CN102585297A - 一种可生物降解醋酸纤维素塑料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种可生物降解醋酸纤维素塑料,包括按质量百分比55%~85%的醋酸纤维素和15%~45%的甘油酯类增塑剂;所述甘油酯类增塑剂是选自一醋酸甘油酯、二醋酸甘油酯、三酸酸甘油酯、磷酸甘油酯、苯甲酸醋酸甘油酯、偏苯三酸三甘油酯或氢化松香甘油酯中的一种或两种以上。本发明还提供可改可生物降解醋酸纤维素塑料的制备方法。本发明醋酸纤维素塑料所用的醋酸纤维素是从秸秆、木糠或棉花醋酸纤维素,资源丰富、来源广泛,可避免石化原料所带来的不良效果,同时本发明使用的增塑剂为无毒、无刺激的液体增塑剂,避免常用的邻苯二甲酸酯类增塑剂,是一种易生物降解、安全环保的新型材料。
Description
【技术领域】
本发明涉及醋酸纤维素塑料领域,尤其涉及一种可生物降解醋酸纤维素塑料及其制备方法。
【背景技术】
醋酸纤维素(Cellulose Acetate,CA)是纤维素衍生物中最早进行商品化生产,并且不断发展的纤维素有机酸酯,醋酸纤维可以用于制造纺织品、烟用滤嘴、塑料制品、胶卷、液晶材料等。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,其中农作物棉花与木材是自然界中数量极大的可再生资源,国内外有关研究单位已经开展了醋酸纤维素的合成研究,并取得了较好的效果。如:用木浆、棉浆、竹浆为反应原料经过蒸汽高温、高压处理后制备醋酸纤维素;以秸秆、木浆、棉浆、竹浆或纸浆为反应原料进行稀酸预处理来制备醋酸纤维素;也有以农作物秸秆为反应原料,采用无污染蒸汽爆破技术活化预处理,然后进行乙酰化反应,通过溶剂萃取分离并制备出高附加值的醋酸纤维素。同样,也有以木糠、棉花等原料制备出醋酸纤维素的。
目前制备醋酸纤维素的一种主要方法是采用增塑剂来增塑醋酸纤维素,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,如邻苯二甲酸二乙酯(DEP),同时,邻苯二甲酸酯类也是一种严重的污染物,已被证实是环境荷尔蒙,尤其对男性危害甚广,一些国家及组织对塑料中作为增塑剂使用的邻苯二甲酸酯类的用量进行了严格的限定。
【发明内容】
本发明的技术目的在于:克服传统的醋酸纤维素塑料的上述缺陷,提供一种可生物降解醋酸纤维素塑料,不含传统的邻苯二甲酸酯类增塑剂,生物降解性能佳,对环境友好;另外还提供该可生物降解醋酸纤维素塑料的制备方法。
为达上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种可生物降解醋酸纤维素塑料,包括如下质量百分比的各组份:
醋酸纤维素 55%~85%
甘油酯类增塑剂 15%~45%;
所述甘油酯类增塑剂是选自一醋酸甘油酯、二醋酸甘油酯、三酸酸甘油酯、磷酸甘油酯、苯甲酸醋酸甘油酯、偏苯三酸三甘油酯或氢化松香甘油酯中的一种或两种以上。
上述可生物降解醋酸纤维素塑料中,所述的醋酸纤维素是取代度在1.8~2.6之间的醋酸纤维素。
上述可生物降解醋酸纤维素塑料中,包括如下质量百分比的各组份:
醋酸纤维素 65%~80%
二醋酸甘油酯 20%~35%。
上述可生物降解醋酸纤维素塑料中,包括如下质量百分比的各组份:
醋酸纤维素 65%~80%
二醋酸甘油酯 5%~20%
三醋酸甘油酯 5%~15%。
一种上述的可生物降解醋酸纤维素塑料的制备方法,包括如下步骤:
按既定用量称取各原料,即55~85质量份数的醋酸纤维素、15~45质量份数的甘油酯类增塑剂;
将称取的醋酸纤维素从主加料口中加入到螺杆挤出机中,开启挤出机,然后从设置在主加料口之后的液体加注口将甘油酯类增塑剂加入挤出机中,挤出造粒,即得。
前述可生物降解醋酸纤维素塑料的制备方法中,所述螺杆挤出机是双螺杆或单螺杆挤出机,挤出机各段温度自主加料口开始,依次为150-160℃、160-180℃、165-185℃、165-190℃、165-190℃、170-200℃,机头部分温度为170-200℃。
前述可生物降解醋酸纤维素塑料的制备方法中,所述液体加注口设置在螺杆挤出机的主加料口之后的第二段螺杆处。
前述可生物降解醋酸纤维素塑料的制备方法中,所述在螺杆挤出机上设置液体加注口的螺杆段是大行程螺纹块。
本发明具有如下有益效果:本发明醋酸纤维素塑料所用的醋酸纤维素是秸秆、木糠或棉花醋酸纤维素,资源丰富、来源广泛,可避免石化原料所带来的不良效果,同时本发明使用的增塑剂为无毒、无刺激的液体增塑剂,避免常用的邻苯二甲酸酯类增塑剂,是一种易生物降解、安全环保的新型材料。
【具体实施方式】
本发明提供的可生物降解醋酸纤维素塑料,包括如下质量百分比的各组份:
醋酸纤维素 55%~85%
甘油酯类增塑剂 15%~45%;
所述甘油酯类增塑剂通常是液体型增塑剂,是选自一醋酸甘油酯、二醋酸甘油酯、三酸酸甘油酯、磷酸甘油酯、苯甲酸醋酸甘油酯、偏苯三酸三甘油酯或氢化松香甘油酯中的一种或两种以上。
本发明提供的可生物降解醋酸纤维素塑料中,所述的醋酸纤维素是取代度在1.8~2.6之间的醋酸纤维素。
本发明提供的可生物降解醋酸纤维素塑料中,包括如下质量百分比的各组份:
醋酸纤维素 65%~80%
二醋酸甘油酯 20%~35%。
本发明提供的可生物降解醋酸纤维素塑料中,包括如下质量百分比的各组份:
醋酸纤维素 65%~80%
二醋酸甘油酯 5%~20%
三醋酸甘油酯 5%~15%。
本发明提供的可生物降解醋酸纤维素塑料的制备方法,包括如下步骤:
按既定用量称取各原料,即55~85质量份数的醋酸纤维素、15~45质量份数的甘油酯类增塑剂;
将称取的醋酸纤维素从主加料口中加入到螺杆挤出机中,开启挤出机,然后从设置在主加料口之后的液体加注口将甘油酯类增塑剂加入挤出机中,挤出造粒,即得。
本发明提供的可生物降解醋酸纤维素塑料的制备方法中,所述螺杆挤出机是双螺杆或单螺杆挤出机,挤出机各段温度自主加料口开始,依次为150-160℃、160-180℃、165-185℃、165-190℃、165-190℃、170-200℃,机头部分温度为170-200℃。
本发明提供的可生物降解醋酸纤维素塑料的制备方法中,所述液体加注口设置在螺杆挤出机的主加料口之后的第二段螺杆处。
本发明提供的可生物降解醋酸纤维素塑料的制备方法中,所述在螺杆挤出机上设置液体加注口的螺杆段是大行程螺纹块。
下面以具体的实施例来详细阐述本发明的技术方案。
实施例1
称取取代度为2.6的秸秆醋酸纤维素85Kg并粉碎待用,同时称取三醋酸甘油酯15Kg;
在螺杆挤出机(单/双螺杆)的主加料口外附加设置一个液体加料口,这个液体加料口设置在主加料口之后,最好是设置在螺杆机的第二段,为保证挤出效果,特别将螺杆机的第二段改为大行程螺纹块,如112/112SK大行程螺纹块;
将醋酸纤维素粉末从双螺杆挤出机的主加料口加入,开启挤出机,然后从液体加料口中加入三醋酸甘油酯进行挤出造粒,双螺杆出机各段温度自加料口开始,依次为160℃、180℃、185℃、190℃、195℃、200℃,机头部分温度为200℃;最后,将粒料烘干和包装,即得。
实施例2
称取取代度为2.4的秸秆醋酸纤维素80Kg并粉碎待用,同时称取二醋酸甘油酯20Kg;
在螺杆挤出机(单/双螺杆)的主加料口外附加设置一个液体加料口,这个液体加料口设置在主加料口之后,最好是设置在螺杆机的第二段,为保证挤出效果,特别将螺杆机的第二段改为大行程螺纹块,如112/112SK大行程螺纹块;
将醋酸纤维素粉末从双螺杆挤出机的主加料口加入,开启挤出机,然后从液体加料口中加入三醋酸甘油酯进行挤出造粒,双螺杆出机各段温度自加料口开始,
依次为160℃、180℃、185℃、190℃、195℃、200℃,机头部分温度为200℃;
最后,将粒料烘干和包装,即得。
实施例3
称取取代度为2.2的木糠醋酸纤维素75Kg并粉碎待用,同时称取二醋酸甘油酯15Kg、三醋酸甘油酯10Kg;
在螺杆挤出机(单/双螺杆)的主加料口外附加设置一个液体加料口,这个液体加料口设置在主加料口之后,最好是设置在螺杆机的第二段,为保证挤出效果,特别将螺杆机的第二段改为大行程螺纹块,如112/112SK大行程螺纹块;
将醋酸纤维素粉末从双螺杆挤出机的主加料口加入,开启挤出机,然后从液体加料口中加入三醋酸甘油酯进行挤出造粒,双螺杆出机各段温度自加料口开始,依次为
依次为160℃、180℃、185℃、185℃、185℃、190℃,机头部分温度为195℃;
最后,将粒料烘干和包装,即得。
实施例4
称取取代度为2.0的棉花醋酸纤维素70Kg并粉碎待用,同时称取二醋酸甘油酯15Kg、三醋酸甘油酯15Kg;
在螺杆挤出机(单/双螺杆)的主加料口外附加设置一个液体加料口,这个液体加料口设置在主加料口之后,最好是设置在螺杆机的第二段,为保证挤出效果,特别将螺杆机的第二段改为大行程螺纹块,如112/112SK大行程螺纹块;
将醋酸纤维素粉末从双螺杆挤出机的主加料口加入,开启挤出机,然后从液体加料口中加入三醋酸甘油酯进行挤出造粒,双螺杆出机各段温度自加料口开始,依次为
依次为160℃、180℃、185℃、185℃、185℃、190℃,机头部分温度为190℃;
最后,将粒料烘干和包装,即得。
实施例5
称取取代度为1.8的秸秆醋酸纤维素65Kg并粉碎待用,同时称取二醋酸甘油酯15Kg、三醋酸甘油酯20Kg;
在螺杆挤出机(单/双螺杆)的主加料口外附加设置一个液体加料口,这个液体加料口设置在主加料口之后,最好是设置在螺杆机的第二段,为保证挤出效果,特别将螺杆机的第二段改为大行程螺纹块,如112/112SK大行程螺纹块;
将秸秆醋酸纤维素粉末从双螺杆挤出机的主加料口加入,开启挤出机,然后从液体加料口中加入三醋酸甘油酯进行挤出造粒,双螺杆出机各段温度自加料口开始,
依次为160℃、170℃、175℃、180℃、180℃、180℃,机头部分温度为185℃;
最后,将粒料烘干和包装,即得。
实施例6
称取取代度为2.0的秸秆醋酸纤维素60Kg并粉碎待用,同时称取二醋酸甘油酯20Kg、三醋酸甘油酯20Kg;
在螺杆挤出机(单/双螺杆)的主加料口外附加设置一个液体加料口,这个液体加料口设置在主加料口之后,最好是设置在螺杆机的第二段,为保证挤出效果,特别将螺杆机的第二段改为大行程螺纹块,如112/112SK大行程螺纹块;
将醋酸纤维素粉末从双螺杆挤出机的主加料口加入,开启挤出机,然后从液体加料口中加入三醋酸甘油酯进行挤出造粒,双螺杆出机各段温度自加料口开始,依次为
依次为160℃、170℃、170℃、175℃、175℃、175℃,机头部分温度为180℃;
最后,将粒料烘干和包装,即得。
实施例7
称取取代度为2.5的秸秆醋酸纤维素55Kg并粉碎待用,同时称取二醋酸甘油酯25Kg、三醋酸甘油酯20Kg;
在螺杆挤出机(单/双螺杆)的主加料口外附加设置一个液体加料口,这个液体加料口设置在主加料口之后,最好是设置在螺杆机的第二段,为保证挤出效果,特别将螺杆机的第二段改为大行程螺纹块,如112/112SK大行程螺纹块;
将醋酸纤维素粉末从双螺杆挤出机的主加料口加入,开启挤出机,然后从液体加料口中加入三醋酸甘油酯进行挤出造粒,双螺杆出机各段温度自加料口开始,
依次为150℃、160℃、165℃、165℃、165℃、170℃,机头部分温度为170℃;
最后,将粒料烘干和包装,即得。
在其它实施例中,分别可以用一醋酸甘油酯、磷酸甘油酯、苯甲酸醋酸甘油酯、偏苯三酸三甘油酯或氢化松香甘油酯替换上述二醋酸甘油酯或三酸酸甘油酯。
取上述实施例中所制得的醋酸纤维素塑料与采用DEP塑化剂制备的醋酸纤维素塑料进行生物降解实验比较,结果是经过40~45天,采用DEP塑化剂的制备的醋酸纤维素塑料的降解率只达到30%,而本发明提供的醋酸纤维素塑料的降解率则接近100%,说明其具有非常好的生物降解性,对环境友好。
上述实施例中,醋酸纤维素与液体增塑剂分别加入螺杆挤出机的原因在于:由于液体增塑剂本身也是一种有机溶剂,如果以传统的方式将其与醋酸纤维素事先通过高混机高速混和的话,在混合过程中容易造成醋酸纤维素被增塑剂溶化而黏合成为无法进料的坚硬结块,而难以从加料口下料;即使是事先不将液体增塑剂与醋酸纤维素进行高混,而直接同时从加料口加料的话,在加料的初期(约5-10分钟内),二者还可以被螺杆正常输送,但是连续一段时间之后醋酸纤维素就会与液体增塑剂在加料口壁上结块,最终导致堵塞整个加料口而出现原料的溢出,从而无法连续生产。
同时,将液体加料口优选设置在螺杆挤出机的第二段的原因在于,如果液体加料口与主加料口间隔太远的话,醋酸纤维素本身是植物纤维素,塑化特性非常差,在没有塑化剂的作用下长时间单独存在于螺杆机中,在螺杆的剪切作用下会迅速发黄发黑(碳化分解),所以为了达到最好的挤出效果,需要在离主加料口最近的位置加入液体增塑剂,当然也可以将挤出机的第二段设置得很短,然后将液体加料口设置在第三段或其之后也是可以达到效果,只是效果不如设置在第二段理想。
以上结合优选实施例对本发明的进行了描述,但是并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。例如,语境词的语境参数可以是其它形式,语境词在候选窗的外观上可以与其它候选词看起来相同,而实质上不同(因为该语境词包含了语境参数)。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种可生物降解醋酸纤维素塑料,其特征在于,包括如下质量百分比的各组份:
醋酸纤维素 55%~85%
甘油酯类增塑剂 15%~45%;
所述甘油酯类增塑剂是选自一醋酸甘油酯、二醋酸甘油酯、三酸酸甘油酯、磷酸甘油酯、苯甲酸醋酸甘油酯、偏苯三酸三甘油酯或氢化松香甘油酯中的一种或两种以上。
2.根据权利要求1所述的可生物降解醋酸纤维素塑料,其特征在于,所述的醋酸纤维素是取代度在1.8~2.6之间的醋酸纤维素。
3.根据权利要求1或2所述的可生物降解醋酸纤维素塑料,其特征在于,包括如下质量百分比的各组份:
醋酸纤维素 65%~80%
二醋酸甘油酯 20%~35%。
4.根据权利要求1或2所述的可生物降解醋酸纤维素塑料,其特征在于,包括如下质量百分比的各组份:
醋酸纤维素 65%~80%
二醋酸甘油酯 5%~20%
三醋酸甘油酯 5%~15%。
5.一种权利要求1所述的可生物降解醋酸纤维素塑料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
按既定用量称取各原料,即55~85质量份数的醋酸纤维素、15~45质量份数的甘油酯类增塑剂;
将称取的醋酸纤维素从主加料口中加入到螺杆挤出机中,开启挤出机,然后从设置在主加料口之后的液体加注口将甘油酯类增塑剂加入挤出机中,挤出造粒,即得。
6.根据权利要求5所述的可生物降解醋酸纤维素塑料的制备方法,其特征在于,所述螺杆挤出机是双螺杆或单螺杆挤出机,挤出机各段温度自主加料口开始,依次为150-160℃、160-180℃、165-185℃、165-190℃、165-190℃、170-200℃,机头部分温度为170-200℃。
7.根据权利要求5或6所述的可生物降解醋酸纤维素塑料的制备方法,其特征在于,所述液体加注口设置在螺杆挤出机的主加料口之后的第二段螺杆处。
8.根据权利要求7所述的可生物降解醋酸纤维素塑料的制备方法,其特征在于,所述在螺杆挤出机上设置液体加注口的螺杆段是大行程螺纹块。
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