CN104876235A - 一种环保pbs纳米增强耐温材料的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种环保PBS纳米增强耐温材料的生产方法，包括如下步骤：将凹凸棒粘土、海泡石原矿晾晒后进行混合，粗碎，喷水，挤压成片状粘土混合物；将所述片状粘土混合物堆放晾晒，然后将晾晒后的片状粘土混合物和水放入不锈钢打浆池，加入六偏磷酸钠，打浆，获得浆液；将三氧化二锑用氢氧化钠溶液进行溶解后，加入到所述浆液中，乳化机高速剪切，获得乳浊液；将所述乳浊液通过旋流分级后，离心脱水，获得饼料；将所述饼料焙烧，破碎，加入硅烷偶联剂，混匀，磨粉，超细粉碎，即得。本发明采用的矿物易得，成本低，而且操作步骤简单，容易控制，获得的PBS纳米增强耐温材料提高了PBS复合材料的耐热性能，适于在工业上大规模应用。

Description

一种环保PBS纳米增强耐温材料的生产方法

技术领域

本发明涉及一种纳米增强耐温材料的生产方法，具体涉及一种环保PBS纳米增强耐温材料的生产方法。

背景技术

聚丁二酸丁二醇酯(PBS)于20世纪90年代进入材料研究领域，并迅速成为可广泛推广应用的通用型生物降解塑料研究热点材料之一。与其它生物降解塑料相比，PBS力学性能十分优异，接近PP和ABS塑料；耐热性能好，热变形温度接近100℃，改性后使用温度接近100℃，可用于制备冷、热饮包装和餐盒，克服了其它生物降解塑料耐热温度低的缺点；可在现有塑料加工通用设备上进行各类成型加工，是目前降解塑料加工性能最好的，同时，可以共混大量碳酸钙、淀粉等填充物，得到价格低廉的制品；PBS生产可通过对现有通用聚酯生产设备略做改造进行，目前国内聚酯设备产能严重过剩，改造生产PBS为过剩聚酯设备提供了新的机遇。另外，PBS只有在堆肥、水体等接触特定微生物条件下才发生降解，在正常储存和使用过程中性能非常稳定。其合成原料来源既可以是石油资源，也可以通过生物资源发酵得到，因此引起科技和产业界高度关注。PBS用途极为广泛，可用于包装、餐具、化妆品瓶及药品瓶、一次性医疗用品、农用薄膜、农药及化肥缓释材料、生物医用高分子材料等领域。PBS综合性能优异，性价比合理，具有良好的应用推广前景。

近年来，有关无机纳米粒子填充物均匀分散于聚合物网络中形成聚合物/无机粒子纳米复合材料并显著发挥其增强效应的研究，已成为新材料领域研究的热点和重点之一。

CN104530655A(公开日为2015年04月22日)公开了一种可降解的水杯用PBS复合材料，其重量份组成包括：PBS60～80份，剑麻纤维5～10份，纳米蒙脱土10～20份，碳酸钙2～5份，润滑剂1～3份，增溶剂0.5～2份，偶联剂0.5～2份；其中，所述剑麻纤维经蒸汽爆破预处理。本发明还公开了该可降解的婴儿水杯用PBS复合材料的制备方法。本发明提供的复合材料的机械性能较好，而且环保，可用于制造婴儿水杯。

虽然上述现有技术公开了一些用于PBS复合材料的纳米增强耐温材料填充物，能够满足一定的需要，但这些仍存在一定的缺陷：PBS复合材料的耐热性能依然不理想，不能满足一些极端特定条件下的使用。

因此，对于用于PBS复合材料的纳米增强耐温填充物存在进一步的优化需求，这也是该技术领域内的研究热点和重点之一，更是本发明得以完成的动力和出发点所在。

发明内容

为了克服现有技术存在的PBS复合材料的耐热性能依然不理想的技术问题，本发明人在进行了大量的深入研究之后，从而完成了本发明。

本发明通过以下技术方案实现，具体而言，涉及一种环保PBS纳米增强耐温材料的生产方法，包括如下步骤：

步骤一，将凹凸棒粘土、海泡石原矿晾晒至水分重量含量≤20％后进行混合，用破碎机粗碎成小颗粒混合物，向所述小颗粒混合物喷水，用三辊机进行挤压成片状粘土混合物；

步骤二，将所述片状粘土混合物堆放超过15天，晾晒至水分重量含量≤20％，然后将晾晒后的片状粘土混合物和水放入不锈钢打浆池，加入六偏磷酸钠，打浆，获得浆液；

步骤三，将三氧化二锑用氢氧化钠溶液进行溶解后，加入到所述浆液中，乳化机高速剪切，调节pH值7.0～7.5，获得乳浊液；

步骤四，将所述乳浊液通过旋流分级后，离心机脱水，获得饼料；

步骤五，将所述饼料利用回转窑在500～550℃条件下进行焙烧，然后破碎，加入硅烷偶联剂，混匀，磨粉，超细粉碎，得到PBS纳米增强耐温材料。

优选的，步骤一中，晾晒后的凹凸棒粘土、海泡石原矿按照重量比4︰1进行混合。

优选的，步骤一中，所述小颗粒混合物的颗粒直径为3±1mm，向所述小颗粒混合物喷水调至水分重量含量为40±2％，所述三辊机的间距≦2mm。

优选的，步骤二中，将晾晒后的片状粘土混合物和水按照重量比1︰10放入不锈钢打浆池。

优选的，步骤二中，所述六偏磷酸钠的重量相当于所述晾晒后的片状粘土混合物重量的1％。

优选的，步骤三中，将相当于步骤二中晾晒后的片状粘土混合物的重量5％的三氧化二锑用重量百分比浓度20％的氢氧化钠溶液进行溶解。

优选的，步骤三中，所述乳化机高速剪切1小时，同时调节pH值7.2。

优选的，步骤四中，所述乳浊液通过25mm旋流分级。

优选的，步骤五中，所述回转窑在530℃条件下进行焙烧。

优选的，步骤五中，所述硅烷偶联剂的用量相当于焙烧后饼料的重量的1.5％。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：本发明提供的生产方法通过采用价格低廉的凹凸棒粘土、海泡石原矿作为原料，并通过粉碎、挤压、打浆、高速剪切、旋流分级、离心机脱水、高温焙烧、破碎、磨粉等一系列步骤的优化，尤其是添加三氧化二锑的氢氧化钠溶液进行高速剪切，从而获得PBS纳米增强耐温材料。本发明采用的矿物易得，成本低，而且操作步骤简单，容易控制，获得的PBS纳米增强耐温材料在应用于到PBS复合材料时，PBS复合材料的热降解温度明显提高，提高了其耐热性能，并且在生产成本上要比单纯使用三氧化二锑低得多，适于在工业上大规模应用。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对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。

实施例1

本实施例涉及一种环保PBS纳米增强耐温材料的生产方法，由如下步骤组成：

步骤一，将凹凸棒粘土、海泡石原矿晾晒至水分重量含量20％后按照重量比4︰1进行混合，用破碎机粗碎成颗粒直径为2mm的小颗粒混合物，向小颗粒混合物喷水调至水分重量含量为40％，用间距2mm的三辊机进行挤压成片状粘土混合物；

步骤二，将片状粘土混合物堆放超过15天，晾晒至水分重量含量10％，然后将晾晒后的片状粘土混合物和水按照重量比1︰10放入不锈钢打浆池，加入相当于晾晒后的片状粘土混合物重量1％的六偏磷酸钠，打浆，获得浆液；

步骤三，将相当于步骤二中晾晒后的片状粘土混合物重量5％的三氧化二锑用重量百分比浓度20％的氢氧化钠溶液进行溶解后(三氧化二锑与氢氧化钠溶液的重量体积比为1:10)，加入到浆液中，乳化机高速剪切1小时，调节pH值7.2，获得乳浊液；

步骤四，将乳浊液通过25mm旋流分级后，离心机脱水，获得饼料；

步骤五，将饼料利用回转窑在530℃条件下进行焙烧，然后破碎，加入相当于焙烧后饼料的重量1.5％的硅烷偶联剂(甲基丙烯酰氧基硅烷)，混匀，磨粉，超细粉碎，得到PBS纳米增强耐温材料。

实施例2

本实施例涉及一种环保PBS纳米增强耐温材料的生产方法，由如下步骤组成：

步骤一，将凹凸棒粘土、海泡石原矿晾晒至水分重量含量15％后按照重量比4︰1进行混合，用破碎机粗碎成颗粒直径为3mm的小颗粒混合物，向小颗粒混合物喷水调至水分重量含量为41％，用间距1mm的三辊机进行挤压成片状粘土混合物；

步骤二，将片状粘土混合物堆放超过15天，晾晒至水分重量含量20％，然后将晾晒后的片状粘土混合物和水按照重量比1︰10放入不锈钢打浆池，加入相当于晾晒后的片状粘土混合物重量1％的六偏磷酸钠，打浆，获得浆液；

步骤三，将相当于步骤二中晾晒后的片状粘土混合物重量5％的三氧化二锑用重量百分比浓度20％的氢氧化钠溶液进行溶解后(三氧化二锑与氢氧化钠溶液的重量体积比为1:10)，加入到浆液中，乳化机高速剪切1小时，调节pH值7.0，获得乳浊液；

步骤四，将乳浊液通过25mm旋流分级后，离心机脱水，获得饼料；

步骤五，将饼料利用回转窑在540℃条件下进行焙烧，然后破碎，加入相当于焙烧后饼料的重量1.5％的硅烷偶联剂(甲基丙烯酰氧基硅烷)，混匀，磨粉，超细粉碎，得到PBS纳米增强耐温材料。

实施例3

本实施例涉及一种环保PBS纳米增强耐温材料的生产方法，由如下步骤组成：

步骤一，将凹凸棒粘土、海泡石原矿晾晒至水分重量含量10％后按照重量比4︰1进行混合，用破碎机粗碎成颗粒直径为4mm的小颗粒混合物，向小颗粒混合物喷水调至水分重量含量为42％，用间距2mm的三辊机进行挤压成片状粘土混合物；

步骤二，将片状粘土混合物堆放超过15天，晾晒至水分重量含量5％，然后将晾晒后的片状粘土混合物和水按照重量比1︰10放入不锈钢打浆池，加入相当于晾晒后的片状粘土混合物重量1％的六偏磷酸钠，打浆，获得浆液；

步骤三，将相当于步骤二中晾晒后的片状粘土混合物重量5％的三氧化二锑用重量百分比浓度20％的氢氧化钠溶液进行溶解后(三氧化二锑与氢氧化钠溶液的重量体积比为1:10)，加入到浆液中，乳化机高速剪切1小时，调节pH值7.3，获得乳浊液；

步骤四，将乳浊液通过25mm旋流分级后，离心机脱水，获得饼料；

步骤五，将饼料利用回转窑在550℃条件下进行焙烧，然后破碎，加入相当于焙烧后饼料的重量1.5％的硅烷偶联剂(甲基丙烯酰氧基硅烷)，混匀，磨粉，超细粉碎，得到PBS纳米增强耐温材料。

实施例4

本实施例涉及一种环保PBS纳米增强耐温材料的生产方法，由如下步骤组成：

步骤一，将凹凸棒粘土、海泡石原矿晾晒至水分重量含量5％后按照重量比4︰1进行混合，用破碎机粗碎成颗粒直径为2mm的小颗粒混合物，向小颗粒混合物喷水调至水分重量含量为38％，用间距1mm的三辊机进行挤压成片状粘土混合物；

步骤二，将片状粘土混合物堆放超过15天，晾晒至水分重量含量15％，然后将晾晒后的片状粘土混合物和水按照重量比1︰10放入不锈钢打浆池，加入相当于晾晒后的片状粘土混合物重量1％的六偏磷酸钠，打浆，获得浆液；

步骤三，将相当于步骤二中晾晒后的片状粘土混合物重量5％的三氧化二锑用重量百分比浓度20％的氢氧化钠溶液进行溶解后(三氧化二锑与氢氧化钠溶液的重量体积比为1:10)，加入到浆液中，乳化机高速剪切1小时，调节pH值7.4，获得乳浊液；

步骤四，将乳浊液通过25mm旋流分级后，离心机脱水，获得饼料；

步骤五，将饼料利用回转窑在500℃条件下进行焙烧，然后破碎，加入相当于焙烧后饼料的重量1.5％的硅烷偶联剂(甲基丙烯酰氧基硅烷)，混匀，磨粉，超细粉碎，得到PBS纳米增强耐温材料。

实施例5

本实施例涉及一种环保PBS纳米增强耐温材料的生产方法，由如下步骤组成：

步骤一，将凹凸棒粘土、海泡石原矿晾晒至水分重量含量20％后按照重量比4︰1进行混合，用破碎机粗碎成颗粒直径为3mm的小颗粒混合物，向小颗粒混合物喷水调至水分重量含量为39％，用间距2mm的三辊机进行挤压成片状粘土混合物；

步骤二，将片状粘土混合物堆放超过15天，晾晒至水分重量含量20％，然后将晾晒后的片状粘土混合物和水按照重量比1︰10放入不锈钢打浆池，加入相当于晾晒后的片状粘土混合物重量1％的六偏磷酸钠，打浆，获得浆液；

步骤三，将相当于步骤二中晾晒后的片状粘土混合物重量5％的三氧化二锑用重量百分比浓度20％的氢氧化钠溶液进行溶解后(三氧化二锑与氢氧化钠溶液的重量体积比为1:10)，加入到浆液中，乳化机高速剪切1小时，调节pH值7.5，获得乳浊液；

步骤四，将乳浊液通过25mm旋流分级后，离心机脱水，获得饼料；

步骤五，将饼料利用回转窑在515℃条件下进行焙烧，然后破碎，加入相当于焙烧后饼料的重量1.5％的硅烷偶联剂(甲基丙烯酰氧基硅烷)，混匀，磨粉，超细粉碎，得到PBS纳米增强耐温材料。

对比例1

本对比例与实施例1的区别在于：步骤三中，不加三氧化二锑和氢氧化钠，直接进行乳化机高速剪切以及后续操作。

对比例2

本对比例与实施例2的区别在于：步骤三中，不加三氧化二锑和氢氧化钠，直接进行乳化机高速剪切以及后续操作。

对比例3

本对比例与实施例3的区别在于：步骤三中，不加三氧化二锑和氢氧化钠，直接进行乳化机高速剪切以及后续操作。

对比例4

本对比例与实施例4的区别在于：步骤三中，不加三氧化二锑和氢氧化钠，直接进行乳化机高速剪切以及后续操作。

对比例5

本对比例与实施例5的区别在于：步骤三中，不加三氧化二锑和氢氧化钠，直接进行乳化机高速剪切以及后续操作。

效果测定

分别实施上述实施例1-5和对比例1-5，将上述获得的材料样品按照相当于聚丁二酸丁二醇酯(PBS)重量5％添加到PBS中获得PBS复合材料，然后利用热重分析仪分别测定上述各个复合材料的热分解温度，每个上述复合材料的热分解试验重复测定五次，取其平均值进行计算，所得结果如下表1所示。

表1实施例1-5和对比例1-5的结果

由上表1可见，实施例1-5中的热分解温度为378.9-381.6℃，而对比例1-5的热分解温度为367.6-368.7℃。相对于对比例，实施例1-5中的热分解温度的增幅至少达到10℃，说明步骤三中加入三氧化二锑的氢氧化钠溶液对于最终获得的PBS纳米增强耐温材料应用于PBS复合材料后的耐温性能具有重要影响，尤其是步骤三中，将相当于步骤二中晾晒后的片状粘土混合物重量5％的三氧化二锑用重量百分比浓度20％的氢氧化钠溶液进行溶解，三氧化二锑与氢氧化钠溶液的重量体积比为1:10时，获得的PBS纳米增强耐温材料对于PBS复合材料的耐温性能提高更加显著。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种环保PBS纳米增强耐温材料的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，将凹凸棒粘土、海泡石原矿晾晒至水分重量含量≤20％后进行混合，用破碎机粗碎成小颗粒混合物，向所述小颗粒混合物喷水，用三辊机进行挤压成片状粘土混合物；

步骤二，将所述片状粘土混合物堆放超过15天，晾晒至水分重量含量≤20％，然后将晾晒后的片状粘土混合物和水放入不锈钢打浆池，加入六偏磷酸钠，打浆，获得浆液；

步骤三，将三氧化二锑用氢氧化钠溶液进行溶解后，加入到所述浆液中，乳化机高速剪切，调节pH值7.0～7.5，获得乳浊液；

步骤四，将所述乳浊液通过旋流分级后，离心机脱水，获得饼料；

步骤五，将所述饼料利用回转窑在500～550℃条件下进行焙烧，然后破碎，加入硅烷偶联剂，混匀，磨粉，超细粉碎，得到PBS纳米增强耐温材料。

2.如权利要求1所述的一种环保PBS纳米增强耐温材料的生产方法，其特征在于，步骤一中，晾晒后的凹凸棒粘土、海泡石原矿按照重量比4︰1进行混合。

3.如权利要求1所述的一种环保PBS纳米增强耐温材料的生产方法，其特征在于，步骤一中，所述小颗粒混合物的颗粒直径为3±1mm，向所述小颗粒混合物喷水调至水分重量含量为40±2％，所述三辊机的间距≦2mm。

4.如权利要求1所述的一种环保PBS纳米增强耐温材料的生产方法，其特征在于，步骤二中，将晾晒后的片状粘土混合物和水按照重量比1︰10放入不锈钢打浆池。

5.如权利要求1所述的一种环保PBS纳米增强耐温材料的生产方法，其特征在于，步骤二中，所述六偏磷酸钠的重量相当于所述晾晒后的片状粘土混合物重量的1％。

6.如权利要求1所述的一种环保PBS纳米增强耐温材料的生产方法，其特征在于，步骤三中，将相当于步骤二中晾晒后的片状粘土混合物的重量5％的三氧化二锑用重量百分比浓度20％的氢氧化钠溶液进行溶解。

7.如权利要求1所述的一种环保PBS纳米增强耐温材料的生产方法，其特征在于，步骤三中，所述乳化机高速剪切1小时，同时调节pH值7.2。

8.如权利要求1所述的一种环保PBS纳米增强耐温材料的生产方法，其特征在于，步骤四中，所述乳浊液通过25mm旋流分级。

9.如权利要求1所述的一种环保PBS纳米增强耐温材料的生产方法，其特征在于，步骤五中，所述回转窑在530℃条件下进行焙烧。

10.如权利要求1所述的一种环保PBS纳米增强耐温材料的生产方法，其特征在于，步骤五中，所述硅烷偶联剂的用量相当于焙烧后饼料的重量的1.5％。