CN104552860B - 生产纤维填充淀粉基全生物降解材料的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了生产纤维填充淀粉基全生物降解材料的装置及方法，在现有的生产设备基础上，将双螺杆挤出机、熔融炉及高速混合机进行串联重组，获得完整的生产流水线，使得操作更加简单，生产过程更加稳定，生产效率显著提高，且适合于本发明的生产方法。并通过以下步骤生产全生物降解材料：(a)制备方案设计；(b)制备准备；(c)配方分析；(d)竹纤维素接枝改性；(e)熔融；(f)高速互混；(g)挤出。生产得到的全生物降解材料具有全生物降解性，环保物毒性和良好的加工性能，不需要添加辅助材料即可直接将成各种半成品及成品。同时，使竹纤维素融入降解材料中，增强了全生物降解材料的强度。

Description

生产纤维填充淀粉基全生物降解材料的装置及方法

技术领域

本发明涉及生产纤维填充淀粉基全生物降解材料的装置及方法。

背景技术

随着人们生活节奏的加快和生活水平的提高，一次性塑料包装袋、包装膜用量越来越大。大量一次性塑料包装膜、包装袋的使用，给环境造成巨大的污染。一方面，铁路沿线、旅游景点到处散落一次性购物袋、包装膜，给人们以视觉污染，影响景区生态环境；另一方面，由于塑料在自然环境中很难自行降解，从而给环境产生更深层次的“白色污染”。因此，如何解决废弃包装膜和地膜的环境污染问题，是摆在各界政府及科技工作者面前一项急需解决的难题。

寻求塑料的代替物势在必行。20世纪七、八十年代，人们首先想到的就是可降解的天然高分子生物质材料。日本丰田公司研发用白薯淀粉塑料制成了汽车配件，日本《时代周刊》2002年5月13日刊登了白薯拯救地球的文章，富士通公司用玉米淀粉塑料制成的电脑机壳和其它配件已经商业应用。目前，国内外已有多种商品出售，如加拿大St.Lawrance公司、美国Ampacer公司、意大利Ferruxzi公司等；国内华中农业大学、北京工商大学、长春应用化学研究所、天津大学、四川大学等单位也先后研制开发出淀粉基降解塑料，淀粉塑料的研究得到不断的深入和发展。从添加淀粉到纸塑替代，从乳酸聚合到热塑性玉米淀粉材料，可以说技术上有了很大的进展，但产品的性价比还不能与普通塑料相比较，只能用于高附加值领域。通过现有的技术中，由于淀粉的填充量及淀粉的溶出问题，使得材料无法完全降解。

发明内容

本发明提供了生产纤维填充淀粉基全生物降解材料的装置及方法，在现有的生产设备基础上，进行串联重组，获得完整的生产流水线，使得操作更加简单，生产过程更加稳定，生产效率显著提高，且适合于本发明的生产方法。通过本发明获得的产品可全生物降解，环保无毒性。

为了解决上述技术问题，采用如下技术方案：

生产纤维填充淀粉基全生物降解材料的装置，包括双螺杆挤出机、熔融炉及高速混合机，双螺杆挤出机连接熔融炉，熔融炉连接高速混合机，高速混合机连接双螺杆挤出机，其特征在于：双螺杆挤出机的上端设有第一进料口，双螺杆挤出机的左侧设有第一电机，第一电机上连接有第一电机输出轴，第一电机输出轴上设有主动齿轮，主动齿轮的上端及下端均连接有从动齿轮，主动齿轮与从动齿轮相匹配；主动齿轮与从动齿轮上均连接有螺杆，螺杆相互配合，螺杆位于双螺杆挤出机内，双螺杆挤出机的右侧设有冷却装置，冷却装置上连接有泥咀，泥咀上连接有出料管及第一送料管，第一送料管的另一端连接熔融炉，熔融炉的上端连接有第二进料口，熔融炉的下端连接有第二送料管，第二送料管的另一端连接高速混合机；高速混合机的右侧设有第二电机，第二电机上连接有第二电机输出轴，第二电机输出轴上设有搅拌桨，搅拌桨位于高速混合机内；高速混合机的下端连接有第三送料管，第三送料管的另一端连接双螺杆挤出机，第三送料管上设有增压泵。一方面双螺杆挤出机用于竹纤维素改性，在螺旋挤出的作用下化学接枝，实现竹纤维素改性，结构简单，改性效果良好；另一方面借助双螺杆挤出机直接注塑得到产品，故其功能多样。主动齿轮与从动齿轮相互配合工作，实现第一电机同时带动两个螺杆旋转，结构合理，设计巧妙，控制方便，且减少了电机数量，节约了生产成本。冷却装置起冷却作用，冷却效果良好，降温明显。熔融炉将物料融化，实现熔融挤出方法制降解材料，操作方便，熔融效果好。高速混合机将物料充分混合，同时对淀粉实现高混改性，改性后，各组分能够很好的相容，操作方便，混合效果好。

进一步，双螺杆挤出机、熔融炉及高速混合机上均设有法兰。提高双螺杆挤出机、熔融炉及高速混合机的密封性。

进一步，螺杆上设有限位凸起，从动齿轮内设有限位槽，限位凸起与限位槽相匹配。一方面起连接作用，另一方面起传动作用，使从动齿轮运转带动螺杆运转。

进一步，熔融炉内的左端及右端均设有远红外加热管。通电后的远红外加热管发热，并在熔融炉内形成高温环境，加热快，保温时间长。

进一步，出料管上设有第一控制阀。第一控制阀控制出料管。

进一步，第一送料管上设有第二控制阀。第二控制阀控制第一送料管。

进一步，第三送料管上设有单向阀。防止双螺杆挤出机内的物料回流到第三送料管内。

借助上述装置生产纤维填充淀粉基全生物降解材料的方法，其特征在于包括如下制备步骤：

(a)制备方案设计：

召开讨论会，通过相互讨论，并结合实际条件及现有资料，制定完整的制备方案；

(b)制备准备：

①化学药剂准备：

根据制备方案准备制备所需的化学药剂，包括：玉米淀粉、竹纤维素、聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、增塑剂、偶联剂、抗氧剂、氯乙酰及硝酸铈氨溶液；

②仪器准备：

根据制备方案准备制备所需的仪器，包括：高速混合机、双螺杆挤出机、熔融炉、增压泵、单向阀及控制阀；

(c)配方分析：

根据制备方案，采取对照试验法对多组优选配方进行试验，从而获得优选配方，优选配方为：玉米淀粉50％-70％，竹纤维素20％-35％，聚乳酸5％-20％，聚丁二酸丁二醇酯5％-10％，增塑剂1％-2％，偶联剂0.2％-0.6％，抗氧剂0.05％-0.15％，硝酸铈氨溶液0.05％-0.1％、氯乙酰0.1％-0.3％；

(d)竹纤维素接枝改性：

首先通过第一进料口向双螺杆挤出机内投入竹纤维素、氯乙酰、硝酸铈氨溶液、1/2增塑剂及1/2偶联剂，开启第一电机，螺杆开始转动，控制螺杆的转速为500-620rpm，接枝改性时间为10-15min，最终获得混合物；

(e)熔融：

将混合物输送至熔融炉内，再通过第二进料口将淀粉、聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、1/2增塑剂、1/2偶联剂及抗氧剂加入到熔融炉内，控制熔融炉内的温度在100-150℃，熔融20-25min至熔融完全，获得第一熔融混合物；

(f)高速互混：

将第一熔融混合物输送至高速混合机内，开启第二电机，控制搅拌桨的转速为1200-1300rpm，高速混合1-2h后，获得第二熔融混合物；

(g)挤出：

将第二熔融混合物输送至双螺杆挤出机内，上调螺杆的转速至700-750rpm，将第二熔融混合物完全挤出，挤出的第二熔融混合物在冷却装置内冷却后重新成为固态，最终通过出料管获得产品。

由于采用上述技术方案，具有以下有益效果：

本发明为生产纤维填充淀粉基全生物降解材料的装置及方法，在现有的生产设备基础上，进行串联重组，获得完整的生产流水线，使得操作更加简单，生产过程更加稳定，生产效率显著提高，且适合于本发明的生产方法。通过本发明获得的产品可全生物降解，环保无毒性。

一方面双螺杆挤出机用于竹纤维素改性，在螺旋挤出的作用下化学接枝，实现竹纤维素改性，结构简单，改性效果良好；另一方面借助双螺杆挤出机直接注塑得到产品，故其功能多样。主动齿轮与从动齿轮相互配合工作，实现第一电机同时带动两个螺杆旋转，结构合理，设计巧妙，控制方便，且减少了电机数量，节约了生产成本。冷却装置起冷却作用，冷却效果良好，降温明显。熔融炉将物料融化，实现熔融挤出方法制降解材料，操作方便，熔融效果好。高速混合机将物料充分混合，同时对淀粉实现高混改性，改性后，各组分能够很好的相容，操作方便，混合效果好。

本发明通过共混共聚反应和挤出合成全生物降解材料，具有以下方面的有益效果：1、产品具有全生物降解性，环保物毒性和良好的加工性能，不需要添加辅助材料即可直接将成各种半成品及成品。2、对竹纤维素进行加热高混和羟基化处理，使得竹纤维素能够很好融入降解材料中，增强了产品的强度，扩大了应用领域。同时提高了淀粉的填充量，解决了淀粉的溶出问题，使得产品优越，质量稳定；3、在高速混合机内采用高混法预改性技术，避免了现有工艺需要独立的对淀粉的亲水性进行处理，简化了材料生产工艺，使产品生产过程均一稳定；4、解决了在较高温度和含水量较多情况下，聚乳酸易分解而失去物理性能，增塑剂易结块，造成混合不均匀的问题；5、熔融的生产方法增加了原料的相容性；6、采用聚乳酸及聚丁二酸丁二醇酯助剂，使得淀粉添加量显著上升，产品可达到普通塑料的性能；7、接枝改性方法增强了竹纤维素的相容性；8、氯乙酰处理竹纤维素进一步提高其相容性。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明生产纤维填充淀粉基全生物降解材料的装置的结构示意图；

图2为本发明中双螺杆挤出机的内部结构示意图；

图3为本发明中高速混合机的内部结构示意图；

图4为本发明中熔融炉的内部结构示意图；

图5为本发明中螺杆的结构示意图；

图6为本发明中主动齿轮与从动齿轮的连接示意图。

具体实施方式

如图1至图6所示，生产纤维填充淀粉基全生物降解材料的装置，包括双螺杆挤出机1、熔融炉11及高速混合机22；双螺杆挤出机1的上端设有第一进料口2，第一进料口2用于导入竹纤维素、氯乙酰、硝酸铈氨溶液、增塑剂及偶联剂。双螺杆挤出机1的左侧设有第一电机3，第一电机3上连接有第一电机输出轴18，第一电机输出轴18上设有主动齿轮19，主动齿轮19的表面均匀设有轮齿。主动齿轮19的上端与下端均连接有从动齿轮20，从动齿轮20的表面同样设有轮齿，故主动齿轮19与从动齿轮20相匹配。当第一电机3启动时，第一电机输出轴18带动主动齿轮19旋转，通过轮齿相互咬合作用，实现从动齿轮20旋转，起到传动作用。主动齿轮19与从动齿轮20上均连接有螺杆21，螺杆21的外表面设有螺旋槽的圆柱。电机启动时，上下两根螺杆21在从动齿轮20的带动下旋转，两个螺杆21相互配合，实现推送物料，且使得各物料分子剧烈运动，增加了物料的相容性。螺杆21上设有限位凸起25，从动齿轮20内设有限位槽(图中未标出)，限位凸起25与限位槽相匹配。一方面起连接作用，另一方面起传动作用，使从动齿轮20运转带动螺杆21运转。双螺杆挤出机1的右侧设有冷却装置5，经螺杆21的推送作用后，物料进入冷却装置5内，受冷却装置5的影响，物料的温度下降。冷却装置5上连接有泥咀6，泥咀6为双螺杆挤出机1的出料口。泥咀6上连接有出料管7及第一送料管10，出料管7上设有第一控制阀8，第一控制阀8控制出料管7。第一送料管10上设有第二控制阀9，第二控制阀9控制第一送料管10。操作第一控制阀8及第二控制阀9，可控制物料的输出方向。一方面双螺杆挤出机1用于竹纤维素改性，在螺旋挤出的作用下化学接枝，实现竹纤维素改性，结构简单，改性效果良好；另一方面借助双螺杆挤出机1直接注塑得到产品，故其功能多样。主动齿轮19与从动齿轮20相互配合工作，实现第一电机3同时带动两个螺杆21旋转，结构合理，设计巧妙，控制方便，且减少了电机数量，节约了生产成本。同时，双螺杆挤出机1上设有法兰4，提高了双螺杆挤出机1的密封性。

第一送料管10的另一端连接熔融炉11，当关闭第一控制阀8，打开第二控制阀9时，物料由双螺杆挤出机1被输送至熔融炉11内。熔融炉11的上端连接有第二进料口12，第二进料口12用于导入淀粉、聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、增塑剂、偶联剂及抗氧剂。熔融炉11内的左端及右端均设有远红外加热管26。通电后的远红外加热管26发热，并在熔融炉11内形成高温环境，加热快，保温时间长。熔融炉11开启后，熔融炉11内的温度迅速升高，熔融炉11内的物料融化，从而实现熔融挤出方法制降解材料，操作方便，熔融效果好。同时，熔融炉11上设有法兰4，提高了熔融炉11的密封性。

熔融炉11的下端连接有第二送料管13，第二送料管13的另一端连接高速混合机22；高速混合机22的右侧设有第二电机14，第二电机14上连接有第二电机输出轴23，第二电机输出轴23上设有搅拌桨24，搅拌桨24位于高速混合机22内；当第二电机14启动后，通过第二电机输出轴23带动搅拌桨24旋转。搅拌桨24搅动物料，物料内各组分的分子剧烈运动，更容易相互混合。高速混合机22的下端连接有第三送料管15，第三送料管15的另一端连接双螺杆挤出机1，第三送料管15上设有增压泵16，第三送料管15上设有单向阀17。高速混合机22将物料充分混合，同时对淀粉实现高混改性，改性后，各组分能够很好的相容，操作方便，混合效果好。在增压泵16的作用下高速混合机22内的物料能够完全导入双螺杆挤出机1内。单向阀17可防止双螺杆挤出机1内的物料回流到第三送料管15内。同时，高速混合机22上设有法兰4，提高了高速混合机22的密封性。

具体工作过程如下：首先将竹纤维素、氯乙酰、硝酸铈氨溶液、增塑剂及偶联剂投入到双螺杆挤出机1内，开启第一电机3，关闭第一控制阀8，开启第二控制阀9，物料经双螺杆挤出机1的挤出作用后进入熔融炉11内。然后将淀粉、聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、剩下的增塑剂、剩下的偶联剂及抗氧剂投入到熔融炉11，开启远红外加热管26，熔融炉11的物料转化为熔融状态。此时，将物料导入至高速混合机22内，开启第二电机14，物料在高速混合机22内互混。互混完成后，开启增压泵16及单向阀17，将物料重新导入至双螺杆挤出机1。物料在双螺杆挤出机1内被挤出从而合成全生物降解材料，此时，开启第一控制阀8，关闭第二控制阀9，全生物降解材料通过出料管7被取出。

采用上述装置生产纤维填充淀粉基全生物降解材料的方法，包括如下步骤：

(a)制备方案设计：

召开讨论会，通过相互讨论，并结合实际条件及现有资料，制定完整的制备方案；

(b)制备准备：

①化学药剂准备：

根据制备方案准备制备所需的化学药剂，具体如下表：

序号	名称	规格
			1	玉米淀粉	一级品
2	竹纤维素	一级品
			3	聚乳酸	工业级
4	聚丁二酸丁二醇酯	工业级
			5	增塑剂	工业级
6	偶联剂	工业级
			7	抗氧剂	工业级
8	硝酸铈氨溶液	工业级
			9	氯乙酰	工业级

②仪器准备：

根据制备方案准备制备所需的仪器，具体如下表:

序号	名称
		1	高速混合机22
2	双螺杆挤出机1
		3	熔融炉11
4	增压泵16
		5	单向阀17
6	控制阀
		7	万能拉伸试验机
8	密度仪
		9	热重分析仪
10	注塑机

(c)配方分析：

根据制备方案，采取对照试验法对多组优选配方进行试验，从而获得优选配方，优选配方为：玉米淀粉50％-70％，竹纤维素20％-35％，聚乳酸5％-20％，聚丁二酸丁二醇酯5％-10％，增塑剂1％-2％，偶联剂0.2％-0.6％，抗氧剂0.05％-0.15％，硝酸铈氨溶液0.05％-0.1％，氯乙酰0.1％-0.3％；

(d)竹纤维素接枝改性：

首先通过第一进料口2向双螺杆挤出机1内投入整份竹纤维素、整份氯乙酰、整份硝酸铈氨溶液、1/2增塑剂及1/2偶联剂，开启第一电机3，螺杆21开始转动，控制螺杆21的转速为500-620rpm，接枝改性时间为10-15min，竹纤维素、氯乙酰、硝酸铈氨溶液、增塑剂及偶联剂相互混合，发生化学接枝，竹纤维素的分子链得到羟基；同时，氯乙酰的乙酰基被引入竹纤维素内，提高了竹纤维素的相容性，最终获得混合物；

(e)熔融：

首先关闭第一控制阀8，打开第二控制阀9，混合物通过泥咀6进入第一送料管10，再由第一送料管10将混合物输送至熔融炉11内；通过第二进料口12将整份淀粉、整份聚乳酸、整份聚丁二酸丁二醇酯、1/2增塑剂、1/2偶联剂及整份抗氧剂加入到熔融炉11内，控制熔融炉11内的温度在100-150℃，熔融20-25min至熔融完全；混合物、淀粉、聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、增塑剂、偶联剂及抗氧剂均由固态装化为液态，获得第一熔融混合物；

(f)高速互混：

通过第二送料管13将第一熔融混合物输送至高速混合机22内，开启第二电机14，带动搅拌桨24高速旋转，控制搅拌桨24的转速为1200-1300rpm，此间第一熔融混合物发生共混共聚反应，高速混合1-2h后，获得第二熔融混合物；

(g)挤出：

首先，打开增压泵16和单向阀17，在增压泵16的作用下第二熔融混合物通过第三送料管15被输送至双螺杆挤出机1内；调节第一电机3，将螺杆21的转速由500-620rpm上调至700-750rpm，在螺杆21的推送作用下第二熔融混合物被完全挤出成型，获得熔融状产品；熔融状产品首先通过冷却装置5，冷却后的熔融状产品转化为固态，最终通过出料管7获得产品。

下面通过实施例对本发明作进一步说明：

实施例1

采用如下表所述的配方：

取35g竹纤维素、0.2g氯乙酰、0.1g硝酸铈氨溶液、1g增塑剂及0.3g偶联剂，开启第一电机3，控制螺杆21的转速为520rpm，接枝改性时间为11min，最终获得混合物；混合物通过泥咀6进入熔融炉11，通过第二进料口12添加50g淀粉、5g聚乳酸、7g聚丁二酸丁二醇酯、1g增塑剂、0.3g偶联剂及0.1g抗氧剂加入到熔融炉11内，控制熔融炉11内的温度在270℃，熔融20min，获得第一熔融混合物；通过第二送料管13将第一熔融混合物输送至高速混合机22内，开启第二电机14，控制搅拌桨24的转速为1200rpm，高速混合1.5h后，获得第二熔融混合物；将第二熔融混合物通过第三送料管15输送至双螺杆挤出机1内；调节第一电机3，将螺杆21的转速上调至700rpm，在螺杆21的推送作用下及冷却装置5的冷却作用下，最终通过出料管7获得产品1。

①依照QB/T 2957-2008(淀粉基塑料中淀粉含量的测定)分析产品1的淀粉含量，分析原理如下：采用热重分析法分别对原料淀粉和产品1进行测定从而获得TG曲线，在淀粉的TG曲线中确定特征温度T₁和该温度所对应的质量m₁，在产品1的TG曲线中确定与淀粉特征温度相对应的温度T₂及相对应的质量m₂，通过m₁与m₂的比值计算产品1中淀粉的含量；产品1的淀粉含量为68.5％；

②将产品1在50℃下普通干燥24h，然后通过注塑机制备成哑铃状样条，注塑机温度分别设定为120℃、130℃、140℃，样品尺寸为90*10*4mm，按照GB/T1040-1992标准测定材料的拉伸强度，断裂伸长率；拉伸速度设定为30mm/min，测量5次，数据如下表：

③取5份产品1，每份为1g，采用密度仪分别测量其密度，取平均，数据如下表:

序号
		1	1.32
2	1.29
		3	1.32
4	1.31
		5	1.34
平均值	1.316

④按照GB/T 20197-20062006(降解塑料的定义、分类、标识和降解性能要求)检测产品1的降解性能，将其在堆肥条件下放置180天，然后测降解率，测得产品1的降解率为91.2％。

故产品1的各项测试结果如下：

实施例2

采用如下表所述的配方：

取20g竹纤维素、0.3g氯乙酰、0.05g硝酸铈氨溶液、0.5g增塑剂及0.25g偶联剂，开启第一电机3，控制螺杆21的转速为520rpm，接枝改性时间为12min，最终获得混合物；混合物通过泥咀6进入熔融炉11，通过第二进料口12添加60g淀粉、10g聚乳酸、8g聚丁二酸丁二醇酯、0.5g增塑剂、0.25g偶联剂及0.15g抗氧剂加入到熔融炉11内，控制熔融炉11内的温度在270℃，熔融20min，获得第一熔融混合物；通过第二送料管13将第一熔融混合物输送至高速混合机22内，开启第二电机14，控制搅拌桨24的转速为1200rpm，高速混合1.5h后，获得第二熔融混合物；将第二熔融混合物通过第三送料管15输送至双螺杆挤出机1内；调节第一电机3，将螺杆21的转速上调至700rpm，在螺杆21的推送作用下及冷却装置5的冷却作用下，最终通过出料管7获得产品2。

①依照QB/T 2957-2008(淀粉基塑料中淀粉含量的测定)分析产品2的淀粉含量，分析原理如下：采用热重分析法分别对原料淀粉和产品2进行测定从而获得TG曲线，在淀粉的TG曲线中确定特征温度T₃和该温度所对应的质量m₃，在产品2的TG曲线中确定与淀粉特征温度相对应的温度T₄及相对应的质量m₄，通过m₃与m₄的比值计算产品2中淀粉的含量；产品2的淀粉含量为72.3％；

②将产品2在50℃下普通干燥24h，然后通过注塑机制备成哑铃状样条，注塑机温度分别设定为120℃、130℃、140℃，样品尺寸为90*10*4mm，按照GB/T1040-1992标准测定材料的拉伸强度，断裂伸长率；拉伸速度设定为30mm/min，测量5次，数据如下表：

③取5份产品2，每份为1g，采用密度仪分别测量其密度，取平均，数据如下表:

序号
		1	1.41
2	1.35
		3	1.40
4	1.42
		5	1.36
平均值	1.388

④按照GB/T 20197-20062006(降解塑料的定义、分类、标识和降解性能要求)检测产品2的降解性能，将其在堆肥条件下放置180天，然后测降解率，测得产品2的降解率为93.2％。

故产品2的各项测试结果如下：

实施例3

采用如下表所述的配方：

取20g竹纤维素、0.3g氯乙酰、0.05g硝酸铈氨溶液、1g增塑剂及0.25g偶联剂，开启第一电机3，控制螺杆21的转速为550rpm，接枝改性时间为12min，最终获得混合物；混合物通过泥咀6进入熔融炉11，通过第二进料口12添加65g淀粉、7g聚乳酸、5g聚丁二酸丁二醇酯、1g增塑剂、0.25g偶联剂及0.15g抗氧剂加入到熔融炉11内，控制熔融炉11内的温度在270℃，熔融20min，获得第一熔融混合物；通过第二送料管13将第一熔融混合物输送至高速混合机22内，开启第二电机14，控制搅拌桨24的转速为1300rpm，高速混合2h后，获得第二熔融混合物；将第二熔融混合物通过第三送料管15输送至双螺杆挤出机1内；调节第一电机3，将螺杆21的转速上调至750rpm，在螺杆21的推送作用下及冷却装置5的冷却作用下，最终通过出料管7获得产品3。

①依照QB/T 2957-2008(淀粉基塑料中淀粉含量的测定)分析产品3的淀粉含量，分析原理如下：采用热重分析法分别对原料淀粉和产品3进行测定从而获得TG曲线，在淀粉的TG曲线中确定特征温度T₅和该温度所对应的质量m₅，在产品3的TG曲线中确定与淀粉特征温度相对应的温度T₆及相对应的质量m₆，通过m₅与m₆的比值计算产品3中淀粉的含量；产品3的淀粉含量为76.5％；

②将产品3在50℃下普通干燥24h，然后通过注塑机制备成哑铃状样条，注塑机温度分别设定为120℃、130℃、140℃，样品尺寸为90*10*4mm，按照GB/T1040-1992标准测定材料的拉伸强度，断裂伸长率；拉伸速度设定为30mm/min，测量5次，数据如下表：

③取5份产品3，每份为1g，采用密度仪分别测量其密度，取平均，数据如下表:

序号
		1	1.40
2	1.45
		3	1.42
4	1.47
		5	1.50
平均值	1.448

④按照GB/T 20197-20062006(降解塑料的定义、分类、标识和降解性能要求)检测产品3的降解性能，将其在堆肥条件下放置180天，然后测降解率，测得产品3的降解率为93.8％。

故产品3的各项测试结果如下：

比较例1

采用如下表所述配方：

取70g淀粉、15g聚乳酸、12g聚丁二酸丁二醇酯、2g增塑剂、1g偶联剂加入到熔融炉11内，控制熔融炉11内的温度在270℃，熔融20min，获得第一熔融混合物；将第一熔融混合物输送至高速混合机22内，开启第二电机14，控制搅拌桨24的转速为1300rpm，高速混合2h后，获得第二熔融混合物；将第二熔融混合物通输送至双螺杆挤出机1内；开启第一电机3，控制螺杆21的转速为750rpm，在螺杆21的推送作用下及冷却装置5的冷却作用下，最终通过出料管7获得样品1。

样品1的各项测试结果如下：

将样品1分别与产品1、产品2、产品3进行比较，发现未添加竹纤维素的样品1其力学性能(拉伸强度和断裂伸长率)显著下降，故其使用效果差。而样品与产品之间的降解率相差很小，故填充了竹纤维素的淀粉基全生物降解材料不仅具有理想的强度，而且可实现全生物降解，环保无毒，应用前景广。

以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。

Claims (8)

1.生产纤维填充淀粉基全生物降解材料的装置，包括双螺杆挤出机、熔融炉及高速混合机，所述双螺杆挤出机连接所述熔融炉，所述熔融炉连接所述高速混合机，所述高速混合机连接所述双螺杆挤出机，其特征在于：所述双螺杆挤出机的上端设有第一进料口，所述双螺杆挤出机的左侧设有第一电机，所述第一电机上连接有第一电机输出轴，所述第一电机输出轴上设有主动齿轮，所述主动齿轮的上端及下端均连接有从动齿轮，所述主动齿轮与所述从动齿轮相匹配；所述主动齿轮与所述从动齿轮上均连接有螺杆，所述螺杆相互配合，所述螺杆位于所述双螺杆挤出机内，所述双螺杆挤出机的右侧设有冷却装置，所述冷却装置上连接有泥咀，所述泥咀上连接有出料管及第一送料管，所述第一送料管的另一端连接所述熔融炉，所述熔融炉的上端连接有第二进料口，所述熔融炉的下端连接有第二送料管，所述第二送料管的另一端连接所述高速混合机；所述高速混合机的右侧设有第二电机，所述第二电机上连接有第二电机输出轴，所述第二电机输出轴上设有搅拌桨，所述搅拌桨位于所述高速混合机内；所述高速混合机的下端连接有第三送料管，所述第三送料管的另一端连接所述双螺杆挤出机，所述第三送料管上设有增压泵。

2.根据权利要求1所述生产纤维填充淀粉基全生物降解材料的装置，其特征在于：所述双螺杆挤出机、所述熔融炉及所述高速混合机上均设有法兰。

3.根据权利要求1所述生产纤维填充淀粉基全生物降解材料的装置，其特征在于：所述螺杆上设有限位凸起，所述从动齿轮内设有限位槽，所述限位凸起与所述限位槽相匹配。

4.根据权利要求1所述生产纤维填充淀粉基全生物降解材料的装置，其特征在于：所述熔融炉内的左端及右端均设有远红外加热管。

5.根据权利要求1所述生产纤维填充淀粉基全生物降解材料的装置，其特征在于：所述出料管上设有第一控制阀。

6.根据权利要求1所述生产纤维填充淀粉基全生物降解材料的装置，其特征在于：所述第一送料管上设有第二控制阀。

7.根据权利要求1所述生产纤维填充淀粉基全生物降解材料的装置，其特征在于：所述第三送料管上设有单向阀。

8.借助权利要求1所述装置生产纤维填充淀粉基全生物降解材料的方法，其特征在于包括如下制备步骤：

(a)制备准备：

①化学药剂准备：

根据制备方案准备制备所需的化学药剂，包括：玉米淀粉、竹纤维素、聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、增塑剂、偶联剂、抗氧剂、硝酸铈氨溶液及氯乙酰；

②仪器准备：

根据制备方案准备制备所需的仪器，包括：高速混合机、双螺杆挤出机、熔融炉、增压泵、单向阀及控制阀；

(b)配方分析：

根据制备方案，采取对照试验法对多组优选配方进行试验，从而获得优选配方，优选配方为：玉米淀粉50％-70％，竹纤维素20％-35％，聚乳酸5％-20％，聚丁二酸丁二醇酯5％-10％，增塑剂1％-2％，偶联剂0.2％-0.6％，抗氧剂0.05％-0.15％，硝酸铈氨溶液0.05％-0.1％，氯乙酰0.1％-0.3％；

(c)竹纤维素接枝改性：

首先通过第一进料口向双螺杆挤出机内投入竹纤维素、氯乙酰、硝酸铈氨溶液、1/2增塑剂及1/2偶联剂，开启第一电机，螺杆开始转动，控制螺杆的转速为500-620rpm，接枝改性时间为10-15min，最终获得混合物；

(d)熔融：

将混合物输送至熔融炉内，再通过第二进料口将淀粉、聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、1/2增塑剂、1/2偶联剂及抗氧剂加入到熔融炉内，控制熔融炉内的温度在100-150℃，熔融20-25min至熔融完全，获得第一熔融混合物；

(e)高速互混：

将第一熔融混合物输送至高速混合机内，开启第二电机，控制搅拌桨的转速为1200-1300rpm，高速混合1-2h后，获得第二熔融混合物；

(f)挤出：

将第二熔融混合物输送至双螺杆挤出机内，上调螺杆的转速至700-750rpm，将第二熔融混合物完全挤出，挤出的第二熔融混合物在冷却装置内冷却后重新成为固态，最终通过出料管获得产品。