一种快速降解的环保塑料及其制备方法与流程

1.本发明涉及可降解塑料领域，具体为一种快速降解的环保塑料及其制备方法。


背景技术：

2.高分子材料具有很多其他材料不具备的优异性能，在尖端技术、国防建设和国民经济各个领域得到广泛的应用，是现代科技和生活不可缺少、不可替代的重要材料，其生产和消费一直保持很旺的势头。21世纪更是高分子材料高速发展和充分利用的新世纪，但是，大多数高分子材料在自然环境中不能很快降解，日益增多的废气高分子材料成为城市垃圾的重要来源，产生的白色污染严重影响人类的生存环境，这已经成为全球性的问题。因此研究和开发可生物降解的高分子材料是非常有意义的。
3.高分子降解是指构成聚合物的大分子链断裂的反应。聚合物暴露于氧、水、射线、热、光、化学试剂、污染物质、机械力及生物(尤其是微生物)等环境条件下的降解过程称为环境降解。可降解高分子材料按照降解机理可大致分为光降解高分子材料、生物降解高分子材料和光-生物双降解高分子材料三种类型。
4.据统计，自然界中含淀粉的天然碳水化合物年产量为5000亿吨，是一个非常大的再生资源库。作为一种可再生资源，淀粉最初只是在聚氨配中作为降低成本的惰性增量剂和阻燃剂。但是，山于石油危机和一系列的环境问题，今天它在降解材料领域中的用途己经引起人们的普遍关注，这也预示着淀粉基生物降解塑料的广阔前景。然而，全淀粉热塑性塑料力学性能较差，对环境湿度非常敏感，无法满足大多数的应用要求。因此，改善全淀粉热塑性塑料力学性能和耐水性成为研发具有高性能的快速降解的环保塑料的一个重要研究方向。
5.聚乳酸(pla)由乳酸单体聚合而成，又称作聚丙交配，可利用特殊菌种山淀粉转化而成。pla其有良好的生物相容性和力学性能，一直以来被广泛用作医用高分子材料，用作骨固定材料、药物释放系统等。但是随着近年来生物降解材料逐渐成为一项研究热点，pla的开发应用也开始转向塑料包装、纺织等多种应用领域。将pla与淀粉共混可以大大降低成本，同时保证其具有良好的生物降解性。但是，现有研究表明pla与淀粉的相容性较差，且当淀粉含量大于60％时，共混物的吸水性会迅速增加。因此，需要新的手段来解决pla与淀粉相容性差及其吸水性的问题。
6.cn 106221157 a公开了及一种生物可降解聚乳酸薄膜及其制备方法，其以聚乳酸为主要原料，以高岭土和蛭石粉为生物活性剂，其将聚乳酸、聚碳酸丁二醇、聚乙烯、淀粉、硬脂酸锌、氧化镁、蛭石粉、高岭土、增塑剂和亚磷酸酯加入到混合机内，加热温度为70-90℃，转速为180r/min，时间为10-20min，搅拌混合均匀，得到生物可降解聚乳酸薄膜。直接添加蛭石粉和高岭土，蛭石粉和聚乳酸、淀粉和聚乳酸的相容性差，极其影响材料的力学性能和耐水性，因此，需要对此进行改进。


技术实现要素：

7.为实现上述目的，本发明提供了一种快速降解的环保塑料及其制备方法。
8.一种快速降解的环保塑料，按质量份计，包括以下组分：50份聚乳酸、50份改性淀粉、20份硅烷偶联剂改性蛭石、0.5份抗氧剂。
9.所述硅烷偶联剂改性蛭石的制备方法，包括以下步骤：
10.s1将蛭石清洗干净，沥干后，经1100-1300℃煅烧0.5-2h，并粉碎至10-50μm，得到膨胀蛭石粉；
11.s2将s1制得的膨胀蛭石粉和浓度为1-2mol/l盐酸按浴比1g：(10-20)ml混合，90-100℃下回流反应1-2h，反应停止后过滤取沉淀，经洗涤至中性、干燥，得到酸化蛭石；
12.s3按质量份计，将15-25份乙烯基三甲氧基硅烷加入75-85份酒精含量为75-85wt％的酒精水溶液中，搅拌使其充分水解；其次，在搅拌下将5-15份s2制得的酸化蛭石加入上述溶液中，搅拌1-2h后，过滤取沉淀，在110-130℃下干燥1-2h，得到硅烷偶联剂改性蛭石。
13.一种快速降解的环保塑料的制备方法，包括以下步骤：
14.(1)将淀粉置于100-130℃下干燥8-10h，得到干燥的淀粉；将聚乳酸在40-45℃下干燥10-12h，得到干燥的聚乳酸；
15.(2)按质量百分比计，将95-99wt％步骤(1)得到的干燥的淀粉和1-5wt％苹果酸混合，用双螺杆挤出机进行熔融、混炼、挤出，冷却后得到改性淀粉；
16.(3)按质量份计，将40-60份步骤(1)得到的干燥的聚乳酸、40-60份步骤(2)得到的改性淀粉、10-30份硅烷偶联剂改性蛭石、0.1-1份抗氧剂加入转矩流变仪中混合，然后转入平板硫化机中预热、压板、冷却定型，得到所述快速降解的环保塑料。
17.步骤(1)中所述淀粉为玉米淀粉、小麦淀粉、木薯淀粉中的至少一种；优选的，所述淀粉为玉米淀粉。
18.步骤(2)中所述双螺杆挤出机的参数设置为螺杆转速280-340r/min，喂料速度28-34r/min，输送带转速60-70r/min，输送段温度为96-100℃，熔融段温度为130-140℃，均化段温度为148-152℃，挤出熔压为26-30mpa。
19.步骤(3)中转矩流变仪混合条件为：160-180℃、100-160r/min，4-10min。
20.步骤(3)中压板成型条件为：温度170-190℃、压力9-11mpa，预热2-4min、热压2-3min，冷却2-4min、冷压2-3min。
21.步骤(3)中所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168、抗氧剂tnp中的至少一种；优选的，所述抗氧剂为抗氧剂168。
22.采用聚乳酸和淀粉直接复合，得到的快速降解的环保塑料其力学性能较差，且吸水率较高，这是由于淀粉和聚乳酸分别表现为亲水性、疏水性，共混物界面不相容，因此其力学性能不佳，且淀粉材料具有高吸水性，当其比重较大时，会导致材料的吸水率明显上升。因此，本发明首先采用苹果酸对淀粉进行处理，得到的快速降解的环保塑料其力学性能明显提升、吸水率明显下降，这是由于苹果酸能促进淀粉酸解，提高淀粉的塑化效果，降低淀粉黏度，使得其分散相尺寸更小，在聚乳酸中分布的更均匀。
23.进一步的，但是其吸水性也略有上升。本发明向其中加入蛭石粉，作为纳米材料的一种，其具有较大的空间缝隙、较小的晶粒粒径和较大的比表面积，其高表面能导致粒子表
面原子的稳定性变差，从而产生表面和界面效应，能够很好的和淀粉结合，提升其力学性能。但是，粒径小，表面上的原子数多，其表面能高，吸附作用强，各个粒子间易相互团聚，无法在聚合物基体中很好的分散；粒子表面亲水疏油，与淀粉的亲和性较好，但与聚乳酸的界面结合力较弱，受外力冲击时，易造成界面缺陷，导致材料性能下降，蛭石粉非常容易团聚在淀粉中，极大的限制了蛭石粉对于材料力学性质的提升。因此，本发明进一步将蛭石通过煅烧的方式变为膨胀蛭石，急速扩大的体积使得膨胀蛭石内存在大量孔道，一方面能够使得淀粉和聚乳酸侵入膨胀蛭石粉内部，形成更紧密的结合，另一方面增强了膨胀蛭石粉对水分子的吸附性，在高温熔炼的过程中，进一步减少淀粉中水分子的氢键作用，使得淀粉分散成更小的分子团，促进聚乳酸和淀粉的融合。
24.由现有的文献资料发现，酸处理蛭石也具有扩大孔径，提高蛭石表面积的作用，因此，本发明采用酸处理膨胀蛭石粉，并将其应用到淀粉-聚乳酸复合材料中，发现制得的快速降解的环保塑料其力学性能进一步提高，但是提高程度没有实施例4采用膨胀蛭石效果好。因此，本发明推测对膨胀蛭石粉进行酸化处理能够进一步提升材料的力学性能，本发明采用对膨胀蛭石粉进行酸化处理的方式，发现最终得到的快速降解的环保塑料其力学性能再进一步的提升，本发明认为这是由于膨胀处理和酸化处理二者结合更有利于扩大蛭石的表面孔径并提高其比表面积，促进蛭石在淀粉-聚乳酸体系中的分散和亲和性。此外，酸处理置换掉了部分蛭石分子层间的水分子，改善了蛭石的亲水性，有利于降低材料的吸水率。再进一步的，为了进一步提高蛭石粉和聚乳酸的亲和性，最后，本发明对酸处理后的膨胀蛭石粉进一步用硅烷偶联剂改性，增强其有机亲和力，同时，进一步增强了材料的疏水性。从而得到了一款力学性能优异且不易吸水的快速降解的环保塑料。
25.此外，淀粉经酸处理后，其分子酸解，分子量减小，更易降解，而材料中添加了大量无机材料蛭石，其在土壤中分解较慢，从而减缓了材料的分解速率，煅烧后的蛭石经膨胀后其吸水性提升，使得得到的快速降解的环保塑料较为潮湿，有利于塑料的分解，酸化处理也会在蛭石表面形成大量活性位点，具有一定的催化降解能力，能够加速塑料的降解，采用硅烷偶联剂修饰后，进一步提升了材料的降解速率，本发明认为这是由于硅烷偶联剂处理后，其和聚乳酸的亲和力进一步加强，有利于促进对聚乳酸的分解，从而加速了分解速率，使得本发明制得的快速降解的环保塑料其具有极快的自然降解率。
26.本发明有益效果：
27.本发明制得了一款快速降解的环保塑料，其采用淀粉和聚乳酸复合作为基材，并用蛭石作为促进两种材料亲和性的助剂。进一步的，本发明对蛭石进行煅烧、酸化处理，加强了蛭石对聚乳酸的亲和性和其在淀粉聚乳酸体系中的分散性，大大提升了制得的快速降解的环保塑料的力学性能，并降低其吸水性，能够减少塑料在使用过程中的霉变、断裂等问题，增大了其实用性并扩大了其使用范围。
28.此外，本发明制得的快速降解的环保塑料，其减少了聚乳酸的使用量，在聚乳酸含量低于50wt％时，依然具有极佳的力学性能和较低的吸水性，极大的节约了其成本。其较快的降解速率也符合现有的环保主题。
具体实施方式
29.玉米淀粉，货号：xx135412，上海钰源生物化学有限公司。
30.聚乳酸，货号：xy30789，上海烜雅生物科技有限公司。
31.抗氧剂168，cas：31570-04-4。
32.实施例1
33.一种快速降解的环保塑料的制备方法，包括以下步骤：
34.(1)将淀粉置于120℃下干燥10h，得到干燥的淀粉；将聚乳酸在45℃下干燥12h，得到干燥的聚乳酸；
35.(2)按质量份计，将50份步骤(1)得到的干燥的聚乳酸、50份步骤(1)得到的干燥的淀粉、0.5份抗氧剂加入转矩流变仪中混合，然后转入平板硫化机中预热、压板、冷却定型，得到所述快速降解的环保塑料。
36.步骤(1)中所述淀粉为玉米淀粉。
37.步骤(2)中转矩流变仪混合条件为：170℃、120r/min，5min。
38.步骤(2)中压板成型条件为：温度180℃、压力10mpa，预热3min、热压2min，冷却3min、冷压2min。
39.步骤(2)中所述抗氧剂为抗氧剂168。
40.实施例2
41.一种快速降解的环保塑料的制备方法，包括以下步骤：
42.(1)将淀粉置于120℃下干燥10h，得到干燥的淀粉；将聚乳酸在45℃下干燥12h，得到干燥的聚乳酸；
43.(2)按质量百分比计，将98wt％步骤(1)得到的干燥的淀粉和2wt％苹果酸混合，用双螺杆挤出机进行熔融、混炼、挤出，冷却后得到改性淀粉；
44.(3)按质量份计，将50份步骤(1)得到的干燥的聚乳酸、50份步骤(2)得到的改性淀粉、0.5份抗氧剂加入转矩流变仪中混合，然后转入平板硫化机中预热、压板、冷却定型，得到所述快速降解的环保塑料。
45.步骤(1)中所述淀粉为玉米淀粉。
46.步骤(2)中所述双螺杆挤出机的参数设置为螺杆转速300r/min，喂料速度30r/min，输送带转速65r/min，输送段温度为98℃，熔融段温度为136℃，均化段温度为151℃，挤出熔压为28mpa。
47.步骤(3)中转矩流变仪混合条件为：170℃、120r/min，5min。
48.步骤(3)中压板成型条件为：温度180℃、压力10mpa，预热3min、热压2min，冷却3min、冷压2min。
49.步骤(3)中所述抗氧剂为抗氧剂168。
50.实施例3
51.一种快速降解的环保塑料的制备方法，包括以下步骤：
52.(1)将淀粉置于120℃下干燥10h，得到干燥的淀粉；将聚乳酸在45℃下干燥12h，得到干燥的聚乳酸；
53.(2)按质量百分比计，将98wt％步骤(1)得到的干燥的淀粉和2wt％苹果酸混合，用双螺杆挤出机进行熔融、混炼、挤出，冷却后得到改性淀粉；
54.(3)按质量份计，将50份步骤(1)得到的干燥的聚乳酸、50份步骤(2)得到的改性淀粉、20份蛭石粉、0.5份抗氧剂加入转矩流变仪中混合，然后转入平板硫化机中预热、压板、
冷却定型，得到所述快速降解的环保塑料。
55.步骤(1)中所述淀粉为玉米淀粉。
56.步骤(2)中所述双螺杆挤出机的参数设置为螺杆转速300r/min，喂料速度30r/min，输送带转速65r/min，输送段温度为98℃，熔融段温度为136℃，均化段温度为151℃，挤出熔压为28mpa。
57.步骤(3)中转矩流变仪混合条件为：170℃、120r/min，5min。
58.步骤(3)中压板成型条件为：温度180℃、压力10mpa，预热3min、热压2min，冷却3min、冷压2min。
59.步骤(3)中所述抗氧剂为抗氧剂168。
60.步骤(3)中所述蛭石粉的制备方法，包括以下步骤：将蛭石清洗干净，沥干并粉碎至50μm，得到蛭石粉。
61.实施例4
62.一种快速降解的环保塑料的制备方法，包括以下步骤：
63.(1)将淀粉置于120℃下干燥10h，得到干燥的淀粉；将聚乳酸在45℃下干燥12h，得到干燥的聚乳酸；
64.(2)按质量百分比计，将98wt％步骤(1)得到的干燥的淀粉和2wt％苹果酸混合，用双螺杆挤出机进行熔融、混炼、挤出，冷却后得到改性淀粉；
65.(3)按质量份计，将50份步骤(1)得到的干燥的聚乳酸、50份步骤(2)得到的改性淀粉、20份膨胀蛭石粉、0.5份抗氧剂加入转矩流变仪中混合，然后转入平板硫化机中预热、压板、冷却定型，得到所述快速降解的环保塑料。
66.步骤(1)中所述淀粉为玉米淀粉。
67.步骤(2)中所述双螺杆挤出机的参数设置为螺杆转速300r/min，喂料速度30r/min，输送带转速65r/min，输送段温度为98℃，熔融段温度为136℃，均化段温度为151℃，挤出熔压为28mpa。
68.步骤(3)中转矩流变仪混合条件为：170℃、120r/min，5min。
69.步骤(3)中压板成型条件为：温度180℃、压力10mpa，预热3min、热压2min，冷却3min、冷压2min。
70.步骤(3)中所述抗氧剂为抗氧剂168。
71.步骤(3)中所述膨胀蛭石粉的制备方法，包括以下步骤：将蛭石清洗干净，沥干后，经1100℃煅烧1h，并粉碎至50μm，得到膨胀蛭石粉。
72.实施例5
73.一种快速降解的环保塑料的制备方法，包括以下步骤：
74.(1)将淀粉置于120℃下干燥10h，得到干燥的淀粉；将聚乳酸在45℃下干燥12h，得到干燥的聚乳酸；
75.(2)按质量百分比计，将98wt％步骤(1)得到的干燥的淀粉和2wt％苹果酸混合，用双螺杆挤出机进行熔融、混炼、挤出，冷却后得到改性淀粉；
76.(3)按质量份计，将50份步骤(1)得到的干燥的聚乳酸、50份步骤(2)得到的改性淀粉、20份酸化蛭石、0.5份抗氧剂加入转矩流变仪中混合，然后转入平板硫化机中预热、压板、冷却定型，得到所述快速降解的环保塑料。
77.步骤(1)中所述淀粉为玉米淀粉。
78.步骤(2)中所述双螺杆挤出机的参数设置为螺杆转速300r/min，喂料速度30r/min，输送带转速65r/min，输送段温度为98℃，熔融段温度为136℃，均化段温度为151℃，挤出熔压为28mpa。
79.步骤(3)中转矩流变仪混合条件为：170℃、120r/min，5min。
80.步骤(3)中压板成型条件为：温度180℃、压力10mpa，预热3min、热压2min，冷却3min、冷压2min。
81.步骤(3)中所述抗氧剂为抗氧剂168。
82.步骤(3)中所述酸化蛭石的制备方法，包括以下步骤：
83.s1将蛭石清洗干净，沥干并粉碎至50μm，得到蛭石粉；
84.s2将s1制得的蛭石粉和浓度为2mol/l盐酸按浴比1g：10ml混合，95℃下回流反应2h，反应停止后过滤取沉淀，经洗涤至中性、干燥，得到酸化蛭石。
85.实施例6
86.一种快速降解的环保塑料的制备方法，包括以下步骤：
87.(1)将淀粉置于120℃下干燥10h，得到干燥的淀粉；将聚乳酸在45℃下干燥12h，得到干燥的聚乳酸；
88.(2)按质量百分比计，将98wt％步骤(1)得到的干燥的淀粉和2wt％苹果酸混合，用双螺杆挤出机进行熔融、混炼、挤出，冷却后得到改性淀粉；
89.(3)按质量份计，将50份步骤(1)得到的干燥的聚乳酸、50份步骤(2)得到的改性淀粉、20份酸化蛭石、0.5份抗氧剂加入转矩流变仪中混合，然后转入平板硫化机中预热、压板、冷却定型，得到所述快速降解的环保塑料。
90.步骤(1)中所述淀粉为玉米淀粉。
91.步骤(2)中所述双螺杆挤出机的参数设置为螺杆转速300r/min，喂料速度30r/min，输送带转速65r/min，输送段温度为98℃，熔融段温度为136℃，均化段温度为151℃，挤出熔压为28mpa。
92.步骤(3)中转矩流变仪混合条件为：170℃、120r/min，5min。
93.步骤(3)中压板成型条件为：温度180℃、压力10mpa，预热3min、热压2min，冷却3min、冷压2min。
94.步骤(3)中所述抗氧剂为抗氧剂168。
95.步骤(3)中所述酸化蛭石的制备方法，包括以下步骤：
96.s1将蛭石清洗干净，沥干后，经1100℃煅烧1h，并粉碎至50μm，得到膨胀蛭石粉；
97.s2将s1制得的膨胀蛭石粉和浓度为2mol/l盐酸按浴比1g：10ml混合，95℃下回流反应2h，反应停止后过滤取沉淀，经洗涤至中性、干燥，得到酸化蛭石。
98.实施例7
99.一种快速降解的环保塑料的制备方法，包括以下步骤：
100.(1)将淀粉置于120℃下干燥10h，得到干燥的淀粉；将聚乳酸在45℃下干燥12h，得到干燥的聚乳酸；
101.(2)按质量百分比计，将98wt％步骤(1)得到的干燥的淀粉和2wt％苹果酸混合，用双螺杆挤出机进行熔融、混炼、挤出，冷却后得到改性淀粉；
102.(3)按质量份计，将50份步骤(1)得到的干燥的聚乳酸、50份步骤(2)得到的改性淀粉、20份硅烷偶联剂改性蛭石、0.5份抗氧剂加入转矩流变仪中混合，然后转入平板硫化机中预热、压板、冷却定型，得到所述快速降解的环保塑料。
103.步骤(1)中所述淀粉为玉米淀粉。
104.步骤(2)中所述双螺杆挤出机的参数设置为螺杆转速300r/min，喂料速度30r/min，输送带转速65r/min，输送段温度为98℃，熔融段温度为136℃，均化段温度为151℃，挤出熔压为28mpa。
105.步骤(3)中转矩流变仪混合条件为：170℃、120r/min，5min。
106.步骤(3)中压板成型条件为：温度180℃、压力10mpa，预热3min、热压2min，冷却3min、冷压2min。
107.步骤(3)中所述抗氧剂为抗氧剂168。
108.步骤(3)中所述硅烷偶联剂改性蛭石的制备方法，包括以下步骤：
109.s1将蛭石清洗干净，沥干后，经1100℃煅烧1h，并粉碎至50μm，得到膨胀蛭石粉；
110.s2将s1制得的膨胀蛭石粉和浓度为2mol/l盐酸按浴比1g：10ml混合，95℃下回流反应2h，反应停止后过滤取沉淀，经洗涤至中性、干燥，得到酸化蛭石；
111.s3按质量份计，将20份乙烯基三甲氧基硅烷加入80份酒精含量为80wt％的酒精水溶液中，搅拌使其充分水解；其次，在搅拌下将10份s2制得的酸化蛭石加入上述溶液中，搅拌1h后，过滤取沉淀，在130℃下干燥1h，得到硅烷偶联剂改性蛭石。
112.测试例1
113.参照gb/t 1040.3-2006《塑料拉伸性能的测定第3部分：薄膜和薄片的试验条件》测试本发明实施例1-7制得的快速降解的环保塑料。
114.吸水率：按照gb/t 1034-2008《塑料吸水性的测定》进行测试，室温下，实施例制得的快速降解的环保塑料置于85℃下烘干，称重m0，然后将其浸入水中24h，取出，用滤纸吸取表面的水分，称重m1，计算吸水率＝(m
1-m0)/m0×
100％，测试试样采取5个，最终结果取平均值。
115.试样尺寸：宽20mm，长150mm，厚0.8mm。
116.测试条件：温度25℃，相对湿度50％，拉伸速率为5mm/min，入口力：0.5n。
117.测试仪器：万能力学试验机。
118.表1：拉伸强度测试结果
[0119] 拉伸强度(mpa)断裂伸长率/％吸水率/％实施例121399.6实施例226586.4实施例331776.8实施例4371027.4实施例533826.7实施例6421365.6实施例7461544.0
[0120]
由表1可以看出实施例1采用聚乳酸和淀粉直接复合，得到的快速降解的环保塑料其力学性能较差，且吸水率较高，这是由于淀粉和聚乳酸分别表现为亲水性、疏水性，共混
物界面不相容，因此其力学性能不佳，且淀粉材料具有高吸水性，当其比重较大时，会导致材料的吸水率明显上升。
[0121]
而实施例2先采用苹果酸对淀粉进行处理，得到的快速降解的环保塑料其力学性能明显提升、吸水率明显下降，这是由于苹果酸能促进淀粉酸解，提高淀粉的塑化效果，降低淀粉黏度，使得其分散相尺寸更小，在聚乳酸中分布的更均匀。
[0122]
实施例3所制得的快速降解的环保塑料其力学性能较实施例2进一步提升，但是其吸水性也略有上升。这是由于向其中加入了蛭石粉，作为纳米材料的一种，其具有较大的空间缝隙、较小的晶粒粒径和较大的比表面积，其高表面能导致粒子表面原子的稳定性变差，从而产生表面和界面效应，能够很好的和淀粉结合，提升其力学性能。但是，羟基等活性基团在蛭石表面普遍存在，影响了其和聚乳酸的亲和力，较小粒径的蛭石也存在易聚集的现象，尤其在淀粉和聚乳酸复合材料中，由于和聚乳酸较弱的亲和力，蛭石粉非常容易团聚在淀粉中，极大的限制了蛭石粉对于材料力学性质的提升。因此，实施例4进一步将蛭石通过煅烧的方式变为膨胀蛭石，急速扩大的体积使得膨胀蛭石内存在大量孔道，一方面能够使得淀粉和聚乳酸侵入膨胀蛭石粉内部，形成更紧密的结合，另一方面增强了膨胀蛭石粉对水分子的吸附性，在高温熔炼的过程中，进一步减少淀粉中水分子的氢键作用，使得淀粉分散成更小的分子团，促进聚乳酸和淀粉的融合。
[0123]
由现有的文献资料发现，酸处理蛭石也具有扩大孔径，提高蛭石表面积的作用，因此，实施例5本发明采用酸处理蛭石粉，并将其应用到淀粉-聚乳酸复合材料中，发现制得的快速降解的环保塑料其力学性能较实施例3单纯采用蛭石有所提高，但是提高程度没有实施例4采用膨胀蛭石效果好。因此，本发明推测对膨胀蛭石粉进行酸化处理能够进一步提升材料的力学性能，实施例6中本发明采用对膨胀蛭石粉进行酸化处理的方式，发现最终得到的快速降解的环保塑料其力学性能较实施例4和实施例5都具有更明显的提升，本发明认为这是由于膨胀处理和酸化处理二者结合更有利于扩大蛭石的表面孔径并提高其比表面积，促进蛭石在淀粉-聚乳酸体系中的分散和亲和性。此外，酸处理置换掉了部分蛭石分子层间的水分子，改善了蛭石的亲水性，有利于降低材料的吸水率。再进一步的，为了进一步提高蛭石粉和聚乳酸的亲和性，实施例7中对酸处理后的膨胀蛭石粉进一步用硅烷偶联剂改性，增强其有机亲和力，同时，进一步增强了材料的疏水性。从而得到了一款力学性能优异且不易吸水的快速降解的环保塑料。
[0124]
测试例2
[0125]
可降解性能测试
[0126]
土壤掩埋法：将过筛后的土壤放入广口瓶中，将本发明实施例1-7制得的快速降解的环保塑料平行埋入土壤中，将广口瓶放置在恒温箱中，30天后取出，将其浸入75％的乙醇溶液中漂洗，再用去离子水洗1次，烘干后记录质量，检测其质量损失。
[0127]
表2：可降解性能测试结果
[0128] 土壤掩埋30天的损失质量/％实施例134.1实施例241.7实施例337.1实施例441.6
实施例542.2实施例649.1实施例754.2
[0129]
由表2可以看出，实施例1单纯采用聚乳酸和淀粉复合，得到的快速降解的环保塑料其在土壤中降解速率较慢，而实施例2中淀粉经酸处理后，其分子酸解，分子量减小，更易降解。实施例3中由于材料中添加了大量无机材料蛭石，其在土壤中分解较慢，从而减缓了材料的分解速率。实施例4中蛭石经膨胀后其吸水性提升，使得得到的快速降解的环保塑料较为潮湿，有利于其分解。实施例5中对蛭石进行酸化处理，会在蛭石表面形成大量活性位点，具有一定的催化降解能力，能够加速塑料的降解。实施例6采用对膨胀蛭石粉进行酸化处理的方式，结合了实施例4和实施例5二者的优势，其降解速率进一步加快。实施例7采用硅烷偶联剂修饰后，进一步提升了材料的降解速率，本发明认为这是由于硅烷偶联剂处理后，其和聚乳酸的亲和力进一步加强，有利于促进对聚乳酸的分解，从而加速了分解速率。

技术特征：
1.一种快速降解的环保塑料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将淀粉置于100-130℃下干燥8-10h，得到干燥的淀粉；将聚乳酸在40-45℃下干燥10-12h，得到干燥的聚乳酸；(2)按质量百分比计，将95-99wt％步骤(1)得到的干燥的淀粉和1-5wt％苹果酸混合，用双螺杆挤出机进行熔融、混炼、挤出，冷却后得到改性淀粉；(3)按质量份计，将40-60份步骤(1)得到的干燥的聚乳酸、40-60份步骤(2)得到的改性淀粉、10-30份硅烷偶联剂改性蛭石、0.1-1份抗氧剂加入转矩流变仪中混合，然后转入平板硫化机中预热、压板、冷却定型，得到所述快速降解的环保塑料。2.如权利要求1所述快速降解的环保塑料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述淀粉为玉米淀粉、小麦淀粉、木薯淀粉中的至少一种。3.如权利要求1所述快速降解的环保塑料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述双螺杆挤出机的参数设置为螺杆转速280-340r/min，喂料速度28-34r/min，输送带转速60-70r/min，输送段温度为96-100℃，熔融段温度为130-140℃，均化段温度为148-152℃，挤出熔压为26-30mpa。4.如权利要求1所述快速降解的环保塑料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中转矩流变仪混合条件为：160-180℃、100-160r/min、4-10min。5.如权利要求1所述快速降解的环保塑料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中压板成型条件为：温度170-190℃、压力9-11mpa，预热2-4min、热压2-3min，冷却2-4min、冷压2-3min。6.如权利要求1所述快速降解的环保塑料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168、抗氧剂tnp中的至少一种。7.如权利要求1所述快速降解的环保塑料的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂改性蛭石的制备方法，包括以下步骤：s1将蛭石清洗干净，沥干后，经1100-1300℃煅烧0.5-2h，并粉碎至10-50μm，得到膨胀蛭石粉；s2将s1制得的膨胀蛭石粉和浓度为1-2mol/l盐酸按浴比1g：(10-20)ml混合，90-100℃下回流反应1-2h，反应停止后过滤取沉淀，经洗涤、干燥，得到酸化蛭石；s3按质量份计，将15-25份乙烯基三甲氧基硅烷加入75-85份酒精含量为75-85wt％的酒精水溶液中，搅拌使其充分水解；其次，在搅拌下将5-15份s2制得的酸化蛭石加入上述溶液中，搅拌1-2h后，过滤取沉淀，在110-130℃下干燥1-2h，得到硅烷偶联剂改性蛭石。8.一种快速降解的环保塑料，其特征在于，由权利要求1-7任一项所述快速降解的环保塑料的制备方法制备而成。

技术总结
本发明涉及可降解塑料领域，具体为一种快速降解的环保塑料及其制备方法。本发明制得了一款快速降解的环保塑料，其采用淀粉和聚乳酸复合作为基材，并用蛭石作为促进两种材料亲和性的助剂。进一步的，本发明对蛭石进行煅烧、酸化处理，加强了蛭石对聚乳酸的亲和性和其在淀粉聚乳酸体系中的分散性，大大提升了制得的快速降解的环保塑料的力学性能，并降低其吸水性，能够减少塑料在使用过程中的霉变、断裂等问题，增大了其实用性并扩大了其使用范围。此外，本发明制得的快速降解的环保塑料，其减少了聚乳酸的使用量，在聚乳酸含量低于50wt％时，依然具有极佳的力学性能和较低的吸水性，极大的节约了其成本。极大的节约了其成本。


技术研发人员：湛进海 罗瑞胜 梁全弟
受保护的技术使用者：东莞市润顺吸塑有限公司
技术研发日：2023.06.27
技术公布日：2023/9/13