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Abstract

本发明公开了一种生物工程塑料，由如下重量份的各成分制成：芴酮‑壳聚糖缩聚物60‑70份、聚羟基脂肪酸酯PHA30‑40份、生物质基石墨烯5‑8份、硅烷偶联剂KH560 1‑3份。所述生物工程塑料的制备方法，包括如下步骤：将芴酮‑壳聚糖缩聚物、聚羟基脂肪酸酯PHA、生物质基石墨烯、硅烷偶联剂KH560按计量混合均匀，后加入到双螺杆挤出机中挤出成型，得到生物工程塑料。本发明公开的生物工程塑料强度高、机械模数高、潜变性低、耐磨损强及耐疲劳性优异，同时耐化学药品性、抗电性、耐燃性、耐候性、抗冲击性、耐热性、尺寸安定性佳、节能环保。

Description

一种生物工程塑料及其制备方法
技术领域
本发明涉及工程塑料技术领域，尤其涉及一种生物工程塑料及其制备方法。
背景技术
近年来，随着经济的发展，环境污染、能源危机、资源短缺等问题日益严峻，成为制约着社会发展的三座大山。充分利用可再生资源、减少对石油等不可再生的化石资源的依赖对保护环境和促进全球经济的可持续发展具有十分重大的意义。
工程塑料是指一类可以作为结构材料，在较宽的温度范围内承受机械应力，在较为苛刻的化学物理环境中使用的高性能的高分子材料。由于其具有高强度、高机械模数、低潜变性、强耐磨损及耐疲劳性，同时耐化学药品性、抗电性、耐燃性、耐候性、尺寸安定性佳等优点，被广泛地应用于多种高性能的应用中。
现有技术中的工程塑料，因其自身固有特性的限制，导致其热变形温度不高，弯曲度和弯曲模量不高，不能在极高、极低的恶劣环境下正常工作，抗冲击、耐磨损性能不佳。且其制作方法复杂，原料多来源于化石资源，废弃后不能自降解，不利于解决目前社会面临的能源、环境和资源问题。正是在这种形势下，生物基工程塑料进入了人们的视线，生物基工程塑料具有广阔的发展前景。
中国发明专利CN102153842B公开了一种聚乳酸生物工程塑料及其制备方法，由原料共混后直接挤出而获得或由原料共混熔融后压制而成，本发明可以克服聚乳酸存在的缺陷，制备出具有高抗冲击性、高延展性和高耐热性的聚乳酸生物工程塑料。但这种生物工程塑料综合性能仍然存在不足。抗紫外线照射、耐溶剂性能和强度均需进一步提高。
因此，开发一种综合性能更优异，可生物降解，价格更低廉，且使用更加安全环保的生物工程塑料符合市场需求，具有广泛的市场价值。
发明内容
为了克服现有技术中的缺陷，本发明提供一种生物工程塑料及其制备方法，该制备方法工艺简单易行，原料易得，价格低廉，对设备和反应条件要求不高，适合大规模生产；通过所述制备方法制备得到的生物工程塑料可生物降解，制备原料部分来源于可再生资源，能够减少传统的日渐枯竭的石油原料，是一种环境友好材料，符合环保要求，对减少污染、保护环境具有有益的效果，更重要的是，其具有高强度、高机械模数、低潜变性、强耐磨损及耐疲劳性，同时耐化学药品性、抗电性、耐燃性、耐候性、抗冲击性、耐热性和尺寸安定性佳等优点。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是，一种生物工程塑料，由如下重量份的各成分制成：芴酮-壳聚糖缩聚物60-70份、聚羟基脂肪酸酯PHA30-40份、生物质基石墨烯5-8份、硅烷偶联剂KH560 1-3份。
优选地，所述生物质基石墨烯为预先制备，制备方法参考中国发明专利201510994848.5。
优选地，所述芴酮-壳聚糖缩聚物的制备方法，包括如下步骤：将9-芴酮-2,7-二羧酸溶于高沸点溶剂中，待完全溶解，再加入壳聚糖、4-二甲氨基吡啶、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐，在100-110℃氮气或惰性气体氛围下搅拌反应5-8小时，后在二氯乙烷中沉出，并置于真空干燥箱中50-60℃下烘8-12小时。
较佳地，所述9-芴酮-2,7-二羧酸、高沸点溶剂、壳聚糖、4-二甲氨基吡啶、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐的质量比为1.67：(6-10):1：(1-2)：(0.5-1)。
较佳地，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。
较佳地，所述惰性气体选自氦气、氖气、氩气中的一种或几种。
优选地，所述生物工程塑料的制备方法，包括如下步骤：将芴酮-壳聚糖缩聚物、聚羟基脂肪酸酯PHA、生物质基石墨烯、硅烷偶联剂KH560按计量混合均匀，后加入到双螺杆挤出机中挤出成型，得到生物工程塑料。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
1)本发明提供的生物工程塑料的制备方法，工艺简单易行，原料易得，价格低廉，对设备和反应条件要求不高，适合大规模生产。
2)本发明提供的生物工程塑料，可生物降解，制备原料部分来源于可再生资源，能够减少传统的日渐枯竭的石油原料，是一种环境友好材料，符合环保要求，对减少污染、保护环境具有有益的效果，更重要的是，其具有高强度、高机械模数、低潜变性、强耐磨损及耐疲劳性，同时耐化学药品性、抗电性、耐燃性、耐候性、抗冲击性、耐热性和尺寸安定性佳等优点。
3)本发明提供的生物工程塑料，加入芴酮-壳聚糖缩聚物，其主链结构上含有芳酮结构，有利于提高生物工程塑料的综合性能，与PHA结构类似，具有较好的相容性。通过添加生物质石墨烯产生弥散强化机制进一步提高生物工程塑料的力学性能。壳聚糖结构上的氨基基团易于加入的硅烷偶联剂上的环氧基发生作用，硅烷偶联剂另一端与生物质石墨烯发生作用，使得整个塑料形成三维桥架网络结构，能进一步有效提高生物质工程塑料的综合性能。
4)本发明提供的生物工程塑料，原料来源于可再生资源，节约了成本，降低了能耗，减少了环境污染。
具体实施方式
为了使本技术领域人员更好地理解本发明的技术方案，并使本发明的上述特征、目的以及优点更加清晰易懂，下面结合实施例对本发明做进一步的说明。实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
本发明下述实施例中所使用的生物质基石墨烯为预先制备，制备方法参考中国发明专利201510994848.5。所述聚羟基脂肪酸酯PHA购自东莞市粤发塑胶原料有限公司，其他原料购自上海泉昕进出口贸易有限公司。
实施例1
一种生物工程塑料，由如下重量份的各成分制成：芴酮-壳聚糖缩聚物60份、聚羟基脂肪酸酯PHA30份、生物质基石墨烯5份、硅烷偶联剂KH5601份。
所述芴酮-壳聚糖缩聚物的制备方法，包括如下步骤：将9-芴酮-2,7-二羧酸16.7g溶于二甲亚砜60g中，待完全溶解，再加入壳聚糖10g、4-二甲氨基吡啶10g、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐5g，在100℃氮气氛围下搅拌反应5小时，后在二氯乙烷中沉出，并置于真空干燥箱中50℃下烘8小时。
所述生物工程塑料的制备方法，包括如下步骤：将芴酮-壳聚糖缩聚物、聚羟基脂肪酸酯PHA、生物质基石墨烯、硅烷偶联剂KH560按计量混合均匀，后加入到双螺杆挤出机中挤出成型，得到生物工程塑料。
实施例2
一种生物工程塑料，由如下重量份的各成分制成：芴酮-壳聚糖缩聚物63份、聚羟基脂肪酸酯PHA34份、生物质基石墨烯6份、硅烷偶联剂KH5602份。
所述芴酮-壳聚糖缩聚物的制备方法，包括如下步骤：将9-芴酮-2,7-二羧酸16.7g溶于N,N-二甲基甲酰胺75g中，待完全溶解，再加入壳聚糖10g、4-二甲氨基吡啶13g、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐6.5g，在103℃氖气氛围下搅拌反应6小时，后在二氯乙烷中沉出，并置于真空干燥箱中53℃下烘9.5小时。
所述生物工程塑料的制备方法，包括如下步骤：将芴酮-壳聚糖缩聚物、聚羟基脂肪酸酯PHA、生物质基石墨烯、硅烷偶联剂KH560按计量混合均匀，后加入到双螺杆挤出机中挤出成型，得到生物工程塑料。
实施例3
一种生物工程塑料，由如下重量份的各成分制成：芴酮-壳聚糖缩聚物66份、聚羟基脂肪酸酯PHA35份、生物质基石墨烯7份、硅烷偶联剂KH5603份。
所述芴酮-壳聚糖缩聚物的制备方法，包括如下步骤：将9-芴酮-2,7-二羧酸16.7g溶于N-甲基吡咯烷酮85g中，待完全溶解，再加入壳聚糖10g、4-二甲氨基吡啶17g、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐8g，在106℃氩气氛围下搅拌反应7小时，后在二氯乙烷中沉出，并置于真空干燥箱中57℃下烘10.5小时。
所述生物工程塑料的制备方法，包括如下步骤：将芴酮-壳聚糖缩聚物、聚羟基脂肪酸酯PHA、生物质基石墨烯、硅烷偶联剂KH560按计量混合均匀，后加入到双螺杆挤出机中挤出成型，得到生物工程塑料。
实施例4
一种生物工程塑料，由如下重量份的各成分制成：芴酮-壳聚糖缩聚物68份、聚羟基脂肪酸酯PHA38份、生物质基石墨烯7份、硅烷偶联剂KH5602份。
所述芴酮-壳聚糖缩聚物的制备方法，包括如下步骤：将9-芴酮-2,7-二羧酸16.7g溶于高沸点溶剂90g中，待完全溶解，再加入壳聚糖10g、4-二甲氨基吡啶18g、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐8g，在108℃氮气氛围下搅拌反应7.5小时，后在二氯乙烷中沉出，并置于真空干燥箱中58℃下烘11.5小时。所述高沸点溶剂是二甲亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮按质量比1:2:3混合而成。
所述生物工程塑料的制备方法，包括如下步骤：将芴酮-壳聚糖缩聚物、聚羟基脂肪酸酯PHA、生物质基石墨烯、硅烷偶联剂KH560按计量混合均匀，后加入到双螺杆挤出机中挤出成型，得到生物工程塑料。
实施例5
一种生物工程塑料，由如下重量份的各成分制成：芴酮-壳聚糖缩聚物70份、聚羟基脂肪酸酯PHA40份、生物质基石墨烯8份、硅烷偶联剂KH5603份。
所述芴酮-壳聚糖缩聚物的制备方法，包括如下步骤：将9-芴酮-2,7-二羧酸16.7g溶于N,N-二甲基甲酰胺100g中，待完全溶解，再加入壳聚糖10g、4-二甲氨基吡啶20g、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐10g，在110℃氮气氛围下搅拌反应8小时，后在二氯乙烷中沉出，并置于真空干燥箱中60℃下烘12小时。
所述生物工程塑料的制备方法，包括如下步骤：将芴酮-壳聚糖缩聚物、聚羟基脂肪酸酯PHA、生物质基石墨烯、硅烷偶联剂KH560按计量混合均匀，后加入到双螺杆挤出机中挤出成型，得到生物工程塑料。
对比例
本例提供一种聚乳酸生物工程塑料，其配方及制备方法同中国发明专利201110054172.3实施例1。
将以上实施例1-5及对比例中的生物工程塑料进行性能测试，测试方法和测试结果如表1。
表1生物工程塑料性能测试结果
从表1可见，本发明实施例公开的生物工程塑料具有更加优异的缺口冲击强度、拉伸强度、弯曲强度，且其耐高温性能更佳。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种生物工程塑料，其特征在于，由如下重量份的各成分制成：芴酮-壳聚糖缩聚物60-70份、聚羟基脂肪酸酯PHA30-40份、生物质基石墨烯5-8份、硅烷偶联剂KH560 1-3份。
2.根据权利要求1所述的生物工程塑料，其特征在于，所述芴酮-壳聚糖缩聚物的制备方法，包括如下步骤：将9-芴酮-2,7-二羧酸溶于高沸点溶剂中，待完全溶解，再加入壳聚糖、4-二甲氨基吡啶、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐，在100-110℃氮气或惰性气体氛围下搅拌反应5-8小时，后在二氯乙烷中沉出，并置于真空干燥箱中50-60℃下烘8-12小时。
3.根据权利要求2所述的生物工程塑料，其特征在于，所述9-芴酮-2,7-二羧酸、高沸点溶剂、壳聚糖、4-二甲氨基吡啶、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐的质量比为1.67：(6-10):1：(1-2)：(0.5-1)。
4.根据权利要求2所述的生物工程塑料，其特征在于，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。
5.根据权利要求2所述的生物工程塑料，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。
6.一种根据权利要求1-5任一项所述的生物工程塑料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将芴酮-壳聚糖缩聚物、聚羟基脂肪酸酯PHA、生物质基石墨烯、硅烷偶联剂KH560按计量混合均匀，后加入到双螺杆挤出机中挤出成型，得到生物工程塑料。
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