CN106118076A - 一种牛毛基生物塑料的制备方法 - Google Patents

一种牛毛基生物塑料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种牛毛基生物塑料的制备方法，属于材料制备技术领域。本发明将牛胃液分离得到的上清液与处理过的牛毛混合并进行酶解、脱色后，与淀粉进行加热混合，并接种大肠杆菌，用α射线照射并加热升温，再加入柠檬酸三丁酯、L‑乳酸等物质，在氮气保护下，加热反应，最后进行挤塑造粒，即可制备得到牛毛基生物塑料。本发明制备的牛毛基生物塑料易完全降解，不会对环境造成污染；且具有耐高温性能，热变形温度最高可达120℃。

Description

一种牛毛基生物塑料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种牛毛基生物塑料的制备方法，属于材料制备技术领域。
背景技术
生物塑料就是以生物质材料制成的一类塑料。生物塑料的优点为：（1）低碳排放。因为生物质材料在生长过程中可吸收大量二氧化碳气体，具有碳中和作用；因此，生物塑料的二氧化碳排放量只相当石化塑料的20%，也称低碳塑料。使用低碳塑料可降低温室气体二氧化碳的排放量，有利于降低地球升温速度。（2）循环再生。生物质年复一年自然生长，取之不尽用之不竭，是目前地球上唯一未被很好利用的丰富资源。（3）降解性能。大部分生物塑料都具有良好的生物降解性能，飞起后不会产生“白色污染”。
目前国内外以实现产业化生产的全降解塑料有六大类，天然高分子改性类、聚乳酸类、聚羟基烷酯类、脂肪族聚酯类、二氧化碳基共聚物及聚己内酯。其中聚乳酸是目前产量最大，应用最广泛的合成降解塑料，也是目前降解塑料中价格最低的品种，属于典型的生物降解塑料，但是聚乳酸的主要缺点是脆性大，耐热温度低及气体阻隔性差，而二氧化碳基共聚物是目前生物降解材料的热门研究课题，因为二氧化碳气体为原料合成降解塑料，可利用大量的二氧化碳气体，既节约了资源，又保护了环境，可谓两全其美。二氧化碳基共聚物类塑料突出的优点是其气体阻隔性比PET和PA6高；缺点是树脂有轻微气味，因耐热温度低在运输过程中易结块，但该问题近期有望得到解决。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对聚乳酸制备的生物塑料脆性大，耐热温度低及气体阻隔性差，而二氧化碳基共聚物则虽然克服了上述问题，但是其有轻微气味，且因耐热温度低在运输工程中易结块的问题，本发明将牛胃液分离得到的上清液与处理过的牛毛混合并进行酶解、脱色后，与淀粉进行加热混合，并接种大肠杆菌，用α射线照射并加热升温，再加入柠檬酸三丁酯、L-乳酸等物质，在氮气保护下，加热反应，最后进行挤塑造粒，即可制备得到牛毛基生物塑料，本发明制备的牛毛基生物塑料易降解，不会对环境造成污染，且其具有耐高温性能，无异味。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
（1）使用水将牛毛洗净并将其风干，按固液比1:2，将风干牛毛和质量分数为25％的氢氧化钠溶液放入容器中，对容器进行加热至95～105℃，保温10～15min后，向容器中加入风干牛毛质量2～4％的氯化钙，以160r/min搅拌40～50min，自然冷却至室温，进行过滤，使用蒸馏水冲洗滤渣直至冲洗液pH至中性，得处理牛毛；
（2）取牛胃液放入离心机中，在5000r/min分离4～6min，收集上清液，将上述处理牛毛放入粉碎机中进行粉碎，过200目筛，将过筛粉末与上清液按质量比1:2～3放入酶解罐中，在32～36℃下以130r/min搅拌1～2h后，将酶解混合物放入离心机中离心分离，收集上清液并通过活性炭脱色；
（3）将上述脱色后的上清液和淀粉按质量比3:1～2混合，进行加热至80～90℃，以130r/min搅拌20～30min后自然冷却至室温，再放入玻璃反应釜，按接种量10～15％，将大肠杆菌放入玻璃反应釜中，设定温度为30～35℃，保温1～2h，随后使用α射线照射玻璃反应釜，以40℃/h进行升温，以150r/min进行搅拌；
（4）在上述升温至160～180℃后，保温2～4h，停止加热，再向反应釜中充入5℃氢气，待反应釜温度降至室温后，停止充入氢气，保温保压10～15min，随后降压至标准大气压，再分别加入上述淀粉质量2.6～2.9％的柠檬酸三丁酯、上述淀粉质量42～48％的L-乳酸及上述淀粉质量0.5～0.8％的二月桂酸二丁基锡；
（5）在上述添加完成后，使用氮气保护，升温至90～100℃，以190r/min搅拌7～9h，自然冷却至室温后出料，并进行过滤，收集滤渣放入塑料挤出机中，进行造粒，转速为600～800r/min，挤出机各区温度为一区：160～175℃，二区：175～186℃，三区：186～195℃，即可得到牛毛基生物塑料。
本发明制备的牛毛基生物塑料热变形温度最高可达120℃，拉伸强度为30～35MPa，弯曲强度为42～45MPa，抗冲击强度为52～55J·m-1，完全降解20～25天。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明制备的牛毛基生物塑料易完全降解，不会对环境造成污染；
（2）本发明制备的牛毛基生物塑料具有耐高温性能，热变形温度最高可达120℃；
（3）本发明制备步骤简单，所需成本低。
具体实施方式
首先使用水将牛毛洗净并将其风干，按固液比1:2，将风干牛毛和质量分数为25％的氢氧化钠溶液放入容器中，对容器进行加热至95～105℃，保温10～15min后，向容器中加入风干牛毛质量2～4％的氯化钙，以160r/min搅拌40～50min，自然冷却至室温，进行过滤，使用蒸馏水冲洗滤渣直至冲洗液pH至中性，得处理牛毛；再取牛胃液放入离心机中，在5000r/min分离4～6min，收集上清液，将上述处理牛毛放入粉碎机中进行粉碎，过200目筛，将过筛粉末与上清液按质量比1:2～3放入酶解罐中，在32～36℃下以130r/min搅拌1～2h后，将酶解混合物放入离心机中离心分离，收集上清液并通过活性炭脱色；然后将上述脱色后的上清液和淀粉按质量比3:1～2混合，进行加热至80～90℃，以130r/min搅拌20～30min后自然冷却至室温，再放入玻璃反应釜，按接种量10～15％，将大肠杆菌放入玻璃反应釜中，设定温度为30～35℃，保温1～2h，随后使用α射线照射玻璃反应釜，以40℃/h进行升温，以150r/min进行搅拌；在上述升温至160～180℃后，保温2～4h，停止加热，再向反应釜中充入5℃氢气，待反应釜温度降至室温后，停止充入氢气，保温保压10～15min，随后降压至标准大气压，再分别加入上述淀粉质量2.6～2.9％的柠檬酸三丁酯、上述淀粉质量42～48％的L-乳酸及上述淀粉质量0.5～0.8％的二月桂酸二丁基锡；最后在上述添加完成后，使用氮气保护，升温至90～100℃，以190r/min搅拌7～9h，自然冷却至室温后出料，并进行过滤，收集滤渣放入塑料挤出机中，进行造粒，转速为600～800r/min，挤出机各区温度为一区：160～175℃，二区：175～186℃，三区：186～195℃，即可得到牛毛基生物塑料。
实例1
首先使用水将牛毛洗净并将其风干，按固液比1:2，将风干牛毛和质量分数为25％的氢氧化钠溶液放入容器中，对容器进行加热至105℃，保温15min后，向容器中加入风干牛毛质量4％的氯化钙，以160r/min搅拌50min，自然冷却至室温，进行过滤，使用蒸馏水冲洗滤渣直至冲洗液pH至中性，得处理牛毛；再取牛胃液放入离心机中，在5000r/min分离6min，收集上清液，将上述处理牛毛放入粉碎机中进行粉碎，过200目筛，将过筛粉末与上清液按质量比1:3放入酶解罐中，在36℃下以130r/min搅拌2h后，将酶解混合物放入离心机中离心分离，收集上清液并通过活性炭脱色；然后将上述脱色后的上清液和淀粉按质量比3:2混合，进行加热至90℃，以130r/min搅拌30min后自然冷却至室温，再放入玻璃反应釜，按接种量15％，将大肠杆菌放入玻璃反应釜中，设定温度为35℃，保温2h，随后使用α射线照射玻璃反应釜，以40℃/h进行升温，以150r/min进行搅拌；在上述升温至180℃后，保温4h，停止加热，再向反应釜中充入5℃氢气，待反应釜温度降至室温后，停止充入氢气，保温保压15min，随后降压至标准大气压，再分别加入上述淀粉质量2.9％的柠檬酸三丁酯、上述淀粉质量48％的L-乳酸及上述淀粉质量0.8％的二月桂酸二丁基锡；最后在上述添加完成后，使用氮气保护，升温至100℃，以190r/min搅拌9h，自然冷却至室温后出料，并进行过滤，收集滤渣放入塑料挤出机中，进行造粒，转速为800r/min，挤出机各区温度为一区：175℃，二区：186℃，三区：195℃，即可得到牛毛基生物塑料。
经检测，本发明制备的牛毛基生物塑料热变形温度为119℃，拉伸强度为35MPa，弯曲强度为45MPa，抗冲击强度为55J·m-1，完全降解20天。
实例2
首先使用水将牛毛洗净并将其风干，按固液比1:2，将风干牛毛和质量分数为25％的氢氧化钠溶液放入容器中，对容器进行加热至95℃，保温10min后，向容器中加入风干牛毛质量2％的氯化钙，以160r/min搅拌40min，自然冷却至室温，进行过滤，使用蒸馏水冲洗滤渣直至冲洗液pH至中性，得处理牛毛；再取牛胃液放入离心机中，在5000r/min分离4min，收集上清液，将上述处理牛毛放入粉碎机中进行粉碎，过200目筛，将过筛粉末与上清液按质量比1:2放入酶解罐中，在32℃下以130r/min搅拌1h后，将酶解混合物放入离心机中离心分离，收集上清液并通过活性炭脱色；然后将上述脱色后的上清液和淀粉按质量比3:1混合，进行加热至80℃，以130r/min搅拌20min后自然冷却至室温，再放入玻璃反应釜，按接种量10％，将大肠杆菌放入玻璃反应釜中，设定温度为30℃，保温1h，随后使用α射线照射玻璃反应釜，以40℃/h进行升温，以150r/min进行搅拌；在上述升温至160℃后，保温2h，停止加热，再向反应釜中充入5℃氢气，待反应釜温度降至室温后，停止充入氢气，保温保压10min，随后降压至标准大气压，再分别加入上述淀粉质量2.6％的柠檬酸三丁酯、上述淀粉质量42％的L-乳酸及上述淀粉质量0.5％的二月桂酸二丁基锡；最后在上述添加完成后，使用氮气保护，升温至90℃，以190r/min搅拌7h，自然冷却至室温后出料，并进行过滤，收集滤渣放入塑料挤出机中，进行造粒，转速为600r/min，挤出机各区温度为一区：160℃，二区：175℃，三区：186℃，即可得到牛毛基生物塑料。
经检测，本发明制备的牛毛基生物塑料热变形温度为118℃，拉伸强度为30MPa，弯曲强度为42MPa，抗冲击强度为52J·m-1，完全降解25天。
实例3
首先使用水将牛毛洗净并将其风干，按固液比1:2，将风干牛毛和质量分数为25％的氢氧化钠溶液放入容器中，对容器进行加热至100℃，保温12min后，向容器中加入风干牛毛质量3％的氯化钙，以160r/min搅拌45min，自然冷却至室温，进行过滤，使用蒸馏水冲洗滤渣直至冲洗液pH至中性，得处理牛毛；再取牛胃液放入离心机中，在5000r/min分离5min，收集上清液，将上述处理牛毛放入粉碎机中进行粉碎，过200目筛，将过筛粉末与上清液按质量比1:2放入酶解罐中，在33℃下以130r/min搅拌1h后，将酶解混合物放入离心机中离心分离，收集上清液并通过活性炭脱色；然后将上述脱色后的上清液和淀粉按质量比3:1混合，进行加热至85℃，以130r/min搅拌25min后自然冷却至室温，再放入玻璃反应釜，按接种量12％，将大肠杆菌放入玻璃反应釜中，设定温度为32℃，保温2h，随后使用α射线照射玻璃反应釜，以40℃/h进行升温，以150r/min进行搅拌；在上述升温至165℃后，保温3h，停止加热，再向反应釜中充入5℃氢气，待反应釜温度降至室温后，停止充入氢气，保温保压12min，随后降压至标准大气压，再分别加入上述淀粉质量2.6％的柠檬酸三丁酯、上述淀粉质量46％的L-乳酸及上述淀粉质量0.7％的二月桂酸二丁基锡；最后在上述添加完成后，使用氮气保护，升温至95℃，以190r/min搅拌8h，自然冷却至室温后出料，并进行过滤，收集滤渣放入塑料挤出机中，进行造粒，转速为700r/min，挤出机各区温度为一区：170℃，二区：180℃，三区：190℃，即可得到牛毛基生物塑料。
经检测，本发明制备的牛毛基生物塑料热变形温度为120℃，拉伸强度为32MPa，弯曲强度为43MPa，抗冲击强度为53J·m-1，完全降解23天。

Claims (1)

1.一种牛毛基生物塑料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）使用水将牛毛洗净并将其风干，按固液比1:2，将风干牛毛和质量分数为25％的氢氧化钠溶液放入容器中，对容器进行加热至95～105℃，保温10～15min后，向容器中加入风干牛毛质量2～4％的氯化钙，以160r/min搅拌40～50min，自然冷却至室温，进行过滤，使用蒸馏水冲洗滤渣直至冲洗液pH至中性，得处理牛毛；
（2）取牛胃液放入离心机中，在5000r/min分离4～6min，收集上清液，将上述处理牛毛放入粉碎机中进行粉碎，过200目筛，将过筛粉末与上清液按质量比1:2～3放入酶解罐中，在32～36℃下以130r/min搅拌1～2h后，将酶解混合物放入离心机中离心分离，收集上清液并通过活性炭脱色；
（3）将上述脱色后的上清液和淀粉按质量比3:1～2混合，进行加热至80～90℃，以130r/min搅拌20～30min后自然冷却至室温，再放入玻璃反应釜，按接种量10～15％，将大肠杆菌放入玻璃反应釜中，设定温度为30～35℃，保温1～2h，随后使用α射线照射玻璃反应釜，以40℃/h进行升温，以150r/min进行搅拌；
（4）在上述升温至160～180℃后，保温2～4h，停止加热，再向反应釜中充入5℃氢气，待反应釜温度降至室温后，停止充入氢气，保温保压10～15min，随后降压至标准大气压，再分别加入上述淀粉质量2.6～2.9％的柠檬酸三丁酯、上述淀粉质量42～48％的L-乳酸及上述淀粉质量0.5～0.8％的二月桂酸二丁基锡；
（5）在上述添加完成后，使用氮气保护，升温至90～100℃，以190r/min搅拌7～9h，自然冷却至室温后出料，并进行过滤，收集滤渣放入塑料挤出机中，进行造粒，转速为600～800r/min，挤出机各区温度为一区：160～175℃，二区：175～186℃，三区：186～195℃，即可得到牛毛基生物塑料。
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