CN107325501A - 一种甘蔗皮纤维基共混型pbs可降解塑料及其制备方法 - Google Patents

一种甘蔗皮纤维基共混型pbs可降解塑料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种甘蔗皮纤维基共混型PBS可降解塑料及其制备方法，其中所述可降解塑料由以下重量份的原料制备而成：PBS 100份、硅烷偶联剂改性甘蔗皮纤维10～20份、聚丙烯接枝马来酸酐1～10份、植物油0.1～2份、抗氧剂0.1～1份。本发明的可降解塑料，以硅烷偶联剂改性的甘蔗皮纤维和PBS树脂熔融共混，使用废弃生物质资源甘蔗皮，不仅可以避免其丢弃带来的环境污染等问题，而且能变废为宝，大大降低了生产成本，并且本发明的可降解塑料，在天然土壤中降解速度比纯PBS要快，节约了降解时间。

Description

一种甘蔗皮纤维基共混型PBS可降解塑料及其制备方法
技术领域
本发明涉及PBS塑料技术领域，具体涉及一种甘蔗皮纤维基共混型PBS可降解塑料及其制备方法。
背景技术
随着环境污染和能源短缺等问题日趋严重，环境友好型材料的开发和应用成为研究的重点。环境友好型材料以可再生资源为原料，制品具有生物可降解性，原料来源丰富、产品降解无污染等优势助推其大力开发应用。在产品开发的过程中，可降解聚合物由于使用非石油类原料制备而受到广泛的关注。PBS(聚丁二酸丁二醇酯)是一种具有良好力学性能、降解性能和加工性能的可降解塑料，但其加工温度低，最终制得的PBS分子量小、黏度低，并且价格较高，导致其应用受限。
天然纤维由于其廉价易得、可再生和良好的生物相容性，常用来代替一些合成纤维来充当增强剂和填充剂。近年来，有越来越多的天然纤维用于可降解塑料的填充改性以提高其力学性能、热性能、结晶性能和降解性能。甘蔗年产量很大，其副产品甘蔗渣和甘蔗皮常被当作废物丢弃，而其中的甘蔗纤维具有可再生、可储存与替代、碳平衡等特点。甘蔗渣纤维有着一定应用，主要用于增强通用塑料，甘蔗皮纤维的应用却鲜有耳闻。
现有的生物可降解塑料常用的降解是在堆肥条件下进行的，对土壤要求严格，条件苛刻，然而大部分的塑料产品使用后基本都与天然土壤接触，或被埋到天然土壤，例如，农田或菜地的大棚薄膜，在使用后被就地抛弃。
发明内容
针对目前存在的问题，本发明提供一种甘蔗皮纤维基共混型PBS可降解塑料，甘蔗皮纤维可加速PBS的降解，使用废弃生物质资源，不仅可以避免其丢弃带来的环境污染等问题，而且能变废为宝。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种甘蔗皮纤维基共混型PBS可降解塑料，所述可降解塑料由以下重量份的原料制备而成：
PBS(聚丁二酸丁二醇酯) 100份
硅烷偶联剂改性甘蔗皮纤维 10～20份
聚丙烯接枝马来酸酐(PP-g-MAH) 1～10份
植物油 0.1～2份
抗氧剂 0.1～1份。
优选地，上述甘蔗皮纤维基共混型PBS可降解塑料，由以下重量份的原料制备而成：
PBS(聚丁二酸丁二醇酯) 100份
硅烷偶联剂改性甘蔗皮纤维 10份
聚丙烯接枝马来酸酐(PP-g-MAH) 2份
植物油 0.5份
抗氧剂 1份。
其中，所述甘蔗皮纤维为青甘蔗皮纤维和红甘蔗皮纤维中的一种或两种。
所述硅烷偶联剂为KH-540、KH-550、KH-560、KH-570中的一种或多种。
所述植物油为玉米油、芝麻油、菜籽油、大豆油、花生油中的一种或多种。
所述抗氧化剂为抗氧化剂1010、抗氧化剂168、抗氧化剂PS800FL中的一种或多种。
本发明还公开了上述甘蔗皮纤维基共混型PBS可降解塑料的制备方法，具体为：将聚丁二酸丁二醇酯、硅烷偶联剂改性甘蔗皮纤维、聚丙烯接枝马来酸酐、植物油和抗氧剂按照所述的重量份投入高速混合机混合均匀，然后将混合好的原料倒入双螺杆挤出机熔融，混合均匀后挤出并切粒，即得甘蔗皮纤维基共混型PBS可降解塑料。
其中，所述硅烷偶联剂改性甘蔗皮纤维的制备方法为：
(1)收集甘蔗皮(可直接收集水果摊丢弃的甘蔗皮)，去除横节，清水洗净，晒干或烘干，粉碎后过100目筛制成甘蔗皮粉末；
(2)将甘蔗皮粉末按浴比1:20～1:50，置于碱性溶液中在常温搅拌条件下处理1～3h，然后再置于超声清洗器中超声处理10～60min，温度为50～80℃，超声处理后再静置24h；
(3)去除上层清液，采用300目尼龙滤袋过滤，并用蒸馏水反复清洗至中性，再用无水乙醇清洗后烘干，制得碱处理的甘蔗皮纤维；
(4)按硅烷偶联剂和碱处理的甘蔗皮纤维质量比为1：5～1:20来确定硅烷偶联剂的用量，再用10～20倍硅烷偶联剂质量的无水乙醇稀释，并和碱处理甘蔗皮纤维一起投入高速混合机混合2～10分钟，取出后烘干即得硅烷偶联剂改性甘蔗皮纤维。
优选地，所述碱性溶液为质量浓度为1％～5％的NaOH溶液。
具体地，上述双螺杆挤出机的挤出条件为：机头温度195℃、五区温度195℃、四区温度190℃、三区温度180℃、二区温度175℃、一区温度165℃、熔体温度200℃、主机频率18.1HZ、喂料频率23.5HZ、切料频率12.9HZ。
本发明方法具有如下优点：
1、本发明所保护的可降解塑料，以硅烷偶联剂改性的甘蔗皮纤维和PBS基体熔融共混，大大降低了生产成本。
2、本发明的可降解塑料，使用废弃生物质资源(甘蔗皮)，不仅可以避免其丢弃带来的环境污染等问题，而且能变废为宝。
3、本发明的可降解塑料，在天然土壤中降解速度比纯PBS要快，甘蔗皮纤维可加速PBS的降解。
4、本发明可降解塑料的制备方法，简单易行，适合挤出、注射、模压、吹塑、吹膜，可以广泛应用于农业、食品、包装、餐饮、日用等生产加工领域。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的具体实施例。提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
实施例1
一种甘蔗皮纤维基共混型PBS可降解塑料，配方如下：
PBS树脂1000g、硅烷偶联剂改性甘蔗皮纤维50g、PP-g-MAH 10g、玉米油5g、抗氧化剂168 5g。
上述甘蔗皮纤维基共混型PBS可降解塑料的制备方法，具体为：将PBS树脂1000g、硅烷偶联剂改性甘蔗皮纤维50g、PP-g-MAH 10g、玉米油5g、抗氧化剂168 5g投入高速混合机混合均匀，然后将混合好的原料倒入双螺杆挤出机熔融，挤出机温度设置为165℃、175℃、180℃、190℃、195℃，混合均匀后挤出并切粒，即得甘蔗皮纤维基共混型PBS可降解塑料。
其中，所述硅烷偶联剂改性甘蔗皮纤维的制备方法为：
(1)收集水果摊丢弃的甘蔗皮，去除横节，清水洗净，晒干或烘干，粉碎后过100目筛制成甘蔗皮粉末；
(2)将甘蔗皮粉末按浴比1:20，置于碱性溶液中在常温搅拌条件下处理1h，然后再置于超声清洗器中超声处理10min，温度为0℃，超声处理后再静置24h；
(3)去除上层清液，采用300目尼龙滤袋过滤，并用蒸馏水反复清洗至中性，再用无水乙醇清洗后烘干，制得碱处理的甘蔗皮纤维；
(4)按硅烷偶联剂(KH-540)和碱处理的甘蔗皮纤维质量比为1：5来确定硅烷偶联剂的用量，再用10倍硅烷偶联剂质量的无水乙醇稀释，并和质量浓度为1％的NaOH溶液处理甘蔗皮纤维一起投入高速混合机混合5分钟，取出后烘干即得硅烷偶联剂改性甘蔗皮纤维。
实施例2
一种甘蔗皮纤维基共混型PBS可降解塑料，配方如下：
PBS树脂1000g、硅烷偶联剂改性甘蔗皮纤维100g、PP-g-MAH 20g、芝麻油5g、抗氧化剂1010 10g。
上述甘蔗皮纤维基共混型PBS可降解塑料的制备方法，具体为：将PBS树脂1000g、硅烷偶联剂改性甘蔗皮纤维100g、PP-g-MAH 20g、芝麻油5g、抗氧化剂1010 10g投入高速混合机混合均匀，然后将混合好的原料倒入双螺杆挤出机熔融，挤出机温度设置为165℃、175℃、180℃、190℃、195℃，混合均匀后挤出并切粒，即得甘蔗皮纤维基共混型PBS可降解塑料。
其中，所述硅烷偶联剂改性甘蔗皮纤维的制备方法为：
(1)收集废弃青甘蔗皮，去除横节，清水洗净，晒干或烘干，粉碎后过100目筛制成甘蔗皮粉末；
(2)将甘蔗皮粉末按浴比1:30，置于碱性溶液中在常温搅拌条件下处理1.5h，然后再置于超声清洗器中超声处理20min，温度为60℃，超声处理后再静置24h；
(3)去除上层清液，采用300目尼龙滤袋过滤，并用蒸馏水反复清洗至中性，再用无水乙醇清洗后烘干，制得碱处理的甘蔗皮纤维；
(4)按硅烷偶联剂(KH-550)和碱处理的甘蔗皮纤维质量比为1：10来确定硅烷偶联剂的用量，再用15倍硅烷偶联剂质量的无水乙醇稀释，并和质量浓度为2％的NaOH溶液处理甘蔗皮纤维一起投入高速混合机混合2分钟，取出后烘干即得硅烷偶联剂改性甘蔗皮纤维。
实施例3
一种甘蔗皮纤维基共混型PBS可降解塑料，配方如下：
PBS树脂1000g、硅烷偶联剂改性甘蔗皮纤维150g、PP-g-MAH 20g、菜籽油10g、抗氧化剂PS800FL 5g。
上述甘蔗皮纤维基共混型PBS可降解塑料的制备方法，具体为：将PBS树脂1000g、硅烷偶联剂改性甘蔗皮纤维150g、PP-g-MAH 20g、菜籽油10g、抗氧化剂PS800FL 5g投入高速混合机混合均匀，然后将混合好的原料倒入双螺杆挤出机熔融，挤出机温度设置为165℃、175℃、180℃、190℃、195℃，混合均匀后挤出并切粒，即得甘蔗皮纤维基共混型PBS可降解塑料。
其中，所述硅烷偶联剂改性甘蔗皮纤维的制备方法为：
(1)收集红甘蔗皮，去除横节，清水洗净，晒干或烘干，粉碎后过100目筛制成甘蔗皮粉末；
(2)将甘蔗皮粉末按浴比1:40，置于碱性溶液中在常温搅拌条件下处理2h，然后再置于超声清洗器中超声处理30min，温度为70℃，超声处理后再静置24h；
(3)去除上层清液，采用300目尼龙滤袋过滤，并用蒸馏水反复清洗至中性，再用无水乙醇清洗后烘干，制得碱处理的甘蔗皮纤维；
(4)按硅烷偶联剂(KH-570)和碱处理的甘蔗皮纤维质量比为1：15来确定硅烷偶联剂的用量，再用18倍硅烷偶联剂质量的无水乙醇稀释，并和质量浓度为4％的NaOH溶液处理甘蔗皮纤维一起投入高速混合机混合8分钟，取出后烘干即得硅烷偶联剂改性甘蔗皮纤维。
实施例4
一种甘蔗皮纤维基共混型PBS可降解塑料，配方如下：
PBS树脂1000g、硅烷偶联剂改性甘蔗皮纤维200g、PP-g-MAH 30g、大豆油10g、抗氧化剂168 4g、抗氧化剂PS800FL 6g。
上述甘蔗皮纤维基共混型PBS可降解塑料的制备方法，具体为：将PBS树脂1000g、硅烷偶联剂改性甘蔗皮纤维200g、PP-g-MAH 30g、大豆油10g、抗氧化剂168 4g、抗氧化剂PS800FL 6g投入高速混合机混合均匀，然后将混合好的原料倒入双螺杆挤出机熔融，挤出机温度设置为165℃、175℃、180℃、190℃、195℃，混合均匀后挤出并切粒，即得甘蔗皮纤维基共混型PBS可降解塑料。
其中，所述硅烷偶联剂改性甘蔗皮纤维的制备方法为：
(1)收集甘蔗皮(可直接收集水果摊丢弃的甘蔗皮)，去除横节，清水洗净，晒干或烘干，粉碎后过100目筛制成甘蔗皮粉末；
(2)将甘蔗皮粉末按浴比1:50，置于碱性溶液中在常温搅拌条件下处理3h，然后再置于超声清洗器中超声处理60min，温度为80℃，超声处理后再静置24h；
(3)去除上层清液，采用300目尼龙滤袋过滤，并用蒸馏水反复清洗至中性，再用无水乙醇清洗后烘干，制得碱处理的甘蔗皮纤维；
(4)按硅烷偶联剂(KH-560)和碱处理的甘蔗皮纤维质量比为1:20来确定硅烷偶联剂的用量，再用20倍硅烷偶联剂质量的无水乙醇稀释，并和质量浓度为5％的NaOH溶液处理甘蔗皮纤维一起投入高速混合机混合0分钟，取出后烘干即得硅烷偶联剂改性甘蔗皮纤维。
对比例
一种PBS可降解塑料，配方如下：PBS树脂1000g、抗氧化剂101010g。
将PBS树脂1000g和抗氧化剂1010 10g投入高速混合机混合均匀，然后将混合好的原料倒入双螺杆挤出机熔融，挤出机温度设置为165℃、175℃、180℃、190℃、195℃，混合均匀后挤出并切粒，即得PBS可降解塑料。
申请人进一步对上述可降解塑料进行如下试验：
采用螺杆式注塑机注射得到用于拉伸测试的哑铃型样条，采用平板硫化机压制得到厚1mm左右薄膜，测试哑铃型样条的拉伸强度和断裂伸长率。将哑铃型样条和薄膜按照国家标准相关规定在天然土壤条件下填埋90天，通过测试填埋后样条的拉伸强度和断裂伸长率计算其下降率，测试填埋后薄膜重量获得失重率。
实施例1～4与对比例得到的可降解塑料的性能对比如表1所示：
表1 实例1-4及对比例可降解塑料的性能测试结果
从表1的试验数据可以看出，可降解塑料的90天天然土壤填埋后失重率、拉伸强度下降率均比对比例的要大，而断裂伸长率下降率比纯PBS略低，降解效果好，并且实例二相比对比例来说，力学性能下降很少但其失重率、拉伸强度下降率和断裂伸长率下降率最大，说明其在天然土壤中降解速度最快，效果最佳。
并且甘蔗皮成本低，添加后降低了整个PBS塑料的成本，而且本发明的可降解塑料具有在天然土壤中填埋降解速度快的优点，因此具有较高的应用价值，值得推广。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种甘蔗皮纤维基共混型PBS可降解塑料，其特征在于，所述可降解塑料由以下重量份的原料制备而成：
PBS 100份
硅烷偶联剂改性甘蔗皮纤维 10～20份
聚丙烯接枝马来酸酐 1～10份
植物油 0.1～2份
抗氧剂 0.1～1份。
2.根据权利要求1所述的甘蔗皮纤维基共混型PBS可降解塑料，其特征在于，所述可降解塑料由以下重量份的原料制备而成：
PBS 100份
硅烷偶联剂改性甘蔗皮纤维 10份
聚丙烯接枝马来酸酐 2份
植物油 0.5份
抗氧剂 1份。
3.根据权利要求1或2所述的甘蔗皮纤维基共混型PBS可降解塑料，其特征在于，所述甘蔗皮纤维为青甘蔗皮纤维和红甘蔗皮纤维中的一种或两种。
4.根据权利要求1或2所述的甘蔗皮纤维基共混型PBS可降解塑料，其特征在于，所述硅烷偶联剂为KH-540、KH-550、KH-560、KH-570中的一种或多种。
5.根据权利要求1或2所述的甘蔗皮纤维基共混型PBS可降解塑料，其特征在于，所述植物油为玉米油、芝麻油、菜籽油、大豆油、花生油中的一种或多种。
6.根据权利要求1或2所述的甘蔗皮纤维基共混型PBS可降解塑料，其特征在于，所述抗氧化剂为抗氧化剂1010、抗氧化剂168、抗氧化剂PS800FL中的一种或多种。
7.根据权利要求1～6任一项所述的甘蔗皮纤维基共混型PBS可降解塑料的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体为：将聚丁二酸丁二醇酯、硅烷偶联剂改性甘蔗皮纤维、聚丙烯接枝马来酸酐、植物油和抗氧剂按照所述的重量份投入高速混合机混合均匀，然后将混合好的原料倒入双螺杆挤出机熔融，混合均匀后挤出并切粒，即得甘蔗皮纤维基共混型PBS可降解塑料。
8.根据权利要求7所述的甘蔗皮纤维基共混型PBS可降解塑料的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂改性甘蔗皮纤维的制备方法为：
(1)收集甘蔗皮，去除横节，清水洗净，晒干或烘干，粉碎后过100目筛制成甘蔗皮粉末；
(2)将甘蔗皮粉末按浴比1:20～1:50置于碱性溶液中在常温搅拌条件下处理1～3h，然后再置于温度为50～80℃的超声清洗器中超声处理10～60min，超声处理后再静置24h；
(3)去除上层清液，采用300目尼龙滤袋过滤，并用蒸馏水反复清洗至中性，再用无水乙醇清洗后烘干，制得碱处理的甘蔗皮纤维；
(4)按硅烷偶联剂和碱处理的甘蔗皮纤维质量比为1：5～1:20来确定硅烷偶联剂的用量，再用10～20倍硅烷偶联剂质量的无水乙醇稀释，并和碱处理甘蔗皮纤维一起投入高速混合机混合2～10分钟，取出后烘干即得硅烷偶联剂改性甘蔗皮纤维。
9.根据权利要求8所述的甘蔗皮纤维基共混型PBS可降解塑料的制备方法，其特征在于，所述碱性溶液为质量浓度为1％～5％的NaOH溶液。
10.根据权利要求7所述的甘蔗皮纤维基共混型PBS可降解塑料的制备方法，其特征在于，双螺杆挤出机的挤出条件为：机头温度195℃、五区温度195℃、四区温度190℃、三区温度180℃、二区温度175℃、一区温度165℃、熔体温度200℃。
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