纳米复合淀粉微发泡生物降解材料

1. 纳米复合淀粉微发泡生物降解材料，其特征在于：它由40-70%wt淀粉、0.5-1%wt生物酶、1-2.5%wt多元醇脂、0.5-1%wt氨基脂肪酸、2-5%wt改性纳米钙、25-55%wt改性乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和1-2%wt的发泡剂组成，并按下述制备方法步骤制备而成：
（1）、在经过60-100℃、10-15分钟干燥的淀粉中加入生物酶、多元醇脂、氨基脂肪酸混合，待温度升至110-120℃时，再加入经多元醇脂和氨基脂肪酸改性后的纳米钙和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物共混，然后再加入发泡剂，即可得到改性淀粉基料，经冷却后备用；
（2）、将改性淀粉基料放入同向排气双螺杆设备中经低温高剪切，一步合成为片材的纳米复合淀粉微发泡生物降解材料，或放入微发泡设备中制成微发泡片材的纳米复合淀粉微发泡生物降解材料，或放入排气式造粒设备中制成粉粒状的纳米复合淀粉微发泡生物降解材料。
2.根据权利要求1所述的纳米复合淀粉微发泡生物降解材料，其特征是：所述多元醇脂为甘油与脂肪酸生成的单甘油脂或失水山梨醇与脂肪酸生成的失水山梨醇脂。

纳米复合淀粉微发泡生物降解材料\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种新型高分子材料，尤其是涉及生物降解高分子材料。\n背景技术\n[0002] 目前，自然界存在的大量白色污染（塑料制品）和黑色污染（橡胶制品）等都是由用途广泛的高分子材料所造成。随着环境污染的日益严重，发展既有利于环境保护、又具有高分子材料各种性能的新型材料—可降解高分子材料是必然趋势。目前，可降解高分子材料正处于研发和部分转化阶段，它主要有微生物降解材料、生物降解材料、光降解材料和化学降解材料，其中以既具有高分子材料优良使用性能，废弃后又可完全溶解和无机化而成为碳素循环的高分子生物降解材料为重点，如美国和日本已使用的用玉米淀粉发酵生产的可降解塑料地膜和近期研发的用白薯淀粉制成的汽车配件和用玉米淀粉制成的电脑外壳。虽然美国和日本已研发和使用了生物降解高分子材料，但它们在实际使用中存在以下问题：\n一是可降解塑料地膜生产成本高，价格昂贵，生物降解材料实际产量和消费量都不大，推广使用存在难度；二是生物降解材料制造工艺配方和控制技术还不大成熟，造成生物降解材料耐热性、耐磨性、形状稳定性及刚度等各种性能还不够高。不符合生物降解材料朝高性能、低消耗、再利用、再循环和自行降解的发展趋势。经过分析认为，造成生物降解材料存在上述问题主要原因：一是虽然淀粉是一种丰富的可再生高分子材料，但因淀粉分子链中含有大量羟基，分子间作用于力大，使分解温度低于其熔点，造成淀粉粘度高、加工流动性较低，需要对淀粉进行热塑化处理才能加工成型；二是淀粉分子链中的羟基亲水性高，致使其耐水性较差。如何进行热塑化和解决耐水性较差，在现有技术中一是常用增塑的方法来制备热塑性淀粉、解决热塑化问题、以便于加工成型。二是采用与铝酸酯、钛酸酯等偶联剂及聚烯烃或其共聚物共混的工艺方法来提高淀粉基体的相容性，解决耐水性较差问题。但由于现有技术中热塑化效果不高，加上工艺控制还够准确，导致生物降解材料的各种性能仍得不到明显提高，因而限制了生物降解材料更广泛的应用。\n发明内容\n[0003] 针对上述现有技术中采用淀粉生产的生物降解材料所存在的问题，本发明提供了一种既可明显提高各种性能，废弃后又可完全分解和无机化而成为碳素循环的纳米复合淀粉微发泡生物降解材料。\n[0004] 本发明要解决的技术问题所采取的技术方案是：所述纳米复合淀粉微发泡生物降解材料由40-70%wt淀粉、0.5-1%wt生物酶、1-2.5%wt多元醇脂、0.5-1%wt氨基脂肪酸、\n2-5%wt改性纳米钙、25-55%wt改性乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和1-2%wt的发泡剂组成，并按下述制备方法步骤制备而成：\n[0005] （1）、在经过60-100℃、10-15分钟干燥的淀粉中加入生物酶、多元醇脂、氨基脂肪酸混合，待温度升至110-120℃时，再加入经多元醇脂和氨基脂肪酸改性后的纳米钙和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物共混，然后再加入发泡剂，即可得到改性淀粉基料，经冷却后备用；\n[0006] （2）、将改性淀粉基料放入同向排气双螺杆设备中经低温高剪切，一步合成为片材的纳米复合淀粉微发泡生物降解材料，或放入微发泡设备中制成微发泡片材的纳米复合淀粉微发泡生物降解材料，或放入排气式造粒设备中制成粉粒状的纳米复合淀粉微发泡生物降解材料。\n[0007] 所述片材的纳米复合淀粉微发泡生物降解材料可应于各类吸塑制品加工或工业品缓冲包装；粒状的纳米复合淀粉微发泡生物降解材料可应于注射成型或吹膜加工。\n[0008] 所述淀粉为玉米淀粉、薯类淀粉等；所述生物酶为淀粉酶、脂肪酶、蛋白酶等；所述多元醇脂为现有技术中甘油、聚甘油、山梨醇、失水山梨醇、蔗糖等与脂肪酸生成的脂类，优选甘油与脂肪酸生成的单甘油脂或失水山梨醇与脂肪酸生成的失水山梨醇脂。\n[0009] 所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）为降解材料，对环境不造成伤害，无毒，其化学稳定性高、抗老化、掺混性、成色性和成型加工性好。也可用乙烯-乙酸乙烯酯共聚物代替乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。\n[0010] 所述发泡剂优选BIH系列、非偶氮类发泡剂系列或常用的食品级食品包装专用环保发泡剂。\n[0011] 本发明的技术机理是：在干燥的淀粉中加入生物酶催化剂，经多元醇脂的物理作用力的联合作用，对淀粉进行改性处理，缩短了现有淀粉改性工艺，从而降低淀粉粘度、改善加工流动性，使淀粉复合生物降解材料的可塑加工性和发泡性得到明显提高，大大提高热塑化效果；再在改性淀粉中加入氨基脂肪酸和改性纳米钙，通过类似锚式的多点吸附同时进行化学反应，达到完全的表面化学反应性包覆，使填料表面有机化，改善基体高分子材料的亲合性和相容性，大大提高了淀粉的耐水性，使整个复合材料体系形成丝状相互缠绕在一起，形成大量银纹结构，使制品的力学性能得到明显提高，增强了淀粉基料的粘附性和成膜性，提高了制品的耐热性、耐磨性、形状稳定性及刚度等性能，与现有类似制品相比，密度下降了10%以下、低温性能由-10度下降到-40度、耐热度提高了25%以上、韧性提高了\n30%以上，并可降低制品成本、提高加工生产效率，使纳米复合淀粉微发泡生物降解材料用途多样化。\n[0012] 本发明的技术效果是：\n[0013] 1、本发明简化了淀粉基料加工工艺，\n[0014] 2、本发明降低了材料比重和生产成本及价格，与现有树脂降解材料相比，价格下降了40-50%以上，\n[0015] 3、显著提高了生物降解材料耐磨性、韧性、刚性和发泡性等各种性能，[0016] 4、降低了材料加工温度，可直接加工成品，提高了材料着色性能，[0017] 5、原料全部为生物降解材料，不含PE、PP、PS、PVC等聚烯烃材料，在自然界中可完全降解，不污染环境，同时又便于回收利用，可广泛用于一次性制品、日用品、医药包装、玩具、膜制品及工业品缓冲包装材料。\n具体实施方式\n[0018] 实施例1，所述纳米复合淀粉微发泡生物降解材料\n[0019] 由55%wt玉米淀粉、0.5%wt淀粉酶、2%wt单甘油脂、0.5%wt氨基脂肪酸、5%wt[0020] 改性纳米钙、35%wt改性乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）和2%wt的BIH系列发泡