一种耐老化疏水改性淀粉PVC复合降解塑料及制备方法

淀粉是多糖化合物，属于天然高分子材料，来源十分广泛，淀粉在纺织、造纸、石油工业等领域有着广阔的应用。20世纪60年代以来，随着地球石油资源的日益减少，因塑料白色污染导致环境恶化的逐渐加重，可生物降解塑料备受国内外研究的青睐。由于淀粉具有良好的生物降解性能，作为生物降解塑料的生物质研究取得了一定成果。然而，天然淀粉本身固有的多羟基结构使其极性较强，导致淀粉与非极性或弱极性的合成树脂互容性差，限制了其在生物降解塑料中的应用。目前解决这一问题主要采取对淀粉进行疏水化处理。改性处理的方法主要有物理改性、化学改性、偶联改性等方法。其中，物理改性：采用超声振荡能有效的使淀粉颗粒微细化，比表面积增大，但疏水效果不佳；化学改性：通常使用各种化学试剂取代羟基，取代度低，疏水效果不显著，且成本高后处理复杂。偶联改性：工艺简单，无污染，疏水效果显著，但处理后的淀粉粒径大且不均匀，影响其与合成树脂间的相容性。本课题将物理与偶联改性有机相结合，建立了一种复合改性方法新技术，多法联用，优势互补，获得了高疏水性淀粉。分别将高疏水性淀粉添加到聚氯乙烯（PVC）和聚乙烯醇(PVA)中，制备了可生物降解的PVC塑料和PVA薄膜。对高疏水性淀粉、可生物降解的PVC塑料和PVA薄膜进行了结构表征和性能测试。高疏水性淀粉的制备及性能测试：首先将玉米淀粉进行超声细化处理，以改性淀粉的疏水性能为指标，考查了改性时间、改性温度、搅拌速度、偶联剂用量和疏水剂用量对改性淀粉疏水性能的影响。确定了最佳改性条件，接触角测试显示：改性后淀粉的接触角明显增大（141~143°），其中，偶联剂酞酸四丁酯/疏水剂硬脂酸较偶联剂硅烷/疏水剂花生油对淀粉的疏水改性效果更好。红外分析结果显示：超声振荡后，淀粉中O-H的伸缩振动峰由3423cm-1变为3436cm-1，说明超声振荡可使O-H间氢键断裂而游离。疏水改性后淀粉中O-H的伸缩振动峰又降为3411cm-1，这是淀粉表面羟基与偶联剂和疏水剂作用的结果。扫描电镜分析显示：超声振荡后淀粉粒径显著变小，且分散均匀，团聚现象减少，表面附着均匀的斑点状改性物质，表明改性剂已包覆在淀粉颗粒上。淀粉基PVC塑料的制备及性能测试：分别将自制改性淀粉以不同比例（20%、40%、60%）加入到同一配方的PVC原料中，共混后制备降解塑料片材，抗拉伸实验结果显示：改性淀粉含量20~60%，抗拉强度25.49MPa~17.99MPa，可满足各种淀粉基塑料产品的性能。淀粉基PVA薄膜的制备及性能测试：首先将PVA与水加热溶解完全，然后一次添加偶联剂、增塑剂及疏水改性的淀粉，搅拌混合均匀，静止脱泡，流延制膜。以沉降率和抗拉伸强度为主要性能指标，以透光率为参考指标，综合考虑选择最佳制备条件。生物降解率测试：采用土埋法和培菌液法对淀粉基PVC塑料片材和淀粉基PVA薄膜的生物降解能力进行了初步测试，实验结果显示:淀粉基PVC塑料及PVA薄膜都表现出了良好的生物降解性能。其中，淀粉基PVC塑料在经过4个月土埋实验后，生物降解率达到61.8%，采用培菌液法40天后，生物降解率可以达到54%，淀粉基PVA薄膜采用培菌液法降解40天后，生物降解率可以达到68%。本研究建立了一种制备高疏水性淀粉的新方法。该方法工艺简单、绿色环保，成本低，有望工业化生产，推广应用前景看好。所制高疏水性淀粉可分别作为PVC和PVA塑料的良好生物质，用其制备的淀粉基PVC塑料和PVA塑料具有良好的物理性能和生物降解性能。《淀粉的复合疏水改性及其在生物降解塑料中的应用研究》一文给出了淀粉复合改性的方法，得到了较好的疏水性淀粉。但是淀粉经过文中的方法改性，淀粉分子中葡萄糖单元的C6原子上的伯羟基及其容易水解，疏水性能还是不够好。单纯的双氧水氧化得到的氧化淀粉在氧化过程中随着醛、酮含量的增加，热塑性氧化淀粉的疏水性能有明显的提高，且材料的力学性能得到显著改善。然而，在氧化过程中，淀粉的分子量会急剧下降，且由于醛基的热稳定性差，因而会使氧化淀粉的耐热性能有所降低。因此目前的改性淀粉还存在的耐水性、耐热性、力学性能不够好的问题，需要进一步改进。

华炬新产品研究所技术咨询委员会科研人员现推荐一项一种耐老化疏水改性淀粉PVC复合降解塑料及制备方法，该技术的优点是：该技术通过使用异丙醇铝、钛酸四丁酯，在淀粉表面形成了纳米颗粒，而且颗粒分布极其均匀，与淀粉颗粒结合牢固，防止氧化后分子量集聚下降，极大提高了淀粉的耐水性、耐老化性、耐热性和粘结性，与塑料的结合力增强，提高了复合塑料的力学性能；通过使用三乙醇胺、木浆浮油、丁烷四酸铈、硫醇甲基锡，提高了塑料的耐热性、柔韧性、耐水性，可满足各种淀粉基塑料产品的性能，现将该一种耐老化疏水改性淀粉PVC复合降解塑料及制备方法及技术方案及实施例介绍如下供研究交流参考：（641321  251615）