CN105838047B - 一种可生物降解改性木质素颗粒及其制造方法 - Google Patents

一种可生物降解改性木质素颗粒及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种可生物降解改性木质素颗粒，采用的原料组分包括：木质素35‑45重量份、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯40‑55重量份、助剂4‑6重量份和有机开口剂0.5‑1重量份；所述助剂包括硬脂酸和聚乙烯蜡。所述的可生物降解改性木质素颗粒的制造方法，包括以下步骤：按照以上重量份取各原料组分混合，升温，待各原料组分混合均匀后，得到粗料；取所述粗料，造粒，即得所述可生物降解改性木质素颗粒。所述可生物降解改性木质素颗粒具有良好的机械及加工性能，使用后可完全生物降解，对于保护生态环境，减少白色污染具有重要意义。所述可生物降解改性木质素颗粒的制造过程简单，成本低廉，适合进行批量生产。

Description

一种可生物降解改性木质素颗粒及其制造方法
技术领域
本发明属于环保可降解材料技术领域，具体涉及一种可生物降解改性木质素颗粒及其制造方法。
背景技术
可生物降解材料是一种良好的环境友好型材料，该材料的推广使用对于减少白色污染、保护自然环境具有重要意义。目前，在中国及世界范围内，常见的完全生物降解材料普遍使用聚乳酸(PLA)作为原料，该原料需要利用由植物资源(如玉米)中所提取出的淀粉原料制成，制作过程需要消耗大量人类可食用粮食，不仅造成粮食资源的浪费，同时也提高了制造生产完全生物降解材料的成本，不适于在较大范围内进行推广。同时，使用淀粉作为原料制备得到的完全生物降解材料的弹性较低，力学性能和加工稳定性较差，其对于湿度十分敏感，在较高或较低湿度条件下，均会产生材料品质改变，性能下降的问题。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种可生物降解改性木质素颗粒及其制造方法。所述可生物降解改性木质素颗粒具有良好的机械及加工性能，使用后可完全生物降解，对于保护生态环境，减少白色污染具有重要意义。所述可生物降解改性木质素颗粒的制造过程简单，成本低廉，适合进行批量生产。
本发明所采用的技术方案为：
一种可生物降解改性木质素颗粒，采用的原料组分包括：
木质素35-45重量份、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯40-55重量份、助剂4-6重量份和有机开口剂0.5-1重量份；
所述助剂包括硬脂酸和聚乙烯蜡。
进一步地，所述助剂包括硬脂酸2-3重量份、聚乙烯蜡2-3重量份。
进一步地，所述有机开口剂为油酸酰胺。
进一步地，采用的原料组分还包括碳酸钙5-8重量份。
一种所述的可生物降解改性木质素颗粒的制造方法，包括以下步骤：
(1)按照以上重量份取各原料组分混合，升温，待各原料组分混合均匀后，得到粗料；
(2)取步骤(1)中所得的粗料，造粒，即得所述可生物降解改性木质素颗粒。
进一步地，步骤(1)中，将所述各原料组分升温至40-60℃，并进行高速搅拌混合，搅拌速度为300-500r/min，搅拌时间为8-12min。
进一步地，步骤(1)中进行搅拌的时间为10min。
进一步地，步骤(2)中的造粒操作采用挤出造粒方法，造粒温度为120-160℃。
进一步地，步骤(2)中采用双螺杆挤出造粒机进行造粒操作，所述双螺杆挤出造粒机中螺杆的工作转速为50-300r/min。
进一步地，步骤(2)中造粒得到的所述可生物降解改性木质素颗粒的粒径为0.1-1cm。
木质素是一种复杂的芳香族天然高分子物质，广泛存在于植物的木质组织当中，是自然界中含量仅次于纤维素的第二大天然高分子材料，每年生物合成量能够达到约10亿吨。作为产量巨大的天然高分子材料，木质素具有可降解、可再生等优良的环保性能。造纸工业是一个技术密集、工艺复杂、资源消耗量大、产生污染物多的行业，在造纸过程中，原材料中所含有的大量木质素无法得到利用，通常作为废弃物直接排放，不仅造成木质素资源浪费，而且易对环境造成严重污染。
聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(PBAT)是一种半结晶型聚合物，具有优良生物降解性能，同时，该材料兼有较好的延展性和断裂伸长率，以及较好的耐热性和冲击性能。
硬脂酸，别名十八烷酸，是自然界广泛存在的一种脂肪酸，并广泛应用于化妆品工业、橡胶工业以及塑料制造工业等领域，可以作为增塑剂、软化剂、橡胶硫化促进剂以及稳定剂等助剂使用。
聚乙烯蜡，又称高分子蜡，具有优良的耐寒性、耐热性、耐化学性和耐磨性，常应用于高分子材料的制备和加工工业中。该材料化学性质稳定，电性能良好，能够改善聚合物产品光泽度，以及聚合物脱模及加工性能，具有较强的内部润滑的作用。
油酸酰胺，别名油酰胺，属于不饱和脂肪酰胺，可以减少聚合物等在加工过程中的内摩擦薄膜和传送设备之间摩擦，并可降低聚合物颗粒成型熔融粘度，改进材料流动性。该材料无毒，对热、氧、紫外线以及酸碱介质相对稳定。
本发明的有益效果为：
1、本发明采用的原料组分包括木质素和聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯，以上两种原料组分均为环境友好型材料，具有良好的可降解、可再生性能，该两种原料组分的使用替代了常用制备生物降解材料的原料淀粉，能够避免造成粮食资源浪费。木质素在自然界中储量丰富，每年产量巨大，成本低廉，尤其可以利用由造纸工业排放的废弃木质素原料，不仅可以减少造纸工业对环境造成的污染，而且能够对造纸工业产生的废弃物进行重新利用，达到废物再生、节约资源、保护环境，并可以进一步降低原料成本的多种效果。此外，聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯具有良好的延展性、断裂伸长率、耐热性和抗冲击性能，能够提高成品材料的机械及加工性能，提高材料承载能力，从而提高产品实用性。
所述可生物降解改性木质素颗粒采用的原料组分还包括硬脂酸和聚乙烯蜡，所述硬脂酸和聚乙烯蜡起到粘合作用，能够调和各原料组分，降低熔融后的液体粘度，提高原料内部润滑效果，使各原料组分能够充分、均匀混合；
采用的原料组分还包括油酸酰胺，所述油酸酰胺用作开口剂，具有抗粘结、增滑、流平、防沉淀、抗污损、抗静电及分散等功效，能够在制膜过程中避免薄膜互相粘连，方便加工。
2、所述可生物降解改性木质素颗粒采用的原料组分还包括碳酸钙，所述碳酸钙的加入不仅能够进一步降低原料成本，而且有利于提高成品材料的硬度和刚度，提高尺寸稳定性，同时能够提高成品材料的抗擦伤性和平滑度。
3、所述可生物降解改性木质素颗粒的制造方法简单，制造过程中不向环境排放无法降解或有毒的污染物，制造所得的所述可生物降解改性木质素颗粒与目前常用的生物降解材料相比，具有更好地机械及加工性能，载重能力更强，使用寿命更长。此外，所述可生物降解改性木质素颗粒采用的原料以及制造过程的成本较低，适合进行大规模生产，极具环保价值且经济收益良好。
具体实施方式
以下具体实施方式能够更详细地说明本发明，但不以任何形式限制本发明。需要说明的是，以下具体实施例中，以1重量份为1吨。
实施例1
一种可生物降解改性木质素颗粒，采用的原料组分包括：
木质素45重量份、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯47重量份、硬脂酸3重量份、聚乙烯蜡2重量份和油酸酰胺0.5重量份。
一种制备所述可生物降解改性木质素颗粒的制造方法，包括以下步骤：
(1)按照以上重量份取各原料组分，混合，得到混合物。将所述混合物升温至50℃，并进行搅拌，搅拌速度为300r/min，搅拌时间为12min，从而使所述混合物内的各原料组分进一步均匀混合，得到粗料；
(2)取步骤(1)中所得的粗料，使用双螺杆挤出造粒机进行造粒操作，螺杆转速为150r/min，造粒温度为120℃，即得粒径为0.1cm的所述可生物降解改性木质素颗粒。
实施例2
一种可生物降解改性木质素颗粒，采用的原料组分包括：
木质素38重量份、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯55重量份、硬脂酸2重量份、聚乙烯蜡3重量份和油酸酰胺0.8重量份。
一种制备所述可生物降解改性木质素颗粒的制造方法，包括以下步骤：
(1)按照以上重量份取各原料组分，混合，得到混合物。将所述混合物升温至40℃，并进行搅拌，搅拌速度为500r/min，搅拌时间为8min，从而使所述混合物内的各原料组分进一步均匀混合，得到粗料；
(2)取步骤(1)中所得的粗料，使用双螺杆挤出造粒机进行造粒操作，螺杆转速为100r/min，造粒温度为150℃，即得粒径为0.5cm的所述可生物降解改性木质素颗粒。
实施例3
一种可生物降解改性木质素颗粒，采用的原料组分包括：
木质素38重量份、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯40重量份、硬脂酸3重量份、聚乙烯蜡3重量份和油酸酰胺1重量份。
一种制备所述可生物降解改性木质素颗粒的制造方法，包括以下步骤：
(1)按照以上重量份取各原料组分，混合，得到混合物。将所述混合物升温至60℃，并进行搅拌，搅拌速度为300r/min，搅拌时间为12min，从而使所述混合物内的各原料组分进一步均匀混合，得到粗料；
(2)取步骤(1)中所得的粗料，使用双螺杆挤出造粒机进行造粒操作，螺杆转速为300r/min，造粒温度为120℃，即得粒径为1cm的所述可生物降解改性木质素颗粒。
实施例4
一种可生物降解改性木质素颗粒，采用的原料组分包括：
木质素35重量份、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯49重量份、硬脂酸2重量份、聚乙烯蜡2重量份、油酸酰胺1重量份和碳酸钙5重量份。
一种制备所述可生物降解改性木质素颗粒的制造方法，包括以下步骤：
(1)按照以上重量份取各原料组分，混合，得到混合物。将所述混合物升温至55℃，并进行搅拌，搅拌速度为500r/min，搅拌时间为10min，从而使所述混合物内的各原料组分进一步均匀混合，得到粗料；
(2)取步骤(1)中所得的粗料，使用双螺杆挤出造粒机进行造粒操作，螺杆转速为50r/min，造粒温度为160℃，即得粒径为1cm的所述可生物降解改性木质素颗粒。
实施例5
一种可生物降解改性木质素颗粒，采用的原料组分包括：
木质素43重量份、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯49重量份、硬脂酸3重量份、聚乙烯蜡3重量份、油酸酰胺0.8重量份和碳酸钙10重量份。
一种制备所述可生物降解改性木质素颗粒的制造方法，包括以下步骤：
(1)按照以上重量份取各原料组分，混合，得到混合物。将所述混合物升温至45℃，并进行搅拌，搅拌速度为420r/min，搅拌时间为10min，从而使所述混合物内的各原料组分进一步均匀混合，得到粗料；
(2)取步骤(1)中所得的粗料，使用双螺杆挤出造粒机进行造粒操作，螺杆转速为150r/min，造粒温度为155℃，即得粒径为0.6cm的所述可生物降解改性木质素颗粒。
所述可生物降解改性木质素颗粒的生物降解性能良好，由所述可生物降解改性木质素颗粒制造所得的产品在使用后可进行堆肥处理，在自然环境中，在温度为20-50℃，湿度为30-80度的条件下，由实施例1-5所提供的制造方法制造所得的所述可生物降解改性木质素颗粒或由该颗粒制备得到的产品可在45-60天内完全降解。所述可生物降解改性木质素颗粒的生物降解性能能够满足美国可降解产品协会(Biodegradable ProductsInstitute)的堆肥降解标准，是一种极具环保价值和经济价值的环境友好型材料。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种可生物降解改性木质素颗粒，其特征在于，采用的原料组分包括：
木质素35-45重量份、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯40-55重量份、助剂4-6重量份、碳酸钙5-8重量份和有机开口剂0.5-1重量份；
所述助剂包括硬脂酸2-3重量份和聚乙烯蜡2-3重量份；
所述有机开口剂为油酸酰胺；
所述的可生物降解改性木质素颗粒的制造方法，包括以下步骤：
(1)按照以上重量份取各原料组分混合，升温至40-60℃，并进行高速搅拌混合，待各原料组分混合均匀后，得到粗料；
(2)取步骤(1)中所得的粗料，120-160℃进行挤出造粒，即得所述可生物降解改性木质素颗粒。
2.一种权利要求1所述的可生物降解改性木质素颗粒的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按照以上重量份取各原料组分混合，升温至40-60℃，并进行高速搅拌混合，搅拌速度为300-500r/min，搅拌时间为8-12min，待各原料组分混合均匀后，得到粗料；
(2)取步骤(1)中所得的粗料，120-160℃进行挤出造粒，即得所述可生物降解改性木质素颗粒。
3.根据权利要求2所述的可生物降解改性木质素颗粒的制造方法，其特征在于，步骤(1)中进行搅拌的时间为10min。
4.根据权利要求2所述的可生物降解改性木质素颗粒的制造方法，其特征在于，步骤(2)中采用双螺杆挤出造粒机进行造粒操作，所述双螺杆挤出造粒机中螺杆的工作转速为50-300r/min。
5.根据权利要求2所述的可生物降解改性木质素颗粒的制造方法，其特征在于，步骤(2)中造粒得到的所述可生物降解改性木质素颗粒的粒径为0.1-1cm。
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