CN102321375A - 一种甘蔗渣聚丙烯生物基塑料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及生物基塑料领域，提出一种甘蔗渣聚丙烯生物基塑料及其制备方法。该生物基塑料是由甘蔗渣、聚丙烯及无机纳米增强剂、偶联剂、增塑剂、热稳定剂、润滑剂、分散剂等混合加工如成，该生物基塑料中含有甘蔗渣20～40%，聚丙烯20～40%，无机纳米增强剂10～30%；该生物基塑料的制备包括甘蔗渣的预处理、材料的分步混炼复合和塑性颗粒的制备等步骤，本发明的生物基塑料具有制造成本低，物理机械强度高，表面光洁度好，耐水耐化学腐蚀，是一种绿色环保新产品，适用于注射成型制备高性能日用制品。

Description

一种甘蔗渣聚丙烯生物基塑料及其制备方法

技术领域

本发明涉及生物基塑料领域，具体是一种以甘蔗渣为主要原料制备生物基塑料的配方及方法。 

背景技术

目前，中国一次性日用塑料制品垃圾每年高达100万吨，其中主要是一次性餐具、食品包装袋等，日益增多的塑料制品给环境带来了严重的影响，为解决这一问题，生物基塑料制品被开发出来并不同程度地投放市场。因为一次性日用塑料制品特别是餐具和食品包装袋，主要是用于包装食物的，必须对人体无害，因此，这类产品一般采用聚乳酸生物基塑料或者淀粉基生物基塑料来生产，安全无毒，但是还存在一定的缺点，聚乳酸生物基塑料制品的缺点是：1、耐热性差，很容易发生变形或者粘接；2、易断裂。淀粉基生物基塑料制品的缺点是：1、防水、防油性能较差；2、易被微生物侵蚀，储存较困难。这些缺陷严重阻碍了他们在一次性日用塑料制品的应用。 

还有一种常见的生物基塑料，它是以木质纤维为主要原料的塑料材料，木质纤维主要来源于木材、果壳、农作物秸秆或农作物加工副产品等，这种材料具有良好的强度，不易脆断，防水和防油性能优越，耐热等优点。目前，这类生物基塑料主要应用于建筑行业，制造异型板材、装饰板材或者家具板材，如专利“一种聚丙烯基木塑复合材料的制造配方”（申请号：200610035580）、专利“利用农业秸秆制备木塑复合材料专用活性塑化颗粒料的工艺方法”（申请号：200610040465）和专利“一种甘蔗渣聚丙烯复合材料及其制备方法”（申请号：201010523433），所提出的生物基塑料都是用于生产复合板材，以替代塑料板材或者木质板材的，这类生物基塑料的机械强度高，耐水耐化学腐蚀性强，但是无法满足日用包装塑料的无毒性要求，无法作为日用塑料制品的原料。 

发明内容

本发明的目的是提出一种甘蔗渣聚丙烯生物基塑料及其制备方法，用这种生物基塑料制造的可降解日用塑料制品具有表面光滑、力学性能优良、制造成本低、安全无毒的特点。 

本发明的目的可通过以下技术方案实现： 

一种甘蔗渣聚丙烯生物基塑料，其特征在于包括如下述重量比例的材料，

甘蔗渣              20～40%，

聚丙烯               20～40%，

无机纳米增强剂   10～30%，

铝酸酯偶联剂      0.5～5%，

硬脂酸钙               1～20%，

单甘脂                 0.5～5%，

其中，所述无机纳米增强剂是纳米级碳酸钙或纳米级高岭土的其中之一或两者混合。

一种甘蔗渣聚丙烯生物基塑料的制备方法，按上述的原料比例，包括以下步骤： 

步骤1、甘蔗渣的预处理

将甘蔗渣投入除髓机除髓，除髓机筛孔在4～12mm，出料后得到含髓量为3～8%的甘蔗渣；将除髓后的甘蔗渣经除糖、除菌、干燥后进行粉碎，出料后得到80～200目的蔗渣粉；

步骤2、材料的分步混炼复合

向密炼机内投入蔗渣粉和无机纳米增强剂，密炼机升温至80～110℃后将物料搅拌均匀并烘干，使物料的含水量低于0.3%；

继续向密炼机内投入小块状的铝酸酯偶联剂进行搅拌，铝酸酯偶联剂分2～5次投放，每次投料时间间隔是2～3分钟；最后1次投入铝酸酯偶联剂4～5分钟后，再向密炼机内投入硬脂酸钙和增塑剂进行充分搅拌；

最后向密炼机内投入聚丙烯，在80～140℃下将密炼机内的投料充分捏合、混炼，出料后得到生物基塑料基料；

步骤3、塑性颗粒的制备

将步骤2得到生物基塑料基料，投入双螺杆造粒机，双螺杆造粒机的温度控制在165～190℃，得到颗粒状生物基塑料。

本发明的颗粒状的生物基塑料适合于经过注射成型后制造各种形状的餐具制品，该制品强度高、降解速度快、对环境污染小，同时，本发明还可用于生产其他日用品或者工业用品，如衣架、隔热垫、电器机壳和汽车面板等。 

本发明具有以下突出的实质性特点和显著的进步： 

1、本发明的生物基塑料安全无毒，适用于生产日用塑料制品；

2、采用密炼机分步混合原料，强化各原料的分散均匀性和均相逐级复合反应，有效提高了甘蔗渣的填充量和分散性；

3、 本发明的生物基塑料热流动性好、可塑性高、二次加工性强，适合于注射成型加工成各种形状的制品；

4、用本发明的生物基塑料制造的制品，表面光滑美观，强度高、防水耐热，便于存放和使用。

具体实施方式

下面通过实施例对发明进行进一步说明： 

实施例1～5，

一种甘蔗渣聚丙烯生物基塑料的制备方法，其原材料配比如表一所列，包括以下步骤：

步骤1、甘蔗渣的预处理

将甘蔗渣投入除髓机除髓，除髓机筛孔在4～12mm，出料后得到含髓量为3～8%的甘蔗渣；将除髓后的甘蔗渣经除糖、除菌、干燥后进行粉碎，出料后得到80～200目的蔗渣粉；

步骤2、材料的分步混炼复合

向密炼机内投入蔗渣粉和无机纳米增强剂，密炼机升温至80～110℃后将物料搅拌均匀并烘干，使物料的含水量低于0.3%；

继续向密炼机内投入小块状的铝酸酯偶联剂进行搅拌，铝酸酯偶联剂分3次投放，每次投料时间间隔是2～3分钟；第3次投入铝酸酯偶联剂4～5分钟后，再向密炼机内投入硬脂酸钙和增塑剂进行充分搅拌；

最后向密炼机内投入聚丙烯，在80～140℃下将密炼机内的投料充分捏合、混炼，出料后得到生物基塑料基料；

步骤3、塑性颗粒的制备

将步骤2得到生物基塑料基料，投入双螺杆造粒机，双螺杆造粒机的温度控制在165～190℃，得到颗粒状生物基塑料。

生产制品时,将生物基塑料投入双螺杆挤塑机进行挤塑，控制双螺杆挤塑机的温度在165～190℃、螺杆转数在150～200转，注射压力在100～150MPa，并注入一腔多模模具成型，得到不同形状的刀叉勺餐具等制品，这些制品具有良好的强度、耐水性，其生物基含量在49%以上，满足美国农业部生物基优先标签（The USDA BioPreferred Label）中同类产品要求，降解速度快，且卫生无毒，易存放，制造成本低，是理想的一次性餐具制品。 

表1 各实施例的原材料配方（重量%）及其制得的生物基塑料的物理性能 

	检测标准	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
							甘蔗渣		20	25	30	35	40
聚丙烯		30	40	35	25	20
							碳酸钙		25	—	20	—	10
高岭土		—	20	—	15	10
							铝酸酯偶联剂		5	0.5	5	4.5	5
硬脂酸钙		15	10	5	20	10
							单甘脂		5	4.5	5	0.5	5
熔融指数(g/10min)	GB/T3682-2000	34.6	26.64	20.23	16.32	13.26
							复合热变形温度(℃)	GB/T1634.2-2004	72.4	76.2	78.1	79.2	79.6
冲击强度(KJ/M2)	GB/T1843-2008	11.6	8.3	4.5	2.2	1.5
							弯曲强度(MPa)	GB/T9341-2008	33.6	26.4	23.1	18.2	15.6
拉伸强度(MPa)	GB/T1040-2006	34.2	28.3	16.9	12	10.9

Claims (2)

1.一种甘蔗渣聚丙烯生物基塑料，其特征在于包括如下重量比例的材料：

甘蔗渣               20～40%，

聚丙烯               20～40%，

无机纳米增强剂   10～30%，

铝酸酯偶联剂      0.5～5%，

硬脂酸钙             1～20%，

单甘脂               0.5～5%，

其中，所述无机纳米增强剂是纳米级碳酸钙或纳米级高岭土的其中之一或两者混合。

2.一种甘蔗渣聚丙烯生物基塑料的制备方法，按权利要求1所述的材料比例，其特征在于包括以下步骤：

步骤1、甘蔗渣的预处理

将甘蔗渣投入除髓机除髓，除髓机筛孔在4～12mm，出料后得到含髓量为3～8%的甘蔗渣；将除髓后的甘蔗渣经除糖、除菌、干燥后进行粉碎，得到80～200目的蔗渣粉；

步骤2、材料的分步混炼复合

向密炼机内投入蔗渣粉和无机纳米增强剂，密炼机升温至80～110℃后将物料搅拌均匀并烘干，使物料的含水量低于0.3%；

继续向密炼机内投入小块状的铝酸酯偶联剂进行搅拌，铝酸酯偶联剂分2～5次投放，每次投料时间间隔是2～3分钟；最后1次投入铝酸酯偶联剂4～5分钟后，再向密炼机内投入硬脂酸钙和增塑剂进行充分搅拌；

最后向密炼机内投入聚丙烯，在80～140℃下将密炼机内的物料充分捏合、混炼，出料后得到生物基塑料基料；

步骤3、塑性颗粒的制备

将步骤2得到生物基塑料基料，投入双螺杆造粒机，双螺杆造粒机的温度控制在165～190℃，得到颗粒状生物基塑料。