一种抗静电可生物降解包装膜的制备方法

摘要

本发明公开了一种抗静电可生物降解包装膜的制备方法，涉及可生物降解薄膜技术领域，本发明采用改性淀粉、聚乙烯醇和润滑剂制备抗静电可生物降解包装膜，没有外加增塑剂和抗静电剂，大大简化了配方组成；同时采用改性淀粉作为主要成分，制备的包装膜属于高淀粉含量的薄膜材料，并且具有优良的力学性能和耐水性能，解决了现有高淀粉含量的薄膜材料所存在的应用缺陷。

权利要求

1.一种抗静电可生物降解包装膜的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：(1) 将高直链淀粉加水配成淀粉乳，然后加热至90‑95℃搅拌糊化，得到糊化液；

(2) 向糊化液中加入碳酸钾，搅拌溶解后开始滴加3‑溴丙烷‑1,1,1‑三羧酸三乙酯，滴加过程中加热至75‑80℃搅拌反应，滴加完毕后继续保温反应，直至3‑溴丙烷‑1,1,1‑三羧酸三乙酯反应完全，抽滤，水洗，干燥，粉碎，得到改性淀粉；

(3) 向改性淀粉中加入聚乙烯醇和润滑剂，搅拌均匀，得到混合料；

(4) 将混合料在双螺杆挤压造粒机中进行挤压造粒，冷却后粉碎成粒料；

(5) 将粒料在单螺杆挤出吹膜机中进行吹膜，调整吹胀比和牵引比，得到包装膜；

所述高直链淀粉、3‑溴丙烷‑1,1,1‑三羧酸三乙酯、碳酸钾的摩尔比为(3‑5) : 1 : (1‑1.05)，高直链淀粉的摩尔量以所含羟甲基的摩尔量来计；

所述改性淀粉、聚乙烯醇、润滑剂的重量比为100 : (10‑20) : (0.5‑2.5)。

2.根据权利要求1所述的抗静电可生物降解包装膜的制备方法，其特征在于：所述高直链淀粉为高直链玉米淀粉。

3.根据权利要求1所述的抗静电可生物降解包装膜的制备方法，其特征在于：所述淀粉乳的质量浓度为10‑15%。

4.根据权利要求1所述的抗静电可生物降解包装膜的制备方法，其特征在于：所述糊化时间为20‑40min。

5.根据权利要求1所述的抗静电可生物降解包装膜的制备方法，其特征在于：所述润滑剂为硬脂酸、硬脂酸钙、乙撑双油酸酰胺中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的抗静电可生物降解包装膜的制备方法，其特征在于：所述双螺杆挤压造粒机的加工温度为160‑180℃。

7.根据权利要求1所述的抗静电可生物降解包装膜的制备方法，其特征在于：所述单螺杆挤出吹膜机的加工温度为160‑180℃。

8.根据权利要求1所述的抗静电可生物降解包装膜的制备方法，其特征在于：所述吹胀比为2‑3，牵引比为4‑6。

说明书

一种抗静电可生物降解包装膜的制备方法

技术领域：

[0001] 本发明涉及可生物降解薄膜技术领域，具体涉及一种抗静电可生物降解包装膜的制备方法。背景技术：

[0002] 淀粉因其来源广泛、价格低廉、可再生利用、绿色环保而被公认为最具发展潜力的可生物降解材料，但目前可生物降解材料中淀粉含量普遍偏低，而高淀粉含量的可生物降解材料对湿度变化较为敏感，易吸水，吸水后薄膜的力学性能明显降低，因此限制了其推广应用。

[0003] 众所周知，塑料薄膜容易摩擦带电，静电的存在不仅会因吸尘而影响薄膜的美观，还构成一定的静电危害。本领域通常通过外加抗静电剂的方式来提高薄膜的抗静电作用，一般采用表面活性剂作为抗静电剂。

[0004] 在本发明中，以高直链淀粉作为原料，采用自制的改性淀粉制备可生物降解包装膜，所制包装膜在不外加抗静电剂的条件下就具有良好的抗静电作用，同时力学强度高，耐水性强，能够很好地解决现有淀粉基可生物降解薄膜所存在的无法兼具优良的力学性能、耐水性能和抗静电性能的技术问题。发明内容：

[0005] 本发明所要解决的技术问题在于提供一种抗静电可生物降解包装膜的制备方法，采用自制的改性淀粉制备淀粉基塑料薄膜，在保证可生物降解性能的同时提高薄膜的力学性能和耐水性能，并且在不外加抗静电剂的条件下使所制薄膜具有良好的抗静电作用。

[0006] 本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：

[0007] 一种抗静电可生物降解包装膜的制备方法，包括以下制备步骤：

[0008] (1)将高直链淀粉加水配成淀粉乳，然后加热至90‑95℃搅拌糊化，得到糊化液；

[0009] (2)向糊化液中加入碳酸钾，搅拌溶解后开始滴加3‑溴丙烷‑1,1,1‑三羧酸三乙酯，滴加过程中加热至75‑80℃搅拌反应，滴加完毕后继续保温反应，直至3‑溴丙烷‑1,1,1‑三羧酸三乙酯反应完全，抽滤，水洗，干燥，粉碎，得到改性淀粉；

[0010] (3)向改性淀粉中加入聚乙烯醇和润滑剂，搅拌均匀，得到混合料；

[0011] (4)将混合料在双螺杆挤压造粒机中进行挤压造粒，冷却后粉碎成粒料；

[0012] (5)将粒料在单螺杆挤出吹膜机中进行吹膜，调整吹胀比和牵引比，得到包装膜。

[0013] 所述高直链淀粉为高直链玉米淀粉。用直链淀粉制成的薄膜，具有好的透明度、柔韧性、抗张强度和水不溶性，因此直链淀粉广泛应用于包装材料的加工。

[0014] 所述淀粉乳的质量浓度为10‑15％。

[0015] 所述糊化时间为20‑40min。通过糊化处理使淀粉颗粒中有序和无序的淀粉分子之间的氢键断裂，淀粉分子分散在水中形成胶体溶液。糊化处理还利于后续的化学改性，提高反应活性，缩短反应时间。

[0016] 所述高直链淀粉、3‑溴丙烷‑1,1,1‑三羧酸三乙酯、碳酸钾的摩尔比为(3‑5):1:(1‑1.05)，高直链淀粉的摩尔量以所含羟甲基的摩尔量来计。淀粉分子结构中含有的‑CH2OH与3‑溴丙烷‑1,1,1‑三羧酸三乙酯优先发生反应，从而在淀粉分子结构中引入‑O(CH2)2C(COOCH2CH3)3侧链，该侧链的引入不但可以明显改善淀粉制备薄膜时的成型性，还能提高薄膜的力学性能和耐水性能，起到添加增塑剂的作用，同时还能增强薄膜的抗静电性能，而无需外加抗静电剂。

[0017] 本发明采用高直链淀粉和3‑溴丙烷‑1,1,1‑三羧酸三乙酯制备改性淀粉，所发生的是取代反应，之所以选择3‑溴丙烷‑1,1,1‑三羧酸三乙酯作为改性剂是因为利用其在淀粉分子结构中引入的侧链更有利于最终所制薄膜的综合性能的提高。并且淀粉分子中的羟甲基并未全部参与反应，一方面是为了尽可能地保留淀粉原本的分子结构，保证薄膜的可生物降解性能；另一方面是为了在降低制备成本的同时最大程度地优化最终所制薄膜的综合性能。

[0018] 所述润滑剂为硬脂酸、硬脂酸钙、乙撑双油酸酰胺中的一种或几种。

[0019] 所述改性淀粉、聚乙烯醇、润滑剂的重量比为100:(10‑20):(0.5‑2.5)。

[0020] 所述双螺杆挤压造粒机的加工温度为160‑180℃。

[0021] 所述单螺杆挤出吹膜机的加工温度为160‑180℃。

[0022] 所述吹胀比为2‑3，牵引比为4‑6。

[0023] 本发明的有益效果是：本发明采用改性淀粉、聚乙烯醇和润滑剂制备抗静电可生物降解包装膜，没有外加增塑剂和抗静电剂，大大简化了配方组成；同时采用改性淀粉作为主要成分，制备的包装膜属于高淀粉含量的薄膜材料，并且具有优良的力学性能和耐水性能，解决了现有高淀粉含量的薄膜材料所存在的应用缺陷；此外，本发明制备的改性淀粉由于尽可能地保留了淀粉原本的分子结构，因此仍具有良好的可生物降解性能。具体实施方式：

[0024] 为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

[0025] 高直链玉米淀粉购自武汉天天好生物制品有限公司；聚乙烯醇购自广州市启华化工有限公司的可乐丽KL‑318。

[0026] 实施例1

[0027] (1)将高直链玉米淀粉加水配成质量浓度为12％的淀粉乳，然后加热至90‑95℃搅拌糊化30min，得到糊化液；

[0028] (2)向糊化液中加入碳酸钾，搅拌溶解后开始滴加3‑溴丙烷‑1,1,1‑三羧酸三乙酯，高直链淀粉、3‑溴丙烷‑1,1,1‑三羧酸三乙酯、碳酸钾的摩尔比为3:1:1.02，高直链淀粉的摩尔量以所含羟甲基的摩尔量来计，滴加过程中加热至75‑80℃搅拌反应，滴加完毕后继续保温反应，直至3‑溴丙烷‑1,1,1‑三羧酸三乙酯反应完全，抽滤，水洗，干燥，粉碎，得到改性淀粉；

[0029] (3)向改性淀粉中加入聚乙烯醇和硬脂酸钙，搅拌均匀，改性淀粉、聚乙烯醇、硬脂酸钙的重量比为100:15:0.8，得到混合料；

[0030] (4)将混合料在双螺杆挤压造粒机中在160‑180℃下进行挤压造粒，冷却后粉碎成粒料；

[0031] (5)将粒料在单螺杆挤出吹膜机中在160‑180℃下进行吹膜，调整吹胀比和牵引比，吹胀比为2.5，牵引比为4，得到包装膜。

[0032] 实施例2

[0033] (1)将高直链玉米淀粉加水配成质量浓度为10％的淀粉乳，然后加热至90‑95℃搅拌糊化30min，得到糊化液；

[0034] (2)向糊化液中加入碳酸钾，搅拌溶解后开始滴加3‑溴丙烷‑1,1,1‑三羧酸三乙酯，高直链淀粉、3‑溴丙烷‑1,1,1‑三羧酸三乙酯、碳酸钾的摩尔比为4:1:1，高直链淀粉的摩尔量以所含羟甲基的摩尔量来计，滴加过程中加热至75‑80℃搅拌反应，滴加完毕后继续保温反应，直至3‑溴丙烷‑1,1,1‑三羧酸三乙酯反应完全，抽滤，水洗，干燥，粉碎，得到改性淀粉；

[0035] (3)向改性淀粉中加入聚乙烯醇和乙撑双油酸酰胺，搅拌均匀，改性淀粉、聚乙烯醇、乙撑双油酸酰胺的重量比为100:10:0.5，得到混合料；

[0036] (4)将混合料在双螺杆挤压造粒机中在160‑180℃下进行挤压造粒，冷却后粉碎成粒料；

[0037] (5)将粒料在单螺杆挤出吹膜机中在160‑180℃下进行吹膜，调整吹胀比和牵引比，吹胀比为2，牵引比为5，得到包装膜。

[0038] 实施例3

[0039] (1)将高直链玉米淀粉加水配成质量浓度为15％的淀粉乳，然后加热至90‑95℃搅拌糊化30min，得到糊化液；

[0040] (2)向糊化液中加入碳酸钾，搅拌溶解后开始滴加3‑溴丙烷‑1,1,1‑三羧酸三乙酯，高直链淀粉、3‑溴丙烷‑1,1,1‑三羧酸三乙酯、碳酸钾的摩尔比为5:1:1，高直链淀粉的摩尔量以所含羟甲基的摩尔量来计，滴加过程中加热至75‑80℃搅拌反应，滴加完毕后继续保温反应，直至3‑溴丙烷‑1,1,1‑三羧酸三乙酯反应完全，抽滤，水洗，干燥，粉碎，得到改性淀粉；

[0041] (3)向改性淀粉中加入聚乙烯醇和硬脂酸钙，搅拌均匀，改性淀粉、聚乙烯醇、硬脂酸钙的重量比为100:20:1，得到混合料；

[0042] (4)将混合料在双螺杆挤压造粒机中在160‑180℃下进行挤压造粒，冷却后粉碎成粒料；

[0043] (5)将粒料在单螺杆挤出吹膜机中在160‑180℃下进行吹膜，调整吹胀比和牵引比，吹胀比为3，牵引比为5，得到包装膜。

[0044] 实施例4

[0045] (1)将高直链玉米淀粉加水配成质量浓度为15％的淀粉乳，然后加热至90‑95℃搅拌糊化25min，得到糊化液；

[0046] (2)向糊化液中加入碳酸钾，搅拌溶解后开始滴加3‑溴丙烷‑1,1,1‑三羧酸三乙酯，高直链淀粉、3‑溴丙烷‑1,1,1‑三羧酸三乙酯、碳酸钾的摩尔比为3:1:1.05，高直链淀粉的摩尔量以所含羟甲基的摩尔量来计，滴加过程中加热至75‑80℃搅拌反应，滴加完毕后继续保温反应，直至3‑溴丙烷‑1,1,1‑三羧酸三乙酯反应完全，抽滤，水洗，干燥，粉碎，得到改性淀粉；

[0047] (3)向改性淀粉中加入聚乙烯醇和硬脂酸，搅拌均匀，改性淀粉、聚乙烯醇、硬脂酸的重量比为100:20:0.8，得到混合料；

[0048] (4)将混合料在双螺杆挤压造粒机中在160‑180℃下进行挤压造粒，冷却后粉碎成粒料；

[0049] (5)将粒料在单螺杆挤出吹膜机中在160‑180℃下进行吹膜，调整吹胀比和牵引比，吹胀比为2.5，牵引比为4，得到包装膜。

[0050] 对比例1

[0051] 将实施例1中的化学改性步骤删除，得到对比例1。

[0052] (1)将高直链玉米淀粉加水配成质量浓度为12％的淀粉乳，然后加热至90‑95℃搅拌糊化30min，得到糊化液，干燥，粉碎，得到预糊化淀粉；

[0053] (2)向预糊化淀粉中加入聚乙烯醇和硬脂酸钙，搅拌均匀，预糊化淀粉、聚乙烯醇、硬脂酸钙的重量比为100:15:0.8，得到混合料；

[0054] (3)将混合料在双螺杆挤压造粒机中在160‑180℃下进行挤压造粒，冷却后粉碎成粒料；

[0055] (4)将粒料在单螺杆挤出吹膜机中在160‑180℃下进行吹膜，调整吹胀比和牵引比，吹胀比为2.5，牵引比为4，得到包装膜。

[0056] 对比例2

[0057] 将实施例1中的糊化处理和化学改性步骤删除，得到对比例2。

[0058] (1)向高直链玉米淀粉中加入聚乙烯醇和硬脂酸钙，搅拌均匀，改性淀粉、聚乙烯醇、硬脂酸钙的重量比为100:15:0.8，得到混合料；

[0059] (2)将混合料在双螺杆挤压造粒机中在160‑180℃下进行挤压造粒，冷却后粉碎成粒料；

[0060] (3)将粒料在单螺杆挤出吹膜机中在160‑180℃下进行吹膜，调整吹胀比和牵引比，吹胀比为2.5，牵引比为4，得到包装膜。

[0061] 对上述实施例和对比例制备的包装膜进行表面电阻、拉伸强度和耐水性测试，结果见表1。

[0062] 表面电阻测试参照ASTM D257‑2014。表面电阻越小，抗静电性能越好。

[0063] 拉伸强度测试参照GB/T 1040.3‑2006。拉伸强度越大，力学性能越好。

[0064] 耐水性通过包装膜的吸水率来反映，测试方法为：剪取尺寸50cm×50cm大小的包装膜试样，称重为m0，将试样置于自来水中在25℃下浸泡24h，取出试样用滤纸擦干表面水分，称重为m1，平行测试三次，结果取平均值，计算吸水率。吸水率＝(m1‑m0)/m0×100％。吸水率越小，耐水性越好。

[0065] 表1

[0066]  表面电阻/Ω 拉伸强度/MPa 吸水率/％
6
实施例1 2.3×10 32.8 16.5
6
实施例2 4.8×10 30.2 20.6
6
实施例3 5.6×10 28.3 23.5
6
实施例4 3.5×10 31.4 18.7
9
对比例1 7.0×10 19.5 123.2
9
对比例2 7.4×10 18.0 105.1

[0067] 从表1可以看出，实施例1‑4通过糊化处理和化学改性能够实质性改进薄膜的抗静电性能、力学性能和耐水性能。

[0068] 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。