CN102875852A

CN102875852A - 一种生物基塑料及其制备方法

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Publication number: CN102875852A
Application number: CN2012103887357A
Authority: CN
Inventors: 张先炳; 白娟; 汤运章; 任超
Original assignee: Wuhan Huali Environment Protection Science & Technology Co Ltd
Current assignee: Wuhan Huali Environment Protection Science & Technology Co Ltd
Priority date: 2012-10-11
Filing date: 2012-10-11
Publication date: 2013-01-16

Abstract

本发明涉及一种生物基塑料及其制备方法，所述生物基塑料采用两步法按以下组分的原料按重量份数反应混合制备而成：75～95份的天然高分子材料、1～20份的反应型助剂、1～10份的物理增塑剂，1～10份的润滑剂，0.1～5份的抗氧剂。两步法的第一步是制备天然高分子改性材料；第二步是制备天然高分子改性材料与PVC的混合物。得到的生物基塑料为白色或淡黄色固体，熔点在120～180℃，熔体流动速率为5～20g/10min，拉伸强度10～20MPa，断裂伸长率300～1000%,弯曲强度10～25MPa，简支梁缺口冲击强度5～25kJ/m2，成型加工性能良好，可在普通塑料的加工设备上通过挤出、注塑、吹塑、吸塑、热压等方法成型为各种各样的制品。与传统的PVC塑料制品相比，能节约50%～85%的不可再生资源，具有显著的环保意义。

Description

一种生物基塑料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种生物基塑料材料技术领域，具体地说是一种用天然高分子改性材料与聚氯乙烯（PVC）制备成的生物基塑料及其制备方法。

背景技术

PVC主要来源于石油、煤炭和天然气，随着现代工业、商品经济的发展，这些资源消耗速度惊人，资源枯竭的脚步日益临近。同时，在PVC成型为制品过程中，会加入大量增塑剂，其中最重要的就是邻苯类增塑剂，添加量高达20%～30%，它与产品的结合不稳定，容易从产品中释放，进入周围环境。

淀粉、植物纤维、秸秆粉、油菜杆粉等可再生资源，来源丰富且价格低廉，这些材料经过加工改性并与PVC共混后得到的生物基塑料，可以减少部分PVC的用量，减轻对石油、煤炭、天然气等资源的依赖，具有节能减排、低碳环保的重要作用，对构建“两型社会”具有积极的意义。

中国专利申请号为200610024742.3的公开文献公开了一种植物纤维/PVC复合材料及其制造工艺，将PVC放入高速混合机，在加温的过程中分别加入复合稳定剂、氯化聚乙烯、丙烯酸抗冲剂、植物纤维，放料冷混到50℃时加入AC发泡剂，得到的颗粒在经过挤出机挤出造粒，具有原木特有的木质感，应用于建筑装饰和室内外包装材料，但不适用制作日常生活消耗品和农膜等领域。专利公开号CN92100329.3公开了一种可生物分解的百叶窗片组成为及制备方法，用PVC塑胶粉粒与经过表面处理的淀粉、安定剂、碳酸钙混合后，用押粒机挤押成粒状组成物，在经过押出机加热押出、定型、定长后得到百叶窗叶片。这种方法得到的PVC和淀粉的组成物，应用范围较窄，而且将PVC和淀粉的组成物称为可生物分解组成物，也并不科学，应该称之为生物基塑料。同时CN95117894.6、CN98100450.4、CN99102673.X也都存在着将生物基塑料称为生物降解塑料的错误叫法。而且CN99102673.X中使用的增塑剂为有毒有害的邻苯增塑剂。

目前国内外比较成熟的生物基PVC材料就是木塑复合材料，是利用聚氯乙烯与木粉、稻壳、秸秆等木质类的植物纤维混合成新的木质材料，兼有木材和塑料的性能与特征，再经挤压、模压、注射成型等塑料加工工艺，生产出板材或型材，主要用于建材、家具、物流包装等行业。所以目前的木塑复合材料都是硬质材料，主要用途是代替木材。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种替代日用品塑料材料的生物基塑料，它具有生物质成分含量高、价格低、塑料性能好的特点。

本发明的另一技术问题是提供上述生物基PVC塑料的制备方法，该方法简单有效，产率高，适合工业化生产。

本发明的生物基塑料按以下组分的原料按重量份数反应混合制备而成：75～95份的天然高分子材料、1～20份的反应型助剂、1～10份的物理增塑剂，1～10份的润滑剂，0.1～5份的抗氧剂。

其中所述的天然高分子材料为植物淀粉,如小麦淀粉、玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉、红薯淀粉,植物纤维素,如竹粉、秸秆粉、甘蔗渣,中的一种或多种。

所述反应型助剂为脂肪族羧酸，如苹果酸、柠檬酸、琥珀酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、硬脂酸、软脂酸、月桂酸中的一种或多种。

所述物理增塑剂为甘油、乙二醇、山梨醇、木糖醇、麦芽糖醇、二甘醇、聚乙二醇、脂肪酸单甘酯或尿素中的一种或多种。

所述润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、聚丙烯蜡或液体石蜡中的一种或多种。

所述的抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂2246或抗氧剂245中的一种或多种。

上述生物基PVC塑料的制备方法由两步法制成，第一步是制备天然高分子改性材料；第二步是制备天然高分子改性材料与PVC的混合物。

第一步，天然高分子改性材料的制备,包括两个步骤：

1、将75～95份的天然高分子材料、1～20份的反应型助剂、1～10份的物理增塑剂，1～10份的润滑剂，0.1～5份的抗氧剂按配比加入到高速混合机中，在50～150℃搅拌5～30min，混合均匀，降温出料。

2、将上述物料加入到专用的双螺杆挤出机中，在80～200℃反应挤出，得到天然高分子改性材料粒料。

第二步，天然高分子改性材料与PVC的混合物的制备,包括以下两个步骤：

1、将50～85份的第一步制备的天然高分子改性材料粒料、5～50份的PVC，1～10份的相容剂，1～10份的增塑剂，1～5份的热稳定剂按配比加入到专用的高速混合机中，在50～150℃搅拌5～30min，混合均匀，降温出料。

2、将上述物料加入到专用的双螺杆挤出机中，在80～200℃反应挤出，得到天然高分子改性材料与PVC的混合材料。

其中,所述相容剂为钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、乙烯-丙烯酸共聚物（EAA）、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）、EVA-g-MA中的一种或多种。

所述增塑剂为柠檬酸三丁酯、柠檬酸三乙酯、乙酰柠檬酸三丁酯、环氧大豆油、环氧硬脂酸辛酯、聚酯增塑剂中的一种或多种。

所述热稳定剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸钡、二月桂酸二丁基锡、二月桂酸二正辛基锡、钙锌复合稳定剂中的一种或多种。

本发明具有下列有益效果：

1、采用化学改性和物理增塑相结合的方式，在专用的混合和挤出设备中，对天然高分子材料进行改性，使其具有热塑性和耐热性。其中发生的化学反应可用下述通式表示：

代表植物淀粉或植物纤维或两者的混合物。

2、本发明得到的生物基PVC塑料，与传统的PVC塑料制品相比，具有显著的环保意义，既能节约50%～85%的不可再生资源，焚烧时还能够减少二氧化碳排放。

3、本发明得到的生物基PVC塑料，由于使用的是无毒环保增塑剂，所以与传统PVC塑料制品相比，具有无毒环保的优势，可用于生产玩具、鞋底、拖鞋、行李包等各种日用塑料制品。

4、本发明得到的生物基PVC塑料，熔点在120～180℃，熔体流动速率为5～20g/10min，成型加工性能良好。可在普通塑料的加工设备上通过挤出、注塑、吹塑、吸塑、热压等方法成型为各种各样的制品。

5、本发明得到的生物基PVC塑料为白色或淡黄色固体，具有良好的力学性能，其拉伸强度10～20MPa，断裂伸长率300～1000%。弯曲强度10～25MPa，简支梁缺口冲击强度5～25kJ/m2。材料的使用性能良好。

6、本发明关于生物基PVC塑料制备方法，通过两步完成，生产产率高，方法简单有效，适合工业化生产。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步描述：

实施例1

第一步，天然高分子改性材料的制备：

首先将75份的小麦淀粉、10份的亚油酸、10份的木糖醇，3份的聚乙烯蜡，2份的抗氧剂1010加入到专用的高速混合机中，在150℃搅拌20min，混合均匀，降温出料。

然后将上述物料加入到专用的双螺杆挤出机中，在80℃反应挤出，得到天然高分子改性材料粒料。

第二步，天然高分子改性材料与PVC的混合材料的制备：

将50份的第一步制备的天然高分子改性材料粒料、35份的PVC，5份的EAA，5份的环氧大豆油，5份的硬脂酸钙加入到专用的高速混合机中，在150℃搅拌20min，混合均匀，降温出料。

然后，将上述物料加入到专用的双螺杆挤出机中，在80℃反应挤出，得到天然高分子改性材料与PVC的混合材料。该混合材料的熔点是180℃、熔体流动速率为20g/10min、拉伸强度为20MPa、断裂伸长率为1000%、弯曲强度为25MPa、简支梁缺口冲击强度为5kJ/m²。

实施例2-4

实施例2-4的步骤同实施例1，区别在于原料比例、加工条件不同，如下表1所示:

实施例2-4所得天然高分子改性材料与PVC的混合材料的性能，见下表2：

	实施例2	实施例3	实施例4
				熔点(℃)	120	130	150
熔体流动速率(g/10min)	5	18	16
				拉伸强度(MPa)	10	17	19
断裂伸长率(%)	300	800	746
				弯曲强度(MPa)	10	23	19
缺口冲击强度(kJ/m²)	25	8	10

实施例5-7

实施例5-7的步骤同实施例1，区别在于原料比例、加工条件不同，如下表3所示：

实施例5-7所得天然高分子改性材料与PVC的混合材料的性能，见下表4：

	实施例5	实施例6	实施例7
				熔点(℃)	140	153	160
熔体流动速率(g/10min)	15	17	11
				拉伸强度(MPa)	16	14	15
断裂伸长率(%)	675	554	597
				弯曲强度(MPa)	17	20	21
缺口冲击强度(kJ/m²)	13	19	14

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种生物基塑料，其特征在于，按以下组分的原料按重量份数反应混合制备而成：75～95份的天然高分子材料、1～20份的反应型助剂、1～10份的物理增塑剂，1～10份的润滑剂，0.1～5份的抗氧剂。

2.根据权利要求1所述的生物基塑料，其特征在于，所述的天然高分子材料为植物淀粉,如小麦淀粉、玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉、红薯淀粉,植物纤维素,如竹粉、秸秆粉、甘蔗渣,中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的生物基塑料，其特征在于，所述反应型助剂为脂肪族羧酸，如苹果酸、柠檬酸、琥珀酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、硬脂酸、软脂酸、月桂酸中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的生物基塑料，其特征在于，所述物理增塑剂为甘油、乙二醇、山梨醇、木糖醇、麦芽糖醇、二甘醇、聚乙二醇、脂肪酸单甘酯或尿素中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的生物基塑料，其特征在于，所述润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、聚丙烯蜡或液体石蜡中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的生物基塑料，其特征在于，所述的抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂2246或抗氧剂245中的一种或多种。

7.一种生物基塑料的制备方法，其特征在于，由两步法制成，第一步是制备天然高分子改性材料；第二步是制备天然高分子改性材料与PVC的混合物；

所述制备天然高分子改性材料，包括两个具体步骤：

a、将75～95份的天然高分子材料、1～20份的反应型助剂、1～10份的物理增塑剂，1～10份的润滑剂，0.1～5份的抗氧剂按配比加入到高速混合机中，在50～150℃搅拌5～30min，混合均匀，降温出料；

b、将上述物料加入到专用的双螺杆挤出机中，在80～200℃反应挤出，得到天然高分子改性材料粒料；

所述制备天然高分子改性材料与PVC的混合物，包括以下两个具体步骤：

c、将50～85份的第一步制备的天然高分子改性材料粒料、5～50份的PVC，1～10份的相容剂，1～10份的增塑剂，1～5份的热稳定剂按配比加入到专用的高速混合机中，在50～150℃搅拌5～30min，混合均匀，降温出料；

d、将上述物料加入到专用的双螺杆挤出机中，在80～200℃反应挤出，得到天然高分子改性材料与PVC的混合材料。

8.根据权利要求7所述的生物基塑料的制备方法，其特征在于，所述相容剂为钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、乙烯-丙烯酸共聚物（EAA）、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）、EVA-g-MA中的一种或多种。

9.根据权利要求7所述的生物基塑料的制备方法，其特征在于，所述增塑剂为柠檬酸三丁酯、柠檬酸三乙酯、乙酰柠檬酸三丁酯、环氧大豆油、环氧硬脂酸辛酯、聚酯增塑剂中的一种或多种。

10.根据权利要求7所述的生物基塑料的制备方法，其特征在于，所述热稳定剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸钡、二月桂酸二丁基锡、二月桂酸二正辛基锡、钙锌复合稳定剂中的一种或多种。