CN106280336A - 一种环境友好生物降解型教学模型用塑料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了塑料领域内的一种环境友好生物降解型教学模型用塑料制备方法，包括以下步骤：步骤1）将一定量的聚乳酸、木质素真空干燥一定时间；步骤2）加入扩链剂、抗氧化剂、增塑剂、润滑剂、热稳定剂并一起在高混机内混合一定时间；步骤3）将所得混合物料经过双螺杆挤出机器挤出造粒，制得木质素‑聚乳酸复合材料；步骤4）将该复合材料经过注塑成型，可制成各种教学用模型，本发明使得教学模型更加安全、更加环保，同时，具有废物再利用优点，可用于教学模型中。
Description
技术领域
本发明涉及一种塑料，特别涉及一种可降解塑料。
背景技术
目前，随着国民经济的不断发展，塑料制品的消费量在不断增高，合成塑料在生产和生活中扮演着越来越重要的角色，现代教学中塑料制品的使用已经越来越广泛。但是由于绝大部分塑料制品废弃后无法降解，长期存在，不断累积造成了严重的白色污染，随着污染的不断加重以及人们环保意识的不断增强，寻求一种既能满足人们使用需求又能满足环保需求的塑料制品显得越来越迫切并引起了研究人员的广泛兴趣，其中可降解树脂由于其降解特性和经济特性，已经成为了研究的热点。
聚乳酸（PLA），又称聚丙交酯，是来自可再生资源如淀粉中所生产出的一种可降解高分子聚酯材料，除有利于减少人类对石油资源的依赖性外，在堆肥条件下可以较快地降解成二氧化碳和水，对环境十分友好，由于聚乳酸可以通过淀粉等可再生资源生成，具有优良的可降解性以及生物兼容性、力学性能、加工成型性能等，随着人们对环保的日益重视，以及应用领域的不断开发，聚乳酸逐渐成为21世纪重要材料之一。
木质素是一种广泛存在于植物体中的无定型的、分子结构中含有氧代苯丙醇或其衍生物结构单元的芳香性高聚物。由于木质素的分子结构存在着芳香基。酚羟基、醇羟基、碳基共轭双键等活性基团，因此可以通过氧化、还原、水解、醇解、酸解甲氧基、羧基、酞化、磺化、烷基化、卤化、缩聚或者接枝共聚等多种反应方式进行改性。木质素具有较好的力学性能以及木质的外观属性，同时来源于生物质资源、同时在堆肥条件下具有较快地降解性能，是未来比较绿色环保的一种材料。
同时在造纸工业中，我国为造纸第一大国，年产量突破一亿吨，造纸原料用的秸秆、木片、稻草等原料，均含有木质素、半纤维素、纤维素三部分，造纸仅取用其中的纤维素（约40%），还有25%的木质素和28%的半纤维素为废弃物，目前处理方式是将木质素回炉燃烧，造成了较大的生物质资源的浪费以及增加了温室气体的排放，因此造纸过程中废弃木质素的废物利用一直困扰这个行业的难题。
在教育领域，目前越来越多的教学工具的出现极大的提高了教学的效果，目前各种塑料教学模型已经广泛地用于各教育机构当中，目前绝大多数模型采用的是不可降解的PS（聚苯乙烯）、ABS（聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯）、PP（聚丙烯）、PVC（聚氯乙烯）、PET（聚对苯二甲酸-乙二醇酯）等塑料，造成非常大的塑料污染，同时这些塑料原料来源于石油化石资源，与来源于生物质资源（秸秆、木片）的木质素以及淀粉的聚乳酸（PLA）相比，具有显而易见的环保和经济劣势。高性能生物基生物降解塑料在各个领域的使用时21世纪的发展趋势。
综上所述在教育领域引入这一概念和塑料也具有特殊的意义，在促进教学的同时也身体力行的向学生传递节约资源保护环境的理念。
发明内容
本发明的目的是提供一种环境友好生物降解型教学模型用塑料及其制备方法，使得教学模型更加安全、更加环保，同时，具有废物再利用优点。
本发明的目的是这样实现的：一种环境友好生物降解型教学模型用塑料及其制备方法，所述塑料由占重量份的以下成分组成：
聚乳酸 70~90份
木质素 15~30份
抗氧化剂 0.1~0.5份
扩链剂 0.5~0.8份
增塑剂 0.05~0.2份
热稳定剂 0.1~0.8份
润滑剂 0.8~1份；
所述制备方法包括以下步骤：
步骤1）将一定量的聚乳酸、木质素真空干燥一定时间；
步骤2）加入扩链剂、抗氧化剂、增塑剂、润滑剂、热稳定剂并一起在高混机内混合一定时间；
步骤3）将所得混合物料经过双螺杆挤出机器挤出造粒，制得木质素-聚乳酸复合材料；
步骤4）将该复合材料经过注塑成型，可制成各种教学用模型。
作为本发明的进一步限定，所述各成分选用以下原料：抗氧化剂为丁基羟基茴香醚、二丁基羟基甲苯、丁基对二苯酚、亚磷酸苯二异癸酯、季戊四醇双亚磷酸酯、3-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸季戊四醇酯、亚磷酸三（2，4-二叔丁基苯基）酯、3,5-二叔丁基-4-羟基苯基丙酸十八碳酸酯中的一种或者两种以上复配物；扩链剂为对苯二酚二羟乙基醚、间苯二酚二羟乙基醚、双酚A、乙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、一缩乙二醇中的一种或者两种以上的复配物；增塑剂为柠檬酸三丁酯、柠檬酸三乙酯、乙酰柠檬酸三正丁酯、三醋酸甘油酯、癸二酸二丁酯中的任一种或二种以上的复配物；热稳定剂为顺丁烯二酸酐或环氧大豆油；润滑剂为硬脂酸钙、硬酯酸锌中或者油酸酰胺类润滑剂中的任一种或二种以上混合物。
作为本发明的进一步限定，塑料由占重量份的以下成分组成：
聚乳酸 90份
木质素 15份
二丁基羟基甲苯 0.1份
双酚A 0.5份
柠檬酸三乙酯 0.05份
环氧大豆油 0.1份
硬脂酸锌 1份。
作为本发明的进一步限定，塑料由占重量份的以下成分组成：
聚乳酸 80份
木质素 20份
乙酰柠檬酸三正丁酯0.2份
间苯二酚二羟乙基醚 0.5份
丁基对二苯酚0.05份
环氧大豆油 0.2份
硬脂酸钙 1份。
作为本发明的进一步限定，塑料由占重量份的以下成分组成：
聚乳酸 80份
木质素 30份
顺丁烯二酸酐 0.2份
三醋酸甘油酯 0.6份
丁基对二苯酚 0.08份
硬脂酸锌 0.8份
1,4-丁二醇 0.8份。
作为本发明的进一步限定，塑料由占重量份的以下成分组成：
聚乳酸 70份
木质素 30份
三醋酸甘油酯0.5份
双酚A 0.8份
亚磷酸苯二异癸酯0.2份
环氧大豆油 0.4份
硬脂酸锌 1.0份。
作为本发明的进一步限定，步骤1）中聚乳酸为Naturewoks公司3001D牌号聚乳酸，木质素为原粉，粒径范围500~2000目中一种，干燥温度为25~40摄氏度，干燥时间为1.5h~3h，真空度为绝对压强0~5000Pa，步骤2）中混合20-30分钟。
作为本发明的进一步限定，步骤3）中挤出机的温度为130~160℃。
作为本发明的进一步限定，步骤4）中注塑机的温度为130~150℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明采用了来源于自然界广泛存在的生物质原来制备的木质素以及聚乳酸进行改性修饰从而制备了可生物降解的塑料教学模型，在教学模型制备中首次采用了生物基生物降解材料，既解决了废弃教学模型的处理问题，又给教学模型本身附加了节能环保的教育属性；在聚乳酸的加工过程中，本发明采用了木质素作为共混材料，木质素具有较好的加工改性性能，目前已经广泛用于橡胶工业中作为补强剂使用，和PLA共混可以有效的提高共混材料的强度。而且具有木质属性外观纹理，同时由于木质素价格低廉，可以有效地降低材料成本，使降解塑料教学模型的推广使用更加可行；同时本发明采用多种功能性助剂，通过与木质素表面功能性基团和聚乳酸（PLA）表面功能性基团的偶联作用，使两种材料均匀地融合在一起，使其热力学性能更加优异同时仍旧保持在堆肥条件下的较快降解性能；发明的木质素来源可以是造纸工业中的制浆生物质残渣，在满足甚至是教学模型行业创新的基础上，为造纸行业的制浆生物质废弃物处理提供了一个非常有前景的解决方案。本发明可用于教学模型生产中。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明：
实施例1
一种环境友好生物降解型教学模型用塑料，由占重量份的以下成分组成：
聚乳酸 90份
木质素 15份
二丁基羟基甲苯 0.1份
双酚A 0.5份
柠檬酸三乙酯 0.05份
环氧大豆油 0.1份
硬脂酸锌 1份；
该塑料的制备方法包括以下步骤：
步骤1）将上述成分的聚乳酸、木质素真空干燥一定时间，聚乳酸为Naturewoks公司3001D牌号聚乳酸，木质素为原粉，粒径范围500目，干燥温度为25摄氏度，干燥时间为1.5h，真空度为绝对压强0~5000Pa；
步骤2）加入扩链剂、抗氧化剂、增塑剂、润滑剂、热稳定剂并一起在高混机内混合20分钟；
步骤3）将所得混合物料经过双螺杆挤出机器挤出造粒，制得木质素-聚乳酸复合材料，挤出机的温度为130℃；
步骤4）将该复合材料经过注塑成型，可制成各种教学用模型（如DNA结构模型、二氧化碳晶体模型、氯化钠晶体模型、氯化铯分子结构模型、二氧化硅晶体结构模型等等），注塑机的温度为130℃。
实施例2
一种环境友好生物降解型教学模型用塑料，由占重量份的以下成分组成：
聚乳酸 80份
木质素 20份
乙酰柠檬酸三正丁酯0.2份
间苯二酚二羟乙基醚 0.5份
丁基对二苯酚0.05份
环氧大豆油 0.2份
硬脂酸钙 1份；
该塑料的制备方法包括以下步骤：
步骤1）将上述成分的聚乳酸、木质素真空干燥一定时间，聚乳酸为Naturewoks公司3001D牌号聚乳酸，木质素为原粉，粒径范围800目，干燥温度为30摄氏度，干燥时间为2h，真空度为绝对压强0~5000Pa；
步骤2）加入扩链剂、抗氧化剂、增塑剂、润滑剂、热稳定剂并一起在高混机内混合25分钟；
步骤3）将所得混合物料经过双螺杆挤出机器挤出造粒，制得木质素-聚乳酸复合材料，挤出机的温度为140℃；
步骤4）将该复合材料经过注塑成型，可制成各种教学用模型（如DNA结构模型、二氧化碳晶体模型、氯化钠晶体模型、氯化铯分子结构模型、二氧化硅晶体结构模型等等），注塑机的温度为140℃。
实施例3
一种环境友好生物降解型教学模型用塑料，由占重量份的以下成分组成：
聚乳酸 80份
木质素 30份
顺丁烯二酸酐 0.2份
三醋酸甘油酯 0.6份
丁基对二苯酚 0.08份
硬脂酸锌 0.8份
1,4-丁二醇 0.8份；
该塑料的制备方法包括以下步骤：
步骤1）将上述成分的聚乳酸、木质素真空干燥一定时间，聚乳酸为Naturewoks公司3001D牌号聚乳酸，木质素为原粉，粒径范围1500目，干燥温度为30摄氏度，干燥时间为2.5h，真空度为绝对压强0~5000Pa；
步骤2）加入扩链剂、抗氧化剂、增塑剂、润滑剂、热稳定剂并一起在高混机内混合25分钟；
步骤3）将所得混合物料经过双螺杆挤出机器挤出造粒，制得木质素-聚乳酸复合材料，挤出机的温度为150℃；
步骤4）将该复合材料经过注塑成型，可制成各种教学用模型（如DNA结构模型、二氧化碳晶体模型、氯化钠晶体模型、氯化铯分子结构模型、二氧化硅晶体结构模型等等），注塑机的温度为140℃。
实施例4
一种环境友好生物降解型教学模型用塑料，由占重量份的以下成分组成：
聚乳酸 70份
木质素 30份
三醋酸甘油酯0.5份
双酚A 0.8份
亚磷酸苯二异癸酯0.2份
环氧大豆油 0.4份
硬脂酸锌 1.0份；
该塑料的制备方法包括以下步骤：
步骤1）将上述成分的聚乳酸、木质素真空干燥一定时间，聚乳酸为Naturewoks公司3001D牌号聚乳酸，木质素为原粉，粒径范围2000目中一种，干燥温度为40摄氏度，干燥时间为3h，真空度为绝对压强0~5000Pa；
步骤2）加入扩链剂、抗氧化剂、增塑剂、润滑剂、热稳定剂并一起在高混机内混合30分钟；
步骤3）将所得混合物料经过双螺杆挤出机器挤出造粒，制得木质素-聚乳酸复合材料，挤出机的温度为160℃；
步骤4）将该复合材料经过注塑成型，可制成各种教学用模型（如DNA结构模型、二氧化碳晶体模型、氯化钠晶体模型、氯化铯分子结构模型、二氧化硅晶体结构模型等等），注塑机的温度为150℃。
将未改性的Naturewoks公司3001D牌号聚乳酸作为对比例1，将模型塑料常用工程塑料PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯），江苏仪征化纤产，牌号SD500作为对比例2，采用万能电子拉力试验机（SUN500型，由意大利GALDABINI公司制造）对上述实施例1-4，对比例1-2材料的拉伸强度、断裂伸长率进行测定，并按照国标GB/T16716.7-2012标准对上述材料进行生物堆肥降解实验，其结果见表1所示、
表1
| 拉伸强度/MPa | 断裂伸长率/% | 6个月堆肥降解率% | |
| 实施例1 | 58 | 10.2 | 99 |
| 实施例2 | 67 | 10.8 | 98 |
| 实施例3 | 72 | 11.2 | 98 |
| 实施例4 | 79 | 11.8 | 97 |
| 对比例1 | 50 | 8.2 | 100 |
| 对比例2 | 130 | 3.1 | 3 |
从上表中的应用结果可以看出：与未经改性的降解材料纯聚乳酸对比例1相比，经过木质素改性的实施例1~4在降解性能基本不变的情况下，经过木质素改性的PLA在力学性能上有了提升，其中随着木质素含量的增大，这种增强越来越明显。同时与对比例2相比，该种模型塑料在堆肥条件下6个月即可实现基本完全降解，而传统的模型塑料在6个月时间内基本没有变化，以上对比可以显示出本发明在模型材料的选型和制备方面的优势。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种环境友好生物降解型教学模型用塑料，其特征在于，由占重量份的以下成分组成：
聚乳酸 70~90份
木质素 15~30份
抗氧化剂 0.1~0.5份
扩链剂 0.5~0.8份
增塑剂 0.05~0.2份
热稳定剂 0.1~0.8份
润滑剂 0.8~1份。
2.根据权利要求1所述的一种环境友好生物降解型教学模型用塑料，其特征在于，所述各成分选用以下原料：
抗氧化剂为丁基羟基茴香醚、二丁基羟基甲苯、丁基对二苯酚、亚磷酸苯二异癸酯、季戊四醇双亚磷酸酯、3-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸季戊四醇酯、亚磷酸三（2，4-二叔丁基苯基）酯、3,5-二叔丁基-4-羟基苯基丙酸十八碳酸酯中的一种或者两种以上复配物；
扩链剂为对苯二酚二羟乙基醚、间苯二酚二羟乙基醚、双酚A、乙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、一缩乙二醇中的一种或者两种以上的复配物；
增塑剂为柠檬酸三丁酯、柠檬酸三乙酯、乙酰柠檬酸三正丁酯、三醋酸甘油酯、癸二酸二丁酯中的任一种或二种以上的复配物；
热稳定剂为顺丁烯二酸酐或环氧大豆油；
润滑剂为硬脂酸钙、硬酯酸锌中或者油酸酰胺类润滑剂中的任一种或二种以上混合物。
3.根据权利要求2所述的一种环境友好生物降解型教学模型用塑料，其特征在于，由占重量份的以下成分组成：
聚乳酸 90份
木质素 15份
二丁基羟基甲苯 0.1份
双酚A 0.5份
柠檬酸三乙酯 0.05份
环氧大豆油 0.1份
硬脂酸锌 1份。
4.根据权利要求2所述的一种环境友好生物降解型教学模型用塑料，其特征在于，由占重量份的以下成分组成：
聚乳酸 80份
木质素 20份
乙酰柠檬酸三正丁酯0.2份
间苯二酚二羟乙基醚 0.5份
丁基对二苯酚0.05份
环氧大豆油 0.2份
硬脂酸钙 1份。
5.根据权利要求2所述的一种环境友好生物降解型教学模型用塑料，其特征在于，由占重量份的以下成分组成：
聚乳酸 80份
木质素 30份
顺丁烯二酸酐 0.2份
三醋酸甘油酯 0.6份
丁基对二苯酚 0.08份
硬脂酸锌 0.8份
1,4-丁二醇 0.8份。
6.根据权利要求2所述的一种环境友好生物降解型教学模型用塑料，其特征在于，由占重量份的以下成分组成：
聚乳酸 70份
木质素 30份
三醋酸甘油酯0.5份
双酚A 0.8份
亚磷酸苯二异癸酯0.2份
环氧大豆油 0.4份
硬脂酸锌 1.0份。
7.一种环境友好生物降解型教学模型用塑料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1）将一定量的聚乳酸、木质素真空干燥一定时间；
步骤2）加入扩链剂、抗氧化剂、增塑剂、润滑剂、热稳定剂并一起在高混机内混合一定时间；
步骤3）将所得混合物料经过双螺杆挤出机器挤出造粒，制得木质素-聚乳酸复合材料；
步骤4）将该复合材料经过注塑成型，可制成各种教学用模型。
8.根据权利要求1所述的一种环境友好生物降解型教学模型用塑料制备方法，其特征在于，步骤1）中聚乳酸为Naturewoks公司3001D牌号聚乳酸，木质素为原粉，粒径范围500~2000目中一种，干燥温度为25~40摄氏度，干燥时间为1.5h~3h，真空度为绝对压强0~5000Pa，步骤2）中混合20-30分钟。
9.根据权利要求1或2所述的一种环境友好生物降解型教学模型用塑料制备方法，其特征在于，步骤3）中挤出机的温度为130~160℃。
10.根据权利要求1或2所述的一种环境友好生物降解型教学模型用塑料制备方法，其特征在于，步骤4）中注塑机的温度为130~150℃。
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