PVA /淀粉复合材料制备的研究

摘要：本文主要介绍了几种PVA /淀粉复合材料的制备方法，以及每种方法试剂的用量对其性能的影响。

关键词：PVA /淀粉；制备；熔融共混法；挤出吹塑法流延法

前言：淀粉是一种天然高分子聚合物，因其来源广泛，价格低廉，可生物降解等诸多优点，使其成为目前被广泛研究的对象之一[1]。而PVA(聚乙烯醇)分子上含有大量的羟基，是一种可水溶，可水解降解，不吸尘的环境友好材料之一，且具有好的力学性能，还能弥补全淀粉材料的一些不足之处，因此淀粉和PVA的共混材料成为当今研究热点之一[2]。本文简要介绍三种制备混合材料的方法，即最早的溶液流延法，湿法挤出吹塑法和干法熔融挤出吹塑法。并说明了实际用量及选择对实验制品性能的影响。

一、溶液流延法

溶液流延法是最早使用的成膜方法，是先把淀粉和PVA溶解制成水溶液，再混合均匀流延成膜的一种方法。可通过在在原液中添加相应的增塑剂或添加剂来调整加工性能和产品品质[3]。Sreehar等[4]用甘油和低相对分子质量的聚乙二醇为增塑剂，采用此法制备了PVA/淀粉的热水溶液，将溶液冷却后流延成膜即得制品。其实验结果表明用甘油和低相对分子质量的聚乙二醇做增塑剂是一种很好的选择，当其含量增高时，共混材料的断裂伸长率就越高。 流延法制出的产品厚度精密度高，透明性和光泽度也好。但此种生产方法存在溶液浓度低，生产能力不高，能耗高等不足，已渐渐被淘汰。

二、湿法挤出吹塑法

此法是将 PVA 与水、增塑剂以及各种加工助剂进行混合并充分溶胀，以降低 PVA 的加工温度和提高其流变性能，然后再经过过滤脱泡、最后吹塑成膜。徐立帆等[5]用挤出造粒和吹塑工艺制备了PVA/淀粉，其具体做法如下，第一步，称取定量的PVA树脂、淀粉、甘油和蒸馏水，并将甘油和水混合再将其均匀的分成两部分。第二步，将PVA树脂加入到搅拌机中并加热使其温度达到80~100℃，此时逐渐分批加入一部分甘油和水的混合液，搅拌使混合液被PVA树脂充分吸收。第三步，向另一部分混合液中加入偶联剂形成新的混合液，把这部分混合液像上部分溶液一样加入到淀粉中，并搅拌至完全吸收。第四步，将步骤三和四中最终得到的混合液混合在一起，并加入聚乳酸（或EAA）以及硬脂酸钙等搅拌均匀。第五步，将此时的液体加入到双螺杆挤出机中挤出造粒,再用单螺杆挤出机挤出吹膜,定型收卷后即可得到样品。其结果表明：①当淀粉含量为35%一50%，增塑剂含量60份以上，增塑剂中的水含量为1/6一1/3，并在165℃一180℃时造粒,在205℃一220℃时吹膜，所制得的共混物有较好的加工流动性。②当淀粉含量为40%,增塑剂含量为60份,增塑剂中的水含量为33%时,薄膜的力学性能最佳。

三、干法熔融挤出吹塑法

干法熔融挤出吹塑法是目前用于PVA 薄膜生产最有前景的加工方法，该法具有工艺简单、环保、投资低以及效益较高等优点。但是由于 PVA 较难进行平稳热加工，但是若该法能够克服困难，实现突破，则必会改变我国 PVA 薄膜市场长期高价进口的现状

李奎[6]用此法制备了PVA/淀粉复合材料。其先将甘油（Gly）、二乙醇胺（DEA ）和山梨醇（Sor）按一定比例混合制备复配塑化剂，再用一定质量分数的复配塑化剂与 PVA在高混机中混和共热，再将其移入50 ℃烘箱内塑化12h， 可得塑化 PVA；再取一定质量分数的复配增塑剂与淀粉高速共混，制得热塑性淀粉。将热塑性淀粉按一定比例与塑化 PVA 按一定比例充分共混后，通过双螺杆挤出机挤出，最后注塑成型或模压成膜。经其对不同试剂用量的研究得出了以下结论：

⑴当甘油/二乙醇胺/山梨醇=1:1:1时，熔点能达到 181.8 ℃，说明此时三种塑化剂能够形成更强有力的协同增塑作用，使塑化剂小分子尽可能多的插入到了 PVA 分子链内部，破坏了较多的晶体结构使其熔点降低的更多。

⑵当PVA 与淀粉的最佳共混比例为 60:40，PVA/淀粉复合材料中增塑剂中添加量为质量分数为35%时成本与性能都有较好的优异性。

⑶根据流变分析，在复合增塑剂添加量为质量分数为30%的 PVA/淀粉复合材料体系

中，淀粉含量添加量约为质量分数为35%~40%时，复合材料中出现了一次相逆转。

四、结论

不同的制备工艺可制出不同优异方面的混合材料，每种方法都有其优缺点，可根据每种工艺的特点来制备出符合自己实际要求的混合材料。另外每种工艺中，各试剂的选择及用量都对产品的性能有关键性的影响，因此可根据要求来改变试剂或其含量，制备出需要的产品。

参考文献：

[1]田静静,朱沛沛,陈蓉等.淀粉接枝衍生物的制备及在重金属废水处理中的应用[J].天津化工,2012,26(1):35~36.

[2]牛萍,严加安,徐海云等.聚乙烯醇/淀粉共混材料研究进展[J].中国塑料,2013,27(8):13~14.

[3]牛萍,严加安,徐海云等.聚乙烯醇/淀粉共混材料研究进展[J].中国塑料,2013,27(8):13~14.

[4] Sreedhar B, Sairam Mchattopadhyay D K. Thermal, Mechanical, and Surface Characterization of Starch/Poly(vinyl alcohol) Blends and Borax Cross-linked Films[J]. Journal of Applied Polymer Science, 2005, 96(4):1313-1322.

[5]徐立帆,苑会林,李洪飞.PVA/淀粉薄膜挤出吹塑工艺及性能研究[J].塑料,2008,37(2):83-86.

[6]李奎. PVA/淀粉全降解复合材料的制备、结构与性能[D].硕士论文.湖南工业大学,2013(5).

作者简介：

薄灵丹，（1990年8月）女，汉族，河北省邢台市人，本科学历，西北民族大学，化工学院，化学工程与工艺专业。