CN107216491A - 一种新型环保高分子材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种新型环保高分子材料的制备方法，包括以下制备步骤：a、将植物淀粉烘干后，投入高速混合机中搅拌，再加入增韧增塑剂、阻燃增效剂、热稳定剂、分散剂和相容剂，搅拌后冷却得到混合物一；b、将热塑性苯乙烯类弹性体和无机材料烘干后送入高速混料机中加入润滑增塑剂和表面处理剂，搅拌得到混合物二；c、将聚乳酸、扩链剂和抗氧剂混合加入到混料机中搅拌得到混合物三；d、将混合物一、混合物二和混合物三混合进行挤出机造粒，即可。本发明制备的高分子材料热变形温度高，应用领域广，制品强度高，加工性能优异，聚乳酸用量少，制备成本低，且材料环保无污染。

Description

一种新型环保高分子材料的制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种新型环保高分子材料的制备方法。
背景技术
目前，随着石油资源的日趋紧张，环境污染又成为人类生存最主要的几大问题之一，可降解非石油基高分子材料越来越得到人们的重视。聚乳酸作为一种来源于可再生植物资源的人工合成高分子材料，拥有可完全生物降解性，良好的加工成型能力及优良的力学性能，作为可降解塑料，已经受到广泛的关注与重视。聚乳酸高分子材料作为可再生的环境友好材料，有望替代源自石油资源的一系列高分子材料如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氨酯、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物等材料广泛应用于工程塑料与日常生活用品、包装材料、医用材料等相关领域。
但是，聚乳酸的价格偏高，并且作为一种热塑性高分子材料，由于其具有相对较高的玻璃化转化温度，较高的结晶度及较长的结晶时间，低温或常温下脆性大，高温下热稳定性不强，存在热变形温度低、容易水解、机械强度不足、热加工窗口窄等缺陷，难以直接利用。因而，对聚乳酸进行各种改性以提高其综合性能，成为突破该材料大规模推广应用瓶颈的途径。近年来，对聚乳酸进行改性的相关研究十分活跃，取得了很多成果，已经有效拓展了聚乳酸的应用领域。
目前，有大量的研究及专利对聚乳酸高分子材料改进进行公开报道，但仍存在聚乳酸用量大成本高、耐热性能差、回收利用困难等缺陷。如中国发明专利ZL200610010449.1中公开了一种复合无机材料补强耐高温生物降解母粒的制备方法，其采用的生物降解树脂含量较大，按重量百分比计达30％～60％，导致成本较高，并且工艺加工上较困难，经济效益低；中国发明专利ZL200410061416.0中公开了一种淀粉类可生物降解塑料母料及其制备方法，其胶粘树脂重量份达30～300份，含量较高，成本加大，而且采用了胶粘树脂接枝反应引发剂过氧化二异丙苯和过氧化氢异丙苯，使材料回收利用困难；中国发明专利ZL03135999.X中公开了一种生物可降解聚合物，其以天然淀粉和聚乳酸为原料，适用于农用塑料膜和食品包装材料，但由于大部分生物降解树脂的玻璃 化温度很低(50～70℃)，使得制成品的应用领域受到限制。
综上所述，因此需要一种更好的高分子材料来改善现有技术的不足。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型环保高分子材料的制备方法，本发明制备的高分子材料热变形温度高，应用领域广，制品强度高，加工性能优异，聚乳酸用量少，制备成本低，且材料环保无污染。
本发明提供了如下的技术方案：
一种新型环保高分子材料的制备方法，包括以下制备步骤：
a、将植物淀粉在60-80℃下烘干后，投入高速混合机中高速搅拌，搅拌速度为200-300r/min，在高速混合机内温度升至80-100℃时加入增韧增塑剂，再搅拌25-35min，加入阻燃增效剂、热稳定剂、分散剂和相容剂，搅拌均匀后冷却得到混合物一；
b、将热塑性苯乙烯类弹性体和无机材料在100-120℃的烘干箱中烘烤10-15min，然后送入高速混料机中边搅拌边加入润滑增塑剂和表面处理剂，搅拌均匀得到混合物二；
c、将聚乳酸、扩链剂和抗氧剂混合加入到混料机中，在300-400r/min的转速下搅拌25-30min，得到混合物三；
d、将混合物一、混合物二和混合物三混合进行挤出机造粒，即可得到成品。
优选的，所述新型环保高分子材料包括以下重量份的原料：植物淀粉45-58份、增韧增塑剂12-16份、阻燃增效剂11-14份、热稳定剂8-12份、分散剂13-15份、相容剂15-18份、热塑性苯乙烯类弹性体34-42份、无机材料34-45份、润滑增塑剂13-16份、表面处理剂12-18份、聚乳酸25-33份、扩链剂20-24份和抗氧剂23-26份。
优选的，所述步骤a的植物淀粉为玉米淀粉、小麦淀粉、土豆淀粉、红薯淀粉和木薯淀粉中的任一种或几种的混合物。
优选的，所述步骤a的增韧增塑剂为乙酰柠檬酸三丁酯、聚乙二醇和甘油中的任一种或几种的混合物。
优选的，所述步骤a的阻燃增效剂为超高分子量的固态硅氧烷、纳米有机蒙脱土、硅酮、三氧化二锑、硼酸锌、二氧化硅、二氧化钼、氧化铋、氧化铜和氧化镁中的任一种或几种的混合物。
优选的，所述步骤a的相容剂为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物接枝马来酸酐、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物接枝甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物接枝马来酸酐、苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物接枝甲基丙烯酸甲酯、低密度聚乙烯接枝马来酸酐、高密度聚乙烯接枝马来酸酐、聚丙烯接枝马来酸酐、低密度聚乙烯接枝甲基丙烯酸甲酯、高密度聚乙烯接枝甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯接枝甲基丙烯酸甲酯、线性低密度聚乙烯接枝马来酸酐、线性低密度聚乙烯接枝甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯-马来酸酐无规共聚物中的任一种或几种的混合物。
优选的，所述步骤b的热塑性苯乙烯类弹性体为苯乙烯-乙烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物和苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物中的任一种或几种的混合物。
优选的，所述步骤b的无机材料碳酸钙、滑石粉、蒙托土和白炭黑中的任一种或几种的混合物。
本发明的有益效果是：
本发明制备的高分子材料热变形温度高，应用领域广，制品强度高，加工性能优异，聚乳酸用量少，制备成本低，且材料环保无污染。
本发明通过对聚乳酸进行改性，提高了制备出材料的热变形温度，同时拓宽了聚乳酸产品的使用领域。
本发明中加入的植物纤维，并对其进行增强改性，使制备出材料的强度显著提高。
本发明生产出来的材料不含铅、镉、汞等重金属，不含卤素，符合ROHS标准和WEEE要求，是一种绿色环保材料。
本发明生产出来的材料的拉伸强度高、延伸率大、柔软，具有优良的阻燃、低烟、环保的特性以及优异的加工性能。
本发明生产的材料金属氧化物含量少，大大降低了制造成本。
具体实施方式
实施例1
一种新型环保高分子材料的制备方法，包括以下制备步骤：
a、将植物淀粉在80℃下烘干后，投入高速混合机中高速搅拌，搅拌速度为200r/min，在高速混合机内温度升至100℃时加入增韧增塑剂，再搅拌25min，加入阻燃增效剂、热稳定剂、分散剂和相容剂，搅拌均匀后冷却得到混合物一；
b、将热塑性苯乙烯类弹性体和无机材料在120℃的烘干箱中烘烤15min，然后送入高速混料机中边搅拌边加入润滑增塑剂和表面处理剂，搅拌均匀得到混合物二；
c、将聚乳酸、扩链剂和抗氧剂混合加入到混料机中，在400r/min的转速下搅拌25min，得到混合物三；
d、将混合物一、混合物二和混合物三混合进行挤出机造粒，即可得到成品。
新型环保高分子材料包括以下重量份的原料：植物淀粉45份、增韧增塑剂16份、阻燃增效剂11份、热稳定剂12份、分散剂13份、相容剂18份、热塑性苯乙烯类弹性体34份、无机材料45份、润滑增塑剂13份、表面处理剂18份、聚乳酸25份、扩链剂24份和抗氧剂23份。
步骤a的植物淀粉为玉米淀粉、小麦淀粉、土豆淀粉、红薯淀粉和木薯淀粉的混合物。
步骤a的增韧增塑剂为乙酰柠檬酸三丁酯、聚乙二醇和甘油的混合物。
步骤a的阻燃增效剂为超高分子量的固态硅氧烷、纳米有机蒙脱土、硅酮、三氧化二锑、硼酸锌、二氧化硅、二氧化钼、氧化铋、氧化铜和氧化镁的混合物。
步骤a的相容剂为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物接枝马来酸酐、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物接枝甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物接枝马来酸酐、苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物接枝甲基丙烯酸甲酯、低密度聚乙烯接枝马来酸酐、高密度聚乙烯接枝马来酸酐、聚丙烯接枝马来酸酐、低密度聚乙烯接枝甲基丙烯酸甲酯、高密度聚乙烯接枝甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯接枝甲基丙烯酸甲酯、线性低密度聚乙烯接枝马来酸酐、线性低密度聚乙烯接枝甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯-马来酸酐无规共聚物的混合物。
步骤b的热塑性苯乙烯类弹性体为苯乙烯-乙烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物和苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物的混合物。
步骤b的无机材料碳酸钙、滑石粉、蒙托土和白炭黑中的任一种或几种的混合物。
检测实施例1制备的材料的各项性能为：密度1.24g/cm³，热变形温度126℃，拉伸强度48MPa，断裂伸长率750%。
实施例2
一种新型环保高分子材料的制备方法，包括以下制备步骤：
a、将植物淀粉在60℃下烘干后，投入高速混合机中高速搅拌，搅拌速度为200r/min，在高速混合机内温度升至80℃时加入增韧增塑剂，再搅拌25min，加入阻燃增效剂、热稳定剂、分散剂和相容剂，搅拌均匀后冷却得到混合物一；
b、将热塑性苯乙烯类弹性体和无机材料在100℃的烘干箱中烘烤10min，然后送入高速混料机中边搅拌边加入润滑增塑剂和表面处理剂，搅拌均匀得到混合物二；
c、将聚乳酸、扩链剂和抗氧剂混合加入到混料机中，在300r/min的转速下搅拌25min，得到混合物三；
d、将混合物一、混合物二和混合物三混合进行挤出机造粒，即可得到成品。
新型环保高分子材料包括以下重量份的原料：植物淀粉45份、增韧增塑剂12份、阻燃增效剂11份、热稳定剂8份、分散剂13份、相容剂15份、热塑性苯乙烯类弹性体34份、无机材料34份、润滑增塑剂13份、表面处理剂12份、聚乳酸25份、扩链剂20份和抗氧剂23份。
步骤a的植物淀粉为玉米淀粉、小麦淀粉、土豆淀粉、红薯淀粉和木薯淀粉中的任一种或几种的混合物。
步骤a的增韧增塑剂为乙酰柠檬酸三丁酯、聚乙二醇和甘油的混合物。
步骤a的阻燃增效剂为超高分子量的固态硅氧烷、纳米有机蒙脱土、硅酮、三氧化二锑、硼酸锌、二氧化硅、二氧化钼、氧化铋、氧化铜和氧化镁的混合物。
步骤a的相容剂为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物接枝马来酸酐、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物接枝甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物接枝马来酸酐、苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物接枝甲基丙烯酸甲酯、低密度聚乙烯接枝马来酸酐、高密度聚乙烯接枝马来酸酐、聚丙烯接枝马来酸酐、低密度聚乙烯接枝甲基丙烯酸甲酯、高密度聚乙烯接枝甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯接枝甲基丙烯酸甲酯、线性低密度聚乙烯接枝马来酸酐、线性低密度聚乙烯接枝甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯-马来酸酐无规共聚物的混合物。
步骤b的热塑性苯乙烯类弹性体为苯乙烯-乙烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物和苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物的混合物。
步骤b的无机材料碳酸钙、滑石粉、蒙托土和白炭黑的混合物。
检测实施例2制备的材料的各项性能为：密度1.17g/cm³，热变形温度116℃，拉伸强度54MPa，断裂伸长率780%。
实施例3
一种新型环保高分子材料的制备方法，包括以下制备步骤：
a、将植物淀粉在80℃下烘干后，投入高速混合机中高速搅拌，搅拌速度为300r/min，在高速混合机内温度升至100℃时加入增韧增塑剂，再搅拌25min，加入阻燃增效剂、热稳定剂、分散剂和相容剂，搅拌均匀后冷却得到混合物一；
b、将热塑性苯乙烯类弹性体和无机材料在120℃的烘干箱中烘烤15min，然后送入高速混料机中边搅拌边加入润滑增塑剂和表面处理剂，搅拌均匀得到混合物二；
c、将聚乳酸、扩链剂和抗氧剂混合加入到混料机中，在300r/min的转速下搅拌30min，得到混合物三；
d、将混合物一、混合物二和混合物三混合进行挤出机造粒，即可得到成品。
新型环保高分子材料包括以下重量份的原料：植物淀粉58份、增韧增塑剂16份、阻燃增效剂14份、热稳定剂12份、分散剂15份、相容剂18份、热塑性苯乙烯类弹性体42份、无机材料45份、润滑增塑剂16份、表面处理剂18份、聚乳酸33份、扩链剂24份和抗氧剂26份。
步骤a的植物淀粉为玉米淀粉、小麦淀粉、土豆淀粉、红薯淀粉和木薯淀粉的混合物。
步骤a的增韧增塑剂为乙酰柠檬酸三丁酯、聚乙二醇和甘油的混合物。
步骤a的阻燃增效剂为超高分子量的固态硅氧烷、纳米有机蒙脱土、硅酮、三氧化二锑、硼酸锌、二氧化硅、二氧化钼、氧化铋、氧化铜和氧化镁的混合物。
步骤a的相容剂为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物接枝马来酸酐、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物接枝甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物接枝马来酸酐、苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物接枝甲基丙烯酸甲酯、低密度聚乙烯接枝马来酸酐、高密度聚乙烯接枝马来酸酐、聚丙烯接枝马来酸酐、低密度聚乙烯接枝甲基丙烯酸甲酯、高密度聚乙烯接枝甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯接枝甲基丙烯酸甲酯、线性低密度聚乙烯接枝马来酸酐、和苯乙烯-马来酸酐无规共聚物的混合物。
步骤b的热塑性苯乙烯类弹性体为苯乙烯-乙烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物的混合物。
步骤b的无机材料碳酸钙、滑石粉、蒙托土和白炭黑的混合物。
检测实施例3制备的材料的各项性能为：密度1.12g/cm³，热变形温度135℃，拉伸强度55MPa，断裂伸长率680%。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种新型环保高分子材料的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
a、将植物淀粉在60-80℃下烘干后，投入高速混合机中高速搅拌，搅拌速度为200-300r/min，在高速混合机内温度升至80-100℃时加入增韧增塑剂，再搅拌25-35min，加入阻燃增效剂、热稳定剂、分散剂和相容剂，搅拌均匀后冷却得到混合物一；
b、将热塑性苯乙烯类弹性体和无机材料在100-120℃的烘干箱中烘烤10-15min，然后送入高速混料机中边搅拌边加入润滑增塑剂和表面处理剂，搅拌均匀得到混合物二；
c、将聚乳酸、扩链剂和抗氧剂混合加入到混料机中，在300-400r/min的转速下搅拌25-30min，得到混合物三；
d、将混合物一、混合物二和混合物三混合进行挤出机造粒，即可得到成品。
2.根据权利要求1所述的一种新型环保高分子材料的制备方法，其特征在于，所述新型环保高分子材料包括以下重量份的原料：植物淀粉45-58份、增韧增塑剂12-16份、阻燃增效剂11-14份、热稳定剂8-12份、分散剂13-15份、相容剂15-18份、热塑性苯乙烯类弹性体34-42份、无机材料34-45份、润滑增塑剂13-16份、表面处理剂12-18份、聚乳酸25-33份、扩链剂20-24份和抗氧剂23-26份。
3.根据权利要求1所述的一种新型环保高分子材料的制备方法，其特征在于，所述步骤a的植物淀粉为玉米淀粉、小麦淀粉、土豆淀粉、红薯淀粉和木薯淀粉中的任一种或几种的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种新型环保高分子材料的制备方法，其特征在于，所述步骤a的增韧增塑剂为乙酰柠檬酸三丁酯、聚乙二醇和甘油中的任一种或几种的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种新型环保高分子材料的制备方法，其特征在于，所述步骤a的阻燃增效剂为超高分子量的固态硅氧烷、纳米有机蒙脱土、硅酮、三氧化二锑、硼酸锌、二氧化硅、二氧化钼、氧化铋、氧化铜和氧化镁中的任一种或几种的混合物。
6.根据权利要求1所述的一种新型环保高分子材料的制备方法，其特征在于，所述步骤a的相容剂为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物接枝马来酸酐、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物接枝甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物接枝马来酸酐、苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物接枝甲基丙烯酸甲酯、低密度聚乙烯接枝马来酸酐、高密度聚乙烯接枝马来酸酐、聚丙烯接枝马来酸酐、低密度聚乙烯接枝甲基丙烯酸甲酯、高密度聚乙烯接枝甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯接枝甲基丙烯酸甲酯、线性低密度聚乙烯接枝马来酸酐、线性低密度聚乙烯接枝甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯-马来酸酐无规共聚物中的任一种或几种的混合物。
7.根据权利要求1所述的一种新型环保高分子材料的制备方法，其特征在于，所述步骤b的热塑性苯乙烯类弹性体为苯乙烯-乙烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物和苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物中的任一种或几种的混合物。
8.根据权利要求1所述的一种新型环保高分子材料的制备方法，其特征在于，所述步骤b的无机材料碳酸钙、滑石粉、蒙托土和白炭黑中的任一种或几种的混合物。
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