CN105176012A - 一种聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯稻麦秸秆生物降解薄膜 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯稻麦秸秆生物降解薄膜，属于可降解材料领域。该方法主要是通过在真空环境下等离子接枝，有效地改善聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯的可降解操控性，同时也满足了其相当于一般薄膜所需的压力的拉伸强度，本发明通过等离子接枝处理，可以大幅改善聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯的弹性，断裂伸长率可达45％，拉伸强度可达50MPa；聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯可降解薄膜可降解时间可控，降解率可达98.3％；生产过程中无其他有害杂质生成，绿色环保。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯稻麦秸秆生物降解薄膜，属于可降解材料领域。
背景技术
随着科学技术的不断发展，农业薄膜大量使用，有效的控制了土壤的温度和湿度，减少了水分和营养物的流失，促进了农作物的高产和稳产，从而增加了农业生产效益。但与此同时，由于薄膜的一次性使用，每年都会有大量的残膜留在土壤里。塑料薄膜在自然界中很难降解。这些薄膜碎片可在土壤中形成阻隔层，使土壤中的水、气、肥等流动受阻，造成土壤结构板结，严重危害生态环境，造成白色污染。为了解决这一问题,可降解薄膜的研究应运而生。目前研究较多的聚乳酸和聚羟基丁酯等材料具有优良的生物可降解性，但其成本较高限制了他们的广泛应用，另一种将天然淀粉添加到合成塑料中做成可降解材料由于掺入淀粉，导致其拉伸强度和韧性无法达到工业需求，因此研究和开发低廉的可降解工业材料成为需求。
秸秆作为一种来源丰富，价格低廉的天然高分子材料，其纤维强度可满足许多的使用条件的要求，秸秆是农业生产的副产品，我国目前还未充分利用该资源，通常采用燃烧或者掩埋的方式进行处理，不仅浪费了资源还给环境带去了许多的污染，因此采用秸秆纤维增强复合材料制得一种价格低廉，生产过程绿色无污染的方法很有必要。
发明内容
本发明主要解决的技术问题：针对目前薄膜材料无法降解，而普通可降解薄膜生成污染严重，成本较高的弊端，提供了一种通过秸秆纤维等离子接枝聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯表面的方法生产一种可降解薄膜，该方法主要是通过在真空环境下等离子接枝，有效地改善聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯的可降解操控性，同时也满足了其相当于一般薄膜所需的压力的拉伸强度。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
（1）选取无病虫害的稻麦秸秆进行冲洗，用气流粉碎机对其进行粉碎，粉碎秸秆纤维长度为2～4cm，按固液比1:20计，将离子纤维素酶混合溶液和秸秆纤维进行高速搅拌混合20～30min，搅拌速度为800r/min，所述的离子纤维素酶混合溶液按质量百分比计为10～20%的纤维素水解酶，15～20%的1-乙基溶液，5～20%的1-丁基溶液，20～25%的1-烯丙基和10～20%0.5mol/L的氯化钾溶液和5～10%的0.62mol/L的醋酸钾溶液和5～10%的0.84mol的溴化钠水溶液；
（2）将搅拌完成后得到的粘稠溶液按重量份数计选取50份的粘稠溶液，20～30份的0.5mol/L的二甲基亚砜溶液和20～30份的多聚甲醛，混合搅拌均匀，制成秸秆接枝溶液后静置脱泡，备用；
（3）将200～300g的粒径大小为5～7mm的聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯颗粒放入体积为1L的真空瓶中，对其进通入氮气排除空气，待空气完全排出后，再将瓶中氮气进行抽离，形成真空压力为-0.05MPa，在负压状态下加入500～600mL秸秆接枝溶液于真空瓶中，保证将聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯颗粒完全浸没；
（4）设置等离子射频频率，打开射频电源，使聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯和真空瓶处在射频两极的中间，打开射频电源后，在处理时外部电极间加上200～300kw的放电功率，处理瓶中氮气形成等离子体形态，处理时间为30～40min；
（4）打开装置取出等离子表面接枝处理后的聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯颗粒，用去离子水进行冲洗聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯3～5次以去除表面均聚物后，在真空下干燥3～5h即得到改性聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯颗粒；
（5）将上述制得的改性聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯颗粒将质量百分比为99.5%的改性聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯颗粒和0.5%的复合抗氧剂，将上述称量好的树脂和复合抗氧剂依次投入高速混合机中进行混合，混合时间为10min；
（6）将混合完成的树脂加入下料斗中，进行从机头模口出来，经风环冷却、吹胀经稳泡架人字板牵引辊卷取将成品薄膜卷成筒；
（7）检验、裁剪、包装，最终即得到聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯稻麦秸秆生物降解薄膜。
所述的吹膜机器的各部分参数为：螺杆直径：Φ45mm，螺杆长径比28：1，螺杆转速：12～100r/min，机头膜口直径：Ф50～Φ75mm，牵引辊直径：650mm，牵引线速度：8～50m/min，薄膜折径宽度：130～600mm，风环直径：Ф450mm。
所述的复合抗氧剂为四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯和三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯，两种质量之比为3:7。
本发明的应用方法是：将上述制得的聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯可降解薄膜使用后，埋入土中，通过对其撒水处理进行控制其降解时间，洒水量每天达到0～2L/m3时，可在20～30天内降解，当洒水量每天达到2～5L/m3时，可在15～20天内降解，当洒水量每天达到5L/m3以上时，可在10～15天内降解。
本发明的有益效果是：
（1）通过等离子接枝处理，可以大幅改善聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯的弹性，断裂伸长率可达35～45％，拉伸强度可达30～50MPa；
（2）聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯可降解薄膜可降解时间可控，降解率为95.6％～98.3％；
（3）生产过程中无其他有害杂质生成，绿色环保。
具体实施方式：
选取无病虫害的稻麦秸秆进行冲洗，用气流粉碎机对其进行粉碎，粉碎秸秆纤维长度为2～4cm，按固液比1:20计，将离子纤维素酶混合溶液和秸秆纤维进行高速搅拌混合20～30min，搅拌速度为800r/min，所述的离子纤维素酶混合溶液按质量百分比计为10～20%的纤维素水解酶，15～20%的1-乙基溶液，5～20%的1-丁基溶液，20～25%的1-烯丙基和10～20%0.5mol/L的氯化钾溶液和5～10%的0.62mol/L的醋酸钾溶液和5～10%的0.84mol的溴化钠水溶液；将搅拌完成后得到的粘稠溶液按重量份数计选取50份的粘稠溶液，20～30份的0.5mol/L的二甲基亚砜溶液和20～30份的多聚甲醛，混合搅拌均匀，制成秸秆接枝溶液后静置脱泡，备用；将200～300g的粒径大小为5～7mm的聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯颗粒放入体积为1L的真空瓶中，对其进通入氮气排除空气，待空气完全排出后，再将瓶中氮气进行抽离，形成真空压力为-0.05MPa，在负压状态下加入500～600mL秸秆接枝溶液于真空瓶中，保证将聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯颗粒完全浸没；设置等离子射频频率，打开射频电源，使聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯和真空瓶处在射频两极的中间，打开射频电源后，在处理时外部电极间加上200～300kw的放电功率，处理瓶中氮气形成等离子体形态，处理时间为30～40min；打开装置取出等离子表面接枝处理后的聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯颗粒，用去离子水进行冲洗聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯3～5次以去除表面均聚物后，在真空下干燥3～5h即得到改性聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯颗粒；将上述制得的改性聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯颗粒将质量百分比为99.5%的改性聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯颗粒和0.5%的复合抗氧剂，将上述称量好的树脂和复合抗氧剂依次投入高速混合机中进行混合，混合时间为10min；将混合完成的树脂加入下料斗中，进行从机头模口出来，经风环冷却、吹胀经稳泡架人字板牵引辊卷取将成品薄膜卷成筒；检验、裁剪、包装，最终即得到聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯稻麦秸秆生物降解薄膜；所述的吹膜机器的各部分参数为：螺杆直径：Φ45mm，螺杆长径比28：1，螺杆转速：12～100r/min，机头膜口直径：Ф50～Φ75mm，牵引辊直径：650mm，牵引线速度：8～50m/min，薄膜折径宽度：130～600mm，风环直径：Ф450mm；
所述的复合抗氧剂为四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯和三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯，两种质量之比为3:7。
选取无病虫害的稻麦秸秆进行冲洗，用气流粉碎机对其进行粉碎，粉碎秸秆纤维长度为2cm，按固液比1:20计，将离子纤维素酶混合溶液和秸秆纤维进行高速搅拌混合20min，搅拌速度为800r/min，所述的离子纤维素酶混合溶液按质量百分比计为10%的纤维素水解酶，20%的1-乙基溶液，20%的1-丁基溶液，20%的1-烯丙基和10%0.5mol/L的氯化钾溶液和10%的0.62mol/L的醋酸钾溶液和10%的0.84mol的溴化钠水溶液；将搅拌完成后得到的粘稠溶液按重量份数计选取50份的粘稠溶液，20份的0.5mol/L的二甲基亚砜溶液和30份的多聚甲醛，混合搅拌均匀，制成秸秆接枝溶液后静置脱泡，备用；将200g的粒径大小为5mm的聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯颗粒放入体积为1L的真空瓶中，对其进通入氮气排除空气，待空气完全排出后，再将瓶中氮气进行抽离，形成真空压力为-0.05MPa，在负压状态下加入500mL秸秆接枝溶液于真空瓶中，保证将聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯颗粒完全浸没；设置等离子射频频率，打开射频电源，使聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯和真空瓶处在射频两极的中间，打开射频电源后，在处理时外部电极间加上200kw的放电功率，处理瓶中氮气形成等离子体形态，处理时间为30min；打开装置取出等离子表面接枝处理后的聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯颗粒，用去离子水进行冲洗聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯3次以去除表面均聚物后，在真空下干燥3h即得到改性聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯颗粒；将上述制得的改性聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯颗粒将质量百分比为99.5%的改性聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯颗粒和0.5%的复合抗氧剂，将上述称量好的树脂和复合抗氧剂依次投入高速混合机中进行混合，混合时间为10min；将混合完成的树脂加入下料斗中，进行从机头模口出来，经风环冷却、吹胀经稳泡架人字板牵引辊卷取将成品薄膜卷成筒；检验、裁剪、包装，最终即得到聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯稻麦秸秆生物降解薄膜；所述的吹膜机器的各部分参数为：螺杆直径：Φ45mm，螺杆长径比28：1，螺杆转速：12r/min，机头膜口直径：Ф50mm，牵引辊直径：650mm，牵引线速度：8m/min，薄膜折径宽度：130mm，风环直径：Ф450mm；所述的复合抗氧剂为四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯和三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯，两种质量之比为3:7；本发明通过等离子接枝处理，可以大幅改善聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯的弹性，断裂伸长率可达35％，拉伸强度可达30MPa；聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯可降解薄膜可降解时间可控，降解率为95.6％；生产过程中无其他有害杂质生成，绿色环保。
选取无病虫害的稻麦秸秆进行冲洗，用气流粉碎机对其进行粉碎，粉碎秸秆纤维长度为3cm，按固液比1:20计，将离子纤维素酶混合溶液和秸秆纤维进行高速搅拌混合25min，搅拌速度为800r/min，所述的离子纤维素酶混合溶液按质量百分比计为15%的纤维素水解酶，20%的1-乙基溶液，15%的1-丁基溶液，20%的1-烯丙基和20%0.5mol/L的氯化钾溶液和5%的0.62mol/L的醋酸钾溶液和5%的0.84mol的溴化钠水溶液；将搅拌完成后得到的粘稠溶液按重量份数计选取50份的粘稠溶液，25份的0.5mol/L的二甲基亚砜溶液和25份的多聚甲醛，混合搅拌均匀，制成秸秆接枝溶液后静置脱泡，备用；将250g的粒径大小为6mm的聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯颗粒放入体积为1L的真空瓶中，对其进通入氮气排除空气，待空气完全排出后，再将瓶中氮气进行抽离，形成真空压力为-0.05MPa，在负压状态下加入550mL秸秆接枝溶液于真空瓶中，保证将聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯颗粒完全浸没；设置等离子射频频率，打开射频电源，使聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯和真空瓶处在射频两极的中间，打开射频电源后，在处理时外部电极间加上250kw的放电功率，处理瓶中氮气形成等离子体形态，处理时间为35min；打开装置取出等离子表面接枝处理后的聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯颗粒，用去离子水进行冲洗聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯4次以去除表面均聚物后，在真空下干燥4h即得到改性聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯颗粒；将上述制得的改性聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯颗粒将质量百分比为99.5%的改性聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯颗粒和0.5%的复合抗氧剂，将上述称量好的树脂和复合抗氧剂依次投入高速混合机中进行混合，混合时间为10min；将混合完成的树脂加入下料斗中，进行从机头模口出来，经风环冷却、吹胀经稳泡架人字板牵引辊卷取将成品薄膜卷成筒；检验、裁剪、包装，最终即得到聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯稻麦秸秆生物降解薄膜；所述的吹膜机器的各部分参数为：螺杆直径：Φ45mm，螺杆长径比28：1，螺杆转速：50r/min，机头膜口直径：Ф55mm，牵引辊直径：650mm，牵引线速度：40m/min，薄膜折径宽度：350mm，风环直径：Ф450mm；所述的复合抗氧剂为四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯和三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯，两种质量之比为3:7；本发明通过等离子接枝处理，可以大幅改善聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯的弹性，断裂伸长率可达40％，拉伸强度可达40MPa；聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯可降解薄膜可降解时间可控，降解率为95.6％；生产过程中无其他有害杂质生成，绿色环保。
选取无病虫害的稻麦秸秆进行冲洗，用气流粉碎机对其进行粉碎，粉碎秸秆纤维长度为4cm，按固液比1:20计，将离子纤维素酶混合溶液和秸秆纤维进行高速搅拌混合30min，搅拌速度为800r/min，所述的离子纤维素酶混合溶液按质量百分比计为20%的纤维素水解酶，20%的1-乙基溶液，20%的1-丁基溶液，20%的1-烯丙基和10%0.5mol/L的氯化钾溶液和5%的0.62mol/L的醋酸钾溶液和5%的0.84mol的溴化钠水溶液；将搅拌完成后得到的粘稠溶液按重量份数计选取50份的粘稠溶液，30份的0.5mol/L的二甲基亚砜溶液和30份的多聚甲醛，混合搅拌均匀，制成秸秆接枝溶液后静置脱泡，备用；将300g的粒径大小为7mm的聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯颗粒放入体积为1L的真空瓶中，对其进通入氮气排除空气，待空气完全排出后，再将瓶中氮气进行抽离，形成真空压力为-0.05MPa，在负压状态下加入600mL秸秆接枝溶液于真空瓶中，保证将聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯颗粒完全浸没；设置等离子射频频率，打开射频电源，使聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯和真空瓶处在射频两极的中间，打开射频电源后，在处理时外部电极间加上300kw的放电功率，处理瓶中氮气形成等离子体形态，处理时间为40min；打开装置取出等离子表面接枝处理后的聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯颗粒，用去离子水进行冲洗聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯5次以去除表面均聚物后，在真空下干燥5h即得到改性聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯颗粒；将上述制得的改性聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯颗粒将质量百分比为99.5%的改性聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯颗粒和0.5%的复合抗氧剂，将上述称量好的树脂和复合抗氧剂依次投入高速混合机中进行混合，混合时间为10min；将混合完成的树脂加入下料斗中，进行从机头模口出来，经风环冷却、吹胀经稳泡架人字板牵引辊卷取将成品薄膜卷成筒；检验、裁剪、包装，最终即得到聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯稻麦秸秆生物降解薄膜；所述的吹膜机器的各部分参数为：螺杆直径：Φ45mm，螺杆长径比28：1，螺杆转速：100r/min，机头膜口直径：Φ75mm，牵引辊直径：650mm，牵引线速度：50m/min，薄膜折径宽度：600mm，风环直径：Ф450mm；所述的复合抗氧剂为四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯和三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯，两种质量之比为3:7；本发明通过等离子接枝处理，可以大幅改善聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯的弹性，断裂伸长率可达45％，拉伸强度可达50MPa；聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯可降解薄膜可降解时间可控，降解率为98.3％；生产过程中无其他有害杂质生成，绿色环保。
Claims (3)
1.一种聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯稻麦秸秆生物降解薄膜，其特征在于具体制备步骤为：
（1）选取无病虫害的稻麦秸秆进行冲洗，用气流粉碎机对其进行粉碎，粉碎秸秆纤维长度为2～4cm，按固液比1:20计，将离子纤维素酶混合溶液和秸秆纤维进行高速搅拌混合20～30min，搅拌速度为800r/min，所述的离子纤维素酶混合溶液按质量百分比计为10～20%的纤维素水解酶，15～20%的1-乙基溶液，5～20%的1-丁基溶液，20～25%的1-烯丙基和10～20%0.5mol/L的氯化钾溶液和5～10%的0.62mol/L的醋酸钾溶液和5～10%的0.84mol的溴化钠水溶液；
（2）将搅拌完成后得到的粘稠溶液按重量份数计选取50份的粘稠溶液，20～30份的0.5mol/L的二甲基亚砜溶液和20～30份的多聚甲醛，混合搅拌均匀，制成秸秆接枝溶液后静置脱泡，备用；
（3）将200～300g的粒径大小为5～7mm的聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯颗粒放入体积为1L的真空瓶中，对其进通入氮气排除空气，待空气完全排出后，再将瓶中氮气进行抽离，形成真空压力为-0.05MPa，在负压状态下加入500～600mL秸秆接枝溶液于真空瓶中，保证将聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯颗粒完全浸没；
（4）设置等离子射频频率，打开射频电源，使聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯和真空瓶处在射频两极的中间，打开射频电源后，在处理时外部电极间加上200～300kw的放电功率，处理瓶中氮气形成等离子体形态，处理时间为30～40min；
（4）打开装置取出等离子表面接枝处理后的聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯颗粒，用去离子水进行冲洗聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯3～5次，以去除表面均聚物后，在真空下干燥3～5h即得到改性聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯颗粒；
（5）将上述制得的改性聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯颗粒将质量百分比为99.5%的改性聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯颗粒和0.5%的复合抗氧剂，将上述称量好的树脂和复合抗氧剂依次投入高速混合机中进行混合，混合时间为10min；
（6）将混合完成的树脂加入下料斗中，进行从机头模口出来，经风环冷却、吹胀经稳泡架人字板牵引辊卷取将成品薄膜卷成筒；
（7）检验、裁剪、包装，最终即得到聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯稻麦秸秆生物降解薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯稻麦秸秆生物降解薄膜，其特征在于：所述的吹膜机器的各部分参数为：螺杆直径：Φ45mm，螺杆长径比28：1，螺杆转速：12～100r/min，机头膜口直径：Ф50～Φ75mm，牵引辊直径：650mm，牵引线速度：8～50m/min，薄膜折径宽度：130～600mm，风环直径：Ф450mm。
3.根据权利要求1所述的一种聚对苯二甲酸丁二酸/己二酸丁二醇酯稻麦秸秆生物降解薄膜，其特征在于：所述的复合抗氧剂为四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯和三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯，两种质量之比为3:7。
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- 2015-08-30 CN CN201510539533.1A patent/CN105176012A/zh active Pending
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