CN107793623A - 一种可降解的复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种可降解的复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了可降解的复合材料及其制备方法,涉及塑料制备技术领域;其由以下重量份数的原料制成:聚乙烯30~40份、细菌纤维素20~30份、环糊精10~20份、聚乳酸30~40份,聚丁二酸丁二醇酯30~40份、酵母多糖6~14份、乙酰氯1~6份、正辛醇1~8份、硅烷偶联剂2~10份、壳聚糖5~12份、马来酸酐接枝聚乙烯5~15份、阿拉伯胶1~8份、环氧氯丙烷1~6份、乙酰柠檬酸三丁酯1~6份、聚醋酸乙烯2~8份;制备方法包括细菌纤维素的改性、混合、挤出、铸带、造粒和注塑等;本发明复合材料的结构性能稳定、力学强度好,拉伸强度为10~18N/mm2,断裂强度为12~28N/mm2,断裂伸长率为120~240%,同时能进行生物降解,因此不会污染环境。

Description

一种可降解的复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域,具体讲是一种可降解的复合材料及其制备方法。
背景技术
随着资源短缺和环境问题的日益严重,开发环境友好可降解的材料受到人们广泛的关注。聚乳酸和聚丁二酸丁二醇酯由于原料易得、毒性低、可完全再生等成为研究热点。但是聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯的力学强度不高限制了它们的应用,同时,聚乳酸和聚丁二酸丁二醇酯混合物的相容性不好。聚乙烯由于具有熔点高、拉伸强度高、相对密度低、耐腐蚀等优良性能,成为现有五大通用树脂中消费增长速度最快的树脂,被广泛应用于航空航天、电气、汽车等领域,但聚乙烯具有冲击性能差、脆化温度高等不可忽视的缺点。
利用天然环保材料改性复合材料的性能,包括植物纤维、棉纤维,纤维素类物质等,是获取低成本高性能聚丙烯的有效途径。尤其是植物纤维与聚乙烯等热塑性树脂复合后,具有廉价、无毒无害、力学性能良好等优点。但植物纤维本身的不均匀性等缺点是该类复合材料的技术瓶颈。
细菌纤维素(BC)虽然与植物天然纤维素有相同的分子结构单元,但与天然纤维素比较具有许多特有的性质。如外貌结构均一、表面光滑;结晶度、聚合度较高;拉伸强度、弹性模量高;在生物合成时可人工调控等。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是,克服以上现有技术的缺点:提供一种的可降解的复合材料及其制备方法,可显著提高复合材料力学性能。
本发明的技术解决方案如下:
一种可降解的复合材料,由以下重量分数的原料制成:聚乙烯30~40份、细菌纤维素20~30份、环糊精10~20份、聚乳酸30~40份,聚丁二酸丁二醇酯30~40份、酵母多糖6~14份、乙酰氯1~6份、正辛醇1~8份、硅烷偶联剂2~10份、壳聚糖5~12份、马来酸酐接枝聚乙烯5~15份、阿拉伯胶1~8份、环氧氯丙烷1~6份、乙酰柠檬酸三丁酯1~6份、聚醋酸乙烯2~8份。
一种可降解的复合材料的制备方法:包括以下步骤:
(1)将细菌纤维素、壳聚糖、乙酰氯、硅烷偶联剂、正辛醇加入到反应容器中,在80~120℃条件下,反应3~6小时,将反应产物冲用水洗涤至中性,放入冷冻干燥机中在干燥12~24h,用球磨机粉碎至颗粒大小为200目以下,过筛,得到改性后的细菌纤维素粉末;
(2)将聚乙烯、环糊精、酵母多糖、聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯加入反应容器中升温至80~120℃,匀速搅拌30~40分钟;
(3)将步骤(1)改性后的的细菌纤维素粉末与步骤(2)得到的混合物进行混合,然后加入马来酸酐接枝聚乙烯、阿拉伯胶、环氧氯丙烷、乙酰柠檬酸三丁酯、聚醋酸乙烯,在温度为60~100℃下搅拌20~40min,混合均匀;
(4)加入螺杆反应挤出机中,螺杆反应挤出机为同向双螺杆挤出机,螺杆长径比为25~35:1,螺杆转速200~300rpm,各区温度控制在:一区80~120℃;二区140~155℃;三区165~175℃;四区145~160℃;五区140~120℃,通过螺杆挤出机进行熔融共混挤出、铸带、造粒和注塑,即制得本发明的复合材料。
本发明的有益效果是:
1、本发明采用壳聚糖、乙酰氯、硅烷偶联剂、正辛醇对细菌纤维素进行改性,改善了细菌纤维素与聚乙烯、聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯之间的相容性较差的问题;壳聚糖能与纤维大分子发生物理缠结作用,且壳聚糖的氨基与聚己内酯的酯基可产生氢键,对复合材料的相容性起到良好的搭桥作用,同时又因为其为天然高分子,故改性得到的复合材料的吸水性也较大;乙酰氯对细菌纤维素进行酯化改性,使纤维疏水性降低,提高了纤维的分散性;硅烷偶联剂和正辛醇也改善了细菌纤维素表面能;因此通过这四种物质的协同作用,大大提高了细菌纤维素与聚乙烯、聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯之间的相容性,从而提高复合材料的的力学性能。
2、本发明为解决聚乳酸和聚丁二酸丁二醇酯相容性差的问题,采用环糊精与聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯形成包结物,从而改善聚乳酸和聚丁二酸丁二醇酯相容性,因此提高复合材料的结构的稳定性。同时环糊精为天然的可降解物质,不会污染环境。
3、本发明中还添加有多种加工助剂,如马来酸酐接枝聚乙烯、环氧氯丙烷、乙酰柠檬酸三丁酯、聚醋酸乙烯等,不仅使细菌纤维素在聚乙烯、聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯分散更均匀,而且也大大提高本发明复合材料的结构性能,提高耐水性、热加工性,延长使用寿命。
4、本发明在聚乙烯中加入可全降解的聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、细菌纤维素、环糊精、酵母多糖等,不仅提高了复合材料的可降解性能,而且提高复合材料的结构性能和力学性能,拉伸强度为10~18N/mm2,断裂强度为12~28N/mm2,断裂伸长率为120~240%,延长了其使用寿命。同时,本发明的复合材料也能进行生物降解,因此不会污染环境。
具体实施方式
下面用具体实施例对本发明做进一步详细说明,但本发明不仅局限于以下具体实施例。
实施例一
称取以下重量配比的原料制成:
聚乙烯30份、细菌纤维素20份、环糊精10份、聚乳酸30份,聚丁二酸丁二醇酯30份、酵母多糖6份、乙酰氯2份、正辛醇2份、硅烷偶联剂2份、壳聚糖5份、马来酸酐接枝聚乙烯5份、阿拉伯胶1份、环氧氯丙烷1份、乙酰柠檬酸三丁酯1份、聚醋酸乙烯2份。
按照以下方法制备:
(1)将细菌纤维素、壳聚糖、乙酰氯、硅烷偶联剂、正辛醇加入到反应容器中,在80℃条件下,反应6小时,将反应产物冲用水洗涤至中性,放入冷冻干燥机中在干燥12h,用球磨机粉碎至颗粒大小为200目以下,过筛,得到改性后的细菌纤维素粉末。
(2)将聚乙烯、环糊精、酵母多糖、聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯加入反应容器中升温至80℃,匀速搅拌40分钟;
(3)将步骤(1)改性后的的细菌纤维素粉末与步骤(2)得到的混合物进行混合,然后加入马来酸酐接枝聚乙烯、阿拉伯胶、环氧氯丙烷、乙酰柠檬酸三丁酯、聚醋酸乙烯搅拌20min,混合均匀;
(4)加入螺杆反应挤出机中,螺杆反应挤出机为同向双螺杆挤出机,螺杆长径比为30:1,螺杆转速200rpm,各区温度控制在:一区80℃;二区140℃;三区165℃;四区145℃;五区140℃,通过螺杆挤出机进行熔融共混挤出、铸带、造粒和注塑,即制得本发明的复合材料。
实施例二
称取以下重量配比的原料制成:
聚乙烯40份、细菌纤维素30份、环糊精20份、聚乳酸40份,聚丁二酸丁二醇酯40份、酵母多糖14份、乙酰氯6份、正辛醇8份、硅烷偶联剂10份、壳聚糖12份、马来酸酐接枝聚乙烯15份、阿拉伯胶8份、环氧氯丙烷6份、乙酰柠檬酸三丁酯6份、聚醋酸乙烯8份。
按照以下方法制备:
(1)将细菌纤维素、壳聚糖、乙酰氯、硅烷偶联剂、正辛醇加入到反应容器中,在120℃条件下,反应3小时,将反应产物冲用水洗涤至中性,放入冷冻干燥机中在干燥120h,用球磨机粉碎至颗粒大小为200目以下,过筛,得到改性后的细菌纤维素粉末。
(2)将聚乙烯、环糊精、酵母多糖、聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯加入反应容器中升温至120℃,匀速搅拌30分钟;
(3)将步骤(1)改性后的的细菌纤维素粉末与步骤(2)得到的混合物进行混合,然后加入马来酸酐接枝聚乙烯、阿拉伯胶、环氧氯丙烷、乙酰柠檬酸三丁酯、聚醋酸乙烯搅拌40min,混合均匀;
(4)加入螺杆反应挤出机中,螺杆反应挤出机为同向双螺杆挤出机,螺杆长径比为30:1,螺杆转速200rpm,各区温度控制在:一区80℃;二区140℃;三区165℃;四区145℃;五区140℃,通过螺杆挤出机进行熔融共混挤出、铸带、造粒和注塑,即制得本发明的复合材料。
将实施例一至二制备获得的塑料进行性能检测,其中降解率采用堆肥法;具体结果如表一:
表一
因此,通过性能测试可以发现,本发明制备的复合材料力学性能较好,并且具有较好的降解率,60天的降解率为95%以上,不会污染环境。
以上仅是本发明的特征实施范例,对本发明保护范围不构成任何限制。凡采用同等交换或者等效替换而形成的技术方案,均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (2)

1.一种可降解的复合材料及其制备方法,其特征在于:由以下重量分数的原料制成:聚乙烯30~40份、细菌纤维素20~30份、环糊精10~20份、聚乳酸30~40份,聚丁二酸丁二醇酯30~40份、酵母多糖6~14份、乙酰氯1~6份、正辛醇1~8份、硅烷偶联剂2~10份、壳聚糖5~12份、马来酸酐接枝聚乙烯5~15份、阿拉伯胶1~8份、环氧氯丙烷1~6份、乙酰柠檬酸三丁酯1~6份、聚醋酸乙烯2~8份。
2.根据权利要求1所述的可降解的复合材料及其制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)将细菌纤维素、壳聚糖、乙酰氯、硅烷偶联剂、正辛醇加入到反应容器中,在80~120℃条件下,反应3~6小时,将反应产物冲用水洗涤至中性,放入冷冻干燥机中在干燥12~24h,用球磨机粉碎至颗粒大小为200目以下,过筛,得到改性后的细菌纤维素粉末;
(2)将聚乙烯、环糊精、酵母多糖、聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯加入反应容器中升温至80~120℃,匀速搅拌30~40分钟;
(3)将步骤(1)改性后的的细菌纤维素粉末与步骤(2)得到的混合物进行混合,然后加入马来酸酐接枝聚乙烯、阿拉伯胶、环氧氯丙烷、乙酰柠檬酸三丁酯、聚醋酸乙烯,在温度为60~100℃下搅拌20~40min,混合均匀;
(4)加入螺杆反应挤出机中,螺杆反应挤出机为同向双螺杆挤出机,螺杆长径比为25~35:1,螺杆转速200~300rpm,各区温度控制在:一区80~120℃;二区140~155℃;三区165~175℃;四区145~160℃;五区140~120℃,通过螺杆挤出机进行熔融共混挤出、铸带、造粒和注塑,即制得本发明的复合材料。
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