CN105733220A - 含沼渣的生物降解塑料及其制备方法 - Google Patents

含沼渣的生物降解塑料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了含沼渣的生物降解塑料，由以下重量份的组分制备而成：聚乳酸纤维4065份、ε己内酯2035份、沼渣1025份、烯丙基二甘醇二碳酸酯716份、碳酸钙2.24.5份、椰壳纤维27份、海藻酸钙0.82份、麦饭石粉0.81.6份、D纤维二糖0.82.3份、魔芋甘露聚糖0.61.8份、改性绿豆淀粉59份、竹粉28份、磷酸三丁酯0.71.6份、助剂24份。本发明还公开所述含沼渣的生物降解塑料的制备方法。本发明的生物降解塑料，在聚乳酸为主料的基础上，增加了沼渣、改性绿豆淀粉等辅料，优化了生物降解材料的配方，制备的生物降解塑料具有良好的力学性能。

Description

含沼渣的生物降解塑料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种含沼渣的生物降解塑料及其制备方法。
背景技术
塑料是以单体为原料，通过加聚或缩聚反应聚合而成的高分子化合物，俗称塑料或树脂，可以自由改变成分及形体样式，由合成树脂及填料、增塑剂、稳定剂、润滑剂、色料等添加剂组成。随着我国经济的快速发展，塑料制品越来越多，然而大量的塑料制品的使用也会产生大量不易分解废弃物，造成了“白色污染”，对人类的生活环境和生产带来极大的危害；此外塑料的主要原料来源是资源匮乏的石油资源，存在一定的危机感。为此，研发一种生物降解塑料不仅可减少“白色污染”，还可缓解塑料制品引发的各种环境污染，同时也可降低对石油资源的依赖度，适应更好的应用需求。
沼渣是生物质物料经过沼气发酵后剩余的半固体物质，其主要成分是有机质和腐殖酸。随着我国的沼气发展迅速，沼渣的产量越来越大，而沼渣的处理办法，主要是作为肥料使用，如此不仅效益低，还容易造成二次污染，合理的有效的利用沼渣成为加速沼气发展的重要问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于现有的塑料产生的“白色污染”以及对有限石油资源的过度依赖，以及沼渣资源的效率低和易造成二次污染等问题，提供一种含沼渣的生物降解塑料及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明公开了一种含沼渣的生物降解塑料，由以下重量份的组分制备而成：聚乳酸纤维40-65份、ε-己内酯20-35份、沼渣10-25份、烯丙基二甘醇二碳酸酯7-16份、碳酸钙2.2-4.5份、椰壳纤维2-7份、海藻酸钙0.8-2份、麦饭石粉0.8-1.6份、D-纤维二糖0.8-2.3份、魔芋甘露聚糖0.6-1.8份、改性绿豆淀粉5-9份、竹粉2-8份、磷酸三丁酯0.7-1.6份、助剂2-4份。
优选的，所述生物降解塑料，由如以重量份的组分制备而成：聚乳酸纤维52份、ε-己内酯27份、沼渣16份、烯丙基二甘醇二碳酸酯13份、碳酸钙3.2份、椰壳纤维3份、海藻酸钙1.4份、麦饭石粉0.9份、D-纤维二糖1.2份、魔芋甘露聚糖1.6份、改性绿豆淀粉6份、竹粉4份、磷酸三丁酯1.3份、助剂3份。
所述改性绿豆淀粉的步骤为：将100份的绿豆淀粉加蒸馏水稀释、调糊，置于80-92℃水浴锅中糊化，然后冷却至室温，加入12份蓖麻油、3份亚硫酸钠和5份过氧化氢，混合均匀后，在50-60℃温度、频率为50KHZ下超声处理10-20min，经浓缩、烘干粉碎即得粉末状改性淀粉。
所述助剂包括增塑剂、抗菌剂和润滑剂，所述增塑剂、抗菌剂和润滑剂的重量份比为3-6:0.5-1:1-2；
所述增塑剂为乙二醇、甲醛、二甲基亚砜和甘油中的一种或多种的混合物；
所述抗菌剂为碳酸锂和磷酸镧中的一种或多种的混合物；
所述润滑剂为油酸酰胺、褐煤蜡和芥酸酰胺中的一种或多种的混合物。
所述所述增塑剂、抗菌剂和润滑剂的重量份比为4:0.7:1.2。
本发明还公开了上述含沼渣的生物降解塑料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将聚乳酸纤维、ε-己内酯、沼渣、改性绿豆淀粉、麦饭石粉、竹粉在50-68℃温度下干燥处理备用；
（2）按照重量份称取各原料，将聚乳酸纤维、ε-己内酯、改性绿豆淀粉、麦饭石粉、椰壳纤维、碳酸钙、D-纤维二糖、磷酸三丁酯、魔芋甘露聚糖和竹粉加入混合机中机械混合5-12分钟；
（3）将上述混合料加入至双螺杆挤出机中熔融共混，挤出造粒得到母料；
（4）将上述母料与沼渣、烯丙基二甘醇二碳酸酯、海藻酸钙和助剂加入混合机中机械混合5-10分钟，然后加入至双螺杆挤出机中挤出共混造粒，即得所需生物降解塑料。
优选的，所述步骤（3）中双螺杆挤出机中熔融共混的温度为175-210℃，螺杆转速为80-200rpm。
所述步骤（4）中双螺杆挤出机中熔融共混的温度为165-190℃，螺杆转速为150-400rpm。
由于采用了以上技术方案，本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
本发明的生物降解塑料，在聚乳酸为主料的基础上，增加了沼渣、改性绿豆淀粉等辅料，优化了生物降解材料的配方，制备的生物降解塑料具有良好的力学性能；测试结果显示，拉伸强度为10.25-12.06MPa，撕裂强度为38.4-41.8KN/m和断裂伸长率为31.9-34.2%。本发明的神物降解塑料同时解决了现有的塑料产生的“白色污染”以及对有限石油资源的过度依赖，以及沼渣资源的效率低和易造成二次污染等问题，具有较广的应用价值。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
一种含沼渣的生物降解塑料，由以下重量份的组分制备而成：聚乳酸纤维40-65份、ε-己内酯20-35份、沼渣10-25份、烯丙基二甘醇二碳酸酯7-16份、碳酸钙2.2-4.5份、椰壳纤维2-7份、海藻酸钙0.8-2份、麦饭石粉0.8-1.6份、D-纤维二糖0.8-2.3份、魔芋甘露聚糖0.6-1.8份、改性绿豆淀粉5-9份、竹粉2-8份、磷酸三丁酯0.7-1.6份、助剂2-4份。
所述改性绿豆淀粉的步骤为：将100份的绿豆淀粉加蒸馏水稀释、调糊，置于80-92℃水浴锅中糊化，然后冷却至室温，加入12份蓖麻油、3份亚硫酸钠和5份过氧化氢，混合均匀后，在50-60℃温度、频率为50KHZ下超声处理10-20min，经浓缩、烘干粉碎即得粉末状改性淀粉。
所述助剂包括增塑剂、抗菌剂和润滑剂，所述增塑剂、抗菌剂和润滑剂的重量份比为3-6:0.5-1:1-2；
所述增塑剂为乙二醇、甲醛、二甲基亚砜和甘油中的一种或多种的混合物；
所述抗菌剂为碳酸锂和磷酸镧中的一种或多种的混合物；
所述润滑剂为油酸酰胺、褐煤蜡和芥酸酰胺中的一种或多种的混合物。
实施例1
含沼渣的生物降解塑料，由以下重量份的组分制备而成：聚乳酸纤维40份、ε-己内酯20份、沼渣10份、烯丙基二甘醇二碳酸酯7份、碳酸钙2.2份、椰壳纤维2份、海藻酸钙0.8份、麦饭石粉0.8份、D-纤维二糖0.8份、魔芋甘露聚糖0.68份、改性绿豆淀粉5份、竹粉2份、磷酸三丁酯0.7份、助剂2份。
所述助剂包括增塑剂、抗菌剂和润滑剂，所述增塑剂、抗菌剂和润滑剂的重量份比为3:0.5:1；
所述增塑剂为乙二醇；
所述抗菌剂为碳酸锂和磷酸镧的混合物，且两者的重量份比为2:1；
所述润滑剂为油酸酰胺和褐煤蜡的混合物，且两者的重量份比为1:3。
所述含沼渣的生物降解塑料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将聚乳酸纤维、ε-己内酯、沼渣、改性绿豆淀粉、麦饭石粉、竹粉在50℃温度下干燥处理备用；
（2）按照重量份称取各原料，将聚乳酸纤维、ε-己内酯、改性绿豆淀粉、麦饭石粉、椰壳纤维、碳酸钙、D-纤维二糖、磷酸三丁酯、魔芋甘露聚糖和竹粉加入混合机中机械混合5分钟；
（3）将上述混合料加入至双螺杆挤出机中熔融共混，挤出造粒得到母料，其中双螺杆挤出机中熔融共混的温度为175-210℃，螺杆转速为80rpm；
（4）将上述母料与沼渣、烯丙基二甘醇二碳酸酯、海藻酸钙和助剂加入混合机中机械混合5分钟，然后加入至双螺杆挤出机中挤出共混造粒，即得所需生物降解塑料，其中，双螺杆挤出机中熔融共混的温度为165-190℃，螺杆转速为150rpm。
实施例2
含沼渣的生物降解塑料，由以下重量份的组分制备而成：聚乳酸纤维65份、ε-己内酯35份、沼渣25份、烯丙基二甘醇二碳酸酯16份、碳酸钙4.5份、椰壳纤维7份、海藻酸钙2份、麦饭石粉1.6份、D-纤维二糖2.3份、魔芋甘露聚糖1.8份、改性绿豆淀粉9份、竹粉8份、磷酸三丁酯1.6份、助剂4份。
所述助剂包括增塑剂、抗菌剂和润滑剂，所述增塑剂、抗菌剂和润滑剂的重量份比为6:1:2；
所述增塑剂为甲醛、二甲基亚砜和甘油的混合物，且三者的重量份比为2:4:1；
所述抗菌剂为碳酸锂；
所述润滑剂为芥酸酰胺。
所述含沼渣的生物降解塑料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将聚乳酸纤维、ε-己内酯、沼渣、改性绿豆淀粉、麦饭石粉、竹粉在68℃温度下干燥处理备用；
（2）按照重量份称取各原料，将聚乳酸纤维、ε-己内酯、改性绿豆淀粉、麦饭石粉、椰壳纤维、碳酸钙、D-纤维二糖、磷酸三丁酯、魔芋甘露聚糖和竹粉加入混合机中机械混合12分钟；
（3）将上述混合料加入至双螺杆挤出机中熔融共混，挤出造粒得到母料，其中双螺杆挤出机中熔融共混的温度为175-210℃，螺杆转速为200rpm；
（4）将上述母料与沼渣、烯丙基二甘醇二碳酸酯、海藻酸钙和助剂加入混合机中机械混合10分钟，然后加入至双螺杆挤出机中挤出共混造粒，即得所需生物降解塑料，其中，双螺杆挤出机中熔融共混的温度为165-190℃，螺杆转速为400rpm。
实施例3
含沼渣的生物降解塑料，由以下重量份的组分制备而成：聚乳酸纤维52份、ε-己内酯27份、沼渣16份、烯丙基二甘醇二碳酸酯11份、碳酸钙3.3份、椰壳纤维4.5份、海藻酸钙1.4份、麦饭石粉1.2份、D-纤维二糖1.6份、魔芋甘露聚糖1.2份、改性绿豆淀粉7份、竹粉5份、磷酸三丁酯1.2份、助剂3份。
所述助剂包括增塑剂、抗菌剂和润滑剂，所述增塑剂、抗菌剂和润滑剂的重量份比为4.5:0.7:1.5；
所述增塑剂为甲醛和甘油中，且两者的重量份比为3:0.9；
所述抗菌剂为磷酸镧；
所述润滑剂为油酸酰胺和芥酸酰胺，且两者的重量份比为2:1.3。
所述含沼渣的生物降解塑料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将聚乳酸纤维、ε-己内酯、沼渣、改性绿豆淀粉、麦饭石粉、竹粉在59℃温度下干燥处理备用；
（2）按照重量份称取各原料，将聚乳酸纤维、ε-己内酯、改性绿豆淀粉、麦饭石粉、椰壳纤维、碳酸钙、D-纤维二糖、磷酸三丁酯、魔芋甘露聚糖和竹粉加入混合机中机械混合8分钟；
（3）将上述混合料加入至双螺杆挤出机中熔融共混，挤出造粒得到母料，其中双螺杆挤出机中熔融共混的温度为175-210℃，螺杆转速为140rpm；
（4）将上述母料与沼渣、烯丙基二甘醇二碳酸酯、海藻酸钙和助剂加入混合机中机械混合7分钟，然后加入至双螺杆挤出机中挤出共混造粒，即得所需生物降解塑料，其中，双螺杆挤出机中熔融共混的温度为165-190℃，螺杆转速为270rpm。
实施例4
含沼渣的生物降解塑料，由以下重量份的组分制备而成：聚乳酸纤维52份、ε-己内酯27份、沼渣16份、烯丙基二甘醇二碳酸酯13份、碳酸钙3.2份、椰壳纤维3份、海藻酸钙1.4份、麦饭石粉0.9份、D-纤维二糖1.2份、魔芋甘露聚糖1.6份、改性绿豆淀粉6份、竹粉4份、磷酸三丁酯1.3份、助剂3份。
所述助剂包括增塑剂、抗菌剂和润滑剂，所述增塑剂、抗菌剂和润滑剂的重量份比为4:0.7:1.2；
所述增塑剂为乙二醇、甲醛、二甲基亚砜和甘油的混合物，且四者的重量份比为3:1:0.7:2；
所述抗菌剂为碳酸锂和磷酸镧的混合物，且两者的重量份比为2:3；
所述润滑剂为油酸酰胺、褐煤蜡和芥酸酰胺的混合物，且三者的重量份比为1:2:0.9。
所述含沼渣的生物降解塑料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将聚乳酸纤维、ε-己内酯、沼渣、改性绿豆淀粉、麦饭石粉、竹粉在65℃温度下干燥处理备用；
（2）按照重量份称取各原料，将聚乳酸纤维、ε-己内酯、改性绿豆淀粉、麦饭石粉、椰壳纤维、碳酸钙、D-纤维二糖、磷酸三丁酯、魔芋甘露聚糖和竹粉加入混合机中机械混合10分钟；
（3）将上述混合料加入至双螺杆挤出机中熔融共混，挤出造粒得到母料，其中双螺杆挤出机中熔融共混的温度为175-210℃，螺杆转速为150rpm；
（4）将上述母料与沼渣、烯丙基二甘醇二碳酸酯、海藻酸钙和助剂加入混合机中机械混合8分钟，然后加入至双螺杆挤出机中挤出共混造粒，即得所需生物降解塑料，其中，双螺杆挤出机中熔融共混的温度为165-190℃，螺杆转速为200rpm。
实施例5
含沼渣的生物降解塑料，由以下重量份的组分制备而成：聚乳酸纤维60份、ε-己内酯28份、沼渣14份、烯丙基二甘醇二碳酸酯11份、碳酸钙2.6份、椰壳纤维5份、海藻酸钙1.3份、麦饭石粉1.2份、D-纤维二糖0.9份、魔芋甘露聚糖1.3份、改性绿豆淀粉6份、竹粉5份、磷酸三丁酯1.1份、助剂2.5份。
所述助剂包括增塑剂、抗菌剂和润滑剂，所述增塑剂、抗菌剂和润滑剂的重量份比为4:0.6:1.7；
所述增塑剂为乙二醇、二甲基亚砜和甘油，且三者的重量份比为2:1:0.3；
所述抗菌剂为碳酸锂和磷酸镧，且两者的重量份比为1:1；
所述润滑剂为褐煤蜡和芥酸酰胺，且两者的重量份比为2:3。
所述含沼渣的生物降解塑料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将聚乳酸纤维、ε-己内酯、沼渣、改性绿豆淀粉、麦饭石粉、竹粉在57℃温度下干燥处理备用；
（2）按照重量份称取各原料，将聚乳酸纤维、ε-己内酯、改性绿豆淀粉、麦饭石粉、椰壳纤维、碳酸钙、D-纤维二糖、磷酸三丁酯、魔芋甘露聚糖和竹粉加入混合机中机械混合58分钟；
（3）将上述混合料加入至双螺杆挤出机中熔融共混，挤出造粒得到母料，其中双螺杆挤出机中熔融共混的温度为175-210℃，螺杆转速为180rpm；
（4）将上述母料与沼渣、烯丙基二甘醇二碳酸酯、海藻酸钙和助剂加入混合机中机械混合8分钟，然后加入至双螺杆挤出机中挤出共混造粒，即得所需生物降解塑料，其中，双螺杆挤出机中熔融共混的温度为165-190℃，螺杆转速为300rpm。
对比例1
本对比例参照实施例1，不同之处在于：不含有沼渣和椰壳纤维组分，其他组分及其含量和制备方法不变。
对比例2
本对比例参照实施例1，不同之处在于：不含D-纤维二糖和竹粉，且采用普通绿豆淀粉代替改性绿豆淀粉，其他组分及其含量和制备方法不变。
将各实施例和对比例所制备的生物降解塑料制成薄膜，然而进行力学性能测试，其测试结果如表1所示：
拉伸强度/MPa 撕裂强度/KN/m 断裂伸长率/%
实施例1 10.25 38.4 31.9
实施例2 11.32 40.3 33.4
实施例3 10.84 40.1 32.7
实施例4 12.06 41.8 34.2
实施例5 11.73 39.2 33.1
对比例1 7.56 36.9 26.3
对比例2 8.92 37.5 27.1
以上测试结果表明，本发明的生物降解塑料具有较好的拉伸强度、撕裂强度和断裂伸长率，综合力学性能优异。
通过对比例1和实施例1可知，组分中沼渣和椰壳纤维对所述生物降解塑料的力学性能均有一定影响。而由对比例2和实施例1可知，组分中D-纤维二糖和竹粉和改性绿豆淀粉也对所述生物降解塑料的力学性能产生影响。

Claims (8)

1. 含沼渣的生物降解塑料，其特征在于，由以下重量份的组分制备而成：聚乳酸纤维40-65份、ε-己内酯20-35份、沼渣10-25份、烯丙基二甘醇二碳酸酯7-16份、碳酸钙2.2-4.5份、椰壳纤维2-7份、海藻酸钙0.8-2份、麦饭石粉0.8-1.6份、D-纤维二糖0.8-2.3份、魔芋甘露聚糖0.6-1.8份、改性绿豆淀粉5-9份、竹粉2-8份、磷酸三丁酯0.7-1.6份、助剂2-4份。
2. 根据权利要求1所述的含沼渣的生物降解塑料，其特征在于，由如以重量份的组分制备而成：聚乳酸纤维52份、ε-己内酯27份、沼渣16份、烯丙基二甘醇二碳酸酯13份、碳酸钙3.2份、椰壳纤维3份、海藻酸钙1.4份、麦饭石粉0.9份、D-纤维二糖1.2份、魔芋甘露聚糖1.6份、改性绿豆淀粉6份、竹粉4份、磷酸三丁酯1.3份、助剂3份。
3. 根据权利要求1或2所述的含沼渣的生物降解塑料，其特征在于，所述改性绿豆淀粉的步骤为：将100份的绿豆淀粉加蒸馏水稀释、调糊，置于80-92℃水浴锅中糊化，然后冷却至室温，加入12份蓖麻油、3份亚硫酸钠和5份过氧化氢，混合均匀后，在50-60℃温度、频率为50KHZ下超声处理10-20min，经浓缩、烘干粉碎即得粉末状改性淀粉。
4. 根据权利要求1或2所述的含沼渣的生物降解塑料，其特征在于，所述助剂包括增塑剂、抗菌剂和润滑剂，所述增塑剂、抗菌剂和润滑剂的重量份比为3-6:0.5-1:1-2；
所述增塑剂为乙二醇、甲醛、二甲基亚砜和甘油中的一种或多种的混合物；
所述抗菌剂为碳酸锂和磷酸镧中的一种或多种的混合物；
所述润滑剂为油酸酰胺、褐煤蜡和芥酸酰胺中的一种或多种的混合物。
5. 根据权利要求4所述的含沼渣的生物降解塑料，其特征在于，所述增塑剂、抗菌剂和润滑剂的重量份比为4:0.7:1.2。
6. 如权利要求1-5任一项所述的含沼渣的生物降解塑料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将聚乳酸纤维、ε-己内酯、沼渣、改性绿豆淀粉、麦饭石粉、竹粉在50-68℃温度下干燥处理备用；
（2）按照重量份称取各原料，将聚乳酸纤维、ε-己内酯、改性绿豆淀粉、麦饭石粉、椰壳纤维、碳酸钙、D-纤维二糖、磷酸三丁酯、魔芋甘露聚糖和竹粉加入混合机中机械混合5-12分钟；
（3）将上述混合料加入至双螺杆挤出机中熔融共混，挤出造粒得到母料；
（4）将上述母料与沼渣、烯丙基二甘醇二碳酸酯、海藻酸钙和助剂加入混合机中机械混合5-10分钟，然后加入至双螺杆挤出机中挤出共混造粒，即得所需生物降解塑料。
7. 根据权利要求6所述的含沼渣的生物降解塑料的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中双螺杆挤出机中熔融共混的温度为175-210℃，螺杆转速为80-200rpm。
8. 根据权利要求6所述的含沼渣的生物降解塑料的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中双螺杆挤出机中熔融共混的温度为165-190℃，螺杆转速为150-400rpm。
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