CN108047454B - 一种环保塑料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种环保塑料及其制备方法，包括聚合单体的制备、共聚物的制备、离子交换、注塑成型等步骤。本发明还公开了一种采用所述环保塑料的制备方法制备得到的环保塑料。本发明公开的环保塑料克服了现有传统塑料不可以自动降解或者降解缓慢，污染环境的问题，同时克服了添加较多添加剂带来的分散性、相容性差、带来环境污染、加工流动性能差的问题，与现有技术中的可降解塑料相比，本发明公开的环保塑料可自然降解能力更强，力学综合性能更加优异，使用周期更长。

Description

一种环保塑料及其制备方法
技术领域
本发明涉及塑料技术领域，尤其涉及一种环保塑料及其制备方法。
背景技术
随着经济的发展和社会的进步，人们的生活逐渐向便捷化、高效化方向发展。塑料制品因其具有质量轻、强度高、抗腐蚀、价格便宜等优点，在人们的生产生活、建筑领域、农业领域中都得到了广泛应用。塑料制品的广泛使用给人们带来极大方便的同时也带来严重的负面影响，大部分废弃的塑料制品在自然界环境中不降解或者降解速度非常缓慢，形成“白色污染”，大量使用后的废弃塑料无法自动降解，长期残留在自然环境中可造成严重的环境污染，不仅影响生态平衡，同时也威胁着人类的健康。因此，开发一种可降解环保塑料是解决白色污染的理想途径，符合可持续发展和低碳生活的战略。
可降解塑料在废弃后能在自然条件光和微生物的作用下自动完全分解，被切断而变成小分子，分解成CO2 和H2O，最终消失于自然界中，对环境的污染很小。现有技术中的可降解环保塑料制品中，为了节省成本和提高可降解性能，往往加入一定比例的可生物降解树脂如聚乳酸、淀粉、脂肪类醇共混改性，同时添加大量的添加剂如润滑剂、加工助剂、二氧化钛等，这些成分的加入能起到稳定内部结构、加强力学性能的作用，但是它们与塑料主体成分之间存在相容性和分散性问题，长时间使用会出现外渗的现象，严重影响了塑料制品的性能及其使用周期，且无机成分仍然会污染环境，另一方面，通过添加可生物降解树脂共混改性改善塑料制品的可降解能力程度有限，达到完全降解所需时间较长，还存在进一步改善空间。
因此，寻求更为有效的方法，制备出力学性能优异，使用周期较长，废弃后可自动降解性能优异的环保塑料势在必行。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种环保塑料及其制备方法，该制备方法简单易行，对设备要求不高，原料易得，后处理方便，价格低廉，适合大规模生产；制备得到的环保塑料克服了现有传统塑料不可以自动降解或者降解缓慢，污染环境的问题，同时克服了添加较多添加剂带来的分散性、相容性差、带来环境污染、加工流动性能差的问题，与现有技术中的可降解塑料相比，本发明公开的环保塑料可自然降解能力更强，力学综合性能更加优异，使用周期更长。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种环保塑料的制备方法，包括如下步骤：
1）聚合单体的制备：将全氨基倍他环糊精溶于二甲亚砜中，然后向其中加入4-乙烯基苄氯，在30-40℃下搅拌反应5-7小时，然后倒入丙酮中析出沉淀，过滤并用乙醚洗涤3-5次，后减压抽出溶剂，；
2）共聚物的制备：将经过步骤1）制备得到的聚合单体、乙烯基吡咯烷酮、乙烯基二茂铁、L-乙烯基甘氨酸、引发剂溶于高沸点溶剂中，在60-70℃下氮气或惰性气体氛围下聚合反应2-3小时，后倒入丙酮中沉出，过滤，滤饼置于60-70℃下的真空干燥箱中干燥10-15小时；
3）离子交换：将经过步骤2）制备得到的共聚物浸泡在50-60℃下的质量分数为10-20%的木质素磺酸钠的水溶液中50-60小时，然后取出用去离子水洗涤8-10次后，置于60-70℃下的真空干燥箱中干燥10-15小时；
4）注塑成型：将经过步骤3）制备得到的离子交换后的共聚物投入注塑机中注塑成型，注塑时，采用螺杆式注塑机，螺杆的第一段的加热温度为170～180℃，螺杆的第二段的加热温度为185～200℃，螺杆的第三段的加热温度为205～215℃，模头的加热温度为220～235℃。
其中，步骤1）中所述全氨基倍他环糊精、二甲亚砜、4-乙烯基苄氯的质量比为1：（8-15）：（2-3）；
步骤2）中所述聚合单体、乙烯基吡咯烷酮、乙烯基二茂铁、L-乙烯基甘氨酸、引发剂、高沸点溶剂的质量比为（3-5）:0.5:0.5：（2-3）：（0.02-0.05）：（15-25）；
所述引发剂选自偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈中的一种或两种；
所述高沸点溶剂选自二甲亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一种或几种；
所述惰性气体选自氦气、氖气、氩气中的一种或几种；
步骤3）中所述共聚物、木质素磺酸钠的水溶液的质量比为1：（50-100）。
一种环保塑料，采用所述环保塑料的制备方法制备得到。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
（1）本发明公开的环保塑料原料价格低廉，成本低，制备方法简单易行，对设备要求不高，适合大规模生产。
（2）本发明公开的环保塑料，克服了现有传统塑料不可以自动降解或者降解缓慢，污染环境的问题，同时克服了添加较多添加剂带来的分散性、相容性差、带来环境污染、加工流动性能差的问题，与现有技术中的可降解塑料相比，本发明公开的环保塑料可生物降解能力更强，力学综合性能更加优异，使用周期更长，更加绿色环保。
（3）本发明公开的环保塑料，全氨基倍他环糊精结构的引入，一方面，其能与二茂铁形成主客体相互作用，其次，其上的功能活性基团氨基与聚合物分子链通过化学键链接，起到交联剂的作用，形成三维网状结构，提高了塑料的机械力学综合性能，再次，全氨基倍他环糊精结构由于其内部存在空腔，且带有氨基，能有利于提高塑料的阻燃性。
（4）本发明公开的环保塑料，木质素磺酸根离子通过离子交换与分子链链接，一方面，作为填料起到增强作用，有利于提高了其力学性能和耐磨性；另一方面，其具有较优异的生物降解性能和阻燃性，有利于提高塑料阻燃性和可生物降解性。
（5）本发明公开的环保塑料，酮类、二茂铁结构通过共聚进入分子结构中，其具有光降解活性，有利于催化塑料废弃后的光降解，进一步提高塑料的降解能力，更加绿色环保。
（6）本发明公开的环保塑料，塑料中没有添加大量的添加剂及填料，有效阻止了外渗现象，延长了塑料的使用周期，节省了成本。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例1
一种环保塑料的制备方法，包括如下步骤：
1）聚合单体的制备：将全氨基倍他环糊精100g溶于二甲亚砜800g中，然后向其中加入4-乙烯基苄氯200g，在30℃下搅拌反应5小时，然后倒入丙酮中析出沉淀，过滤并用乙醚洗涤3次，后减压抽出溶剂；
2）共聚物的制备：将经过步骤1）制备得到的聚合单体90g、乙烯基吡咯烷酮15g、乙烯基二茂铁15g、L-乙烯基甘氨酸60g、偶氮二异丁腈0.6g溶于二甲亚砜450g中，在60℃下氮气氛围下聚合反应2小时，后倒入丙酮中沉出，过滤，滤饼置于60℃下的真空干燥箱中干燥10小时；
3）离子交换：将经过步骤2）制备得到的共聚物100g浸泡在50℃下的质量分数为10%的木质素磺酸钠的水溶液10000g中50小时，然后取出用去离子水洗涤8次后，置于60℃下的真空干燥箱中干燥10小时；
4）注塑成型：将经过步骤3）制备得到的离子交换后的共聚物投入注塑机中注塑成型，注塑时，采用螺杆式注塑机，螺杆的第一段的加热温度为170℃，螺杆的第二段的加热温度为185℃，螺杆的第三段的加热温度为205℃，模头的加热温度为220℃。
一种环保塑料，采用所述环保塑料的制备方法制备得到。
实施例2
一种环保塑料的制备方法，包括如下步骤：
1）聚合单体的制备：将全氨基倍他环糊精100g溶于二甲亚砜900g中，然后向其中加入4-乙烯基苄氯220g，在32℃下搅拌反应5.5小时，然后倒入丙酮中析出沉淀，过滤并用乙醚洗涤4次，后减压抽出溶剂，；
2）共聚物的制备：将经过步骤1）制备得到的聚合单体70g、乙烯基吡咯烷酮10g、乙烯基二茂铁10g、L-乙烯基甘氨酸45g、偶氮二异庚腈0.6g溶于N,N-二甲基甲酰胺350g中，在63℃下氦气氛围下聚合反应2.3小时，后倒入丙酮中沉出，过滤，滤饼置于62℃下的真空干燥箱中干燥12小时；
3）离子交换：将经过步骤2）制备得到的共聚物100g浸泡在53℃下的质量分数为12%的木质素磺酸钠的水溶液9000g中53小时，然后取出用去离子水洗涤9次后，置于63℃下的真空干燥箱中干燥12小时；
4）注塑成型：将经过步骤3）制备得到的离子交换后的共聚物投入注塑机中注塑成型，注塑时，采用螺杆式注塑机，螺杆的第一段的加热温度为173℃，螺杆的第二段的加热温度为188℃，螺杆的第三段的加热温度为209℃，模头的加热温度为225℃。
一种环保塑料，采用所述环保塑料的制备方法制备得到。
实施例3
一种环保塑料的制备方法，包括如下步骤：
1）聚合单体的制备：将全氨基倍他环糊精100g溶于二甲亚砜1000g中，然后向其中加入4-乙烯基苄氯240g，在36℃下搅拌反应6小时，然后倒入丙酮中析出沉淀，过滤并用乙醚洗涤5次，后减压抽出溶剂，；
2）共聚物的制备：将经过步骤1）制备得到的聚合单体80g、乙烯基吡咯烷酮10g、乙烯基二茂铁10g、L-乙烯基甘氨酸50g、偶氮二异丁腈0.7g溶于N-甲基吡咯烷酮400g中，在66℃下氖气氛围下聚合反应2.6小时，后倒入丙酮中沉出，过滤，滤饼置于66℃下的真空干燥箱中干燥13小时；
3）离子交换：将经过步骤2）制备得到的共聚物100g浸泡在56℃下的质量分数为15%的木质素磺酸钠的水溶液8000g中55小时，然后取出用去离子水洗涤10次后，置于65℃下的真空干燥箱中干燥14小时；
4）注塑成型：将经过步骤3）制备得到的离子交换后的共聚物投入注塑机中注塑成型，注塑时，采用螺杆式注塑机，螺杆的第一段的加热温度为174℃，螺杆的第二段的加热温度为190℃，螺杆的第三段的加热温度为210℃，模头的加热温度为228℃。
一种环保塑料，采用所述环保塑料的制备方法制备得到。
实施例4
一种环保塑料的制备方法，包括如下步骤：
1）聚合单体的制备：将全氨基倍他环糊精100g溶于二甲亚砜1100g中，然后向其中加入4-乙烯基苄氯260g，在37℃下搅拌反应6.5小时，然后倒入丙酮中析出沉淀，过滤并用乙醚洗涤5次，后减压抽出溶剂，；
2）共聚物的制备：将经过步骤1）制备得到的聚合单体90g、乙烯基吡咯烷酮10g、乙烯基二茂铁10g、L-乙烯基甘氨酸53g、引发剂0.85g溶于高沸点溶剂450g中，在68℃下氩气氛围下聚合反应2.7小时，后倒入丙酮中沉出，过滤，滤饼置于68℃下的真空干燥箱中干燥14.5小时；所述引发剂是偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈按质量比3:5混合制成；所述高沸点溶剂是二甲亚砜、N,N-二甲基甲酰胺按质量比4:7混合制成；
3）离子交换：将经过步骤2）制备得到的共聚物100g浸泡在58℃下的质量分数为18%的木质素磺酸钠的水溶液8500g中58小时，然后取出用去离子水洗9次后，置于68℃下的真空干燥箱中干燥15小时；
4）注塑成型：将经过步骤3）制备得到的离子交换后的共聚物投入注塑机中注塑成型，注塑时，采用螺杆式注塑机，螺杆的第一段的加热温度为178℃，螺杆的第二段的加热温度为195℃，螺杆的第三段的加热温度为212℃，模头的加热温度为232℃。
一种环保塑料，采用所述环保塑料的制备方法制备得到。
实施例5
一种环保塑料的制备方法，包括如下步骤：
1）聚合单体的制备：将全氨基倍他环糊精100g溶于二甲亚砜1500g中，然后向其中加入4-乙烯基苄氯300g，在40℃下搅拌反应7小时，然后倒入丙酮中析出沉淀，过滤并用乙醚洗涤5次，后减压抽出溶剂，；
2）共聚物的制备：将经过步骤1）制备得到的聚合单体100g、乙烯基吡咯烷酮10g、乙烯基二茂铁10g、L-乙烯基甘氨酸60g、偶氮二异庚腈1g溶于N-甲基吡咯烷酮500g中，在70℃下氮气氛围下聚合反应3小时，后倒入丙酮中沉出，过滤，滤饼置于70℃下的真空干燥箱中干燥15小时；
3）离子交换：将经过步骤2）制备得到的共聚物100g浸泡在60℃下的质量分数为20%的木质素磺酸钠的水溶液5000g中60小时，然后取出用去离子水洗涤10次后，置于70℃下的真空干燥箱中干燥15小时；
4）注塑成型：将经过步骤3）制备得到的离子交换后的共聚物投入注塑机中注塑成型，注塑时，采用螺杆式注塑机，螺杆的第一段的加热温度为180℃，螺杆的第二段的加热温度为200℃，螺杆的第三段的加热温度为215℃，模头的加热温度为235℃。
一种环保塑料，采用所述环保塑料的制备方法制备得到。
对比例
市售普通大豆蛋白塑料。
对上述实施例1-5以及对比例所得环保塑料进行测试，测试结果和测试方法见表1。
表1 实施例及对比例塑料性能
Figure DEST_PATH_IMAGE001
从上表可以看出，本发明实施例公开的环保塑料，拉伸强度15.5-18.8 MPa，断裂伸长率在160-200%，极限氧指数39-47%，30天降解率98.5-100%，而市售普通大豆蛋白塑料拉伸强度8.0 MPa，断裂伸长率在113%，极限氧指数23%，30天降解率80%，可见，本发明实施例公开的环保塑料具有较好的力学性能阻燃性和自然降解率。

Claims (7)

1.一种环保塑料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）聚合单体的制备：将全氨基倍他环糊精溶于二甲亚砜中，然后向其中加入4-乙烯基苄氯，在30-40℃下搅拌反应5-7小时，然后倒入丙酮中析出沉淀，过滤并用乙醚洗涤3-5次，后减压抽出溶剂；
2）共聚物的制备：将经过步骤1）制备得到的聚合单体、乙烯基吡咯烷酮、乙烯基二茂铁、L-乙烯基甘氨酸、引发剂溶于高沸点溶剂中，在60-70℃下氮气或惰性气体氛围下聚合反应2-3小时，后倒入丙酮中沉出，过滤，滤饼置于60-70℃下的真空干燥箱中干燥10-15小时；所述高沸点溶剂选自二甲亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一种或几种；
3）离子交换：将经过步骤2）制备得到的共聚物浸泡在50-60℃下的质量分数为10-20%的木质素磺酸钠的水溶液中50-60小时，然后取出用去离子水洗涤8-10次后，置于60-70℃下的真空干燥箱中干燥10-15小时；
4）注塑成型：将经过步骤3）制备得到的离子交换后的共聚物投入注塑机中注塑成型，注塑时，采用螺杆式注塑机，螺杆的第一段的加热温度为170～180℃，螺杆的第二段的加热温度为185～200℃，螺杆的第三段的加热温度为205～215℃，模头的加热温度为220～235℃。
2.根据权利要求1所述的环保塑料的制备方法，其特征在于，步骤1）中所述全氨基倍他环糊精、二甲亚砜、4-乙烯基苄氯的质量比为1：（8-15）：（2-3）。
3.根据权利要求1所述的环保塑料的制备方法，其特征在于，步骤2）中所述聚合单体、乙烯基吡咯烷酮、乙烯基二茂铁、L-乙烯基甘氨酸、引发剂、高沸点溶剂的质量比为（3-5）:0.5:0.5：（2-3）：（0.02-0.05）：（15-25）。
4.根据权利要求1所述的环保塑料的制备方法，其特征在于，所述引发剂选自偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈中的一种或两种。
5.根据权利要求1所述的环保塑料的制备方法，其特征在于，所述惰性气体选自氦气、氖气、氩气中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的环保塑料的制备方法，其特征在于，步骤3）中所述共聚物、木质素磺酸钠的水溶液的质量比为1：（50-100）。
7.一种环保塑料，其特征在于，采用权利要求1-6任一项所述的环保塑料的制备方法制备得到。
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