CN108410090A - 一种易降解的环保塑料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种易降解的环保塑料，其组分及组分质量份数为：聚氯乙烯单体35‑45份、生物性组分20‑30份、结构性组分10‑15份、增塑剂3‑4份、偶联剂0.5‑0.8份、交联剂0.3‑0.4份、其他助剂0.1‑0.2份，所述生物性组分为食用菌菌糠、植物纤维粉和植物淀粉的混合成分，所述结构性组分为铁尾矿粉。本发明中的塑料在日常情况使用的情况下可长期使用、存储性稳定，与现有技术中的塑料制品相比，强度和韧性基本一致，被废弃后，在湿热有菌环境下会缓慢破碎、降解彻底，对环境和人体无任何污染，符合环保性的要求。

Description

一种易降解的环保塑料及其制备方法

技术领域

本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种易降解的环保塑料及其制备方法。

背景技术

塑料工业在多年的发展过程中已形成门类非常齐全的工业体系，成为了与钢材、水泥、木材并驾齐驱的基础材料产业，作为轻工行业支柱产业之一，塑料行业以每年可观的增长速度保持着发展。我国是塑胶原料的生产大国，更是巨大的塑料制品的消费国，塑胶材料广泛应用于农林牧渔、日常生活和轻重工业领域中，成为一类不可或缺的生产资料。塑胶材料尽管拥有广泛的适用范围和低廉的应用成本等优点，但是其废弃物所造成的的污染与公害一直为人所诟病。近年来，针对塑料材料的相关环保产业的呼声也越来越高。塑料由于性能稳定，很难在短时间内被降解，许多大稳定性能的塑料需要百年甚至更长时间才能够完全被无害降解，目前针对塑料废弃物的处理方式主要为填埋，传统的焚烧等对环境造成强污染的处理方式已经被环保部门叫停。既想要获得塑料便利的使用性能和经济性，又想要塑料被废弃后能够迅速降解，许多研究者针对上述诉求进行了广泛的研究。

可降解塑料即为解决上述塑料环保问题的良好替代品。目前可降解塑料主要分为生物可降解塑料和光降解塑料，由于光降解塑料需要加入光敏剂，一旦处于无光照条件下就停止发生降解反应（例如被填埋），在实际处理过程中，降解率并不高，故生物可降解塑料的适用性作为环保塑料来说更显著。现有技术中许多生物可降解塑料中都掺杂了较为大量的淀粉，利用淀粉的降解性提升塑料的降解性，但是淀粉含量过高对塑料的热塑性能、强度和拉伸性能影响比较大，难以达到常规塑料产品的使用要求。申请号为201110086963.4名为《一种易降解环保塑料及其制造方法》的中国专利中提供了一种利用剩余污泥粉粒、氢氧化钠、植物淀粉、矿物粉末、天然纤维以及塑胶原料等各类不同的原材料制成的环保塑料，不仅能够对污泥进行有效利用，而且可彻底降解。该方案中制成的塑料尽管能够达到可降解塑料的要求，但是由于添加了污泥等材料，不能够用在日常生活用品中。

发明内容

为了解决所述现有技术的不足，本发明提供了一种新型的易降解的环保塑料及其制备方法。

本发明所要达到的技术效果通过以下方案实现：

本发明中提供的一种易降解的环保塑料，其其组分及组分质量份数为：

聚氯乙烯单体 35-45份

生物性组分 20-30份

结构性组分 10-15份

增塑剂 3-4份

偶联剂 0.5-0.8份

交联剂 0.3-0.4份

其他助剂 0.1-0.2份

其中，所述生物性组分为食用菌菌糠、植物纤维粉和植物淀粉的混合成分，所述结构性组分为铁尾矿粉。

进一步地，所述生物性组分及质量份数为：

食用菌菌糠 10-15份

花生壳粉 3-5份

糯米淀粉 2-3份

所述生物性组分的制备方法为：将食用菌菌糠粉碎至平均粒径为1-2mm，与平均尺寸为1-2mm的花生壳碎混合，混合均匀后在80-90℃烘箱内干燥至含水量低于30%，进行二次粉碎，粉碎至混合物平均粒径小于5μm，在80-90℃烘箱内进行二次干燥至含水量低于10%，最后与糯米淀粉混合均匀，在40-50℃烘箱内进行三次干燥至混合物含水量低于5%，得到所需生物性组分。

在本发明中，利用聚氯乙烯单体作为塑料的主体原料，同时利用生物性组分和结构性组分对其进行改进。本发明中生物性组分为最易降解部分，本发明中采用食用菌菌糠、花生壳粉和糯米淀粉作为生物性组分的构成，食用菌菌糠是食用菌培育后的栽培废料，其结构经过食用菌的酶解其结构已经发生了质变，是一种包含有粗纤维的复合物，花生壳粉有效对食用菌菌糠纤维之间的空隙进行了填充，糯米淀粉则有效将三者进行粘合，而且花生壳和糯米淀粉本身也具有加速降解的作用，本发明中的生物性组分混合利用添加至塑料中对塑料的强度影响比全部为淀粉或者纤维材料的添加要小得多，而且成本非常低廉。造粒挤出速率对塑料母粒形态影响较大，速率过快易引起母粒中气泡多、不连续，速率过低则会影响效率。

现有技术中，添加淀粉材料或者纤维材料作为可降解添加物对塑料本体的硬度影响非常大，这样就限制了塑料的使用。在本发明中，为了改善上述缺陷，添加了一定量的结构性组分，该结构性组分优选铁尾矿粉，铁尾矿粉强度高、密度高、均混能力好，添加所占质量份虽然较高，但是所占体积少，而且铁尾矿粉中包含有少量铁、铁氧化物以及其他伴生的无机矿物，可有效提升易降解塑料的强度和硬度，使其符合使用要求，提升其可加工性。

进一步地，所述结构性组分为含铁量低于2%的铁尾矿粉，所述铁尾矿粉平均粒径为0.1-0.2μm。铁尾矿粉中含铁量不宜过高，一方面含铁量过高的铁尾矿粉还具有复选的价值，而一般低于2%的铁尾矿粉复选价值低，几乎没有再应用的价值，无形中可降低塑料的成本，另一方面，含铁量低于2%的铁尾矿粉其中包含较多硅酸盐矿物，使其表面能较高，与聚氯乙烯单体和其他反应物的均混性能非常好，同时其粒径也能控制在0.2μm以下，不需要额外进行粒度的筛选。

进一步地，所述铁尾矿粉为在重选、磁选或者电选的选矿工艺中得到的铁尾矿粉。浮选尾矿粉表面往往包覆有浮选药剂，浮选药剂的存在会影响到塑料的制备，故优选在铁尾矿粉表面无残留的选矿工艺中产生的铁尾矿粉。

进一步地，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛脂、正磷酸酯和乙二醇以质量比1：（0.2-0.4）：（0.5-0.6）混合而成。

进一步地，所述偶联剂为单烷氧基焦磷酸酯型钛酸酯偶联剂，所述交联剂为过氧化二异丙苯、二亚乙基三胺、氧化锌以质量比1：（0.2-0.3）：（0.05-0.08）混合而成。

与本发明中塑料的复合成分相适配的，增塑剂需使用混合增塑剂以使得塑胶原料具有更好的加工性。同时还需要复合采用偶联剂和交联剂，能够使改善树脂原料与其他添加成分的界面性能，单独采用偶联剂或者交联剂效果极差。

进一步地，所述其他助剂包括消泡剂、润滑剂、表面活性促进剂、紫外线吸收剂中的一种或者多种的混合。

进一步地，所述消泡剂为有机硅消泡剂，所述表面活性促进剂为三甘酯或者月桂酰基谷氨酸钠，所述紫外线吸收剂为水杨酸苯酯。

进一步地，所述润滑剂为亚麻油、磷酸三甲酚酯、十二烷基二甲基胺乙内酯以质量比1：（0.1-0.15）：（0.08-0.09）混合而成。

本发明中还提供一种制备上述易降解的环保塑料的方法，包括如下步骤：

S01，将生物性组分、聚氯乙烯单体与增塑剂和其他助剂混合，在200-250r/min条件下分散30-40分钟，分散均匀后加入结构性组分，在3000-3500r/min条件下利用行星式研磨机进行研磨分散20-30min；

S02，在S01得到的混合物中加入偶联剂和交联剂，在300-400r/min条件下利用行星式研磨机进行研磨分散5-8min，得到所需混合原料；

S03，将S02中混合原料利用双螺杆挤出机进行造粒，其挤出速率为4.5-5.5kg/h，熔融温度为210-215℃，制成所需易降解环保塑料的母粒。造粒挤出速率对塑料母粒形态影响较大，速率过快易引起母粒中气泡多、不连续，速率过低则会影响效率。

本发明具有以下优点：

1、本发明中的塑料易分解无毒害，可作为日常生活中塑胶制品的原料进行使用。

2、本发明中的塑料在日常情况使用的情况下可长期使用、存储性稳定，与现有技术中的塑料制品相比，强度和韧性基本一致，被废弃后，在湿热有菌环境下会缓慢破碎、降解彻底，对环境和人体无任何污染，符合环保性的要求。

3、本发明中的塑料具有较好的耐脏性，适合作为浴帘、台布的原料进行使用。

4、本发明中的塑料成本低廉、原料易得，成本比现有技术中纯塑料制品降低50%以上。

5、本发明中塑料的制备工艺简单易行、适合规模化生产。

6、本发明中的塑料制备过程中对被废弃的生物性组分和结构性组分进行回收利用，深化解决了环境污染的问题。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细的说明。

实施例1 生物性组分的制备

生物性组分及质量份数如下列表：

生物性组分的制备方法为：

将食用菌菌糠粉碎至平均粒径为1mm，与平均尺寸为1mm的花生壳碎混合，混合均匀后在85℃烘箱内干燥至含水量低于30%，进行二次粉碎，粉碎至混合物平均粒径小于5μm，在85℃烘箱内进行二次干燥至含水量低于10%，最后与糯米淀粉混合均匀，在43℃烘箱内进行三次干燥至混合物含水量低于5%，得到所需生物性组分。

生物性组分中，食用菌菌糠湿度比较大，但单独进行烘干的效率较低，与花生壳碎混合后能分散水分，使烘干效率提升1倍以上，一次干燥至含水量低于30%即可进行二次粉碎，粉碎效率较高且粉碎过程中不会产生粉体飞扬的情况，二次粉碎至粒径小于5μm后进行二次干燥，然后与糯米淀粉混合，添加了糯米淀粉以后就不宜使用较高温度进行烘干，以免淀粉变质。食用菌菌糠添加量越多，塑料产品降解的越快越彻底，但是塑料强度比添加量少的情况下略低，花生壳粉的添加一方面是对食用菌菌糠的补强，另一方面能提升干燥过程的效率，糯米淀粉则作为配伍原料进行添加，平衡降解速率和生物性组分与其他原料的均混性。

综合选择实施例1中的生物性组分7作为后续塑料制备过程中的原料。

实施例2 结构性组分

本实施例中采用重选选矿工艺中得到的铁尾矿粉作为结构性组分，铁尾矿粉含铁量低于2%的铁尾矿粉，铁尾矿粉平均粒径为0.1μm（铁尾矿粉来源：湖北大冶）。

实施例3 环保塑料的制备

环保塑料原料组分及质量份数如下列表中所示，其中聚氯乙烯单体为市售产品，生物性组分采用实施例1中编号为7的原料，结构性组分采用实施例2中原料，增塑剂为邻苯二甲酸二辛脂、正磷酸酯和乙二醇以质量比1：0.38：0.55混合而成。偶联剂为单烷氧基焦磷酸酯型钛酸酯偶联剂（市售），交联剂为过氧化二异丙苯、二亚乙基三胺、氧化锌以质量比1：0.24：0.07混合而成。其他助剂包为消泡剂、润滑剂、表面活性促进剂、紫外线吸收剂的混合，消泡剂为有机硅消泡剂（市售），表面活性促进剂为三甘酯，紫外线吸收剂为水杨酸苯酯，润滑剂为亚麻油、磷酸三甲酚酯、十二烷基二甲基胺乙内酯以质量比1：0.14：0.09混合而成。

环保塑料的制备方法步骤为：

S01，将生物性组分、聚氯乙烯单体与增塑剂和其他助剂混合，在200r/min条件下分散30分钟，分散均匀后加入结构性组分，在3200r/min条件下利用行星式研磨机进行研磨分散30min；

S02，在S01得到的混合物中加入偶联剂和交联剂，在350r/min条件下利用行星式研磨机进行研磨分散6min，得到所需混合原料；

S03，将S02中混合原料利用双螺杆挤出机进行造粒，其挤出速率为4.65kg/h，熔融温度为210℃，制成所需易降解环保塑料的母粒。

本发明中的塑料易分解无毒害，可作为日常生活中塑胶制品的原料进行使用，尤其适合用于高分子材料浴帘和台布的制造。本发明中的塑料在日常情况使用的情况下可长期使用、存储性稳定，与现有技术中的塑料制品相比，强度和韧性基本一致，被废弃后，在湿热有菌环境下会缓慢破碎、降解彻底，对环境和人体无任何污染，符合环保性的要求。本发明中的塑料成本低廉、原料易得，成本比现有技术中纯塑料制品降低50%以上。本发明中塑料的制备工艺简单易行、适合规模化生产。本发明中的塑料制备过程中对被废弃的生物性组分和结构性组分进行回收利用，深化解决了环境污染的问题。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明实施例的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种易降解的环保塑料，其特征在于其组分及组分质量份数为：

聚氯乙烯单体 35-45份

生物性组分 20-30份

结构性组分 10-15份

增塑剂 3-4份

偶联剂 0.5-0.8份

交联剂 0.3-0.4份

其他助剂 0.1-0.2份

其中，所述生物性组分为食用菌菌糠、植物纤维粉和植物淀粉的混合成分，所述结构性组分为铁尾矿粉。

2.如权利要求1所述易降解的环保塑料，其特征在于：所述生物性组分及质量份数为：

食用菌菌糠 10-15份

花生壳粉 3-5份

糯米淀粉 2-3份

所述生物性组分的制备方法为：将食用菌菌糠粉碎至平均粒径为1-2mm，与平均尺寸为1-2mm的花生壳碎混合，混合均匀后在80-90℃烘箱内干燥至含水量低于30%，进行二次粉碎，粉碎至混合物平均粒径小于5μm，在80-90℃烘箱内进行二次干燥至含水量低于10%，最后与糯米淀粉混合均匀，在40-50℃烘箱内进行三次干燥至混合物含水量低于5%，得到所需生物性组分。

3.如权利要求1所述易降解的环保塑料，其特征在于：所述结构性组分为含铁量低于2%的铁尾矿粉，所述铁尾矿粉平均粒径为0.1-0.2μm。

4.如权利要求3所述易降解的环保塑料，其特征在于：所述铁尾矿粉为在重选、磁选或者电选的选矿工艺中得到的铁尾矿粉。

5.如权利要求1所述易降解的环保塑料，其特征在于：所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛脂、正磷酸酯和乙二醇以质量比1：（0.2-0.4）：（0.5-0.6）混合而成。

6.如权利要求1所述易降解的环保塑料，其特征在于：所述偶联剂为单烷氧基焦磷酸酯型钛酸酯偶联剂，所述交联剂为过氧化二异丙苯、二亚乙基三胺、氧化锌以质量比1：（0.2-0.3）：（0.05-0.08）混合而成。

7.如权利要求1所述易降解的环保塑料，其特征在于：所述其他助剂包括消泡剂、润滑剂、表面活性促进剂、紫外线吸收剂中的一种或者多种的混合。

8.如权利要求7所述易降解的环保塑料，其特征在于：所述消泡剂为有机硅消泡剂，所述表面活性促进剂为三甘酯或者月桂酰基谷氨酸钠，所述紫外线吸收剂为水杨酸苯酯。

9.如权利要求7所述易降解的环保塑料，其特征在于：所述润滑剂为亚麻油、磷酸三甲酚酯、十二烷基二甲基胺乙内酯以质量比1：（0.1-0.15）：（0.08-0.09）混合而成。

10.一种如权利要求1-9任一所述易降解的环保塑料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

S01，将生物性组分、聚氯乙烯单体与增塑剂和其他助剂混合，在200-250r/min条件下分散30-40分钟，分散均匀后加入结构性组分，在3000-3500r/min条件下利用行星式研磨机进行研磨分散20-30min；

S02，在S01得到的混合物中加入偶联剂和交联剂，在300-400r/min条件下利用行星式研磨机进行研磨分散5-8min，得到所需混合原料；

S03，将S02中混合原料利用双螺杆挤出机进行造粒，其挤出速率为4.5-5.5kg/h，熔融温度为210-215℃，制成所需易降解环保塑料的母粒。