CN102050964A - 一种醋酸纤维素透明塑料及其制造方法 - Google Patents

一种醋酸纤维素透明塑料及其制造方法 Download PDF

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Abstract

一种醋酸纤维素透明塑料，包括如下质量份含量的各组份：醋酸纤维素100份；增塑剂25～54份；抗氧剂0.40～0.80份；所述的增塑剂为如下物质的一种：柠檬酸三乙酯、柠檬酸三丁酯、三醋酸甘油酯。本发明醋酸纤维素透明塑料，透明性良好，且力学性能优良，来源于绿色植物体内，安全环保，增塑剂的加入降低了加工温度，使醋酸纤维素在加工时不发生热分解，加工过程简单，安全卫生，符合环保要求。

Description

一种醋酸纤维素透明塑料及其制造方法
技术领域
 本发明涉及一种醋酸纤维素透明塑料及其制造方法。
背景技术
目前，市售的常见透明塑料有聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚苯乙烯（PS）和聚碳酸酯（PC）等，它们的原料主要是煤和石油等化石燃料。煤和石油的大量开采和广泛利用不但污染环境，而且随着时间的推移，化石燃料逐渐消耗殆尽，存有潜在的资源危机。
醋酸纤维素是由纤维素与醋酸酐在一定条件下反应所得的产物，而纤维素是绿色植物体的主要组成部分，资源丰富，来源广泛，可通过人工培植的方法大量生产。
目前有两种方法可制造醋酸纤维素透明材料：一种是将醋酸纤维素溶解于丙酮等溶剂，然后采用流延方法将醋酸纤维素溶液置于一定的模具中，待溶剂挥发后得到相应的产品，这种方法在加工时需要大量的溶剂，溶剂挥发后不但难以回收，而且若大量生产时，有机溶剂挥发在空气容易出现火灾等事故，在制造过程中较难控制；另一种是采用增塑剂增塑醋酸纤维素，采用注塑或模压等常规塑料加工方法进行加工，这种方法是增塑剂与醋酸纤维素混合后，增塑剂浸入醋酸纤维素分子间，破坏了醋酸纤维素分子的分子内及分子间的作用力，提高了醋酸纤维素分子链段的活动性，使醋酸纤维素的熔融温度降低，从而降低加工温度，改善加工性。
常见的增塑剂为邻苯二甲酸酯类，但其具有致癌性，长期大量接触会使人体荷尔蒙系统和神经系统造成损害，一些国家及组织对产品中邻苯二甲酸酯类化合物的使用做了严格的限定。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：克服传统的醋酸纤维素透明材料的种种缺陷，提出一种醋酸纤维素透明塑料，其透明性良好，且力学性能优良，来源于绿色植物体内，安全环保，另外提供一种醋酸纤维素透明材料的制造方法，增塑剂的加入降低了加工温度，使醋酸纤维素在加工时不发生热分解，加工过程简单，安全卫生，符合环保要求。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种醋酸纤维素透明塑料，包括如下质量份含量的各组份：醋酸纤维素100份；增塑剂25～54份；抗氧剂0.40～0.80份；所述的增塑剂为如下物质的一种：柠檬酸三乙酯、柠檬酸三丁酯、三醋酸甘油酯。
优选地，所述的醋酸纤维素为木浆醋酸纤维素。
优选地，所述的抗氧剂为如下物质的两种或者多种的混合物：四(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯、季戊四醇双亚磷酸二（2,4-二特丁基苯基）酯、二硬脂基季戊四醇二亚磷酸酯。
为解决上述技术问题，本发明还提出了如下技术方案：一种制备所述的醋酸纤维素透明塑料的制造方法，其包括如下步骤：步骤一：按既定用量称取各原料，即醋酸纤维素100质量份、增塑剂25～54质量份、抗氧剂0.40～0.80质量份；步骤二：将称取的醋酸纤维素、增塑剂和抗氧剂一起在高速搅拌机中混合，待混合10分钟，将混合物在25℃下放置24小时以上，然后与抗氧剂混合均匀，最后挤出造粒。
优选地，步骤二中用双螺杆挤出机来挤出造粒，该双螺杆挤出机各段温度自加料口开始，依次为160～162℃、165～167℃、168～170℃、170～172℃、170～172℃、170～172℃，机头部分温度为168～170℃。
优选地，所述的醋酸纤维素为木浆醋酸纤维素。
优选地，所述的抗氧剂为如下物质的两种或者多种的混合物：四(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯、季戊四醇双亚磷酸二（2,4-二特丁基苯基）酯、二硬脂基季戊四醇二亚磷酸酯。
本发明具有如下有益效果：本发明醋酸纤维素透明塑料所用的醋酸纤维素是从植物体内提取的纤维素与醋酸酐反应所得，资源丰富、来源广泛，可通过人工培植的方法大量生产，避免以化石燃料为原料制造透明塑料的途径；本发明使用的增塑剂为无毒、无刺激的无色液体，避免常用的邻苯二甲酸酯类增塑剂，是一种卫生、安全环保的新型材料；本发明采用高温下熔融加工制造醋酸纤维素透明塑料，具有良好的光泽性、优异的透明性和良好的力学性能，可用于眼镜框、玩具、透明性工艺品等；生产过程简单，有效地简化工艺。
具体实施方式
本发明提出一种醋酸纤维素透明塑料，其包括如下质量份含量的各组份：
醋酸纤维素          100份；
增塑剂              25～54份；
抗氧剂              0.40～0.80份。
其中，该醋酸纤维素为木浆醋酸纤维素。
该增塑剂为如下物质的一种：柠檬酸三乙酯、柠檬酸三丁酯、三醋酸甘油酯。
该抗氧剂为如下物质的两种或者多种的混合物：四(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯、季戊四醇双亚磷酸二（2,4-二特丁基苯基）酯、二硬脂基季戊四醇二亚磷酸酯。
本发明还提出了上述醋酸纤维素透明塑料的制造方法，其包括如下步骤：
步骤一：按既定用量称取各原料，即醋酸纤维素100份（质量份，下同）、增塑剂25～54份、抗氧剂0.40～0.80份；
步骤二：将醋酸纤维素和增塑剂一起在高速搅拌机中混合，待混合10分钟，将混合物在25℃下放置24小时以上，然后与抗氧剂混合均匀，最后挤出造粒；
步骤三：将粒料烘干和包装。
步骤二中用双螺杆挤出机来挤出造粒，该双螺杆挤出机各段温度自加料口开始，依次为160～162℃、165～167℃、168～170℃、170～172℃、170～172℃、170～172℃，机头部分温度为168～170℃。
下面以五个实施例来详细说明本发明醋酸纤维素透明塑料的制造过程。
 
实施例1
先称取醋酸纤维素100质量份、柠檬酸三乙酯33质量份、四(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯0.15质量份、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯0.20质量份、季戊四醇双亚磷酸二（2,4-二特丁基苯基）酯0.15质量份、二硬脂基季戊四醇二亚磷酸酯0.20质量份；
然后，将上述醋酸纤维素和增塑剂加入到高速混合机中搅拌，待混合10分钟后，将混合物在25℃下密闭放置24小时以上，然后与抗氧剂混合均匀；
接着，将处理后的混合物用双螺杆挤出机造粒，双螺杆出机各段温度自加料口开始，依次为160℃、165℃、168℃、170℃、170℃、170℃，机头温度为168℃；
最后，将粒料烘干和包装。
实施例2
先称取醋酸纤维素100质量份、柠檬酸三乙酯43质量份、四(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯0.10质量份、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯0.20质量份、季戊四醇双亚磷酸二（2,4-二特丁基苯基）酯0.10质量份、二硬脂基季戊四醇二亚磷酸酯0.20质量份；
然后，将上述醋酸纤维素和增塑剂加入到高速混合机中搅拌，待混合10分钟后，将混合物在25℃下密闭放置24小时以上，然后与抗氧剂混合均匀；
接着，将处理后的混合物用双螺杆挤出机造粒，双螺杆出机各段温度自加料口开始，依次为160℃、165℃、168℃、170℃、170℃、170℃，机头温度为168℃；
最后，将粒料烘干和包装。
实施例3
先称取醋酸纤维素100质量份、柠檬酸三乙酯54质量份、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯0.20质量份、二硬脂基季戊四醇二亚磷酸酯0.20质量份；
然后，将上述醋酸纤维素和增塑剂加入到高速混合机中搅拌，待混合10分钟后，将混合物在25℃下密闭放置24小时以上，然后与抗氧剂混合均匀；
接着，将处理后的混合物用双螺杆挤出机造粒，双螺杆出机各段温度自加料口开始，依次为160℃、165℃、168℃、170℃、170℃、170℃，机头温度为168℃；
最后，将粒料烘干和包装。
实施例4
先称取醋酸纤维素100质量份、三醋酸甘油酯33质量份、四(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯0.10质量份、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯0.20质量份、季戊四醇双亚磷酸二（2,4-二特丁基苯基）酯0.10质量份、二硬脂基季戊四醇二亚磷酸酯0.20质量份；
然后，将上述醋酸纤维素和增塑剂加入到高速混合机中搅拌，待混合10分钟后，将混合物在25℃下密闭放置24小时以上，然后与抗氧剂混合均匀；
接着，将处理后的混合物用双螺杆挤出机造粒，双螺杆出机各段温度自加料口开始，依次为160℃、165℃、168℃、170℃、170℃、170℃，机头温度为168℃；
最后，将粒料烘干和包装。
实施例5
先称取醋酸纤维素100质量份、三醋酸甘油酯43质量份、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯0.25质量份、二硬脂基季戊四醇二亚磷酸酯0.25质量份；
然后，将上述醋酸纤维素和增塑剂加入到高速混合机中搅拌，待混合10分钟后，将混合物在25℃下密闭放置24小时以上，然后与抗氧剂混合均匀；
接着，将处理后的混合物用双螺杆挤出机造粒，双螺杆出机各段温度自加料口开始，依次为160℃、165℃、168℃、170℃、170℃、170℃，机头温度为168℃；
最后，将粒料烘干和包装。
实施例6
先称取醋酸纤维素100质量份、柠檬酸三丁酯25质量份、四(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯0.20质量份、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯0.20质量份、季戊四醇双亚磷酸二（2,4-二特丁基苯基）酯0.20质量份、二硬脂基季戊四醇二亚磷酸酯0.20质量份；
然后，将上述醋酸纤维素和增塑剂加入到高速混合机中搅拌，待混合10分钟后，将混合物在25℃下密闭放置24小时以上，然后与抗氧剂混合均匀；
接着，将处理后的混合物用双螺杆挤出机造粒，双螺杆出机各段温度自加料口开始，依次为170℃、175℃、178℃、180℃、180℃、180℃，机头温度为178℃；
最后，将粒料烘干和包装。
上述各实施例生产的醋酸纤维素透明塑料的主要性能指标列举于下列表1
表1 本发明各实施列制备的醋酸纤维素透明塑料的主要性能指标
试验项目 单位 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
拉伸强度 MPa 39.77 32.23 23.45 35.75 27.40 42.39
断裂伸长率 % 25.15 43.38 56.21 27.20 41.18 18.45
冲击强度 kJ/m 2 4.45 9.48 18.25 9.03 13.69 4.32
弯曲模量 MPa 1926 1541 1142 1833 1489 2046
透光率 % 88.6 89.4 88.9 88.9 89.5 86.3
雾度 % 5.1 5.8 5.7 5.9 5.2 7.4
由表1可以看出，本发明醋酸纤维素透明塑料具有良好的透明性和优异力学性能。
本发明醋酸纤维素透明塑料所用的醋酸纤维素是从植物体内提取的纤维素与醋酸酐反应所得，资源丰富、来源广泛，可通过人工培植的方法大量生产，避免以化石燃料为原料制造透明塑料的途径；本发明使用的增塑剂为美国食品和药物管理局FDA认可的无毒增塑剂，为无毒、无刺激的无色液体，避免常用的邻苯二甲酸酯类增塑剂，是一种卫生、安全环保的新型材料，已被用于食品包装、医疗器具、儿童玩具及个人卫生用品等方面；本发明采用高温下熔融加工制造醋酸纤维素透明塑料，具有良好的光泽性、优异的透明性和良好的力学性能，可用于眼镜框、玩具、透明性工艺品等；且生产过程简单，有效地简化工艺。

Claims (7)

1.一种醋酸纤维素透明塑料，其特征在于，包括如下质量份含量的各组份：
醋酸纤维素          100份；
增塑剂              25～54份；
抗氧剂              0.40～0.80份；
所述的增塑剂为如下物质的一种：柠檬酸三乙酯、柠檬酸三丁酯、三醋酸甘油酯。
2.根据权利要求1所述的醋酸纤维素透明塑料，其特征在于：所述的醋酸纤维素为木浆醋酸纤维素。
3.根据权利要求1所述的醋酸纤维素透明塑料，其特征在于：所述的抗氧剂为如下物质的两种或者多种的混合物：四(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯、季戊四醇双亚磷酸二（2,4-二特丁基苯基）酯、二硬脂基季戊四醇二亚磷酸酯。
4.一种制备如权利要求1所述的醋酸纤维素透明塑料的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：按既定用量称取各原料，即醋酸纤维素100质量份、增塑剂25～54质量份、抗氧剂0.40～0.80质量份；
步骤二：将称取的醋酸纤维素和增塑剂一起在高速搅拌机中混合，待混合10分钟，将混合物在25℃下放置24小时，然后与抗氧剂混合均匀，最后挤出造粒。
5.根据权利要求4所述的醋酸纤维素透明塑料的制造方法，其特征在于：步骤二中用双螺杆挤出机来挤出造粒，该双螺杆挤出机各段温度自加料口开始，依次为160～162℃、165～167℃、168～170℃、170～172℃、170～172℃、170～172℃，机头部分温度为168～170℃。
6.根据权利要求4所述的醋酸纤维素透明塑料，其特征在于：所述的醋酸纤维素为木浆醋酸纤维素。
7.根据权利要求4所述的醋酸纤维素透明塑料，其特征在于：所述的抗氧剂为如下物质的两种或者多种的混合物：四(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯、季戊四醇双亚磷酸二（2,4-二特丁基苯基）酯、二硬脂基季戊四醇二亚磷酸酯。
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