CN104231331A - 一种可降解装修装饰材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种可降解装修装饰材料及其制备方法，本发明涉及生物降解技术领域。本材料的原料及其重量份数比为：植物源粉料20-50、聚丙烯10-30、碳酸钙15-30、增塑剂1-8、增容剂2-5、偶联剂1-5、催化剂0.2-3、活化剂0.5-5、热稳定剂0.1-3、降解剂0.3-5、氧化剂0.01-5，在160—275℃范围内，将不同配方原料按配比融合，形成改性后的粉状或粉粒状聚合物，直接进入压延机或挤塑机，形成片材、板材或型材。本材料通过调整配料，可控降解时间长短，通过有为回收或自然降解，减少对生态环境的影响。
Description
技术领域
本发明涉及生物降解技术领域，特别涉及一种可降解装修装饰材料及其制备方法。
背景技术
随着石油化工产业的高速发展，用于建筑业和日常生活的各种新型材料种类日益增多，特别是一些临时建筑物或一次性使用耗材需求量增大，这些材料被使用过后废弃形成大量生产生活垃圾，造成环境污染和能源浪费，因此其降解处理成为热点研究课题。1990年前后，出现了淀粉填充于通用塑料的生物降解塑料，同时，在光降解塑料的基础上，开发同时填充淀粉的兼具光降解和生物降解功能的新型材料。这种新型可降解材料的主要技术问题有以下几个：材料的降解率、降解时间的可控性、材料的性能及制备工艺和成本。
公开号为CN103012950A的发明专利，公开了一种可生物降解的塑料，含有淀粉、聚丙烯和碳酸钙，其中淀粉含量较低，生物降解程度不高，且降解时间不可控。
授权公告号CN 1164661C的发明专利，公开了一种淀粉基生物全降解材料淀粉含量高，降解率好，但是材质轻薄、软、脆，只能应用于一次性餐具、包装减震领域，而且降解可控性较差，应用短时间即可能变质。
授权公告号CN 102634073B的发明专利，公开了淀粉/聚丙烯可降解材料，其生物降解率较高，但是降解时间仍然不能很好控制，且淀粉需要进行改性，制备工艺较复杂，材料的应用范围也比较窄，仅限于一次性饭盒、塑料膜、包装材料等轻薄的一次性耗材，不能适用于一些使用时间比较长，需要将降解时间延后的材料。
发明内容
本发明提供的是一种可降解装修装饰材料及其制备方法，本发明提供的材料降解率高，通过有为回收或自然降解，减少对生态环境的影响，通过调整配料，可控降解时间长短。且应用范围广泛、性能好，制备工艺简单易行。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种可降解装修装饰材料 ，其原料包括：植物源粉料、聚丙烯、碳酸钙、增塑剂、增容剂、偶联剂、催化剂、活化剂、热稳定剂、降解剂、氧化剂，各原料的重量份数比为：
植物源粉料： 20-50
聚丙烯： 10-30
碳酸钙： 15-30
增塑剂： 1-8
增容剂： 2-5
偶联剂： 1-5
催化剂： 0.2-3
活化剂： 0.5-5
热稳定剂： 0.1-3
降解剂： 0.3-5
氧化剂： 0.01-5；
所述植物源粉料为淀粉、木粉、植物纤维粉中的一种或几种组合。
进一步优化各原料的重量份数比为：
植物源粉料： 35
聚丙烯： 20
碳酸钙： 25
增塑剂： 4
增容剂： 3
偶联剂： 3
催化剂： 1
活化剂： 3
热稳定剂： 1.5
降解剂： 3
氧化剂： 2；
进一步的，所述淀粉为天然植物淀粉；所述植物纤维粉为秸秆粉；
所述增塑剂为甘油、 山梨醇 、乙二醇 、环氧大豆油、 柠檬酸三乙酯 、乙酰基柠檬酸三正丁酯中一种或几种的混合物；
所述增容剂为钛酸酯、铝酸酯、马来酸酐其中一种或几种的混合物；
所述偶联剂为：硅烷偶联剂、 钛酸酯偶联剂、 铝酸酯偶联剂、 双金属偶联剂、 磷酸酯偶联剂、 硼酸酯偶联剂、 铬络合物、 锆偶联剂、 稀土偶联剂中一种或几种的混合物；
所述催化剂为氧化锌、 乳酸锌、 硬脂酸锌、 氯化亚锡、 辛酸亚锡、 四丁基锡、 三氧化二铝、 丁氧基钛、 钛酸丁酯、 钛酸异丙酯、 四异丙氧基钛、 氧化锑、 氧化铁中一种或几种的混合物；
所述活化剂为磷酸乙二胺、磷酸丙二胺、二甲苯、氟硅酸钠、硫酸铵、氯化铵、硫酸亚铁、氢氧化铵中的一种或几种的混合物；
所述热稳定剂为聚乙烯蜡、硬脂酸锌、硬脂酸钙其中一种；
所述降解剂为聚酯、生物纤维素、多糖类、聚氨基酸其中一种；
所述氧化剂为铁、钾、钙、锰、过氧化氢、氯化氢其中一种。
作为另一方面的优化，所述材料的原料还包括：填充料，其重量份数为： 5-15；所述填充料为滑石粉、重晶石粉、云母粉中的其一种。
进一步的，所述材料的原料还包括：光敏剂，其重量份数为：0.1-3；所述光敏剂为苯甲酮、安息香二甲醚、核黄素、卤化银、氧化锌、甲基环戊二烯三羰基锰其中一种。
进一步的，所述材料的原料还包括：着色剂，其重量份数为：0.1-30；所述着色剂为苋菜红、胭脂红、赤藓红、新红、苏丹红、柠檬黄、日落黄、铁黄、靛蓝、亮蓝、铁蓝、钛白粉、氧化锌、锌钡白、炭黑、珠光颜料、银粉、大红粉、红土、孔雀绿其中一种或几种的混合物。
制备所述可降解装修装饰材料的方法，具体制备步骤如下：
A、按所述原料的重量份数比称取各组分；
B、将所述原料各组分在160-275℃温度条件下混合融合，搅拌20-30分钟，冷却成混合基料；
C、将所述混合基料置于造粒设备中进行造粒，得到粉状或粉粒状聚合物；
D、将所述粉状或粉粒状聚合物直接进入压延机或挤塑机，形成片材、板材或型材。
本发明的有益效果为：
1、通过调整配料，可控降解时间长短，通过有为回收或自然降解，减少对生态环境的影响。
2、可以应用国产或进口通用设备，印刷各种图案、文字，板材、型材亦适于雕刻，制作各种造型，应用范围广泛；
3、适用于表面彩印、喷涂、彩绘、书画，以及展现各种造型艺术，且色彩鲜艳持久，不易褪色；
4、防水性能好，表面光泽度高，无需覆膜处理；
5、通过加入着色剂，可以配置任意颜色，亦可形成单色和多色不同材料，有利于花色品种的选择；
6、制备工艺简单易行，降低制作成本。
具体实施方式
下面结合具体实施例对发明作进一步说明。
实施例1
一种可降解装修装饰材料 ，所述材料的原料包括：植物源粉料、聚丙烯、碳酸钙、增塑剂、增容剂、偶联剂、催化剂、活化剂、热稳定剂、降解剂，各原料的重量份数比为：
植物源粉料： 20-50
聚丙烯： 10-30
碳酸钙： 15-30
增塑剂： 1-8
增容剂： 2-5
偶联剂： 1-5
催化剂： 0.2-3
活化剂： 0.5-5
热稳定剂： 0.1-3
降解剂： 0.3-5
氧化剂： 0.01-5；
其中植物源粉料为淀粉、木粉、植物纤维粉中的一种或几种的组合；
其中淀粉为天然植物淀粉，可以选择薯类淀粉、工业玉米淀粉、工业小麦粉，其他植物淀粉；植物纤维粉为秸秆粉，可以选择玉米秸秆粉、小麦秸秆粉、大麻杆芯粉等；木粉可以为杨木粉、榉木粉、松木粉等；
其中聚丙烯为粉料；
其中碳酸钙为轻质碳酸钙粉或重质碳酸钙粉；
其中增塑剂为甘油、 山梨醇 、乙二醇 、环氧大豆油、 柠檬酸三乙酯 、乙酰基柠檬酸三正丁酯中一种或几种的混合物；
增容剂为钛酸酯、铝酸酯、马来酸酐其中一种或几种的混合物；
偶联剂为硅烷偶联剂、 钛酸酯偶联剂、 铝酸酯偶联剂、 双金属偶联剂、 磷酸酯偶联剂、 硼酸酯偶联剂、 铬络合物、 锆偶联剂、 稀土偶联剂中一种或几种的混合物；
催化剂为氧化锌、 乳酸锌、 硬脂酸锌、 氯化亚锡、 辛酸亚锡、 四丁基锡、 三氧化二铝、 丁氧基钛、 钛酸丁酯、 钛酸异丙酯、 四异丙氧基钛、 氧化锑、 氧化铁中一种或几种的混合物；
活化剂为磷酸乙二胺、磷酸丙二胺、二甲苯、氟硅酸钠、硫酸铵、氯化铵、硫酸亚铁、氢氧化铵中的一种或几种的混合物；
热稳定剂为聚乙烯蜡、硬脂酸锌、硬脂酸钙其中一种；
降解剂为聚酯、生物纤维素、多糖类、聚氨基酸其中一种；
氧化剂为铁、钾、钙、锰、过氧化氢、氯化氢其中一种。
以上所述的各种原料可从生产厂家和化工商店采购，其规格和质量符合国家或行业标准要求。
实施例 2
本实施例是在实施例1基础上的进一步的优选。
一种可降解装修装饰材料 ，各原料的重量份数比为：
植物源粉料： 35
聚丙烯： 20
碳酸钙： 25
增塑剂： 4
增容剂： 3
偶联剂： 3
催化剂： 1
活化剂： 3
热稳定剂： 1.5
降解剂： 3
氧化剂： 2；
其中植物源粉料为甘薯淀粉；聚丙烯为粉料；碳酸钙为轻质碳酸钙粉；增塑剂为乙酰基柠檬酸三正丁酯；增容剂为钛酸酯；偶联剂为硅烷偶联剂；催化剂为氧化锌；活化剂为磷酸乙二胺；热稳定剂为聚乙烯蜡；降解剂为聚酯；氧化剂为锰。
在本实施例中选用了淀粉为植物源粉料，同时选用了轻质碳酸钙，其制作的材料光滑，颗粒细腻，适合制作相纸类的高端材料。
实施例3
本实施例是在实施例1基础上的进一步的优选。
一种可降解装修装饰材料 ，各原料的重量份数比为：
植物源粉料： 45
聚丙烯： 15
碳酸钙： 16
增塑剂： 7
增容剂： 4
偶联剂： 2
催化剂： 0.8
活化剂： 0.6
热稳定剂： 0.2
降解剂： 0.5
氧化剂： 0.03；
其中植物源粉料为玉米秸秆粉、小麦秸秆粉、大麻杆芯粉混合物（1：1：1）；聚丙烯为粉料；碳酸钙为轻质碳酸钙粉；增塑剂为甘油、山梨醇混合物（2：1）；增容剂为钛酸酯、马来酸酯混合物（1：1）；偶联剂为硅烷偶联剂、稀土偶联剂混合物（4：1）；催化剂为氧化锌、乳酸锌、硬质酸辛混合物（3：1：1）；活化剂为磷酸乙二胺、磷酸丙二胺混合物（1：1）；热稳定剂为硬质酸锌；降解剂为生物纤维素；氧化剂为铁锰混合物（2:1）。
在本实施例中选用的秸秆粉作为植物源粉料，材质较粗糙，但来源广泛、价格低廉，适合制作墙纸等建筑装饰材料。且在本实施例中植物源粉料所占的比例比较高，聚丙烯所占的比例相对较低，为了控制降解速度，将降解剂的添加比例适当降低，这样应用于建筑材料中可以控制降解时间在一定范围，不会在使用期限内降解。
实施例4
本实施例是在实施例1基础上的进一步的优选。
一种可降解装修装饰材料 ，各原料的重量份数比为：
植物源粉料： 25
聚丙烯： 25
碳酸钙： 28
增塑剂： 1.5
增容剂： 2
偶联剂： 4
催化剂： 2.5
活化剂： 1
热稳定剂： 2.5
降解剂： 4
填充料： 12
光敏剂： 2
氧化剂： 0.5
其中植物源粉料为工业玉米淀粉与松木粉的混合物（1:3）；聚丙烯为粉料；碳酸钙为重质碳酸钙粉；增塑剂为柠檬酸三乙酯；增容剂为铝酸酯；偶联剂为硅烷偶联剂；催化剂为三氧化二铝；活化剂为硫酸铵；热稳定剂为硬质酸锌；降解剂为聚氨基酸；填充料为滑石粉；光敏剂为核黄素；氧化剂为氯化氢。
降解控制原理：PP分子中存在叔碳原子，在光和热的作用下极易断裂降解。加入天然淀粉、碳酸钙、及填充物形成的聚合物，在自然界通过光、水、生物细菌作用，就可实现霉变、脆化、断裂的自然降解；加入一定的氧化剂，就可以实现氧化降解；形成生物、水、光、氧化四位一体的综合降解效果。通过控制活化剂、稳定剂、降解剂、光敏剂、氧化剂添加比例，控制聚合物流体速度，使降解效果控制在最短90天内开始降解。在室内阴凉干燥场所，通过控制降解剂、氧化剂，也能有效控制在最短180天内开始降解。通过降解控制，能有效满足各种时间要求的装修装饰工程需要。如果建筑材料需要的使用时间比较长可以再调整各成分比例，控制在几年或更长时间以后降解。降解率可以达到80%以上。
实施例 5
本实施例是在实施例1基础上的进一步的优选。
一种可降解装修装饰材料 ，各原料的重量份数比为：
植物源粉料： 35
聚丙烯： 25
碳酸钙： 28
增塑剂： 1.5
增容剂： 2
偶联剂： 4
催化剂： 2.5
活化剂： 1
热稳定剂： 2.5
降解剂： 4
填充料： 7
光敏剂： 0.2
氧化剂： 4
着色剂： 0.5
其中植物源粉料为玉米秸秆粉；聚丙烯为粉料；碳酸钙为重质碳酸钙粉；增塑剂为环氧大豆油；增容剂为铝酸酯；偶联剂为硅烷偶联剂、双金属偶联剂、钛酸酯偶联剂的混合物（4:1:1）；催化剂为三氧化二铝；活化剂为氟硅酸钠；热稳定剂为硬脂酸钙；降解剂为多糖；填充料为云母粉；光敏剂为卤化银；氧化剂为钙；着色剂为胭脂红。
实施例 6
本实施例是在实施例1基础上的进一步的优选。
一种可降解装修装饰材料 ，各原料的重量份数比为：
植物源粉料： 35
聚丙烯： 25
碳酸钙： 28
增塑剂： 1.5
增容剂： 2
偶联剂： 4
催化剂： 2.5
活化剂： 1
热稳定剂： 2.5
降解剂： 4
填充料： 7
光敏剂： 0.2
氧化剂： 4
着色剂： 3
其中植物源粉料玉米秸秆粉；聚丙烯为粉料；碳酸钙为重质碳酸钙粉；增塑剂为环氧大豆油；增容剂为铝酸酯；偶联剂为硅烷偶联剂、双金属偶联剂、钛酸酯偶联剂的混合物（4:1:1）；催化剂为三氧化二铝；活化剂为氟硅酸钠；热稳定剂为硬脂酸钙；降解剂为多糖；填充料为重晶石粉；光敏剂为卤化银；氧化剂为锰；着色剂为柠檬黄、亮蓝和银粉的混合物（2:1:1）。
实施例 7
一种可降解装修装饰材料的制备方法：具体制备步骤如下：
A、按实施例1原料的重量份数比称取各组分；
B、将所述原料各组分在160-275℃温度条件下混合融合，搅拌20-30分钟，冷却成混合基料；
C、将所述混合基料置于造粒设备中进行造粒，得到粉状或粉粒状聚合物；
D、将所述粉粒状聚合物直接进入压延机或挤塑机，形成片材、板材或型材。
本实施例步骤B中各原料粉碎至40—1200目。
本实施例步骤C使用的造粒设备是型号为TE-65的平行双螺杆造粒机组（规格：螺杆长径比为44:1，转速为30-500rpm）；所述平行双螺杆造粒机组的双螺杆各区段温度为120-170℃。
采用本发明的制备方法所得到的可降解淀粉基塑料母粒的参数如下：
（1）水分含量：﹤1%；
（2）熔融指数：1-3g/10min；
（3）比重：1-1.2g/cm3；
(4）熔点可达180℃。
实施例 8
在实施例7的基础上进行进一步优化，可降解装修装饰材料的制备方法：具体制备步骤如下：
A、按实施例2原料的重量份数比称取各组分；
B、将所述原料各组分在250℃温度条件下混合融合，搅拌25分钟，冷却成混合基料；
C、将所述混合基料置于造粒设备中进行造粒，得到粉状或粉粒状聚合物；
D、将所述粉粒状聚合物直接进入压延机，形成片材。
片材厚度：0.05-10mm。
实施例9
在实施例7的基础上进行进一步优化，可降解装饰材料的制备方法：具体制备步骤如下：
A、按实施例3原料的重量份数比称取各组分；
B、将所述原料各组分在200℃温度条件下混合融合，搅拌25分钟，冷却成混合基料；
C、将所述混合基料置于造粒设备中进行造粒，得到粉状或粉粒状聚合物；
D、将所述粉粒状聚合物直接进入压延机，形成板材。
板材厚度：10-150mm。
实施例 10
在实施例7的基础上进行进一步优化，可降解装修装饰材料的制备方法：具体制备步骤如下：
A、按实施例4原料的重量份数比称取各组分；
B、将所述原料各组分在200℃温度条件下混合融合，搅拌25分钟，冷却成混合基料；
C、将所述混合基料置于造粒设备中进行造粒，得到粉状或粉粒状聚合物；
D、将所述粉粒状聚合物直接进入挤塑机，形成圆形、方形、柱形及异形体等各种型材。
Claims (7)
1.一种可降解装修装饰材料，其特征在于：所述材料的原料包括：植物源粉料、聚丙烯、碳酸钙、增塑剂、增容剂、偶联剂、催化剂、活化剂、热稳定剂、降解剂、氧化剂，各原料的重量份数比为：
植物源粉料： 20-50
聚丙烯： 10-30
碳酸钙： 15-30
增塑剂： 1-8
增容剂： 2-5
偶联剂： 1-5
催化剂： 0.2-3
活化剂： 0.5-5
热稳定剂： 0.1-3
降解剂： 0.3-5
氧化剂： 0.01-5；
所述植物源粉料为淀粉、木粉、植物纤维粉中的一种或几种的组合。
2.根据权利要求1所述的可降解装修装饰材料，其特征在于：各原料的重量份数比为：
植物源粉料： 35
聚丙烯： 20
碳酸钙： 25
增塑剂： 4
增容剂： 3
偶联剂： 3
催化剂： 1
活化剂： 3
热稳定剂： 1.5
降解剂： 3
氧化剂： 2。
3.根据权利要求1或2所述的可降解装修装饰材料 ，其特征在于：
所述淀粉为天然植物淀粉；所述植物纤维粉为秸秆粉；
所述增塑剂为甘油、 山梨醇 、乙二醇 、环氧大豆油、 柠檬酸三乙酯 、乙酰基柠檬酸三正丁酯中一种或几种的混合物；
所述增容剂为钛酸酯、铝酸酯、马来酸酐其中一种或几种的混合；
所述偶联剂为：硅烷偶联剂、 钛酸酯偶联剂、 铝酸酯偶联剂、 双金属偶联剂、 磷酸酯偶联剂、 硼酸酯偶联剂、 铬络合物、 锆偶联剂、 稀土偶联剂中一种或几种的混合物；
所述催化剂为氧化锌、 乳酸锌、 硬脂酸锌、 氯化亚锡、 辛酸亚锡、 四丁基锡、 三氧化二铝、 丁氧基钛、 钛酸丁酯、 钛酸异丙酯、 四异丙氧基钛、 氧化锑、 氧化铁中一种或几种的混合物；
所述活化剂为磷酸乙二胺、磷酸丙二胺、二甲苯、氟硅酸钠、硫酸铵、氯化铵、硫酸亚铁、氢氧化铵中的一种或几种的混合物；
所述热稳定剂为聚乙烯蜡、硬脂酸锌、硬脂酸钙其中一种；
所述降解剂为聚酯、生物纤维素、多糖类、聚氨基酸其中一种；
所述氧化剂为铁、钾、钙、锰、过氧化氢、氯化氢其中一种。
4.根据权利要求1或2所述的可降解装修装饰材料 ，其特征在于：所述材料的原料还包括：填充料，
其重量份数为： 5-15；
所述填充料为滑石粉、重晶石粉、云母粉其中一种。
5.根据权利要求1或2所述的可降解装修装饰材料 ，其特征在于：所述材料的原料还包括：光敏剂，
其重量份数为： 0.1-3；
所述光敏剂为苯甲酮、安息香二甲醚、核黄素、卤化银、氧化锌、甲基环戊二烯三羰基锰其中一种。
6.根据权利要求1或2所述的可降解装修装饰材料 ，其特征在于：所述材料的原料还包括：着色剂，
其重量份数为： 0.1-30；
所述着色剂为苋菜红、胭脂红、赤藓红、新红、苏丹红、柠檬黄、日落黄、铁黄、靛蓝、亮蓝、铁蓝、钛白粉、氧化锌、锌钡白、炭黑、珠光颜料、银粉、大红粉、红土、孔雀绿其中一种或几种的混合物。
7.一种如权利要求1~6所述的可降解装修装饰材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：
A、按权利要求1~6所述原料的重量份数比称取各组分；
B、将所述原料各组分在160-275℃温度条件下混合融合，搅拌20-30分钟，冷却成混合基料；
C、将所述混合基料置于造粒设备中进行造粒，得到粉状或粉粒状聚合物；
D、将所述粉状或粉粒状聚合物直接进入压延机或挤塑机，形成片材、板材或型材。
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