BE1030220B1 - Durch polyhedral oligomeric silsesquioxane-modifiziertes bambuspulver verstärkter polymilchsäure-verbundwerkstoff mit hoher ultraviolett-schutzwirkung und herstellungsverfahren dafür - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das technische Gebiet vom neuen Material, insbesondere auf ein durch das POSS modifizierte Bambuspulver verstärkter Polymilchsäure-Verbundwerkstoff mit hoher UV-Schutzwirkung, hoher Festigkeit und hoher Wärmebeständigkeit und ein Herstellungsverfahren dafür. In dem Herstellungsverfahren wird POSS, enthaltend spezifische organische Gruppen, verwendet, um das Bambuspulver mit einer geeigneten Partikelgröße chemisch zu modifizieren, und dann in die PLA für Schmelzen und Koextrudieren hinzugefügt, um den Verbundwerkstoff zu erhalten. Erfindungsgemäß wird das Bambuspulver, das 30 Prozent (%) Lignin enthält, biologisch abbaubar und billig ist und eine hellgelbe Farbe für eine gute Transparenz der PLA-Verbundwerkstoffen hat, statt herkömmliches anorganisches UV- Schutzmittels als ein hauptsächlicher Rohstoff verwendet, so dass Lignin nicht aus natürlichen Rohstoffen extrahiert und gereinigt werden muss, sowie einfach geschmolzen und verarbeitet, um die UV-Schutzwirkung, mechanische Eigenschaften und Thermostabilität der PLA zu verstärken.
Description
; BE2023/5021
DURCH POLYHEDRAL OLIGOMERIC SILSESQUIOXANE-MODIFIZIERTES
BAMBUSPULVER VERSTARKTER POLYMILCHSAURE-VERBUNDWERKSTOFF
MIT HOHER ULTRAVIOLETT-SCHUTZWIRKUNG UND
HERSTELLUNGSVERFAHREN DAFÜR
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das technische Gebiet vom neuen Material, insbesondere auf ein durch Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane (POSS) modifiziertes
Bambuspulver verstärkter Polymilchsäure-Verbundwerkstoff mit hoher Ultraviolett-
Schutzwirkung und ein Herstellungsverfahren dafür.
STAND DER TECHNIK
Ultraviolett (UV) ist eine schädliche elektromagnetische Welle mit einem
Wellenlängenbereich von 200 — 400 Nanometer (nm) und wird in drei Bereiche unterteilt: UVC (200 — 280 nm), UVB (280 — 320 nm) und UVA (320 — 400 nm), wobei das UVC hauptsächlich von der Ozonschicht absorbiert wird, während das UVB und das UVA die menschliche Haut,
Lebensmittel und Materialien langfristig schädigen. Polymilchsäure (PLA) ist ein derzeit am weitesten verbreiteter biologisch abbaubarer Kunststoff und wird in großem Umfang für
Verpackungsmaterialien verwendet, aber die PLA hat die Nachteile von geringer Kristallinität, niedriger thermischer Stabilität und schlechter UV-Schutzwirkung. Daher ist es schwierig, Dinge, verpackt mit PLA-Verpackungsmaterialien oder PLA-Behältern, während des langfristigen
Transports und der Lagerung vor UV-Strahlen zu schützen.
Gegenwärtig werden die oben genannten Probleme hauptsächlich durch die Zugabe von organischen und anorganischen UV-Schutzmitteln zur PLA gelöst, wobei die anorganischen UV-
Schutzmittel wie TiO2, CeOz, ZnO, Al‚O3 usw. am häufigsten verwendet werden. Jedoch können diese UV-Schutzmittel einerseits aufgrund ihrer großen Bandlücke nicht alle Wellenlängen der
UV-Strahlung absorbieren, und verschlechtern die mechanischen Eigenschaften von PLA-
Verbundwerkstoffen andererseits aufgrund des großen Unterschieds zwischen chemischen
Eigenschaften. Am wichtigsten ist, dass diese UV-Schutzmittel eine gewisse photokatalytische
Aktivität haben, die leicht zu einem katalytischen Abbau von der PLA im ultravioletten Bereich führt.
Daher ist in den letzten Jahren ein UV-Schutzmittel hergestellt aus natürlichen Rohstoffen entstanden, das nicht nur die UV-Schutzwirkung der PLA verbessert, sondern auch aufgrund
Biomasse-Eigenschaften zusammen mit der PLA von der Umwelt zersetzt wird. Das derzeit
° BE2023/5021 gängigste UV-Schutzmittel ist Lignin (eine natürliche organische Substanz), das bei geringem
Gehalt eine hohe UV-Schutzwirkung aufweist. Ein Verfahren zur Reinigung vom Lignin aus
Biomasse wie Holz ist jedoch kompliziert und braucht eine Vielzahl von chemischen Reagenzien, was sich sehr negativ auf die Umwelt auswirkt. Daneben beeinträchtigt die dunkele Farbe des
Lignins die Durchlässigkeit von der PLA für sichtbares Licht, wenn das Lignin mit PLA zusammengesetzt wird.
Darüber hinaus wurde berichtet, dass die mechanischen Eigenschaften und die UV-
Schutzwirkung von der PLA durch Schmelzmischung mit modifizierten Bambusfasern verbessert werden. Zum Beispiel, CN114621573A offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines mit
Bambusfasern verstärkten PLA-Verbundwerkstoffs mit Anti-Oxidation und Anti-Ultraviolett und einen Verbundwerkstoff dafür: zunächst werden die Bambusfasern durch mikrowellenunterstützte
Acetylierung modifiziert und dann mit der PLA zusammen mit Antioxidantien, Titandioxid und anderen funktionellen Additiven gemischt, um einen Verbundwerkstoff mit einer Zugfestigkeit von >68 Megapascal (MPa), einer Biegefestigkeit von >110 MPa, einer Oxidationsinduktionszeit von >45 Minuten (min) und einer UV-Schutzwirkungsrate bei 300 nm Wellenlänge von >99
Perzent (%) zu erhalten. Die Bambusfasern sind jedoch neue Zellulose-fasern, die aus
Phyllostachys pubescens durch Nassspinnen unter Zugabe funktioneller Zusatzstoffe zu
Bambuszellstoff hergestellt werden. Bambusfasern haben eine faserige Form, sind ein sekundäres
Verarbeitungsprodukt und können nicht direkt gewonnen werden. Bei der Verarbeitung der
Bambusfasern wird eine große Menge an Reagenzien verbraucht, und nach der Verarbeitung fällt eine große Menge Zellstoffabfall an, was negative Auswirkungen auf die Umwelt hat. Der Gehalt an Zellulose in den Bambusfasern ist höher als der in Bambus. AuBerdem schirmt der
Verbundwerkstoff nur die UV-Strahlen mit einer Wellenlänge von 300 nm ab und ist daher wenig praktikabel.
Um die Entwicklung einer umweltfreundlichen Kunststoffindustrie zu fördern und die
Umweltqualität zu verbessern, ist es daher dringend erforderlich, neue UV-Schutzmittel auf der
Basis natürlicher Stoffe herzustellen und sie mit der PLA zu verbinden, um abbaubare Kunststoffe mit hoher UV-Schutzwirkung herzustellen.
INHALT DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein durch das POSS modifizierte Bambuspulver (POSS-BP) verstärkter Polymilchsäure-Verbundwerkstoff mit hoher UV-Schutzwirkung, hoher
Festigkeit und hoher Wärmebeständigkeit und ein Herstellungsverfahren dafür vorzuschlagen, um oben erwähnte Probleme zu lösen.
° BE2023/5021
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung von einem durch POSS-BP verstärkten
PLA-Verbundwerkstoff mit hoher UV-Schutzwirkung gelöst, umfassend folgende Schritte: (1) Zugabe von 400 - 2000 Mesh rohem Bambuspulver in eine 0,5 — 0,8 Mol pro Liter (mol/L)
NaOH-Lôsung, Rühren bei 70 — 80 Grad Celsius (°C) für 3 — 5 Stunden (h), Reinigen, Filtrieren und Trocknen zur Entfernung eines NaOH-Lösungsmittels, um Bambuspulver zu erhalten; (2) Zugabe vom modifizierten POSS in ein Tetrahydrofuran-Lösungsmittel unter Rühren, wobei ein Verhältnis vom modifizierten POSS zum Tetrahydrofuran-Lösungsmittel 1 Gramm (g):200 Milliliter (ml) — 1 g:400 ml beträgt; Zugabe des in Schritt (1) erhaltenen Bambuspulvers in das Tetrahydrofuran-Lösungsmittel, wobei ein Verhältnis vom in Schritt (1) erhaltenen
Bambuspulver zum Tetrahydrofuran-Lösungsmittel 1 g:20 ml — 1 g:40 ml beträgt; kontinuierliches
Rühren für Reagieren bei 50 — 80°C für 3 — 4 h, um Reaktionsprodukte zu erhalten, wobei eine
Kondensationsrückflussvorrichtung verwendet wird, um Lösungsmittelverluste zu verhindern; (3) Filtern der Reaktionsprodukte, Waschen mit dem Tetrahydrofuran-Lösungsmittel und
Trocknen zur Entfernung des Tetrahydrofuran-Lösungsmittels, um das POSS-BP zu erhalten; und (4) gleichmäBiges Mischen des in Schritt (3) erhaltenen POSS-BP und der PLA entsprechend einem Massenverhältnis von 2:98 — 10:90, Schmelzen und Koextrudieren, Abkühlen und
Granulieren in einem Morgenseidenwasserbad und Trocknen, um den durch das POSS-BP verstärkten PLA-Verbundwerkstoff mit der hohen UV-Schutzwirkung zu erhalten.
Erfindungsgemäß wird das POSS auf Oberfläche vom Bambuspulver aufgepfropft, um das
POSS-BP zu erhalten, dann wird das POSS-BP als neues Biomasse-UV-Schutzmittel mit der PLA gemischt und geschmolzen, und der Verbundwerkstoff auf PLA-Basis wird durch das herkömmliche thermoplastische Verarbeitungsverfahren, um der durch POSS-BP verstärkten
PLA-Verbundwerkstoff mit der ausgezeichneten UV-Schutzwirkung, hoher Kristallinität, guter mechanische Eigenschaften und guter Thermostabilität zu erhalten. Bambuspulver, einer der in der Erfindung verwendeten Rohstoffe, wird direkt nach der Zerkleinerung von Rohbambus oder aus Abfallpulver gewonnen, das nach der physikalischen Verarbeitung von Rohbambus anfällt und etwa 30% Lignin enthält, und verfügt über breite Quellen, einen biologischen Stoffwechsel und einen niedrigen Preis. Im Vergleich zu dunklem Lignin kann die hellgelbe Farbe vom
Bambuspulver Verbundwerkstoffen auf PLA-Basis eine bessere Transparenz verleihen. Das POSS ist ein neuartiges organisch-anorganisches Hybridmaterial. Sein Kern wird durch Si-O-Si-
Bindungen zu einer Käfigstruktur geformt, und eine große Anzahl organischer Gruppen kann auf die Oberfläche aufgepfropft werden, die eine ausgezeichnete Thermostabilität und mechanische
Eigenschaften aufweist. Zudem kann die Kompatibilität zwischen dem POSS und dem Polymeren durch die organischen Gruppen auf der Oberfläche verstärkt werden. Erfindungsgemäß wird das modifizierte POSS durch eine einfache chemische Reaktion erfolgreich auf die Oberfläche vom
* BE2023/5021
Bambuspulver aufgepfropft, um ein durch das POSS modifizierte Biomasse-UV-Schutzmittel für die PLA herzustellen. Eine kleine Menge UV-Schutzmittel verbessert nicht nur die UV-
Schutzwirkung von der PLA erheblich, sondern stärkt auch Kristallinität, mechanische
Eigenschaften und Thermostabilität und andere mechanische Eigenschaften von der PLA durch die Synergie von dem Bambuspulver und dem POSS.
Vorzugsweise beträgt im Schritt (1) eine PartikelgröBe des Bambuspulvers 800 - 1000 Mesh.
Wenn die PartikelgrôBe zu klein ist, kann Bambuspulver leicht agglomerieren, was für die
HeiBschmelzverarbeitung nicht förderlich ist (es lässt sich nicht gleichmäßig mit PLA in einem
Hochleistungsmischer mischen und ist nicht förderlich für die Einspeisung während der
Doppelschneckenextrusion), wenn die PartikelgröBe zu groß ist, nimmt die chemische
Reaktionsaktivität des Bambuspulvers ab, und gleichzeitig werden nach dem Prinzip der
Dispersionsverbesserung die mechanischen Eigenschaften von PLA leicht verschlechtert.
Vorzugsweise wird im Schritt (1) es 5 Stunden lang bei 30°C gerührt.
Vorzugsweise ist das modifizierte POSS eines oder mehrere von glycidylmodifizierten
POSS, methacrylsäuremodifizierten POSS und maleinamidsäuremodifizierten POSS.
Vorzugsweise ist das modifizierte POSS das glycidylmodifizierte POSS.
Vorzugsweise beträgt im Schritt (2) das Verhältnis vom modifizierten POSS zum
Tetrahydrofuran-Lösungsmittel 1 g:400 ml, und das Verhältnis vom in Schritt (1) erhaltenen
Bambuspulver zum Tetrahydrofuran-Lösungsmittel 1 g:40 ml.
Vorzugsweise werden im Schritt (4) das POSS-BP und die PLA mit einem
Hochgeschwindigkeitsmischer gemischt, geschmolzen und mit einem Doppelschneckenextruder koextrudiert.
Vorzugsweise betragen Temperaturen von einem Zylinder bis zu einem Mund-Modell bei dem Schmelzen und dem Koextrudieren 160°C, 180°C, 180°C bzw. 180°C, und eine
Schneckendrehzahl beträgt 120 Umdrehungen pro Minute (U/min).
PLA-Verbundwerkstoff, verstärkt durch POSS-BP, mit der hohen UV-Schutzwirkung, wird hergestellt durch das Verfahren.
Vorteile der vorliegenden Erfindung (1) Erfindungsgemäß wird das modifizierte POSS durch eine einfache chemische Reaktion erfolgreich auf die Oberfläche vom Bambuspulver aufgepfropft, um ein durch das POSS modifizierte Biomasse-UV-Schutzmittel für die PLA herzustellen. Eine kleine Menge UV-
Schutzmittel verbessert nicht nur die UV-Schutzwirkung von der PLA erheblich, sondern stärkt auch Kristallinität, mechanische Eigenschaften und Thermostabilität und andere mechanische
Eigenschaften von der PLA durch die Synergie von dem Bambuspulver und dem POSS. Darüber hinaus enthält das erfindungsgemäße Bambuspulver 30% Lignin, ist biologisch abbaubar und
° BE2023/5021 billig und hat eine hellgelbe Farbe für eine gute Transparenz der PLA-Verbundwerkstoffen. Daher behält der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff die Durchlässigkeit von der PLA für sichtbares
Licht besser bei; (2) Erfindungsgemäß wird das billige und leicht zu beschaffende Bambuspulver statt _ herkömmliches anorganisches UV-Schutzmittels als ein hauptsächlicher Rohstoff verwendet und vom POSS chemisch modifiziert, um UVA-Schutzwirkung und UVB-Schutzwirkung der PLA zu verstärken. (3) Unter Berücksichtigung der Eigenschaften von dem Bambuspulver und der PLA wird ein durch das POSS-BP verstärkter PLA-Verbundwerkstoff unter milden Bedingungen hergestellt, und verschiedene herkömmliche thermoplastische Verarbeitungsmethoden werden zur
Herstellung entsprechender Produkte verwendet.
Aufzählung der Zeichnungen
Fig. 1 Rasterelektronenmikroskop (REM)-Aufnahmen von unmodifiziertem Bambuspulver und POSS-BP sowie energiedispersives Spektrometer (EDS)-Bilder vom POSS-BP, wobei a das unmodifizierte Bambuspulver, b das POSS-BP und c EDS-Ergebnisse von Silizium (Si)-
Verteilung im POSS-BP darstellt;
Fig. 2 thermogravimetrische Ergebnisse von unmodifiziertem Bambuspulver und POSS-BP;
Fig. 3 Transmissionsgrad in einem Wellenlängenbereich von 200 — 800 nm von PLA und
PLA-Verbundwerkstoff;, und
Fig. 4 Diagramm über Infrarotspektrum von unmodifiziertem Bambuspulver und POSS-BP.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf beigefügte Zeichnungen näher erläutert.
In folgenden Ausführungsbeispielen werden, sofern nicht anders angegeben, alle Rohstoffe auf dem Markt gekauft, wobei handelsübliches Bambuspulver, hergestellt aus rohem
Bambuspulver, von Lu'an Xingzhu New Material Technology Co., Ltd, und glycidylmodifiziertes
POSS von Xi'an Qiyue Biotechnology Co., Ltd. gekauft wird.
Ausführungsbeispiel 1
Ein Verfahren zur Herstellung von einem durch glycidylmodifiziertes POSS-BP verstärkten
PLA-Verbundwerkstoff mit hoher UV-Schutzwirkung umfasst folgende Schritte:
° BE2023/5021 (1) Zugabe vom 1000 Mesh handelsüblichen rohen Bambuspulver in eine 0,5 mol/| NaOH-
Lösung, Rühren bei 80°C für 5 h und Trocknen bei 80°C für 12 h zur Entfernung von Wasser, um
Bambuspulver zu erhalten; (2) Zugabe vom glycidylmodifizierten POSS in ein Tetrahydrofuran-Lösungsmittel unter
Rühren bei 500 U/min, wobei ein Verhältnis vom glycidylmodifizierten POSS zum
Tetrahydrofuran-Lösungsmittel 1 g:400 ml beträgt, Zugabe des in Schritt (1) erhaltenen
Bambuspulvers in das Tetrahydrofuran-Lösungsmittel, wobei ein Verhältnis vom in Schritt (1) erhaltenen Bambuspulver zum Tetrahydrofuran-Lösungsmittel 1 g:40 ml beträgt; kontinuierliches und schnelles Rühren bei 70°C für 4 h, um Reaktionsprodukte zu erhalten, wobei eine
Kondensationsrückflussvorrichtung verwendet wird, um Lôsungsmittelverluste zu verhindern; (3) Filtern der Reaktionsprodukte, Waschen mit dem Tetrahydrofuran-Lösungsmittel und
Trocknen bei 80°C für 12 h, um das glycidylmodifizierte POSS-BP zu erhalten;
Fig. 1 zeigt REM-Aufnahmen von unmodifiziertem Bambuspulver und dem glycidylmodifizierten POSS-BP sowie EDS-Bilder vom glycidylmodifizierten POSS-BP in diesem Ausführungsbeispiel, wobei a das unmodifizierte Bambuspulver, b das glycidylmodifizierte POSS-BP in diesem Ausführungsbeispiel und c EDS-Ergebnisse von
Silizium (Si)-Verteilung im glycidylmodifizierten POSS-BP in diesem Ausführungsbeispiel darstellt. Wie aus der Fig. 1 ersichtlich, ist Oberfläche des unmodifizierten Bambuspulvers a glatt, ist Oberfläche des glycidylmodifizierten POSS-BP mit einem Film bedeckt und rau und enthält eine große Menge am Si, was darauf hinweist, dass das glycidylmodifizierte POSS erfolgreich auf die Oberfläche des unmodifizierten Bambuspulvers aufgepfropft wird;
Fig. 2 zeigt thermogravimetrische Ergebnisse von dem unmodifizierten Bambuspulver und dem glycidylmodifizierten POSS-BP, und aus der Fig. 2 ist ersichtlich, dass das glycidylmodifizierte POSS-BP eine höhere thermische Zersetzungstemperatur und bessere
Thermostabilität aufweist als das unmodifizierte Bambuspulver;
Fig. 4 zeigt Infrarotspektrum von dem unmodifizierten Bambuspulver und dem glycidylmodifizierten POSS-BP. Wie aus der Fig. 4 ersichtlich, ist ein breites charakteristisches
Absorptionspeak bei 3026 - 3800 cm”! ein Streckschwingungs-Absorptionspeak von -OH im unmodifizierten Bambuspulver, Absorptionspeaks mit Schulterpeaks bei 2910 cmt sind symmetrische und asymmetrische Streckschwingungs-Absorptionspeaks von Methyl und
Methylen und ein charakteristisches Absorptionspeak von Cellulose, Absorptionspeaks bei 1740 em”! sind Streckschwingungs-Absorptionspeaks von Carbonylgruppen in Hemicellulose and
Pektin, und Absorptionspeaks bei 1250 cm“ sind Streckschwingungs-Absorptionspeaks von
Benzolring und CH3-CO- in Lignin;
' BE2023/5021
Intensität eines Absorptionspeaks vom POSS-BP bei 3026 — 3800 cm”! nimmt ab, was daran liegt, dass die -OH Gruppe im unmodifizierten Bambuspulver mit Epoxidgruppe vom POSS-BP reagiert; in Fourier-Transform-Infrarotspektrometer (FTIR)-Spektrum vom POSS-BP verschwindet ein Absorptionspeak bei 1740 cm”, was darauf zurückgeführt ist, dass die NaOH-
Lösung mit den Carbonylgruppen in der Hemicellulose und dem Pektin während der
Alkalibehandlung; ein Absorptionspeak bei 1250 cm”! verschwindet, was darauf zurückgeführt ist, dass das CH3-CO- im Lignin mit dem glycidylmodifizierten POSS reagiert; POSS-BP zeigt neue
Absorptionspeaks bei 1106 cm”! und 853 cm, entsprechend einem charakteristischen Peak von
Si-O-Si bzw. einem charakteristischen Peak von Epoxidgruppen, was darauf hindeutet, dass das glycidylmodifizierte POSS durch eine einfache chemische Reaktion erfolgreich auf dem unmodifizierten Bambuspulver aufgepfropft wird; (4) gleichmäBiges Mischen des in Schritt (3) erhaltenen glycidylmodifizierten POSS-BP und der PLA mit einem Hochgeschwindigkeitsmischer entsprechend einem Massenverhältnis von 10:90, Schmelzen und Koextrudieren mittels eines Doppelschneckenextruders, wobei
Temperaturen von einem Zylinder bis zu einem Mund-Modell bei dem Schmelzen und dem
Koextrudieren 160°C, 180°C, 180°C bzw. 180°C betragen, Abkühlen und Granulieren in einem
Morgenseidenwasserbad, und Trocknen bei 80°C für 12 h, um den durch das glycidylmodifizierte
POSS-BP verstärkten PLA-Verbundwerkstoff mit der hohen UV-Schutzwirkung zu erhalten; and (5) Formen des in Schritt (4) erhaltenen druch das glycidylmodifizierte POSS-BP verstärkten
PLA-Verbundwerkstoffs, um Proben für Leistungstests zu erhalten, wobei eine Formtemperatur 190°C, ein Druck 20 MPa und HeiBpresszeit 5 min beträgt.
An den erhaltenen Proben werden die entsprechenden Leistungstests durchgeführt.
Zugversuch: Testen des durch das glycidylmodifizierte POSS-BP verstärkten PLA-
Verbundwerkstoffs für Zugfestigkeit mittels einer elektronischen Universal-Ziehbank Instron 5566, wobei beim Zugversuch hantelförmige Proben, geschnitten aus den geformten Proben, mit einer Größe von 75x4x1 Kubikmillimeter (mm*) und einer Zuggeschwindigkeit von 5 mm/min zum Einsatz kommen, wobei jede Probe 10-mal getestet wird und ein endgültiges Testergebnis ein
Durchschnitt von 10 Testergebnissen ist.
Leistungstest für UV-Schutzwirkung: Formpressen des durch das glycidylmodifizierte POSS-
BP verstärkten PLA-Verbundwerkstoffs, um dünne durch das glycidylmodifizierte POSS-BP verstärkte PLA-Verbundfolien mit einer durchschnittlichen Dicke von etwa 100 Mikrometer (um) herzustellen, und Scannen der dünnen durch das glycidylmodifizierte POSS-BP verstärkten PLA-
Verbundfolien mittels einem UV-sichtbaren Spektralphotometer Agilent Cary 60 in einem
Wellenlängenbereich von 200 — 800 nm, wobei Scan-Auflösung 1 nm beträgt.
Transmissionsgrad wird verwendet, um Testergebnisse auszudrücken, wobei u ° BE2023/5021
UVA-Schutzwirkung (%) == TN — DL {86) bee FA ‚and
Leistungstest für Thermostabilität: Thermogravimetrische Analyse (TGA) der Proben mittels eines thermogravimetrischen Analysators TGA-209F1 aus Netzsch Group, wobei ein
Temperaturbereich 30 - 800°C und eine Aufheizgeschwindigkeit 10°C/min beträgt.
Durch die Leistungstests sind Leistungen der Proben wie folgt:
Fine UVA-Schutzwirkungsrate beträgt 87.9% und eine UVB-Schutzwirkungsrate 93.0%; wenn eine Temperatur auf 373.6°C steigt, beträgt Gewichtsverlust der Proben 10%; und Zugmodul beträgt 1.87 GPa, die Zugfestigkeit 87.9 MPa und Bruchdehnung 16.3%.
Fig. 3 zeigt Transmissionsgrad im Wellenlängenbereich von 200 — 800 nm von einem PLA-
Verbundwerkstoff, verstärkten durch das glycidylmodifizierte POSS-BP mit verschiedenen
Mengen, wobei PLA-BP 2 bedeutet, dass Zugabemenge des glycidylmodifizierten POSS-BP 2
Gew.-% beträgt, usw. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, wird die UV-Schutzwirkung des durch das glycidylmodifizierte POSS-BP verstärkten PLA- Verbundwerkstoff beträchtlich verbessert und die Transmissionsgrad im sichtbaren Bereich relativ wenig beeinträchtigt.
Ausführungsbeispiel 2
Im Vergleich zum Ausführungsbeispiel 1 beträgt eine Partikelgröße des handelsüblichen rohen Bambuspulvers in diesem Ausführungsbeispiel 2000 Mesh, und Rest ist derselbe wie im
Ausführungsbeispiel 1.
Ausführungsbeispiel 3
Im Vergleich zum Ausführungsbeispiel 1 beträgt eine Partikelgröße des handelsüblichen rohen Bambuspulvers in diesem Ausführungsbeispiel 400 Mesh, und der Rest ist derselbe wie im
Ausführungsbeispiel 1.
Ausführungsbeispiel 4
Im Vergleich zum Ausführungsbeispiel 1 wird maleinamidsäuremodifizierte POSS in diesem
Ausführungsbeispiel verwendet, und Rest ist derselbe wie im Ausführungsbeispiel 1.
Ausführungsbeispiel 5
° BE2023/5021
Im Vergleich zum Ausführungsbeispiel 1 wird das glycidylmodifizierte POSS in das
Tetrahydrofuran-Lösungsmittel in einem Verhältnis vom 1 g:200 ml zugegeben, und Rest ist derselbe wie im Ausführungsbeispiel 1.
Ausführungsbeispiel 6
Im Vergleich zum Ausführungsbeispiel 1 wird das in Schritt (1) erhaltene Bambuspulver in das Tetrahydrofuran-Lösungsmittel in einem Verhältnis vom 1 g:20 ml zugegeben, und Rest ist derselbe wie im Ausführungsbeispiel 1.
Vergleichendes Beispiel 1
Im Vergleich zum Ausführungsbeispiel 1 werden die Schritte (1) - (4) weggelassen, und unmodifizierte PLA wird im Vakuum bei 80°C für 12 h getrocknet und direkt geformt, um Proben für die Leistungstests zu erhalten, wobei eine Formtemperatur 190°C, ein Druck 20 MPa und
HeiBpresszeit 5 min beträgt.
Durch die Leistungstests sind Leistungen der Proben wie folgt:
Eine UVA-Schutzwirkungsrate beträgt 10.0% und eine UVB-Schutzwirkungsrate 13.0%; wenn eine Temperatur auf 333.7°C steigt, beträgt Gewichtsverlust der Proben 10%; und Zugmodul beträgt 1.36 GPa, die Zugfestigkeit 66.4 MPa und Bruchdehnung 6.2%.
Vergleichendes Beispiel 2
Im Vergleich zum Ausführungsbeispiel 1 wird 1000 Mesh handelsübliches unmodifiziertes
Bambuspulver in eine 0,5 mol/| NaOH-Lösung zugegeben, bei 80°C für 5 h gerührt, bei 80°C für 12 h getrocknet, dann in ein Tetrahydrofuran-Lösungsmittel in einem Verhältnis von 1 g:40 ml unter schnellem Rühren zugegeben, und kontinuierlich und schnell bei 70°C für 4 h gerührt, wobei eine Kondensationsrückflussvorrichtung verwendet wird, um Lôsungsmittelverluste zu verhindern; und Rest ist derselbe wie im Ausführungsbeispiel 1.
Durch die Leistungstests sind Leistungen von Proben wie folgt:
Eine UVA-Schutzwirkungsrate beträgt 25.6% und eine UVB-Schutzwirkungsrate 33.7%; wenn eine Temperatur auf 331.9°C steigt, beträgt Gewichtsverlust der Proben 10%; und Zugmodul beträgt 1.47 GPa, die Zugfestigkeit 52.4 MPa und Bruchdehnung 4.3%.
Entsprechende Leistungsdaten des in den Ausführungsbeispielen 2 - 6 und erhaltenen durch modifiziertes POSS-BP verstärkten PLA-Verbundwerkstoffs, der im Vergleichenden Beispiel 1 erhaltenen PLA und des im Vergleichenden Beispiel 2 erhaltenen durch das unmodifizierte _Bambuspulver verstärkten PLA-Verbundwerkstoffs sind wie folgt.
Tabelle 1 Leistungsdaten des PLA-Verbundwerkstoffs in den Ausführungsbeispielen 1 — 6, der PLA im Vergleichenden Beispiel 1 und des PLA-Verbundwerkstoffs im Vergleichenden
Beispiel 2
UVA- UVA- Zugmo | Zugfesti | Bruchdeh | Temperatu
Schutzwirkun | Schutzwirkun | dul gkeit nung (%) r bei gsrate (%) gsrate (%) (GPa) (MPa) Gewichtsv erlust von 10% (°C
Ausführungsb 87.9 93.0 1.87 87.9 16.3 373.6 eispiel 1
Ausführungsb 78.4 85.0. 1.80 79.6 12.3 369.1 eispiel 2
Ausführungsb 73.3 78.0 1.67 71.6 10.9 359.8 eispiel 3
Ausführungsb 85.4 90.2 1.85 85.9 15.7 372.3 eispiel 4
Ausführungsb 81.6 87.7 1.74 78.8 11.6 363.4 eispiel 5
Ausführungsb 80.1 83.6 1.76 76.2 11.1 366.8 eispiel 6
Vergleichende 10.0 13.0 1.36 66.4 6.2 333.7 s Beispiel 1
Vergleichende 25.6 33.7 1.47 52.4 43 331.9 s Beispiel 2
Die obige Beschreibung der offengelegten Ausführungsbeispiele ermöglicht es dem
Fachmann, die Erfindung umzusetzen oder zu verwenden. Verschiedene Modifikationen solcher
Ausführungsbeispielen sind für den Fachmann offensichtlich, und die hierin definierten allgemeinen Prinzipien können in anderen Ausführungsformen umgesetzt werden, ohne vom Geist oder Umfang der Erfindung abzuweichen. Dementsprechend ist die Erfindung nicht auf die hier gezeigten Ausführungsbeispielen beschränkt, sondern unterliegt dem gröftmöglichen
Anwendungsbereich, der mit den hier offengelegten Prinzipien und neuen Merkmalen vereinbar ist.
Claims (9)
1. Verfahren zur Herstellung von einem durch Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane (POSS)- modifiziertes Bambuspulver verstärkten Polymilchsäure (PLA )-Verbundwerkstoff mit hoher Ultraviolett (UV)-Schutzwirkung, umfassend folgende Schritte: (1) Zugabe von 400 - 2000 Mesh rohem Bambuspulver in eine 0,5 — 0,8 Mol pro Liter (mol/L) NaOH-Lösung, Rühren bei 70 — 80 Grad Celsius (°C) für 3 — 5 Stunden (h), Reinigen, Filtrieren und Trocknen zur Entfernung von Wasser, um Bambuspulver zu erhalten; (2) Zugabe von modifiziertem POSS in ein Tetrahydrofuran-Lösungsmittel unter Rühren, wobei ein Verhältnis vom modifizierten POSS zum Tetrahydrofuran-Lösungsmittel 1 Gramm (g):200 Milliliter (ml) — 1 g:400 ml beträgt, Zugabe des in Schritt (1) erhaltenen Bambuspulvers in das Tetrahydrofuran-Lösungsmittel, wobei ein Verhältnis vom in Schritt (1) erhaltenen Bambuspulver zum Tetrahydrofuran-Lösungsmittel 1 g:20 ml — 1 g:40 ml beträgt, kontinuierliches Rühren für Reagieren bei 50 — 80°C für 3 — 4 h, um Reaktionsprodukte zu erhalten, wobei eine Kondensationsrückflussvorrichtung verwendet wird, um Lösungsmittelverluste zu verhindern; (3) Filtern der Reaktionsprodukte, Waschen mit dem Tetrahydrofuran-Lösungsmittel und Trocknen zur Entfernung des Tetrahydrofuran-Lösungsmittels, um das POSS modifizierte Bambuspulver (POSS-BP) zu erhalten; und (4) gleichmäBiges Mischen des in Schritt (3) erhaltenen POSS-BP und der PLA entsprechend einem Massenverhältnis von 2:98 — 10:90, Schmelzen und Koextrudieren, Abkühlen und Granulieren in einem Morgenseidenwasserbad und Trocknen, um den durch das POSS-BP verstärkten PLA-Verbundwerkstoff mit der hohen UV- Schutzwirkung zu erhalten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei im Schritt (1) eine PartikelgröBe des Bambuspulvers 800 - 1000 Mesh beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei im Schritt (1) es 5 Stunden lang bei 80°C gerührt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das modifizierte POSS eines oder mehrere von glycidylmodifizierten POSS, methacrylsäuremodifizierten POSS und maleinamidsäuremodifizierten POSS ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das modifizierte POSS das glycidylmodifizierte POSS ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei im Schritt (2) das Verhältnis vom modifizierten POSS zum Tetrahydrofuran-Lösungsmittel 1 g:400 ml, und das Verhältnis vom in Schritt (1) erhaltenen Bambuspulver zum Tetrahydrofuran-Lösungsmittel 1 g:40 ml beträgt.
7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei im Schritt (4) das POSS-BP und die PLA mit einem Hochgeschwindigkeitsmischer gemischt, geschmolzen und mit einem Doppelschneckenextruder koextrudiert werden
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei Temperaturen von einem Zylinder bis zu einem Mund- Modell bei dem Schmelzen und dem Koextrudieren 160°C, 180°C, 180°C bzw. 180°C betragen, und eine Schneckendrehzahl 120 Umdrehungen pro Minute (U/min) beträgt.
9. PLA-Verbundwerkstoff, verstärkt durch POSS-BP, mit der hohen UV-Schutzwirkung, hergestellt durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 8.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG | Patent granted |
Effective date: 20230822 |