CN102504559A

CN102504559A - 采用天然秸秆加工全降解可回收塑料的方法

Info

Publication number: CN102504559A
Application number: CN2011103446608A
Authority: CN
Inventors: 万向毅; 刘丰田; 王保民
Original assignee: SHANDONG PLASTIC RESEARCH DEVELOPMENT CENTER
Current assignee: SHANDONG PLASTIC RESEARCH DEVELOPMENT CENTER
Priority date: 2011-11-04
Filing date: 2011-11-04
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2031-11-04
Also published as: CN102504559B

Abstract

本发明属于塑料生产技术领域，特别公开了一种采用天然秸秆加工全降解可回收塑料的方法。本发明采用专用设备加工，在特定的配方与工艺条件下，经化学反应及物理混炼一次性合成，产品可直接在通用塑料成型设备上生产各种不同用途的降解产品，各项性能指标均达到国家标准。本发明设计合理，具有操作简便，过程连续，生产效率高且节省电力，噪音低，生产过程无三废等特点。

Description

采用天然秸秆加工全降解可回收塑料的方法

（一）技术领域

本发明属于塑料生产技术领域，特别涉及一种采用天然秸秆加工全降解可回收塑料的方法。

（二）背景技术

随着塑料工业的发展，塑料在日常生活中的应用范围越发广泛，使用量越发巨大，由于这些塑料多为不可降解材料，在消耗大量石油资源的同时，生产的废弃物也会造成巨大的污染。

我国是世界上最大的农业生产国，每年要生产各类作物秸秆7亿吨，其中有约40%未得到有效地处理和利用。合理有效的利用开发生物质秸秆资源对节能、环保潜力巨大，在能源、资源日趋严峻的今天，使秸秆变废为宝、化害为利，其经济效益和社会效益更是不可低估。

（三）发明内容

本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种操作简便、生产连续的采用天然秸秆加工全降解可回收塑料的方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种采用天然秸秆加工全降解可回收塑料的方法，以天然秸秆为原料，主要包括如下步骤：

（1）将秸秆干燥后粉碎成10~20mm长的碎段；

（2）采用高压蒸汽闪爆系统和温度、压力调控系统，将粉碎后的秸秆变为絮状纤维；

（3）将干燥处理后的絮状纤维放置在高速搅拌机中，加入助剂进行搅拌、混合处理，助剂为淀粉和塑料增韧剂的混合物；

（4）将混合处理后的物料加入锆类偶联剂，温度控制在90~100℃进行耦合处理，进一步破坏半纤维素和木质素；

（5）往耦合处理后的物料中添加聚丁二酸丁二醇酯和聚乳酸，送入混合搅拌机中进行共混捏合，在125±5℃下直接生产出生物质全降解树脂材料。

将粉碎的天然秸秆放入已升温的闪爆器重，关闭闪爆器，系统迅速升温，压力增强，待闪爆器压力恒定后，按预定的时间保压，并隔离闪爆器，而后突然打开与排汽管相连的球形阀泄压，实现闪爆；闪爆后纤维素借助压差打入旋风分离，并收集到铜网内，卸料后进行干燥处理，使处理后的秸秆外观明显改变，梗状物减少，大部分都变成絮状物，膨松柔软，促使纤维素细胞撕裂，细胞壁输送，从而改变了秸秆中粗纤维的整体结构和分子链的构造，纤维素分子断裂，木质素熔化，有利于微生物降解并提高了与其他物料的相溶性能。

本发明的更优方案为：

步骤（3）中，所述助剂为木薯淀粉和塑料增韧剂EPA的混合物，絮状纤维与木薯淀粉、EPA的重量配比为100:18.75:0.8，高速搅拌处理时间为7分钟；木薯淀粉可起到植物纤维见的粘合作用，同时可降低成本， EPA是一种环保塑料增韧剂，可以将普通塑料转化为生物可降解塑料，可提高抗冲击强度和热熔体流动性能，是以生物分解技术为基础的塑料添加剂，主要制程原理是在不分解的合成高分子中添加一种可分解的天然高分子，可达到100%自然降解。

步骤（4）中，锆类偶联剂的添加量为物料重量的0.5%，耦合处理时间为15分钟；偶联剂可被处理表面与聚合物具有良好的亲和性，以提高填充和增强该醒悟的加工性能和制品的物理机械性能，偶联剂是具有两性结构的化合物，分子中的一部分基团可与无机物表面的化学基团反应，形成牢固的化学键合，另一部分基团则有亲有机物性质，可与聚合物分子反应或物理缠绕，从而把两类性质不同的材料紧紧地结合在一起。

锆类偶联剂是含铝酸锆的低分子量的无机聚合物，它不仅可以促进不同物质之间的粘合，而且可以改善复合材料体系的性能，特别是流变性能。由于锆类偶联剂分子中无机特性部分的比重比较大，具有更多的无机反应点，因而可处理含有羟基的填料和比表面大的颜填料。并且可大幅度提高制品机械强度，显著改善填料的分散性，降低填充体系的粘度，改善加工性能；由于锆类系列偶联剂具有高金属性，因此具有较高的分解温度，使改性填料更适用于高温加工的制品。

步骤（5）中，聚丁二酸丁二醇酯的添加量为物料重量的2.2%，聚乳酸的添加量为物料重量的1.8%，共混时间为10分钟；聚丁二酸丁二醇酯，一种由丁二醇和丁二酸合成的聚酯加工而成的，可以通过石油资源或生物质资源发酵得到的，可完全降解的脂肪族聚酯；聚乳酸除能生物降解外，生物相容性、光泽度、透明性、手感和耐热性好，还具有一定的耐菌性、阻燃性和抗紫外性。

本发明采用专用设备加工，在特定的配方与工艺条件下，经化学反应及物理混炼一次性合成，产品可直接在通用塑料成型设备上生产各种不同用途的降解产品，各项性能指标均达到国家标准。

生物质秸秆主要是由纤维素组成，随着水分的丧失，秸秆内物质发生一系列的变化、细胞壁变厚老化，粗纤维增加，木质素增多，天劫结构结构的复杂性决定了其直接呗微生物降解转化是一个缓慢的过程，其效率和速度都难以进入工业化生产，因此，合理的预处理改性是秸秆纤维素转化应用的有效方法。

本发明设计合理，具有操作简便，过程连续，生产效率高且节省电力，噪音低，生产过程无三废等特点，其原料广泛，各种农作物的秸秆、野草等天然秸秆资源均可利用，产品易加工，具有准确的降解可控性和良好的降解效果，并可回收再利用，是目前一次性塑料产品的最好替代品。

（四）具体实施方式

实施例：

以天然秸秆为原料，主要包括如下步骤：

（1）将秸秆干燥后粉碎成10~20mm长的碎段；

（3）将干燥处理后的絮状纤维放置在高速搅拌机中，加入助剂进行搅拌、混合处理，助剂为淀粉和塑料增韧剂的混合物；所述助剂为木薯淀粉和塑料增韧剂EPA的混合物，絮状纤维与木薯淀粉、EPA的重量配比为100:18.75:0.8，高速搅拌处理时间为7分钟；

（4）将混合处理后的物料加入锆类偶联剂，温度控制在90~100℃进行耦合处理，进一步破坏半纤维素和木质素；锆类偶联剂的添加量为物料重量的0.5%，耦合处理时间为15分钟；

（5）往耦合处理后的物料中添加聚丁二酸丁二醇酯和聚乳酸，送入混合搅拌机中进行共混捏合，在125±5℃下直接生产出生物质全降解树脂材料；聚丁二酸丁二醇酯的添加量为物料重量的2.2%，聚乳酸的添加量为物料重量的1.8%，共混时间为10分钟。

本发明通过精心设计，利用热力、机械以及催化剂的作用通过闪爆机完成连续进料、连续闪爆，将渗进植物组织内部被压缩的气体释放出来，实现用较少的能量将原料按目的分解，使处理后的秸秆外观明显改变，梗状物减少，大部分都变成絮状物，膨松柔软，促使纤维素细胞撕裂，细胞壁疏松，从而改变了秸秆中粗纤维的整体结构和分子链的构造，纤维素分子断裂，木质素熔化，有利于微生物降解并提高了与其它物料的相溶性能。

利用电子显微镜观察发现，处理前秸秆细胞排列整齐，细胞结构完整，细胞壁裹着细胞内容物；处理后的秸秆细胞被破坏，细胞壁撕裂变为絮状纤维，细胞间距拉大，轮廓模糊。由于运行速度和内摩擦力突然增大而产生的张力，使秸秆撕碎，乃至细胞游离，细胞壁疏松，细胞间木质素分布状态改变，密度增大，堆放体积减小，总表面积增大，与纤维素酶接触面扩大，使微生物对秸秆的侵蚀明显提高。将处理后的秸秆放入搅拌机中进行耦合处理，进一步破坏半纤维素和木质素，通过复合反应完成混合物料的共混，生产出生物质降解塑料原料。

本发明的主要特点为：

（1）采用缔合复合型塑化途径，在特定配方及工艺条件下，经专用设备一次性快速完成各步反应，获得质地均匀、性能良好的生物质降解树脂；

（2）将天然秸秆粉碎后通过闪爆技术使其变为絮状纤维，加入适量的改性剂、助剂进行搅拌、混合、耦合处理，采用复合合成技术工艺生产生物质降解树脂，该树脂含降解物为100%，可制作多种降解塑料产品；

（3）该树脂在不改变原来塑料制品生产厂家设备的条件下，可采用原注塑、压延拉等工艺生产出具有生物质降解功能的多种塑料制品，可广泛应用于各种一次性板材、园林景区一次性用品以及一次性包装等用品；

（4）本发明设计合理，具有操作家变，过程连续，生产效率高且节省电力，噪音低，生产过程无三废等特点；

（5）本技术原料广泛，各种农作物秸秆（如玉米、大豆、花生、马铃薯等天然植物秸秆）以及杂草等天然秸秆资源均可利用。

Claims

1.一种采用天然秸秆加工全降解可回收塑料的方法，以天然秸秆为原料，其特征为，主要包括如下步骤：（1）将秸秆干燥后粉碎成10~20mm长的碎段；（2）采用高压蒸汽闪爆系统和温度、压力调控系统，将粉碎后的秸秆变为絮状纤维；（3）将干燥处理后的絮状纤维放置在高速搅拌机中，加入助剂进行搅拌、混合处理，助剂为淀粉和塑料增韧剂的混合物；（4）将混合处理后的物料加入锆类偶联剂，温度控制在90~100℃进行耦合处理，进一步破坏半纤维素和木质素；（5）往耦合处理后的物料中添加聚丁二酸丁二醇酯和聚乳酸，送入混合搅拌机中进行共混捏合，在125±5℃下直接生产出生物质全降解树脂材料。

2.根据权利要求1所述的采用天然秸秆加工全降解可回收塑料的方法，其特征在于：步骤（3）中，所述助剂为木薯淀粉和塑料增韧剂EPA的混合物，絮状纤维与木薯淀粉、EPA的重量配比为100:18.75:0.8，高速搅拌处理时间为7分钟。

3.根据权利要求1所述的采用天然秸秆加工全降解可回收塑料的方法，其特征在于：步骤（4）中，锆类偶联剂的添加量为物料重量的0.5%，耦合处理时间为15分钟。

4.根据权利要求1所述的采用天然秸秆加工全降解可回收塑料的方法，其特征在于：步骤（5）中，聚丁二酸丁二醇酯的添加量为物料重量的2.2%，聚乳酸的添加量为物料重量的1.8%，共混时间为10分钟。