CN106883495A - 一种生物可降解塑料材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生物可降解塑料材料的制备方法，该工艺利用特异性的木质素、大豆淀粉、聚乳酸等生物可降解材料为主要成分进行造粒偶联、活化粉碎等处理，将低密度聚乙烯、聚氯乙烯、脂肪酸族聚酯、硅藻土、海藻酸、氨基甲酸酯等原材料聚合在一起，通过马弗炉加热煅烧、添加消泡剂、固化剂、增韧剂等成分提高复合材料的性能，然后通过浇注模具、表面活化处理、脱模烘干等一系列操作后得到复合塑料材料。制备而成的生物可降解塑料材料，其环保无害、降解速率快、回收再生性能好，具有较好的应用前景。同时还公开了由该制备方法制得的生物可降解塑料材料在日常塑料制品、一次性用品、餐饮包装中的应用。

Description

一种生物可降解塑料材料的制备方法
技术领域
本发明涉及塑料材料这一技术领域，特别涉及到一种生物可降解塑料材料的制备方法。
背景技术
近几十年来，为了解决大量塑料废弃物造成的“白色污染”难题，可生物降解塑料的研究备受人们瞩目，许多性能优良的生物降解材料被开发出来并在包装袋、垃圾袋、生活用品、一次性餐具、农用地膜、建筑材料和生物医用材料等领域获得广泛应用。
木质素是高度取代的苯基丙烷单元随机聚合而成的天然高聚物，主要位于纤维素与纤维之间，起抗压作用。作为世界上第二位最丰富的有机物，木质素是极其重要的可再生生物资源。造纸制浆工业每年要从植物中分离5000万吨左右的木质素副产品，但迄今为止，超过95％的木质素仍以“黑液”直接排入江河或浓缩后烧掉，很少得到有效利用。随着石油资源的枯竭和人类环保意识的增强给木质素的基础研究和产业化利用带来了强劲动力。将工业木质素应用于高分子聚合物材料中，既能充分利用丰富的可再生物质资源，又能减少合成高分子材料和造纸工业造成的环境污染，具有重要意义。木质素在引发剂的作用下，与烯类单体能够发生游离基接枝共聚反应，可得到一些具有优良性能的热固性塑料，虽可代替部分不可再生石油资源，但仍需消耗大量的化学试剂，成本高，木质素利用率低，周期长。而将木质素直接作为填充物混入热塑性塑料中，添加量可高达85％，可高效提升木质素利用率。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种生物可降解塑料材料的制备方法，该工艺利用特异性的木质素、大豆淀粉、聚乳酸等生物可降解材料为主要成分进行造粒偶联、活化粉碎等处理，将低密度聚乙烯、聚氯乙烯、脂肪酸族聚酯、硅藻土、海藻酸、氨基甲酸酯等原材料聚合在一起，通过马弗炉加热煅烧、添加消泡剂、固化剂、增韧剂等成分提高复合材料的性能，然后通过浇注模具、表面活化处理、脱模烘干等一系列操作后得到复合塑料材料。制备而成的生物可降解塑料材料，其环保无害、降解速率快、回收再生性能好，具有较好的应用前景。同时还公开了由该制备方法制得的生物可降解塑料材料在日常塑料制品、一次性用品、餐饮包装中的应用。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种生物可降解塑料材料的制备方法，由以下步骤组成：
(1)将木质素提取物10-20份、大豆淀粉10-20份、聚乳酸4-8份、聚丁二酸丁二醇酯3-5份、聚己内酯1-3份加入到高混机中混合15-30分钟，再加入偶联剂1-4份、二苯基甲烷二异氰酸酯1-2份，再次搅拌混合10分钟；
(2)将步骤(1)的混合产物加入到造粒机造粒，造粒机各段温度为：130℃、150℃、160℃、130℃，主机转速为15转/分钟；
(3)将步骤(2)的母料粒连同碳酸钙1-4份、相容剂1-4份一起加入到高速球磨机中进行球磨，球磨时间为30-60分钟，球磨时加入少量液氮，使产物粉碎彻底，收集球磨产物过筛；
(4)将步骤(3)得到的粉末加入到75％的苯甲酰溶液中进行活化处理，处理时间为60min；
(5)将低密度聚乙烯10-15份、聚氯乙烯3-5份、脂肪酸族聚酯3-6份、硅藻土3-6份、海藻酸1-5份、氨基甲酸酯2-4份混合均匀后加入马弗炉中煅烧，加热温度至95℃预热，同时加入步骤(4)得到的活化物10-20份，搅拌均匀后，加入固化剂1-4份和增韧剂2-3份，温度加热上升至360-420℃，反应时间4-5h，然后温度自然冷却至160℃，加入消泡剂1-3份，保温反应30min；
(6)将步骤(5)的反应液自然冷却至95℃，再次加入固化剂1-2份，搅拌均匀后，浇注到模具中，室温固化24h；
(7)将步骤(6)的模具放入到表面活化剂中处理，浸泡55min，然后进行脱模；
(8)将步骤(7)的脱模材料放入二氧化碳干燥箱中干燥，即得成品。
优选地，所述步骤(1)中偶联剂选自乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷、γ―氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种。
优选地，所述步骤(3)中相容剂为改性聚丙烯酸酯。
优选地，所述步骤(3)中的球磨功率为350W。
优选地，所述步骤(3)中的过筛孔径为80目。
优选地，所述步骤(5)中固化剂选自乙二胺、二乙烯三胺、间二甲苯、二氨基二苯基砜中的一种或几种。
优选地，所述步骤(5)中增韧剂选自甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯-丁二烯聚合物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、丙烯腈中的一种或几种。
优选地，所述步骤(5)中消泡剂选自高碳醇、苯乙醇油酸酯、苯乙酸月桂醇酯、二甲基硅油中的一种或几种。
优选地，所述步骤(7)中表面活化剂的组成为直链烷基苯磺酸钠5份、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠3份、十二烷基苯磺酸钠2份、对甲苯磺酰胺甲醛树脂1份、过氧化羟基异丙苯4份、乙酸松油酯3份、1-苯基环戊烷羧酸2份、三氯乙醛3份、去离子水15份
本发明还提供了由上述制备方法得到的生物可降解塑料材料在日常塑料制品、一次性用品、餐饮包装中的应用。
本发明与现有技术相比，其有益效果为：
(1)本发明的一种生物可降解塑料材料的制备方法利用特异性的木质素、大豆淀粉、聚乳酸等生物可降解材料为主要成分进行造粒偶联、活化粉碎等处理，将低密度聚乙烯、聚氯乙烯、脂肪酸族聚酯、硅藻土、海藻酸、氨基甲酸酯等原材料聚合在一起，通过马弗炉加热煅烧、添加消泡剂、固化剂、增韧剂等成分提高复合材料的性能，然后通过浇注模具、表面活化处理、脱模烘干等一系列操作后得到复合塑料材料。制备而成的生物可降解塑料材料，其环保无害、降解速率快、回收再生性能好，具有较好的应用前景。
(2)本发明的生物可降解塑料材料原料易得、工艺简单，适于大规模工业化运用，实用性强。
具体实施方式
下面结合具体实施例对发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
(1)将木质素提取物10份、大豆淀粉10份、聚乳酸4份、聚丁二酸丁二醇酯3份、聚己内酯1份加入到高混机中混合15分钟，再加入乙烯基三乙氧基硅烷1份、二苯基甲烷二异氰酸酯1份，再次搅拌混合10分钟；
(2)将步骤(1)的混合产物加入到造粒机造粒，造粒机各段温度为：130℃、150℃、160℃、130℃，主机转速为15转/分钟；
(3)将步骤(2)的母料粒连同碳酸钙1份、改性聚丙烯酸酯1份一起加入到高速球磨机中进行球磨，球磨时间为30分钟，球磨功率为350W，球磨时加入少量液氮，使产物粉碎彻底，收集球磨产物过筛，过筛孔径为80目；
(4)将步骤(3)得到的粉末加入到75％的苯甲酰溶液中进行活化处理，处理时间为60min；
(5)将低密度聚乙烯10份、聚氯乙烯3份、脂肪酸族聚酯3份、硅藻土3份、海藻酸1份、氨基甲酸酯2份混合均匀后加入马弗炉中煅烧，加热温度至95℃预热，同时加入步骤(4)得到的活化物10份，搅拌均匀后，加入乙二胺1份和甲基丙烯酸甲酯2份，温度加热上升至360℃，反应时间4h，然后温度自然冷却至160℃，加入高碳醇1份，保温反应30min；
(6)将步骤(5)的反应液自然冷却至95℃，再次加入乙二胺1份，搅拌均匀后，浇注到模具中，室温固化24h；
(7)将步骤(6)的模具放入到表面活化剂中处理，浸泡55min，然后进行脱模；
(8)将步骤(7)的脱模材料放入二氧化碳干燥箱中干燥，即得成品。
制得的生物可降解塑料材料的性能测试结果如表1所示。
实施例2
(1)将木质素提取物14份、大豆淀粉15份、聚乳酸6份、聚丁二酸丁二醇酯4份、聚己内酯1份加入到高混机中混合20分钟，再加入乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷2份、二苯基甲烷二异氰酸酯1份，再次搅拌混合10分钟；
(2)将步骤(1)的混合产物加入到造粒机造粒，造粒机各段温度为：130℃、150℃、160℃、130℃，主机转速为15转/分钟；
(3)将步骤(2)的母料粒连同碳酸钙2份、改性聚丙烯酸酯2份一起加入到高速球磨机中进行球磨，球磨时间为40分钟，球磨功率为350W，球磨时加入少量液氮，使产物粉碎彻底，收集球磨产物过筛，过筛孔径为80目；
(4)将步骤(3)得到的粉末加入到75％的苯甲酰溶液中进行活化处理，处理时间为60min；
(5)将低密度聚乙烯12份、聚氯乙烯3份、脂肪酸族聚酯4份、硅藻土4份、海藻酸3份、氨基甲酸酯3份混合均匀后加入马弗炉中煅烧，加热温度至95℃预热，同时加入步骤(4)得到的活化物15份，搅拌均匀后，加入二乙烯三胺2份和苯乙烯-丁二烯聚合物3份，温度加热上升至380℃，反应时间4.3h，然后温度自然冷却至160℃，加入苯乙醇油酸酯2份，保温反应30min；
(6)将步骤(5)的反应液自然冷却至95℃，再次加入二乙烯三胺2份，搅拌均匀后，浇注到模具中，室温固化24h；
(7)将步骤(6)的模具放入到表面活化剂中处理，浸泡55min，然后进行脱模；
(8)将步骤(7)的脱模材料放入二氧化碳干燥箱中干燥，即得成品。
制得的生物可降解塑料材料的性能测试结果如表1所示。
实施例3
(1)将木质素提取物18份、大豆淀粉17份、聚乳酸7份、聚丁二酸丁二醇酯4份、聚己内酯2份加入到高混机中混合25分钟，再加入γ―氨丙基三甲氧基硅烷3份、二苯基甲烷二异氰酸酯1份，再次搅拌混合10分钟；
(2)将步骤(1)的混合产物加入到造粒机造粒，造粒机各段温度为：130℃、150℃、160℃、130℃，主机转速为15转/分钟；
(3)将步骤(2)的母料粒连同碳酸钙3份、改性聚丙烯酸酯3份一起加入到高速球磨机中进行球磨，球磨时间为50分钟，球磨功率为350W，球磨时加入少量液氮，使产物粉碎彻底，收集球磨产物过筛，过筛孔径为80目；
(4)将步骤(3)得到的粉末加入到75％的苯甲酰溶液中进行活化处理，处理时间为60min；
(5)将低密度聚乙烯14份、聚氯乙烯4份、脂肪酸族聚酯5份、硅藻土5份、海藻酸4份、氨基甲酸酯3份混合均匀后加入马弗炉中煅烧，加热温度至95℃预热，同时加入步骤(4)得到的活化物17份，搅拌均匀后，加入间二甲苯3份和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物2份，温度加热上升至400℃，反应时间4.7h，然后温度自然冷却至160℃，加入苯乙酸月桂醇酯2份，保温反应30min；
(6)将步骤(5)的反应液自然冷却至95℃，再次加入间二甲苯1份，搅拌均匀后，浇注到模具中，室温固化24h；
(7)将步骤(6)的模具放入到表面活化剂中处理，浸泡55min，然后进行脱模；
(8)将步骤(7)的脱模材料放入二氧化碳干燥箱中干燥，即得成品。
制得的生物可降解塑料材料的性能测试结果如表1所示。
实施例4
(1)将木质素提取物20份、大豆淀粉20份、聚乳酸8份、聚丁二酸丁二醇酯5份、聚己内酯3份加入到高混机中混合30分钟，再加入3-氨丙基三甲氧基硅烷4份、二苯基甲烷二异氰酸酯2份，再次搅拌混合10分钟；
(2)将步骤(1)的混合产物加入到造粒机造粒，造粒机各段温度为：130℃、150℃、160℃、130℃，主机转速为15转/分钟；
(3)将步骤(2)的母料粒连同碳酸钙4份、改性聚丙烯酸酯4份一起加入到高速球磨机中进行球磨，球磨时间为60分钟，球磨功率为350W，球磨时加入少量液氮，使产物粉碎彻底，收集球磨产物过筛，过筛孔径为80目；
(4)将步骤(3)得到的粉末加入到75％的苯甲酰溶液中进行活化处理，处理时间为60min；
(5)将低密度聚乙烯15份、聚氯乙烯5份、脂肪酸族聚酯6份、硅藻土6份、海藻酸5份、氨基甲酸酯4份混合均匀后加入马弗炉中煅烧，加热温度至95℃预热，同时加入步骤(4)得到的活化物20份，搅拌均匀后，加入二氨基二苯基砜4份和丙烯腈3份，温度加热上升至420℃，反应时间5h，然后温度自然冷却至160℃，加入二甲基硅油3份，保温反应30min；
(6)将步骤(5)的反应液自然冷却至95℃，再次加入二氨基二苯基砜2份，搅拌均匀后，浇注到模具中，室温固化24h；
(7)将步骤(6)的模具放入到表面活化剂中处理，浸泡55min，然后进行脱模；
(8)将步骤(7)的脱模材料放入二氧化碳干燥箱中干燥，即得成品。
制得的生物可降解塑料材料的性能测试结果如表1所示。
对比例1
(1)将木质素提取物10份、大豆淀粉10份、聚丁二酸丁二醇酯3份、聚己内酯1份加入到高混机中混合15分钟，再加入乙烯基三乙氧基硅烷1份、二苯基甲烷二异氰酸酯1份，再次搅拌混合10分钟；
(2)将步骤(1)的混合产物加入到造粒机造粒，造粒机各段温度为：130℃、150℃、160℃、130℃，主机转速为15转/分钟；
(3)将步骤(2)的母料粒连同碳酸钙1份、改性聚丙烯酸酯1份一起加入到高速球磨机中进行球磨，球磨时间为30分钟，球磨功率为350W，球磨时加入少量液氮，使产物粉碎彻底，收集球磨产物过筛，过筛孔径为80目；
(4)将步骤(3)得到的粉末加入到75％的苯甲酰溶液中进行活化处理，处理时间为60min；
(5)将低密度聚乙烯10份、聚氯乙烯3份、脂肪酸族聚酯3份、硅藻土3份混合均匀后加入马弗炉中煅烧，加热温度至95℃预热，同时加入步骤(4)得到的活化物10份，搅拌均匀后，加入乙二胺1份和甲基丙烯酸甲酯2份，温度加热上升至360℃，反应时间4h，然后温度自然冷却至160℃，加入高碳醇1份，保温反应30min；
(6)将步骤(5)的反应液自然冷却至95℃，再次加入乙二胺1份，搅拌均匀后，浇注到模具中，室温固化24h；
(7)将步骤(6)的模具放入到表面活化剂中处理，浸泡55min，然后进行脱模；
(8)将步骤(7)的脱模材料放入二氧化碳干燥箱中干燥，即得成品。
制得的生物可降解塑料材料的性能测试结果如表1所示
对比例2
(1)将木质素提取物20份、大豆淀粉20份、聚乳酸8份、聚丁二酸丁二醇酯5份、聚己内酯3份加入到高混机中混合30分钟，再加入3-氨丙基三甲氧基硅烷4份、二苯基甲烷二异氰酸酯2份，再次搅拌混合10分钟；
(2)将步骤(1)的混合产物加入到造粒机造粒，造粒机各段温度为：130℃、150℃、160℃、130℃，主机转速为15转/分钟；
(3)将步骤(2)的母料粒加入到高速球磨机中进行球磨，球磨时间为60分钟，球磨功率为350W，球磨时加入少量液氮，使产物粉碎彻底，收集球磨产物过筛，过筛孔径为80目；
(4)将步骤(3)得到的粉末加入到75％的苯甲酰溶液中进行活化处理，处理时间为60min；
(5)将低密度聚乙烯15份、聚氯乙烯5份、脂肪酸族聚酯6份、硅藻土6份、海藻酸5份、氨基甲酸酯4份混合均匀后加入马弗炉中煅烧，加热温度至95℃预热，同时加入步骤(4)得到的活化物20份，搅拌均匀后，加入二氨基二苯基砜4份和丙烯腈3份，温度加热上升至420℃，反应时间5h，然后温度自然冷却至160℃，加入二甲基硅油3份，保温反应30min；
(6)将步骤(5)的反应液自然冷却至95℃，再次加入二氨基二苯基砜2份，搅拌均匀后，浇注到模具中，室温固化24h；
(7)将步骤(6)的模具放入到表面活化剂中处理，浸泡55min，然后进行脱模；
(8)将步骤(7)的脱模材料放入二氧化碳干燥箱中干燥，即得成品。
制得的生物可降解塑料材料的性能测试结果如表1所示。
将实施例1-4和对比例1-2的制得的生物可降解塑料材料分别进行失重率、耐热降解温度、吸水率这几项性能测试。
表1
本发明的一种生物可降解塑料材料的制备方法利用特异性的木质素、大豆淀粉、聚乳酸等生物可降解材料为主要成分进行造粒偶联、活化粉碎等处理，将低密度聚乙烯、聚氯乙烯、脂肪酸族聚酯、硅藻土、海藻酸、氨基甲酸酯等原材料聚合在一起，通过马弗炉加热煅烧、添加消泡剂、固化剂、增韧剂等成分提高复合材料的性能，然后通过浇注模具、表面活化处理、脱模烘干等一系列操作后得到复合塑料材料。制备而成的生物可降解塑料材料，其环保无害、降解速率快、回收再生性能好，具有较好的应用前景。本发明的生物可降解塑料材料原料易得、工艺简单，适于大规模工业化运用，实用性强。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种生物可降解塑料材料的制备方法，其特征在于，由以下步骤组成：
(1)将木质素提取物10-20份、大豆淀粉10-20份、聚乳酸4-8份、聚丁二酸丁二醇酯3-5份、聚己内酯1-3份加入到高混机中混合15-30分钟，再加入偶联剂1-4份、二苯基甲烷二异氰酸酯1-2份，再次搅拌混合10分钟；
(2)将步骤(1)的混合产物加入到造粒机造粒，造粒机各段温度为：130℃、150℃、160℃、130℃，主机转速为15转/分钟；
(3)将步骤(2)的母料粒连同碳酸钙1-4份、相容剂1-4份一起加入到高速球磨机中进行球磨，球磨时间为30-60分钟，球磨时加入少量液氮，使产物粉碎彻底，收集球磨产物过筛；
(4)将步骤(3)得到的粉末加入到75％的苯甲酰溶液中进行活化处理，处理时间为60min；
(5)将低密度聚乙烯10-15份、聚氯乙烯3-5份、脂肪酸族聚酯3-6份、硅藻土3-6份、海藻酸1-5份、氨基甲酸酯2-4份混合均匀后加入马弗炉中煅烧，加热温度至95℃预热，同时加入步骤(4)得到的活化物10-20份，搅拌均匀后，加入固化剂1-4份和增韧剂2-3份，温度加热上升至360-420℃，反应时间4-5h，然后温度自然冷却至160℃，加入消泡剂1-3份，保温反应30min；
(6)将步骤(5)的反应液自然冷却至95℃，再次加入固化剂1-2份，搅拌均匀后，浇注到模具中，室温固化24h；
(7)将步骤(6)的模具放入到表面活化剂中处理，浸泡55min，然后进行脱模；
(8)将步骤(7)的脱模材料放入二氧化碳干燥箱中干燥，即得成品。
2.根据权利要求1所述的生物可降解塑料材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中偶联剂选自乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷、γ―氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的生物可降解塑料材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中相容剂为改性聚丙烯酸酯。
4.根据权利要求1所述的生物可降解塑料材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中的球磨功率为350W。
5.根据权利要求1所述的生物可降解塑料材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中的过筛孔径为80目。
6.根据权利要求1所述的生物可降解塑料材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中固化剂选自乙二胺、二乙烯三胺、间二甲苯、二氨基二苯基砜中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的生物可降解塑料材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中增韧剂选自甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯-丁二烯聚合物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、丙烯腈中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的生物可降解塑料材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中消泡剂选自高碳醇、苯乙醇油酸酯、苯乙酸月桂醇酯、二甲基硅油中的一种或几种。
9.根据权利要求1所述的生物可降解塑料材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(7)中表面活化剂的组成为直链烷基苯磺酸钠5份、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠3份、十二烷基苯磺酸钠2份、对甲苯磺酰胺甲醛树脂1份、过氧化羟基异丙苯4份、乙酸松油酯3份、1-苯基环戊烷羧酸2份、三氯乙醛3份、去离子水15份。
10.根据权利要求1-9任一项所述制备方法得到的生物可降解塑料材料在日常塑料制品、一次性用品、餐饮包装中的应用。
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