CN102153804B - 一种改性低密度聚乙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种改性低密度聚乙烯复合材料及其制备方法，该复合材料由以下重量份数的原料制成：木薯淀粉20～50份、针叶木纤维10～30份、低密度聚乙烯10～50份、无机填料5～15份、增塑剂5～25份。本发明还包括所述改性低密度聚乙烯复合材料的制备方法。本发明之改性低密度聚乙烯复合材料，可生物降解，能减少对环境的污染，具有良好的耐水性、尺寸稳定性以及良好的力学性能，制造成本低，特别适用于食品包装。

Description

一种改性低密度聚乙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种低密度聚乙烯复合材料及其制备方法，尤其是涉及一种改性低密度聚乙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
高分子材料的开发利用给人类带来极大便利的同时，也给人类带来很多负面影响，如目前大量使用的塑料包装袋，由于在自然界中难以降解，形成了严重的“白色污染”，因此，开发一种可生物降解的包装材料来取代部分塑料袋，对于人类生存和发展至关重要。淀粉和植物纤维均是天然高分子材料，它们在自然环境下能由微生物作用而最终分解为无毒的CO2和H2O，即具有生物降解性，且原料丰富、价格低廉，已经被广泛用于生物降解材料的研究。但是淀粉分子链含有大量羟基，容易在分子链内和分子链外形成氢键，因此难溶，难熔，并且耐水性差，一遇水或长期存放在潮湿环境中，容易吸收水分，导致稳定性下降。植物纤维的加入能在一定程度上提高材料的机械强度，也有利于提高材料生物降解性能，但其耐水性也有限，长期在潮湿空气中，容易吸湿，从而使其机械强度下降，影响包装的质量和效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种耐水性、尺寸稳定性及力学性能好，制造成本低的改性低密度聚乙烯（LDPE）复合材料及其制备方法。
本发明解决所述技术问题所采用的技术方案是：
本发明之改性低密度聚乙烯复合材料由以下重量份数的原料制成：木薯淀粉20～50份、针叶木纤维10～30份、低密度聚乙烯（LDPE）10～50份、无机填料5～15份、增塑剂5～25份；
优选的重量配比为：木薯淀粉20份、针叶木纤维10份、低密度聚乙烯（LDPE）50份、无机填料5份、增塑剂15份；
所述无机填料优选硫酸钙；
所述增塑剂优选甘油。
本发明之改性低密度聚乙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）针叶木纤维的处理：
将针叶木纤维经粉碎后过60～100目筛，在重量百分比为5%～15%的氯化锂/二甲基甲酰胺的溶液中浸泡10～30min（优选30min），浸泡温度为30℃～35℃（优选30℃）；
（2）将木薯淀粉改性为阳离子木薯淀粉：
在碱催化剂存在下，将木薯淀粉与N-(2,3-环氧丙基）三甲铵盐醚化反应35～45min(优选40min),制得阳离子木薯淀粉，将其重量的一半加入60～80℃（优选60℃）的热水糊化40～60min（优选60min）, 热水重量为淀粉重量的30％～60%（优选40%），待用；
（3）将经步骤（2）糊化的阳离子木薯淀粉、经步骤（1）处理的针叶木纤维、增塑剂，加入高速混合机中，混合10～20min（优选20min），再加入步骤（2）剩余未糊化的阳离子木薯淀粉、无机填料、低密度聚乙烯, 混合10～20min（优选10min）；
（4）将步骤（3）所得混合物通过双螺杆挤出机挤出造粒，机头温度为90～150℃（优选100℃），螺杆转速为90～120r/min（优选100 r/min）。
本发明之改性低密度聚乙烯复合材料，所采用的低密度聚乙烯在高温下熔融加工性能佳，具有良好的力学稳定性，因此可以作为粘合剂和增强剂，有效促进植物纤维与淀粉之间的均匀混合和粘结，提高材料的力学性能、耐水性和尺寸稳定性；优选的无机填料硫酸钙价格便宜，化学性质不活泼，具有耐化学药品性和电绝缘性，一方面可以调节材料的刚性和硬度、稳定性，提高材料的机械性能和耐热性，另一方面，可提高材料的耐水性和外观白度，并大大地降低成本；植物纤维和淀粉可生物降解，资源丰富，价格低廉；但由于淀粉分子链含有大量羟基，容易在分子链内和分子链外形成氢键，难溶，难熔，因此加入增塑剂，优选的增塑剂甘油是小分子物质，其具有高渗透性，容易进入淀粉等大分子内，甘油上大量的羟基可以与淀粉中的羟基形成氢键，从而破环淀粉分子间和分子内的氢键，起到增塑的作用。
本发明之改性低密度聚乙烯复合材料，可生物降解，能减少对环境的污染，具有良好的耐水性、尺寸稳定性以及良好的力学性能，制造成本低，特别适用于食品包装。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1：
本实施例原料重量配比：木薯淀粉4Kg、针叶木纤维2Kg、低密度聚乙烯（LDPE）10Kg、无机填料硫酸钙1Kg、增塑剂甘油3Kg。
制备方法：
（1）针叶木纤维的处理：
将针叶木纤维经粉碎后过60目筛，在重量百分比10%的1千克的氯化锂/二甲基甲酰胺的溶液（即1千克氯化锂的二甲基甲酰胺溶液中，氯化锂与二甲基甲酰胺的重量比为1:10）浸泡30min，浸泡温度为30℃；
（2）将木薯淀粉改性为阳离子木薯淀粉：
在碱催化剂存在下，将木薯淀粉与N-(2,3-环氧丙基）三甲铵盐醚化反应40min,制得阳离子木薯淀粉，将其重量的一半加入60℃的1.0千克的热水,糊化60min，待用；
（3）将经步骤（2）糊化的阳离子木薯淀粉、经步骤（1）处理的针叶木纤维、增塑剂甘油，加入高速混合机中，混合20min，再加入步骤（2）剩余未糊化的阳离子木薯淀粉、无机填料硫酸钙、低密度聚乙烯,混合20min；
（4）将步骤（3）所得混合物通过双螺杆挤出机挤出造粒，机头温度为100℃，螺杆转速为100r/min。
本实施例中，拉伸强度检测方法标准为GB/T12914-2008，冲击强度检测方法标准为GB/T1043-1993，吸水率检测方法标准为GB1034-86，结果见表1。
实施例2： 
本实施例原料重量配比：木薯淀粉6Kg、针叶木纤维2Kg、低密度聚乙烯（LDPE）9Kg、无机填料硫酸钙1Kg、增塑剂甘油4Kg。
制备方法：
（1）针叶木纤维的处理：
将针叶木纤维经粉碎后过80目筛，在重量百分比为12%的1千克的氯化锂/二甲基甲酰胺的溶液中浸泡30min，浸泡温度为35℃；
（2）将木薯淀粉改性为阳离子木薯淀粉：
在碱催化剂存在下，将木薯淀粉与N-(2,3-环氧丙基）三甲铵盐醚化反应40min,制得阳离子木薯淀粉，将其重量的一半加入75℃的1.5千克的热水,糊化50min，待用；
（3）将经步骤（2）糊化的阳离子木薯淀粉、经步骤（1）处理的针叶木纤维、增塑剂甘油，加入高速混合机中，混合15min，再加入步骤（2）剩余未糊化的阳离子木薯淀粉、无机填料硫酸钙、低密度聚乙烯,混合20min；
（4）将步骤（3）所得混合物通过双螺杆挤出机挤出造粒，机头温度为120℃，螺杆转速为110r/min。
本实施例中，拉伸强度检测方法标准为GB/T12914-2008，冲击强度检测方法标准为GB/T1043-1993，吸水率检测方法标准为GB1034-86，结果见表1。
实施例3： 
本实施例原料重量配比：木薯淀粉8Kg、针叶木纤维2Kg、低密度聚乙烯（LDPE）4Kg、无机填料硫酸钙1Kg、增塑剂甘油1Kg。
制备方法：
（1）针叶木纤维的处理：
将针叶木纤维经粉碎后过100目筛，在重量百分比为15%的1千克的氯化锂/二甲基甲酰胺的溶液中浸泡30min，浸泡温度为35℃；
（2）将木薯淀粉改性为阳离子木薯淀粉：
在碱催化剂存在下，将木薯淀粉与N-(2,3-环氧丙基）三甲铵盐（GTA）醚化反应45min,制得阳离子木薯淀粉，将其重量的一半加入60～80℃的2千克的热水, 糊化50min，待用；
（3）将经步骤（2）糊化的阳离子木薯淀粉、经步骤（1）处理的针叶木纤维、增塑剂甘油，加入高速混合机中，混合10min，再加入步骤（2）剩余未糊化的阳离子木薯淀粉、无机填料硫酸钙、低密度聚乙烯,混合15min；
（4）将步骤（3）所得混合物通过双螺杆挤出机挤出造粒，机头温度为130℃，螺杆转速为100r/min。
本实施例中，拉伸强度检测方法标准为GB/T12914-2008，冲击强度检测方法标准为GB/T1043-1993，吸水率检测方法标准为GB1034-86，结果见表1。
各实施例产品与低密度聚乙烯（LDPE）力学性能、吸水率的比较如表1。
由表1中结果可知，改性低密度聚乙烯复合材料性能优于改性之前的低密度聚乙烯。
表1实施例1－3产品及低密度聚乙烯性能测试结果比较
  拉伸强度MPa 冲击强度KJ/m2 吸水率%
实施例1 15.7 65.8 10.5
实施例2 14.8 63.5 18.6
实施例3 13.5 62.3 19.4
低密度聚乙烯 11.6 60.0 20.2

Claims (3)

1. 一种改性低密度聚乙烯复合材料，其特征在于，由以下重量份数的原料制成：木薯淀粉20～50份、针叶木纤维10～30份、低密度聚乙烯10～50份、无机填料硫酸钙5～15份、增塑剂甘油5～25份；
所述改性低密度聚乙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）针叶木纤维的处理：
将针叶木纤维经粉碎后过60～100目筛，在重量百分比为5%~15%的氯化锂/二甲基甲酰胺的溶液中浸泡10～30min，浸泡温度为30℃～35℃；
所述重量百分比为5%~15%的氯化锂/二甲基甲酰胺的溶液，即氯化锂的二甲基甲酰胺溶液中，氯化锂与二甲基甲酰胺的重量比为5%~15%；
（2）将木薯淀粉改性为阳离子木薯淀粉：
在碱催化剂存在下，将木薯淀粉与N-(2,3-环氧丙基）三甲铵盐醚化反应30～50min, 制得阳离子木薯淀粉，将其重量的一半加入60～80℃的热水糊化40～60min, 热水重量为淀粉重量的30％～60%，待用；
（3）将经步骤（2）糊化的阳离子木薯淀粉、经步骤（1）处理的针叶木纤维、增塑剂，加入高速混合机中，混合10～20min，再加入步骤（2）剩余未糊化的阳离子木薯淀粉、无机填料、低密度聚乙烯,混合10～20min；
（4）将步骤（3）所得混合物通过双螺杆挤出机挤出造粒，机头温度为90～150℃，螺杆转速为90～120r/min。
2.根据权利要求1所述的改性低密度聚乙烯复合材料，其特征在于，由以下重量份数的原料制成：木薯淀粉20份、针叶木纤维10份、低密度聚乙烯50份、无机填料5份、增塑剂15份。
3.根据权利要求1或2所述的改性低密度聚乙烯复合材料，其特征在于，所述制备方法，包括以下步骤：
（1）针叶木纤维的处理：
将针叶木纤维经粉碎后过60～100目筛，在重量百分比为5%~15%的氯化锂/二甲基甲酰胺的溶液中浸泡30min，浸泡温度为30℃；
（2）将木薯淀粉改性为阳离子木薯淀粉：
在碱催化剂存在下，将木薯淀粉与N-(2,3-环氧丙基）三甲铵盐醚化反应40min, 制得阳离子木薯淀粉，将其重量的一半加入60℃的热水糊化60min, 热水重量为淀粉重量的40%，待用；
（3）将经步骤（2）糊化的阳离子木薯淀粉、经步骤（1）处理的针叶木纤维、增塑剂，加入高速混合机中，混合20min，再加入步骤（2）剩余未糊化的阳离子木薯淀粉、无机填料、低密度聚乙烯,混合10min；
（4）将步骤（3）所得混合物通过双螺杆挤出机挤出造粒，机头温度为100℃，螺杆转速为100r/min。
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Effective date of registration: 20141119

Granted publication date: 20130320

RINS Preservation of patent right or utility model and its discharge
PD01 Discharge of preservation of patent

Date of cancellation: 20160519

Granted publication date: 20130320

RINS Preservation of patent right or utility model and its discharge
C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20160816

Address after: An Industrial Park Economic Development Zone, Changde City, Hunan province Linli County 415200

Patentee after: Hunan new type building material Co., Ltd.

Address before: 410005, 12 floor, Haidong mansion, Furong Road, Changsha, Hunan

Patentee before: Liu Liwen

CI01 Correction of invention patent gazette

Correction item: Patentee|Address

Correct: Hunan Fu Xiang new type building material Co., Ltd.|An Industrial Park Economic Development Zone, Changde City, Hunan province Linli County 415200

False: Hunan new type building material Co., Ltd.|An Industrial Park Economic Development Zone, Changde City, Hunan province Linli County 415200

Number: 29

Volume: 32

ERR Gazette correction