專利名稱：一種具有混凝結(jié)構(gòu)可全部生物降解的生態(tài)材料及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及新材料領(lǐng)域，具體涉及一種符合環(huán)保要求，有利生態(tài)環(huán)境的復(fù)合材料。同時(shí)，本發(fā)明還涉及這種新材料的制造方法。
專利文獻(xiàn)PCT/EP92/00959(CN1077966A)公開的一種含淀粉和熱塑性樹脂的組合物，便是這類材料的一個(gè)例子。此專利申請(qǐng)中含淀粉和熱塑性樹脂的組合物，是通過摻混熱煉淀粉基組分和合成熱塑性組分而得到的，在得到聚合物組合物時(shí)，破壞淀粉的結(jié)晶得到熱塑性摻混物，其中淀粉基組分和合成熱塑性組分形成相互滲透或部分相互滲透的結(jié)構(gòu)。這種方法得到的聚合物組合物，比較傳統(tǒng)塑料，具有較好的生物降解速率，對(duì)比其他淀粉基材料，機(jī)械性、耐水性和加工性能有所改善。但是，其技術(shù)思路仍然局限于傳統(tǒng)思想，淀粉基與聚合物進(jìn)行化學(xué)接枝鑲嵌反應(yīng)，淀粉基物質(zhì)容易被生物降解，而聚合物本身的降解性能卻仍然沒有改善，導(dǎo)致的結(jié)果是，由摻混物加工的終制品，通過光照或微生物作用于可降解的淀粉基物質(zhì)，使成品材料裂解成小塊或網(wǎng)狀，但卻很難變得更小而融入土壤，不能根本解決塑料材料本身不能降解的問題，其降解效果并不很理想。另一方面，這種傳統(tǒng)技術(shù)思想，在產(chǎn)生聚合物時(shí)進(jìn)行復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，原料組分復(fù)雜、工藝流程復(fù)雜，聚合物結(jié)構(gòu)成分不很清楚，導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)不能定時(shí)定量控制，得到得產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，產(chǎn)品性能只能宏觀定性，難以準(zhǔn)確定量。
本發(fā)明的另一目的，在于提供一種制造這種具有混凝結(jié)構(gòu)可全部生物降解的生態(tài)材料的方法，其采用與眾不同思路和尖端科技手段，使制造的生態(tài)材料具有優(yōu)良的使用性能和優(yōu)異的降解性。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用下述技術(shù)方案本發(fā)明提供一種一種具有混凝結(jié)構(gòu)可全部生物降解的生態(tài)材料，其特征在于，包含下述組份異構(gòu)納米淀粉 40～95重量份，和混凝劑 5-60重量份，其中，所述淀粉顆粒直徑在10～300微米；所述混凝劑是經(jīng)過超微加工的納米至亞微米級(jí)顆粒，顆粒直徑為0.03～3微米；所述混凝劑為下述組份復(fù)配而成復(fù)合補(bǔ)強(qiáng)增韌劑 0～60重量份，復(fù)合協(xié)同改性劑 0.1～30重量份，復(fù)合促降強(qiáng)化劑 10～85重量份，復(fù)合共混增塑劑 1～20重量份，復(fù)合雙向潤(rùn)滑劑 1～10重量份，和復(fù)合生物誘異劑 0～3重量份。
上述具有混凝結(jié)構(gòu)可全部生物降解的生態(tài)材料，其中，所述混凝劑優(yōu)選使用復(fù)合補(bǔ)強(qiáng)增韌劑40～60重量份，復(fù)合協(xié)同改性劑10～30重量份，復(fù)合促降強(qiáng)化劑20～80重量份，復(fù)合共混增塑劑5～15重量份，復(fù)合雙向潤(rùn)滑劑2～8重量份和復(fù)合生物誘導(dǎo)劑1～3份復(fù)配而成。
上述具有混凝結(jié)構(gòu)可全部生物降解的生態(tài)材料，其中，所述異構(gòu)納米淀粉為經(jīng)下述方法制備將含常規(guī)含水量的普通淀粉放在高壓容器中，常溫加壓至含100Mpa～3000Mpa，加壓時(shí)間為5～30分鐘，爾后用微波將容器內(nèi)溫度升至75～150度，優(yōu)選溫度為85～115度，保持恒溫10～30分鐘，減壓至常壓后，取出自然冷卻至室溫，即制成異構(gòu)納米淀粉材料。
上述具有混凝結(jié)構(gòu)可全部生物降解的生態(tài)材料，其中，所述復(fù)合補(bǔ)強(qiáng)增韌劑由納米方解石、納米滑石粉和亞納米脂肪酸稀土鹽按20～80∶5～50∶0.1～15重量份組配而成，優(yōu)選按30～70∶15～40∶0.1～5重量份組配而成；所述復(fù)合協(xié)同改進(jìn)劑由EAA、EVA和EEA按20～70∶15～60∶4～30重量份組配而成，優(yōu)選按30～40∶20～50∶8～20重量份組配而成；所述復(fù)合促降強(qiáng)化劑由PLA、PcL、PGA和PcA按20～80∶0～50∶5～50∶0-40重量份組配而成，優(yōu)選按40～60∶5～30∶2～30∶5～25重量份組配而成；所述復(fù)合共混增塑劑由等聚PP、無聚PP、HDPE、LDPE按20～80∶0～50∶5～50∶0～40重量份組配而成，優(yōu)選按40～75∶0～30∶10～40∶0～15重量份組配而成；所述復(fù)合雙向潤(rùn)滑劑由硬脂酸鹽、氧化合成蠟、聚丙烯蠟和微晶石蠟按0.5～80∶0.5～70∶0.5～50∶0～30重量份組配而成。優(yōu)選按40～60∶20～50∶5～15∶0.5～5重量份組配而成；所述復(fù)合生物誘導(dǎo)劑由蜂蜜、蜂蠟、香油和促饑劑K按10～40∶5～10∶25～80∶0.1～0.5重量份組配而成。
本發(fā)明同時(shí)提供一種具有混凝結(jié)構(gòu)可全部生物降解的生態(tài)材料的制造方法，采用下面步驟1)將復(fù)合補(bǔ)強(qiáng)增韌劑0～60重量份，復(fù)合協(xié)同改性劑0.1～30重量份，復(fù)合促降強(qiáng)化劑10～85重量份，復(fù)合共混增塑劑1～20重量份，復(fù)合雙向潤(rùn)滑劑1～10重量份和復(fù)合生物誘導(dǎo)劑0～3重量份在捏合機(jī)中常溫混合15～30分鐘制成混凝劑；2)將淀粉用超高壓微波塑化處理得到異構(gòu)納米淀粉；3)將制得的淀粉和混凝劑按40～95∶5～60重量份加入雙螺桿擠出機(jī)中，混凝加工成片材或顆粒。
上述具有混凝結(jié)構(gòu)可全部生物降解的生態(tài)材料的制造方法，其中，所述步驟2)異構(gòu)納米淀粉經(jīng)下述步驟處理將含常規(guī)含水量的普通淀粉放在高壓容器中，常溫加壓至含100Mpa～3000Mpa，加壓時(shí)間為5～30分鐘，爾后用微波將容器內(nèi)溫度升至75～150度，優(yōu)選溫度為85～115度，保持恒溫10～30分鐘，減壓至常壓后，取出自然冷卻至室溫，即制成異構(gòu)納米淀粉材料；所述步驟1)中優(yōu)選使用復(fù)合補(bǔ)強(qiáng)增韌劑40～60重量份，復(fù)合協(xié)同改性劑10～30重量份，復(fù)合促降強(qiáng)化劑20～80重量份，復(fù)合共混增塑劑5～15重量份，復(fù)合雙向潤(rùn)滑劑2～8重量份和復(fù)合生物誘導(dǎo)劑1～3份。
上述具有混凝結(jié)構(gòu)可全部生物降解的生態(tài)材料的制造方法，其中，所述復(fù)合補(bǔ)強(qiáng)增韌劑由納米方解石、納米滑石粉和亞納米脂肪酸稀土鹽按20～80∶5～50∶0.1～15重量份組配而成，所述復(fù)合協(xié)同改進(jìn)劑由EAA、EVA和EEA按20～70∶15～60∶4～30重量份組配而成，所述復(fù)合促降強(qiáng)化劑由PLA、PcL、PGA和PcA按20～80∶0～50∶5～50∶0-40重量份組配而成，所述復(fù)合共混增塑劑由等聚PP、無聚PP、HD、PE、LDPE按20～80∶0～50∶5～50∶0～40重量份組配而成，所述復(fù)合雙向潤(rùn)滑劑由硬脂酸鹽、氧化合成蠟、聚丙烯蠟和微晶石蠟按0.5～80∶0.5～70∶0.5～50∶0～30重量份組配而成，所述復(fù)合生物誘導(dǎo)劑由蜂蜜、蜂蠟、香油和促饑劑K按10～20∶5～10∶25～40∶0.1～0.5重量份組配而成。
上述具有混凝結(jié)構(gòu)可全部生物降解的生態(tài)材料的制造方法，其中，所述復(fù)合補(bǔ)強(qiáng)增韌劑優(yōu)選由納米方解石、納米滑石粉和亞納米脂肪酸稀土鹽按30～70∶15～40∶0.1～5重量份組配而成，所述復(fù)合協(xié)同改進(jìn)劑優(yōu)選由EAA、EVA和EEA按30～40∶10～50∶2～15重量份組配而成，所述復(fù)合促降強(qiáng)化劑優(yōu)選由PLA、PcL、PGA和PcA按40～60∶5～30∶2～30∶5～25重量份組配而成，所述復(fù)合共混增塑劑優(yōu)選由等聚PP、無聚PP、HDPE、LDPE按40～75∶0～30∶10～40∶0～15重量份組配而成，所述復(fù)合雙向潤(rùn)滑劑優(yōu)選由硬脂酸鹽、氧化合成蠟、聚丙烯蠟和微晶石蠟按40～60∶20～50∶5～15∶0.5～5重量份組配而成，所述復(fù)合生物誘導(dǎo)劑由蜂蜜、蜂蠟、香油和促饑劑K按15～20∶5～10∶30～35∶0.1～0.3重量份組配而成。
本發(fā)明使用了生態(tài)材料(簡(jiǎn)稱ECOMA)的概念，所謂生態(tài)環(huán)境材料，是從20世紀(jì)90年代開始在國(guó)際材料科學(xué)與工程發(fā)展中興起的新的研究熱點(diǎn)，它有三個(gè)特點(diǎn)，即形態(tài)超微化、結(jié)構(gòu)集成化、功能生態(tài)化。在本發(fā)明中，形態(tài)超微化，指所用原材料均為超微粉體，有亞微米態(tài)的淀粉、微米態(tài)的混凝劑；結(jié)構(gòu)集成化，指本發(fā)明提供的材料為一種采用計(jì)算機(jī)模擬設(shè)計(jì)出的具有超微復(fù)合包膜的結(jié)構(gòu)形態(tài)的混凝物材料，請(qǐng)參見附圖9；功能生態(tài)化，主要體現(xiàn)在1)、采用超微化處理，使每種原材料均能發(fā)揮最大的功效，減少資源浪費(fèi)；2)、采用超微復(fù)合包膜技術(shù)，使材料具有優(yōu)良的使用性能和優(yōu)良的降解性能，并具有低價(jià)位的優(yōu)點(diǎn)；3)、采用包膜的混凝成型加工方法，生產(chǎn)中無三廢產(chǎn)生，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，生產(chǎn)效率高；
4)、加工方法上全部采用干式加工法，減少能源消耗；5)、產(chǎn)品回收后可以二次加工利用，生產(chǎn)發(fā)泡材料或加工成降解母粒。最終丟棄后仍可作為生產(chǎn)菌類的基料、充當(dāng)肥料或燃料；6)、本發(fā)明材料加工成型可用通用的塑料加工機(jī)械和工藝。減少重復(fù)投資，有利于生產(chǎn)企業(yè)的持續(xù)發(fā)展。
本發(fā)明中，發(fā)明人長(zhǎng)期從事高分子聚合材料的降解性能的研究，在實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，在大量成型的生產(chǎn)理論中，為滿足產(chǎn)品使用性能的需要，人們都在使用小顆粒小分子單體來生產(chǎn)高分子聚合物，總的趨勢(shì)是分子量越來越大，分子結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，加工性能不斷提高。帶來的后果就是，該材料的生態(tài)環(huán)境適應(yīng)性，尤其是降解能力越來越差。進(jìn)一步深入全面研究發(fā)現(xiàn)，高分子聚合物的生物降解性與其形態(tài)結(jié)構(gòu)有關(guān)，分子量越大，形態(tài)(顆粒度)越大，就越不容易降解；反之，分子量越小、顆粒度越小，降解就容易了許多。有實(shí)驗(yàn)可以證明，聚乙烯塑料，對(duì)微生物侵蝕的阻抗性非常高，可以抵抗各種微生物的攻擊而不被降解消耗，即便是摻雜有可生物降解物質(zhì)的聚乙烯塑料，也只能達(dá)到大塊材料變成小塊或網(wǎng)狀、絲狀，而高分子材料本身仍不能降解。對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)將聚乙烯材料被粉碎至微米級(jí)顆粒，當(dāng)其分子量降到500以下時(shí)，它的生物降解性就會(huì)突然變高，埋入土壤中后不到一年時(shí)間，就被完全生物降解。
小顆粒高分子聚合物的降解性比大顆粒形態(tài)的高分子聚合物容易降解，有以下幾個(gè)原因1)小顆粒高分子聚合物內(nèi)應(yīng)力大，鍵能增加，分子活性增大；2)小顆粒高分子聚合物親水性增加，容易被水浸潤(rùn)，從而使微生物活性及攻擊性增加，加速生化反應(yīng)；3)小顆粒，尤其是超微級(jí)的顆粒，有相當(dāng)高的表面能，聚集大量帶電粒子，從而使聚合物處于一種不穩(wěn)定狀態(tài)，如C-O、C-N、C-C鍵都加大了生物敏感性，同時(shí)對(duì)水降解、酶降解、氧降解等的敏感性大幅提高，產(chǎn)生綜合降解的效果；4)當(dāng)高分子聚合物處于超微形態(tài)時(shí)，其物理化學(xué)穩(wěn)定性、催化性、濕潤(rùn)性、電子性、電子學(xué)性、化學(xué)性、光學(xué)性、流變性、相容性等都會(huì)發(fā)生變化，引起量子化學(xué)反應(yīng)，從而加速降解過程；基于以上研究，發(fā)明人從不同視角提出一種新的理論，稱為“吉氏逆向降解理論”，其主要思路為使加工成產(chǎn)品中的高分子聚合物仍然保持超微形態(tài)，產(chǎn)品加工并投入使用后，對(duì)生態(tài)環(huán)境的適應(yīng)性非常優(yōu)良。
“吉氏逆向降解理論”，完全改變了以往研究思路，即小分子小顆粒單體物質(zhì)經(jīng)聚合反應(yīng)合成高分子聚合物，高分子聚合物被加工成型、使用后，廢棄時(shí)再采用一定方法降解，使其變?yōu)榫W(wǎng)狀的聚合物，再采取進(jìn)一步方法，以期望降解為小顆粒小分子元素式化合物。而“吉氏逆向降解理論”，首先將高分子聚合物進(jìn)行超微處理，進(jìn)而制造成超微復(fù)合包膜混凝結(jié)構(gòu)形態(tài)的生物環(huán)境材料，該材料加工成型、經(jīng)使用而廢棄后，成品在自然環(huán)境下降解還原后恢復(fù)成小顆粒小分子元素式化合物。這種思路關(guān)鍵是，在制造成品過程中，高分子聚合物始終保持超微結(jié)構(gòu)，從而使得其在進(jìn)入降解階段時(shí)就是還原恢復(fù)成小顆粒、小分子形態(tài)，所以降解性能非常好，不需要用其它輔助方法幫助降解。
基于上述研究和理論，本發(fā)明的技術(shù)方案提出了不同于常規(guī)的技術(shù)思路，即以異構(gòu)納米淀粉作為材料主體，添加混凝劑后，經(jīng)設(shè)備混凝加工，變成使用性能良好、可以全部生物降解的生態(tài)材料。在加工中，異構(gòu)納米淀粉保持原有形態(tài)，不參與反應(yīng)，主要靠混凝劑進(jìn)行粘合，所以異構(gòu)納米淀粉用量可以較高，最高可達(dá)到95％，而用現(xiàn)有技術(shù)中接枝或鑲嵌改性后的淀粉無法達(dá)到此用量。
異構(gòu)納米淀粉的優(yōu)良性能，來自于它的獨(dú)特結(jié)構(gòu)普通淀粉是親水性的，沒有熱塑功能，故此在加熱情況下，由于分子間脫水而使淀粉焦化。由于熱加工性能很差，使得淀粉和混凝劑中的多種高分子聚合物的親和性不好。
要將普通淀粉變成熱塑性淀粉(TPS)，通用的方法是將淀粉在加溫加壓的情況下與增塑劑或溶脹劑反應(yīng)，將普通淀粉的晶體結(jié)構(gòu)破壞，變成無定型的非晶體結(jié)構(gòu)，而且添加劑與淀粉會(huì)發(fā)生酯化反應(yīng)，使分子鍵相互偶聯(lián)，改變淀粉由親水性變?yōu)槭杷?，同時(shí)也具有熱塑性而成為TPS。這種方法統(tǒng)稱淀粉修飾法，產(chǎn)品有酸性淀粉、雙醛淀粉、交聯(lián)淀粉、接枝淀粉和氧化淀粉等。由于本發(fā)明多種淀粉作為主體原料，要親和混凝劑中多種不同性能和材質(zhì)的原料。例如混凝劑中有一些是具有親水特征的原料，這時(shí)若選用TPS作為主體原料，由于它沒有親水性，兩者無法親合，而且在加工時(shí)產(chǎn)生的高溫度、高濕度和巨大壓力會(huì)使TPS脆化變性，所以無法采用TPS。因此在制造本發(fā)明的生態(tài)材料過程中，國(guó)際上慣用的淀粉修飾法無法直接采用。經(jīng)大量的實(shí)驗(yàn)工作，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在納米形態(tài)下的異構(gòu)淀粉，在和混凝劑混合過程中比TPS具有更好的親合力，由此發(fā)明人創(chuàng)立了“三元相界異構(gòu)親合”理論。為制造納米異構(gòu)淀粉，發(fā)明人獨(dú)創(chuàng)“超高壓微波同素異構(gòu)納米淀粉加工技術(shù)”。
納米異構(gòu)淀粉的研究和生產(chǎn)，目前在世界上尚數(shù)空白。納米技術(shù)，是一門在0.1～100nm范圍對(duì)物質(zhì)和生命進(jìn)行研究的科學(xué)技術(shù)。納米材料是指顆粒粒徑在0.1～100nm之間的超細(xì)微材料，它具有大顆粒材料所沒有的小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等特殊性質(zhì)，因此往往顯示出優(yōu)異的光導(dǎo)性能、磁學(xué)性能、電學(xué)性能、脆化性能及親合性能。納米異構(gòu)淀粉的超強(qiáng)親合能力，只是從現(xiàn)象上有所發(fā)現(xiàn)，從原理上還無法解釋清楚，因世界各國(guó)對(duì)納米材料的研究，絕大部分是從事無機(jī)納米材料研究，如納米碳管、納米硅、納米金屬等等，對(duì)有機(jī)納米材料開展研究主要集中在醫(yī)用材料上，對(duì)淀粉類納米材料的研究很少見報(bào)道，而對(duì)納米異構(gòu)淀粉的研究和創(chuàng)造，經(jīng)文獻(xiàn)檢索，還是一個(gè)空白。
超高壓技術(shù)，是八十年代中期才開始興起的一門新技術(shù)，主要應(yīng)用于消毒滅菌，以替代熱殺菌，近期該技術(shù)的應(yīng)用已擴(kuò)展到酒的陳化、食品調(diào)味和改性等方面。
本發(fā)明提出的超高壓微波同素異構(gòu)納米淀粉加工技術(shù)的原理為在超高大氣壓的條件，淀粉周圍的水分子與淀粉的葡萄糖單元間的距離發(fā)生變化，自由水分子的體積也會(huì)變小，并從微波中獲取動(dòng)能，進(jìn)而鉆入淀粉的復(fù)雜的立體結(jié)構(gòu)中。隨著壓力不斷加大，水分子會(huì)粘附在淀粉的葡萄糖單元結(jié)構(gòu)周圍，迫使淀粉晶體發(fā)生變形，并使淀粉的羥基發(fā)生擠壓和延伸，最終使淀粉變成無定型的非晶狀態(tài)的同素異構(gòu)產(chǎn)物。在微波作用下，淀粉還失去回復(fù)晶體結(jié)構(gòu)的能力，從而變成具有良好熱塑性并具有親水和疏水雙向功能的異構(gòu)淀粉，還可呈半透明狀。
為使異構(gòu)納米淀粉的優(yōu)良性能得到最大發(fā)揮，發(fā)明人又專門研制了有優(yōu)良綜合性能的混凝劑，它不僅在生產(chǎn)中能完整保持異構(gòu)納米淀粉的形態(tài)和性能，而且能綜合簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的各項(xiàng)性能指標(biāo)。特別是提高產(chǎn)品綜合降解功能方面，由于混凝劑中 有促降強(qiáng)化劑和生物誘導(dǎo)劑，使產(chǎn)品的降解功能得到促進(jìn)和強(qiáng)化。尤其是本發(fā)明獨(dú)創(chuàng)的生物誘導(dǎo)劑，可使產(chǎn)品在生物降解過程中，誘導(dǎo)微生物吞食降解混凝劑，使產(chǎn)品在降解過程中產(chǎn)生全面崩潰，之后再降解淀粉顆粒。
而常規(guī)生物降解，主要是用特定的菌種對(duì)降解塑料中某些化合物或淀粉添加物進(jìn)行反應(yīng)，致使淀粉及淀粉添加物被降解，使塑料形成網(wǎng)狀，然后再逐步發(fā)生降解，雖然這樣，也很難做到完全降解。
采用本發(fā)明技術(shù)方案，材料使用后的降解過程可以分為二種一種是自然降解，將用本發(fā)明材料制成的產(chǎn)品置于自然環(huán)境下，通過光、水、溫度、酸和氧化等綜合作用，先使混凝劑中的某些組份揮發(fā)、氧化、膨化等，從而使混凝劑發(fā)生老化、脆化，進(jìn)而使產(chǎn)品強(qiáng)度急劇降低，最終成為粉末。一般情況，只要暴露2-3個(gè)月便可成為粉狀，這些粉狀物質(zhì)主要是淀粉成分，很容易被完全分解成水和二氧化碳。
另一種是生物降解，將用本發(fā)明材料制成的產(chǎn)品埋入土中，微生物附著后，在生物誘導(dǎo)劑的作用下，先吞食分解混凝劑，然后才分解淀粉，最終達(dá)到產(chǎn)品全部降解的杰出效果。并且，多中微生物均可用于本發(fā)明材料的降解，如黃曲霉菌、黑曲霉菌等常見霉菌及多種酶均對(duì)本發(fā)明材料有良好的降解效果。
參見

圖1至圖4，本發(fā)明提出的具有混凝結(jié)構(gòu)可全部生物降解的生態(tài)材料，其主料為異構(gòu)納米淀粉，照片中圓形顆粒即為異構(gòu)納米淀粉顆粒，此異構(gòu)納米淀粉雖經(jīng)超高壓微波塑化，但其結(jié)構(gòu)形態(tài)未被改變；分布在大量異構(gòu)納米淀粉顆粒之間的物質(zhì)，即為本發(fā)明使用的混凝劑，它們沒有固定的形態(tài)，分散在固體顆粒之間，并將分散的固體顆粒粘合在一起。
通過圖5可以看到，材料中已有霉菌侵入，圖片右邊的白色物質(zhì)即為侵入的霉菌。繼續(xù)通過圖6，可以清晰地看到，霉菌首先侵入到淀粉顆粒之間物質(zhì)中，即首先侵蝕分布在顆粒之間的混凝劑，而此時(shí)淀粉顆粒仍然保持較完整的顆粒形態(tài)，說明淀粉顆粒尚未被侵蝕；繼續(xù)觀察圖7，在局部放大的淀粉顆粒的周圍，霉菌已吞食了部分混凝劑，形成很多空洞。
上述圖譜，應(yīng)證了發(fā)明人提出的生物降解理論，微生物附著產(chǎn)品后，在分解淀粉之前即先吞食分解混凝劑，使得產(chǎn)品最終全部降解成為可能。
本發(fā)明技術(shù)方案的具體實(shí)施例可以有很多變化，表1給出其中部分實(shí)施例

表中，A為復(fù)合補(bǔ)強(qiáng)增韌劑，A1為方解石，A2為滑石粉，A3為脂肪酸稀土鹽；B為復(fù)合協(xié)同改性劑，B1為EAA，B2為EVA，B3為EEA；C為復(fù)合促降強(qiáng)化劑，C1為PLA，C2為PcL，C3為PGA，C4為PcA；D為復(fù)合共混增塑劑，D1為等聚PP，D2為無聚PP，D3為HDPE，D4為L(zhǎng)DPE；E為復(fù)合雙向潤(rùn)滑劑，E1為硬脂酸鹽，E2為氧化合成蠟，E3為聚丙烯蠟，E4為微晶石蠟；F為復(fù)合生物誘導(dǎo)劑，F(xiàn)1為蜂蜜，F(xiàn)2為蜂蠟，F(xiàn)3為香油，F(xiàn)4為促饑劑K。
上述實(shí)施例的制造步驟為1、異構(gòu)納米淀粉的準(zhǔn)備將含常規(guī)含水量的普通淀粉放在高壓容器中，常溫加壓至含100Mpa～3000Mpa，加壓時(shí)間為5～30分鐘，爾后用微波將容器內(nèi)溫度升至75～150度，優(yōu)選溫度為85～115度，保持恒溫10～30分鐘，減壓至常壓后，取出自然冷卻至室溫，即制成異構(gòu)納米淀粉材料。
2、A的準(zhǔn)備將A1、A2稱量后放入低速混合機(jī)中混合5-10分鐘，取出后放入高速混合機(jī)中，加入A3，升溫至70-90度，混合3-5分鐘后，去除自然冷卻至室溫得到A物質(zhì)；B的準(zhǔn)備將定量稱取的B1、B2和B3放入高混機(jī)中，恒溫70度，混合10-20分鐘，使三原料產(chǎn)生復(fù)合協(xié)同效果后，取出自然冷卻至室溫即的物質(zhì)B；C的準(zhǔn)備先將C1和C2攪拌混合均勻，成為半成品；將C3和C4放于攪拌器中，于70-90度攪拌15-30分鐘后，將半成品加入，再攪拌15-20分鐘，取出冷卻至室溫得到C物質(zhì)；D的準(zhǔn)備將定量稱取的D1、D2、D3和D4四種原料放入捏合機(jī)中，常溫捏合15-30分鐘后取出即為D物質(zhì)；E的準(zhǔn)備將定量稱取的E1、E2、E3和E4四種原料放入捏合機(jī)中，常溫捏合15-30分鐘后取出即為E物質(zhì)；F的準(zhǔn)備將定量稱取的F1、F2、F3和F4四種原料放入均質(zhì)機(jī)中，均勻混合10分鐘后取出即為F物質(zhì)。
3、將上述準(zhǔn)備好的A、B和E放入捏合機(jī)中，升溫至70-85度后恒溫，開機(jī)捏合15-20分鐘，取出后放入已恒溫95度的告訴混合機(jī)中，再加入淀粉和C、D物質(zhì)混合30-60分鐘，取出冷卻至室溫，加入雙螺桿擠出機(jī)中混凝加工成片材或顆粒，即得到本發(fā)明的生態(tài)材料；4、將加工好的片材或顆粒用吸塑、吹塑、注塑、熱壓等常規(guī)工藝和設(shè)備，生產(chǎn)制造成各種指定產(chǎn)品。
選用實(shí)施例三的材料制成餐盒產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試材料性能測(cè)試結(jié)果1、外觀樣品光滑平整、均勻白色、無明顯變形、無明顯色差、無起皺和氣泡，有光澤，無異味；2、密度1.154×103Kg/m33、維卡軟化點(diǎn)138.5℃4、熔體流動(dòng)速度6.7g/10min5、玻璃化溫度156℃6、分解溫度216℃7、沖擊強(qiáng)度4.63N/m8、拉伸強(qiáng)度11.42mPa9、吸水率4.69％10、30天生物降解率80％11、耐熱性＞130℃12、耐寒性＜-20℃13、耐溫性(水、油，24小時(shí))無變形，無滲漏14、可對(duì)折性＞50次本發(fā)明降解測(cè)試結(jié)果用本發(fā)明提供的生態(tài)環(huán)境材料加工成快餐盒，進(jìn)行需氧生物降解率的測(cè)試，采用GB/T18006.2-1999“一次性可降解餐飲具降解性能實(shí)驗(yàn)方法”。實(shí)驗(yàn)過程中，從第三天開始可以觀察到所測(cè)試樣周圍生長(zhǎng)霉菌，到第九、十天時(shí)霉菌象一個(gè)“白色小棉球”，十四天之后“白毛”開始消退，以后仍可見樣品上黃斑黑點(diǎn)；測(cè)定結(jié)果，樣品中總碳含量為48.3％，說明樣品中淀粉添加量超過80％，需氧生物降解率為61.7％。
權(quán)利要求
1.一種具有混凝結(jié)構(gòu)可全部生物降解的生態(tài)材料，其特征在于，包含下述組份異構(gòu)納米淀粉 40～95重量份，和混凝劑5-60重量份，其中，所述淀粉顆粒直徑在10～300微米；所述混凝劑是經(jīng)過超微加工的納米至亞微米級(jí)顆粒，顆粒直徑為0.03～3微米；所述混凝劑為下述組份復(fù)配而成復(fù)合補(bǔ)強(qiáng)增韌劑 0～60重量份，復(fù)合協(xié)同改性劑 0.1～30重量份，復(fù)合促降強(qiáng)化劑 10～85重量份，復(fù)合共混增塑劑 1～20重量份，復(fù)合雙向潤(rùn)滑劑 1～10重量份，和復(fù)合生物誘異劑 0～3重量份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有混凝結(jié)構(gòu)可全部生物降解的生態(tài)材料，其特征在于，所述混凝劑優(yōu)選使用復(fù)合補(bǔ)強(qiáng)增韌劑40～60重量份，復(fù)合協(xié)同改性劑10～30重量份，復(fù)合促降強(qiáng)化劑20～80重量份，復(fù)合共混增塑劑5～15重量份，復(fù)合雙向潤(rùn)滑劑2～8重量份和復(fù)合生物誘導(dǎo)劑1～3份復(fù)配而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有混凝結(jié)構(gòu)可全部生物降解的生態(tài)材料，其特征在于，所述異構(gòu)納米淀粉為經(jīng)下述方法制備將含常規(guī)含水量的普通淀粉放在高壓容器中，常溫加壓至含100Mpa～3000Mpa，加壓時(shí)間為5～30分鐘，爾后用微波將容器內(nèi)溫度升至75～150度，優(yōu)選溫度為85～115度，保持恒溫10～30分鐘，減壓至常壓后，取出自然冷卻至室溫，即制成異構(gòu)納米淀粉材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有混凝結(jié)構(gòu)可全部生物降解的生態(tài)材料，其特征在于，所述復(fù)合補(bǔ)強(qiáng)增韌劑由納米方解石、納米滑石粉和亞納米脂肪酸稀土鹽按20～80∶5～50∶0.1～15重量份組配而成，優(yōu)選按30～70∶15～40∶0.1～5重量份組配而成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有混凝結(jié)構(gòu)可全部生物降解的生態(tài)材料，其特征在于，所述復(fù)合協(xié)同改進(jìn)劑由EAA、EVA和EEA按20～70∶15～60∶4～30重量份組配而成，優(yōu)選按30～40∶20～50∶8～20重量份組配而成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有混凝結(jié)構(gòu)可全部生物降解的生態(tài)材料，其特征在于，所述復(fù)合促降強(qiáng)化劑由PLA、PcL、PGA和PcA按20～80∶0～50∶5～50∶0-40重量份組配而成，優(yōu)選按40～60∶5～30∶2～30∶5～25重量份組配而成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有混凝結(jié)構(gòu)可全部生物降解的生態(tài)材料，其特征在于，所述復(fù)合共混增塑劑由等聚PP、無聚PP、HDPE、LDPE按20～80∶0～50∶5～50∶0～40重量份組配而成，優(yōu)選按40～75∶0～30∶10～40∶0～15重量份組配而成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有混凝結(jié)構(gòu)可全部生物降解的生態(tài)材料，其特征在于，所述復(fù)合雙向潤(rùn)滑劑由硬脂酸鹽、氧化合成蠟、聚丙烯蠟和微晶石蠟按0.5～80∶0.5～70∶0.5～50∶0～30重量份組配而成，優(yōu)選由硬脂酸鹽、氧化合成蠟、聚丙烯蠟和微晶石蠟按40～60∶20～50∶5～15∶0.5～5重量份組配而成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有混凝結(jié)構(gòu)可全部生物降解的生態(tài)材料，其特征在于，所述復(fù)合生物誘導(dǎo)劑由蜂蜜、蜂蠟、香油和促饑劑K按10～40∶5～10∶25～80∶0.1～0.5重量份組配而成。
10.一種具有混凝結(jié)構(gòu)可全部生物降解的生態(tài)材料的制造方法，采用下面步驟1)將復(fù)合補(bǔ)強(qiáng)增韌劑0～60重量份，復(fù)合協(xié)同改性劑0.1～30重量份，復(fù)合促降強(qiáng)化劑10～85重量份，復(fù)合共混增塑劑1～20重量份，復(fù)合雙向潤(rùn)滑劑1～10重量份和復(fù)合生物誘導(dǎo)劑0～3重量份在捏合機(jī)中常溫混合15～30分鐘制成混凝劑；2)將淀粉用超高壓微波塑化處理得到異構(gòu)納米淀粉；3)將制得的淀粉和混凝劑按40～95∶5～60重量份加入雙螺桿擠出機(jī)中，混凝加工成片材或顆粒。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的具有混凝結(jié)構(gòu)可全部生物降解的生態(tài)材料的制造方法，其特征在于所述步驟2)異構(gòu)納米淀粉經(jīng)下述步驟處理將含常規(guī)含水量的普通淀粉放在高壓容器中，常溫加壓至含100Mpa～3000Mpa，加壓時(shí)間為5～30分鐘，爾后用微波將容器內(nèi)溫度升至75～150度，優(yōu)選溫度為85～115度，保持恒溫10～30分鐘，減壓至常壓后，取出自然冷卻至室溫，即制成異構(gòu)納米淀粉材。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的具有混凝結(jié)構(gòu)可全部生物降解的生態(tài)材料的制造方法，其特征在于所述步驟1)中優(yōu)選使用復(fù)合補(bǔ)強(qiáng)增韌劑40～60重量份，復(fù)合協(xié)同改性劑10～30重量份，復(fù)合促降強(qiáng)化劑20～80重量份，復(fù)合共混增塑劑5～15重量份，復(fù)合雙向潤(rùn)滑劑2～8重量份和復(fù)合生物誘導(dǎo)劑1～3份。
13.根據(jù)權(quán)利要求10至12任一所述的具有混凝結(jié)構(gòu)可全部生物降解的生態(tài)材料的制造方法，其特征在于所述所述復(fù)合補(bǔ)強(qiáng)增韌劑由納米方解石、納米滑石粉和亞納米脂肪酸稀土鹽按20～80∶5～50∶0.1～15重量份組配而成，所述復(fù)合協(xié)同改進(jìn)劑由EAA、EVA和EEA按20～70∶15～60∶4～30重量份組配而成，所述復(fù)合促降強(qiáng)化劑由PLA、PcL、PGA和PcA按20～80∶0～50∶5～50∶0-40重量份組配而成，所述復(fù)合共混增塑劑由等聚PP、無聚PP、HD、PE、LDPE按20～80∶0～50∶5～50∶0～40重量份組配而成，所述復(fù)合雙向潤(rùn)滑劑由硬脂酸鹽、氧化合成蠟、聚丙烯蠟和微晶石蠟按0.5～80∶0.5～70∶0.5～50∶0～30重量份組配而成，所述復(fù)合生物誘導(dǎo)劑由蜂蜜、蜂蠟、香油和促饑劑K按10～40∶5～10∶2 5～80∶0.1～0.5重量份組配而成。
14.根據(jù)權(quán)利要求10至12任一所述的具有混凝結(jié)構(gòu)可全部生物降解的生態(tài)材料的制造方法，其特征在于所述復(fù)合補(bǔ)強(qiáng)增韌劑優(yōu)選由納米方解石、納米滑石粉和亞納米脂肪酸稀土鹽按30～70∶15～40∶0.1～5重量份組配而成，所述復(fù)合協(xié)同改進(jìn)劑優(yōu)選由EAA、EVA和EEA按30～40∶10～50∶2～15重量份組配而成，所述復(fù)合促降強(qiáng)化劑優(yōu)選由PLA、PcL、PGA和PcA按40～60∶5～30∶2～30∶5～25重量份組配而成，所述復(fù)合共混增塑劑優(yōu)選由等聚PP、無聚PP、HDPE、LDPE按40～75∶0～30∶10～40∶0～15重量份組配而成，所述復(fù)合雙向潤(rùn)滑劑優(yōu)選由硬脂酸鹽、氧化合成蠟、聚丙烯蠟和微晶石蠟按40～60∶20～50∶5～15∶0.5～5重量份組配而成，所述復(fù)合生物誘導(dǎo)劑由蜂蜜、蜂蠟、香油和促饑劑K按15～20∶5～10∶30～35∶0.1～0.3重量份組配而成。
全文摘要
提供一種具有混凝結(jié)構(gòu)可全部生物降解的生態(tài)材料，包含40～95重量份的異構(gòu)納米淀粉和5－60重量份混凝劑，所述混凝劑由復(fù)合補(bǔ)強(qiáng)增韌劑、復(fù)合協(xié)同改性劑、復(fù)合促降強(qiáng)化劑、復(fù)合共混增塑劑、復(fù)合雙向潤(rùn)滑劑和復(fù)合生物誘異劑復(fù)配而成，淀粉顆粒直徑在10～300微米，混凝劑是經(jīng)過超微加工的直徑為0.03～3微米的顆粒；同時(shí)提供一種制造這種具有混凝結(jié)構(gòu)可全部生物降解的生態(tài)材料的方法，將普通淀粉進(jìn)行超高壓微波處理，并與混凝劑混合加工成生態(tài)材料。這種生態(tài)材料同時(shí)具有優(yōu)良的使用性能和優(yōu)異的環(huán)境協(xié)調(diào)性，在使用后可以用多種方法實(shí)現(xiàn)完全降解。
文檔編號(hào)C08J3/12GK1392187SQ0212882
公開日2003年1月22日 申請(qǐng)日期2002年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月14日
發(fā)明者吉步華 申請(qǐng)人:吉步華