CN108948509A - 一种新型环保高分子材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种新型环保高分子材料及其制备方法，由以下成分制备而成：聚乳酸、聚乙烯蜡、改性淀粉、环氧硬脂酸丁酯、乙烯‑丙烯酸乙酯共聚物、碳酸钙、滑石粉、植物纤维、纳米无机氧化物、抗氧剂、润滑增塑剂、马来酸酐、热稳定剂、增韧剂、聚乙烯醇和去离子水。本发明制备的高分子材料热变形温度高，应用领域广，制品强度高，加工性能优异，聚乳酸用量少，制备成本低，且材料环保无污染。

Description

一种新型环保高分子材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种新型环保高分子材料及其制备方法。
背景技术
目前，随着石油资源的日趋紧张，环境污染又成为人类生存最主要的几大问题之一，可降解非石油基高分子材料越来越得到人们的重视。聚乳酸作为一种来源于可再生植物资源的人工合成高分子材料，拥有可完全生物降解性，良好的加工成型能力及优良的力学性能，作为可降解塑料，已经受到广泛的关注与重视。聚乳酸高分子材料作为可再生的环境友好材料，有望替代源自石油资源的一系列高分子材料如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氨酯、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物等材料广泛应用于工程塑料与日常生活用品、包装材料、医用材料等相关领域。
但是，聚乳酸的价格偏高，并且作为一种热塑性高分子材料，由于其具有相对较高的玻璃化转化温度，较高的结晶度及较长的结晶时间，低温或常温下脆性大，高温下热稳定性不强，存在热变形温度低、容易水解、机械强度不足、热加工窗口窄等缺陷，难以直接利用。因而，对聚乳酸进行各种改性以提高其综合性能，成为突破该材料大规模推广应用瓶颈的途径。近年来，对聚乳酸进行改性的相关研究十分活跃，取得了很多成果，已经有效拓展了聚乳酸的应用领域。
目前，有大量的研究及专利对聚乳酸高分子材料改进进行公开报道，但仍存在聚乳酸用量大成本高、耐热性能差、回收利用困难等缺陷。如中国发明专利ZL200610010449.1中公开了一种复合无机材料补强耐高温生物降解母粒的制备方法，其采用的生物降解树脂含量较大，按重量百分比计达30％～60％，导致成本较高，并且工艺加工上较困难，经济效益低；中国发明专利ZL200410061416.0中公开了一种淀粉类可生物降解塑料母料及其制备方法，其胶粘树脂重量份达30～300份，含量较高，成本加大，而且采用了胶粘树脂接枝反应引发剂过氧化二异丙苯和过氧化氢异丙苯，使材料回收利用困难；中国发明专利ZL03135999.X中公开了一种生物可降解聚合物，其以天然淀粉和聚乳酸为原料，适用于农用塑料膜和食品包装材料，但由于大部分生物降解树脂的玻璃 化温度很低(50～70℃)，使得制成品的应用领域受到限制。
综上所述，因此需要一种更好的高分子材料，来改善现有技术的不足，从而推动该行业的发展。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型环保高分子材料及其制备方法，本发明制备的高分子材料热变形温度高，应用领域广，制品强度高，加工性能优异，聚乳酸用量少，制备成本低，且材料环保无污染。
本发明提供了如下的技术方案：
一种新型环保高分子材料，包括以下重量份的原料：聚乳酸4-7份、聚乙烯蜡2-4份、改性淀粉13-17份、环氧硬脂酸丁酯12-16份、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物13-17份、碳酸钙4-8份、滑石粉3-6份、植物纤维8-12份、纳米无机氧化物3-6份、抗氧剂2-4份、润滑增塑剂3-5份、马来酸酐6-9份、热稳定剂3-5份、增韧剂3-5份、聚乙烯醇2-4份和去离子水7-13份。
优选的，所述高分子材料包括以下重量份的原料：聚乳酸5-7份、聚乙烯蜡2-3份、改性淀粉14-17份、环氧硬脂酸丁酯14-16份、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物13-16份、碳酸钙5-8份、滑石粉3-5份、植物纤维8-11份、纳米无机氧化物4-6份、抗氧剂2-3份、润滑增塑剂4-5份、马来酸酐6-8份、热稳定剂3-4份、增韧剂4-5份、聚乙烯醇2-3份和去离子水9-13份。
优选的，所述高分子材料包括以下重量份的原料：聚乳酸6份、聚乙烯蜡2份、改性淀粉16份、环氧硬脂酸丁酯15份、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物15份、碳酸钙7份、滑石粉4份、植物纤维10份、纳米无机氧化物5份、抗氧剂2份、润滑增塑剂4份、马来酸酐7份、热稳定剂3份、增韧剂4份、聚乙烯醇2份和去离子水12份。
一种新型环保高分子材料的制备方法，包括以下制备步骤：
a、将聚乳酸、聚乙烯蜡、植物纤维和纳米无机氧化物混合，导入搅拌机中，在60-64℃下搅拌混合0.6-0.8h，再加入增韧剂、聚乙烯醇和去离子水，继续加热并以180-200r/min的转速搅拌15-18min，冷却后，得到混合物一；
b、将改性淀粉、环氧硬脂酸丁酯、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、碳酸钙和滑石粉混合，导入反应釜中，在60-65℃下搅拌反应1.2-1.4h，得到糊状浆料；
c、将混合物一、糊状浆料、马来酸酐和热稳定剂混合，导入混料机中，在55-58℃下高速剪切28-32min，得到混合物二；
d、将混合物二、抗氧剂和润滑增塑剂混合，导入双螺杆机中熔融挤出，导入模具中，再置于干燥箱中脱水干燥，进行加压成型，冷却后，即可得到成品。
优选的，所述步骤a的纳米无机氧化物为纳米氧化锌、纳米氧化铝和纳米氧化钛按质量比3:2:5混合而成。
优选的，所述步骤a的增韧剂为镁盐晶须、碳酸钙晶须、硫酸钙晶须和碳酸钾晶须按质量比1:4:1:3混合而成。
优选的，所述步骤b的改性淀粉的制备方法为：将复合淀粉在38℃下烘干，再与改性剂、水混合，在58℃下高速搅拌15min，冷却后，即得改性淀粉。
优选的，所述复合淀粉为醋酸酯淀粉、辛烯基琥珀酸酯淀粉和氨基甲酸酯淀粉按质量比4:3:1混合而成。
优选的，所述步骤c的热稳定剂为硬脂酸钠和硬脂酸钙按质量比1:3混合而成。
优选的，所述步骤d的润滑增塑剂乙酰柠檬酸三丁酯、聚乙二醇和甘油按质量比4:1:2混合而成。
本发明的有益效果是：
本发明制备的高分子材料热变形温度高，应用领域广，制品强度高，加工性能优异，聚乳酸用量少，制备成本低，且材料环保无污染，生产出来的材料的拉伸强度高、延伸率大，具有优良的阻燃、低烟、环保的特性以及优异的加工性能。
本发明中的纳米无机氧化物为纳米氧化锌、纳米氧化铝和纳米氧化钛的配比，再配合本发明中的碳酸钙和滑石粉，可以有效增强高分子材料的强度。
本发明中的增韧剂为镁盐晶须、碳酸钙晶须、硫酸钙晶须和碳酸钾晶须的配比，在该比例下，与植物纤维的协同作用，有利于提高成品的机械强度和各原料之间的连接性能，充分提高成品强度及韧性。
本发明中的改性淀粉可以大大的减少聚乳酸的添加，从而降低生产成本，并且可以提高制备的高分子材料的韧性，改性淀粉可以提高其拉伸强度和断裂伸长率，使得其加工性能更为优异，可塑性更强。
本发明中的热稳定剂为硬脂酸钠和硬脂酸钙的配比，可提高本发明混合体系在高温下反应的稳定性，并且还可以提高成品的耐高温性。
具体实施方式
实施例1
一种新型环保高分子材料，包括以下重量份的原料：聚乳酸7份、聚乙烯蜡2份、改性淀粉17份、环氧硬脂酸丁酯12份、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物17份、碳酸钙4份、滑石粉3份、植物纤维12份、纳米无机氧化物3份、抗氧剂4份、润滑增塑剂3份、马来酸酐9份、热稳定剂5份、增韧剂3份、聚乙烯醇2份和去离子水7份。
一种新型环保高分子材料的制备方法，包括以下制备步骤：
a、将聚乳酸、聚乙烯蜡、植物纤维和纳米无机氧化物混合，导入搅拌机中，在60℃下搅拌混合0.8h，再加入增韧剂、聚乙烯醇和去离子水，继续加热并以200r/min的转速搅拌18min，冷却后，得到混合物一；
b、将改性淀粉、环氧硬脂酸丁酯、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、碳酸钙和滑石粉混合，导入反应釜中，在60℃下搅拌反应1.4h，得到糊状浆料；
c、将混合物一、糊状浆料、马来酸酐和热稳定剂混合，导入混料机中，在58℃下高速剪切28min，得到混合物二；
d、将混合物二、抗氧剂和润滑增塑剂混合，导入双螺杆机中熔融挤出，导入模具中，再置于干燥箱中脱水干燥，进行加压成型，冷却后，即可得到成品。
步骤a的纳米无机氧化物为纳米氧化锌、纳米氧化铝和纳米氧化钛按质量比3:2:5混合而成。
步骤a的增韧剂为镁盐晶须、碳酸钙晶须、硫酸钙晶须和碳酸钾晶须按质量比1:4:1:3混合而成。
步骤b的改性淀粉的制备方法为：将复合淀粉在38℃下烘干，再与改性剂、水混合，在58℃下高速搅拌15min，冷却后，即得改性淀粉。
复合淀粉为醋酸酯淀粉、辛烯基琥珀酸酯淀粉和氨基甲酸酯淀粉按质量比4:3:1混合而成。
步骤c的热稳定剂为硬脂酸钠和硬脂酸钙按质量比1:3混合而成。
步骤d的润滑增塑剂乙酰柠檬酸三丁酯、聚乙二醇和甘油按质量比4:1:2混合而成。
实施例2
一种新型环保高分子材料，包括以下重量份的原料：聚乳酸5份、聚乙烯蜡3份、改性淀粉14份、环氧硬脂酸丁酯16份、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物13份、碳酸钙8份、滑石粉3份、植物纤维8份、纳米无机氧化物6份、抗氧剂3份、润滑增塑剂4份、马来酸酐8份、热稳定剂3份、增韧剂4份、聚乙烯醇3份和去离子水13份。
一种新型环保高分子材料的制备方法，包括以下制备步骤：
a、将聚乳酸、聚乙烯蜡、植物纤维和纳米无机氧化物混合，导入搅拌机中，在60℃下搅拌混合0.8h，再加入增韧剂、聚乙烯醇和去离子水，继续加热并以200r/min的转速搅拌15min，冷却后，得到混合物一；
b、将改性淀粉、环氧硬脂酸丁酯、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、碳酸钙和滑石粉混合，导入反应釜中，在65℃下搅拌反应1.2h，得到糊状浆料；
c、将混合物一、糊状浆料、马来酸酐和热稳定剂混合，导入混料机中，在58℃下高速剪切28min，得到混合物二；
d、将混合物二、抗氧剂和润滑增塑剂混合，导入双螺杆机中熔融挤出，导入模具中，再置于干燥箱中脱水干燥，进行加压成型，冷却后，即可得到成品。
步骤a的纳米无机氧化物为纳米氧化锌、纳米氧化铝和纳米氧化钛按质量比3:2:5混合而成。
步骤a的增韧剂为镁盐晶须、碳酸钙晶须、硫酸钙晶须和碳酸钾晶须按质量比1:4:1:3混合而成。
步骤b的改性淀粉的制备方法为：将复合淀粉在38℃下烘干，再与改性剂、水混合，在58℃下高速搅拌15min，冷却后，即得改性淀粉。
复合淀粉为醋酸酯淀粉、辛烯基琥珀酸酯淀粉和氨基甲酸酯淀粉按质量比4:3:1混合而成。
步骤c的热稳定剂为硬脂酸钠和硬脂酸钙按质量比1:3混合而成。
步骤d的润滑增塑剂乙酰柠檬酸三丁酯、聚乙二醇和甘油按质量比4:1:2混合而成。
实施例3
一种新型环保高分子材料，包括以下重量份的原料：聚乳酸6份、聚乙烯蜡2份、改性淀粉16份、环氧硬脂酸丁酯15份、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物15份、碳酸钙7份、滑石粉4份、植物纤维10份、纳米无机氧化物5份、抗氧剂2份、润滑增塑剂4份、马来酸酐7份、热稳定剂3份、增韧剂4份、聚乙烯醇2份和去离子水12份。
一种新型环保高分子材料的制备方法，包括以下制备步骤：
a、将聚乳酸、聚乙烯蜡、植物纤维和纳米无机氧化物混合，导入搅拌机中，在60℃下搅拌混合0.6h，再加入增韧剂、聚乙烯醇和去离子水，继续加热并以200r/min的转速搅拌18min，冷却后，得到混合物一；
b、将改性淀粉、环氧硬脂酸丁酯、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、碳酸钙和滑石粉混合，导入反应釜中，在60℃下搅拌反应1.4h，得到糊状浆料；
c、将混合物一、糊状浆料、马来酸酐和热稳定剂混合，导入混料机中，在55℃下高速剪切32min，得到混合物二；
d、将混合物二、抗氧剂和润滑增塑剂混合，导入双螺杆机中熔融挤出，导入模具中，再置于干燥箱中脱水干燥，进行加压成型，冷却后，即可得到成品。
步骤a的纳米无机氧化物为纳米氧化锌、纳米氧化铝和纳米氧化钛按质量比3:2:5混合而成。
步骤a的增韧剂为镁盐晶须、碳酸钙晶须、硫酸钙晶须和碳酸钾晶须按质量比1:4:1:3混合而成。
步骤b的改性淀粉的制备方法为：将复合淀粉在38℃下烘干，再与改性剂、水混合，在58℃下高速搅拌15min，冷却后，即得改性淀粉。
复合淀粉为醋酸酯淀粉、辛烯基琥珀酸酯淀粉和氨基甲酸酯淀粉按质量比4:3:1混合而成。
步骤c的热稳定剂为硬脂酸钠和硬脂酸钙按质量比1:3混合而成。
步骤d的润滑增塑剂乙酰柠檬酸三丁酯、聚乙二醇和甘油按质量比4:1:2混合而成。
对比例1
采用现有技术中的普通高分子材料进行检测对比。
检测以上实施例和对比例制备的成品，得到以下检测数据：
表一：
检测项目 检测标准 实施例1 实施例2 实施例3 对比例1
拉伸强度（MPa） ASTM D638 66.7 66.8 68.5 54.3
弯曲强度（MPa） ASTM D790 79.1 79.3 79.5 76.3
缺口冲击强度（KJ/m2） ASTM D256 15.5 15.6 15.8 11.6
热变形温度（℃） ASTM D648 92.2 94.1 94.3 87.1
抗刮擦性 ASTM D3363 2H 2H 2H 2H
断裂伸长率（%） GB/T1040-1992 139 138 143 127
极限氧指数（%） GB5454-85 35 35 36 24
由表一所得的实验数据，可以得出，本发明的制备方法制备的成品的各项性能显著优异于现有技术中的普通产品，并且在本发明的实施例3中优选的制备方案，其得到的成品性能最为优异。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新型环保高分子材料，其特征在于，包括以下重量份的原料：聚乳酸4-7份、聚乙烯蜡2-4份、改性淀粉13-17份、环氧硬脂酸丁酯12-16份、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物13-17份、碳酸钙4-8份、滑石粉3-6份、植物纤维8-12份、纳米无机氧化物3-6份、抗氧剂2-4份、润滑增塑剂3-5份、马来酸酐6-9份、热稳定剂3-5份、增韧剂3-5份、聚乙烯醇2-4份和去离子水7-13份。
2.根据权利要求1所述的一种新型环保高分子材料，其特征在于，所述高分子材料包括以下重量份的原料：聚乳酸5-7份、聚乙烯蜡2-3份、改性淀粉14-17份、环氧硬脂酸丁酯14-16份、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物13-16份、碳酸钙5-8份、滑石粉3-5份、植物纤维8-11份、纳米无机氧化物4-6份、抗氧剂2-3份、润滑增塑剂4-5份、马来酸酐6-8份、热稳定剂3-4份、增韧剂4-5份、聚乙烯醇2-3份和去离子水9-13份。
3.根据权利要求1所述的一种新型环保高分子材料，其特征在于，所述高分子材料包括以下重量份的原料：聚乳酸6份、聚乙烯蜡2份、改性淀粉16份、环氧硬脂酸丁酯15份、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物15份、碳酸钙7份、滑石粉4份、植物纤维10份、纳米无机氧化物5份、抗氧剂2份、润滑增塑剂4份、马来酸酐7份、热稳定剂3份、增韧剂4份、聚乙烯醇2份和去离子水12份。
4.权利要求1-3任一项所述的一种新型环保高分子材料的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
a、将聚乳酸、聚乙烯蜡、植物纤维和纳米无机氧化物混合，导入搅拌机中，在60-64℃下搅拌混合0.6-0.8h，再加入增韧剂、聚乙烯醇和去离子水，继续加热并以180-200r/min的转速搅拌15-18min，冷却后，得到混合物一；
b、将改性淀粉、环氧硬脂酸丁酯、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、碳酸钙和滑石粉混合，导入反应釜中，在60-65℃下搅拌反应1.2-1.4h，得到糊状浆料；
c、将混合物一、糊状浆料、马来酸酐和热稳定剂混合，导入混料机中，在55-58℃下高速剪切28-32min，得到混合物二；
d、将混合物二、抗氧剂和润滑增塑剂混合，导入双螺杆机中熔融挤出，导入模具中，再置于干燥箱中脱水干燥，进行加压成型，冷却后，即可得到成品。
5.根据权利要求4所述的一种新型环保高分子材料的制备方法，其特征在于，所述步骤a的纳米无机氧化物为纳米氧化锌、纳米氧化铝和纳米氧化钛按质量比3:2:5混合而成。
6.根据权利要求4所述的一种新型环保高分子材料的制备方法，其特征在于，所述步骤a的增韧剂为镁盐晶须、碳酸钙晶须、硫酸钙晶须和碳酸钾晶须按质量比1:4:1:3混合而成。
7.根据权利要求4所述的一种新型环保高分子材料的制备方法，其特征在于，所述步骤b的改性淀粉的制备方法为：将复合淀粉在38℃下烘干，再与改性剂、水混合，在58℃下高速搅拌15min，冷却后，即得改性淀粉。
8.根据权利要求7所述的一种新型环保高分子材料的制备方法，其特征在于，所述复合淀粉为醋酸酯淀粉、辛烯基琥珀酸酯淀粉和氨基甲酸酯淀粉按质量比4:3:1混合而成。
9.根据权利要求4所述的一种新型环保高分子材料的制备方法，其特征在于，所述步骤c的热稳定剂为硬脂酸钠和硬脂酸钙按质量比1:3混合而成。
10.根据权利要求4所述的一种新型环保高分子材料的制备方法，其特征在于，所述步骤d的润滑增塑剂乙酰柠檬酸三丁酯、聚乙二醇和甘油按质量比4:1:2混合而成。
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