比的成分加入聚乙烯醇、乙二醛和丙三醇,并在85℃的环境下搅拌;反应0.5小时;

S4、在70℃的环境下流延呈膜,并在80℃的环境下烘干3小时;

S5、揭膜置于湿度为65%的环境下7天。

进一步的,所述步骤S1中,需在85℃的恒温环境下,通过转速为600r/min的搅拌器进行搅拌混合,反应1小时后自然冷却,完成冷却后倒入蒸馏水中,直至白色沉淀析出完全,将白色沉淀洗涤至中性后,用200目筛网过了,烘干后磨碎,即得到酯化淀粉。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明,但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言,在不脱离本发明原理和精神的情况下,对这些实施方式包括部件进行多种变化、修改、替换和变型,仍落入本发明的保护范围内。

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