CN109485998A - 一种新型可降解的复合塑料及其制备方法 - Google Patents

一种新型可降解的复合塑料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种新型可降解的复合塑料，包括如下重量份的组分：聚丙烯化合物40～60份，微米植物短纤维15～45份，填充物5～15份，相容剂3～7份，抗氧剂0.4～0.6份，润滑剂0.3～0.5份，抗菌添加剂3～5份，生物降解剂2～3份，可促使协同进行光催化分解和微生物降解，使本复合塑料具有良好的降解性能、机械性能和力学性能；一种新型可降解的复合塑料的制备方法，包括预处理、混合搅拌、密炼混合、挤出造粒和冷却脱水等步骤，通过上述步骤制备本发明可降解的复合塑料，促使本复合塑料各组分混合更为分散，成品更佳。

Description

一种新型可降解的复合塑料及其制备方法
技术领域
本发明涉及塑料材料技术领域，特别是涉及一种新型可降解的复合塑料及其制备方法。
背景技术
目前的塑料在使用过后主要是通过焚烧、掩埋或者回收重新加工成同样类型的塑料进行再次循环利用，而大部分的情况是通过焚烧或者掩埋的方式处理，焚烧不但污染环境，而且会加重温室效应，使得臭氧层遭到破坏，进而给人体健康造成威；而且掩埋的方式不但会给地下水造成污染，而且会对可利用的耕地造成不可解决的困难，从而降低农民收入，降低人民生活质量。
为解决这一难题，国内外科研工作者纷纷进行了可降解塑料的研究，目前可降解塑料主要分为生物可降解塑料和光降解塑料，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，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。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种新型可降解的复合塑料，其促使协同进行光催化分解和微生物降解，具有良好的降解性能、机械性能和力学性能。
本发明还提供一种新型可降解的复合塑料，其促使本复合塑料各组分混合更为分散，成品更佳。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种新型可降解的复合塑料，包括如下重量份的组分：
聚丙烯化合物 40～60份；
微米植物短纤维 15～45份；
填充物 5～15份；
相容剂 3～7份；
抗氧剂 0.4～0.6份；
润滑剂 0.3～0.5份；
抗菌添加剂 3～5份；
生物降解剂 2～3份。
较佳地，所述微米植物短纤维为由谷物、竹子、木、茶梗或咖啡渣一种或多种组合提取的天然纤维素短纤维。
较佳地，所述填充物为淀粉、滑石粉或含铁、锡或锰金属元素的碳酸钙的一种或多种组合。
较佳地，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的混合物，受阻酚类抗氧剂是粉末状β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八酯，亚磷酸酯类抗氧剂是三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯，受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的重量混合比例范围为1:1.2～1:1.5。
较佳地，所述抗菌添加剂为含银离子的抗菌添加剂，粒子为10～15um。
较佳地，所述生物降解剂为二氧化钛和高岭土的混合物或含生物活性剂的硬脂酸铁-硬脂酸锰复合光敏剂。
较佳地，所述聚丙烯化合物为均聚耐热食品级聚丙烯化合物，所述润滑剂为为硬脂酸盐、硬脂酸酰胺、石蜡油或低分子蜡类中的一种或多种组合，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯化合物，接枝率0.8～1.0份。
一种新型可降解的复合塑料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤A：预处理，采用硬脂酸溶液对15～45份微米植物短纤维进行表面改性，并将改性后的微米植物短纤维通过微波干燥杀菌机设备进行干燥和杀菌处理；
步骤B：混合搅拌，通过高速搅拌机将步骤A中得到的微米植物短纤维以及40～60份聚丙烯化合物、5～15份填充物、3～7份相容剂、0.4～0.6份抗氧剂、0.3～0.5份润滑剂、3～5份抗菌添加剂和2～3份生物降解剂搅拌混合；
步骤C：密炼混合，将步骤B中搅拌混合后得到的混合料加入密炼机中，通过密炼机转子的捏合作用混炼得到混料胶；
步骤D：挤出造粒，步骤C中得到的混料胶通过挤出造粒机挤出造粒，得到母胶粒；
步骤E：冷却脱水，步骤D中得到的母胶粒通过脱水机冷却并去除水份后密封存储。
较佳地，步骤B包括如下步骤：
步骤B1：将步骤A中得到的微米植物短纤维以及0.3～0.5份润滑剂和3～7份相容剂放入高速搅拌机进行搅拌混合；
步骤B2：将40～60份聚丙烯化合物、5～15份填充物、0.4～0.6份抗氧剂、3～5份抗菌添加剂和2～3份生物降解剂放入高速搅拌机进行混合搅拌。
较佳地，高速搅拌机搅拌时间为15～20min，搅拌温度为40～60℃；挤出造粒机的螺杆转速为25～45r/min，且螺杆的三段加热温度分别为为90～150℃、70～130℃和60～120℃，挤出造粒机的机头加热温度为150～180℃，挤出造粒机的造粒长度为5～7mm。
本发明的有益效果如下：
本发明的一种新型可降解的复合塑料在聚丙烯材料中添加微米植物短纤维、填充物、相容剂、抗氧剂、润滑剂、抗菌添加剂和生物降解剂等物质，引入易降解的基团和易于微生物吞噬的成分，促使协同进行光催化分解和微生物降解，加快聚丙烯化合物等高聚物的链被氧化断裂，具有良好的降解性能、机械性能和力学性能；一种新型可降解的复合塑料的制备方法，通过预处理、混合搅拌、密炼混合、挤出造粒和冷却脱水等步骤制备本发明可降解的复合塑料，在预处理步骤，对微米植物短纤维表面改性处理，提高微米植物短纤维表面极性，使得微米植物短纤维在聚丙烯化合物中分散良好，混合搅拌步骤，实现原料的预分散，促使后续密炼混合更为均匀，成品更佳。
附图说明
图1为本发明的实施例1的制备方法流程示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步的说明。
实施例1：一种新型可降解的复合塑料，包括40份聚丙烯化合物、15份微米植物短纤维、5份填充物、3份相容剂、0.4份抗氧剂、0.3份润滑剂、3份抗菌添加剂、2份生物降解剂，其中，本实施例的所述聚丙烯化合物为均聚耐热食品级聚丙烯化合物，无毒无害，利于保护环境，所述微米植物短纤维为由咖啡渣提取的天然纤维素短纤维，咖啡渣纤维的目数为800～1250，高效利用回收的咖啡渣材料，更为环保，且本实施例中加入由咖啡渣提取的微米植物短纤维，第一方面，咖啡渣纤维可改变聚丙烯化合物原有的颜色，同时咖啡渣纤维的香味使制成品带有淡淡的咖啡香味，满足客户的使用需求，第二方面，在降解时，微米植物短纤维易被微生物利用分解，转化成无毒无害的物质，第三方面使聚丙烯化合物获得更高的机械性能和力学性能，耐磨性和耐低温性更强，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯化合物，接枝率0.8～1.0份，所述润滑剂为石蜡油，所述相容剂和所述润滑剂可提高微米植物短纤维的分散性，强化微米植物短纤维与聚丙烯化合物的界面粘合，所述填充物为淀粉，所述填充物因而易被微生物利用分解，降解较快，所述生物降解剂为二氧化钛和高岭土的混合物，二氧化钛起到光催化剂作用，在日光或紫外光的作用下，有利于促进聚丙烯化合物降解，高岭土起到生物降解促进剂，促进聚丙烯化合物的光降解以及其残余物的生物降解，所述抗菌添加剂为含银离子抗菌剂，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的混合物，受阻酚类抗氧剂是粉末状β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八酯，亚磷酸酯类抗氧剂是三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯，受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的重量混合比例为1:1.2，所述生物降解剂对淀粉/聚丙烯化合物的光降解有催化和加速作用，而本实施例的抗氧化剂可延缓光降解作用和生物降解作用的发生，含银离子抗菌剂能够抑制病原微生物的生长，具有良好的抗菌功能，从而保证本实施例的复合塑料在使用期间内保持稳定。
图1示出，实施例1的复合塑料采用的一种新型可降解的复合塑料的制备方法，包括如下步骤：步骤A：预处理，采用硬脂酸溶液对15～45份微米植物短纤维进行表面改性，提高微米植物短纤维表面极性，使得微米植物短纤维在聚丙烯化合物中分散良好，改性后的微米植物短纤维通过微波干燥杀菌机设备进行干燥和杀菌处理，使微米植物短纤维表面水分含量降低，提高产品的表面光泽度，在高温杀菌后，让微米植物短纤维更加环保安全，使用期间内保持稳定。步骤B1：将步骤A中得到的微米植物短纤维以及0.3～0.5份润滑剂和3～7份相容剂放入高速搅拌机进行搅拌混合，促使所述相容剂和所述润滑剂充分包裹在微米植物短纤维上，步骤B2：再将40～60份聚丙烯化合物、5～15份填充物、0.4～0.6份抗氧剂、3～5份抗菌添加剂和2～3份生物降解剂放入高速搅拌机进行混合搅拌充分将各组分混合并打碎成细小颗粒，这是第一次混合分散；步骤C：密炼混合，将步骤B2中搅拌混合后得到的混合料加入密炼机中，通过密炼机转子的捏合作用混炼得到混料胶，进一步对各组分混合分散，这是第二次混合分散；步骤D：挤出造粒，步骤C中得到的混料胶通过挤出造粒机挤出造粒，得到母胶粒，混料胶通过挤出机内的螺杆的混合作用得到混合更为均匀地母胶粒，这是第三次混合分散；步骤E：冷却脱水，步骤D中得到的母胶粒通过脱水机冷却并去除水份后密封存储，得到的母胶粒更为干燥，密封存储避免光和空气的氧化作用。本实施例通过三次混合分散，使复合塑料的各组分混合更为均匀，避免微米植物短纤维之间的相互缠结，能够促使微米植物短纤维在聚丙烯化合物中均匀分布，成品更佳，高速搅拌机搅拌时间为15～20min，优选的，搅拌时间为18min，能够促进物料快速分散，提高生产效率，搅拌温度为40～60℃；挤出造粒机的螺杆转速为25～45r/min，且螺杆的三段加热温度分别为为90～150℃、70～130℃和60～120℃，挤出造粒机的机头加热温度为150～180℃，机头加热温度比前三段温度稍高，使物料充分受热，防止挤出胀大现象的发生，挤出的母胶粒表面更为光滑，挤出造粒机的造粒长度为5～7mm，避免由于母胶粒长度过长造成堵塞，以及避免母胶粒长度太短挤出时相互粘连。
实施例2：一种新型可降解的复合塑料，包括如下重量份的组分：60份聚丙烯化合物、30份微米植物短纤维、15份填充物、5份相容剂、0.5份抗氧剂、0.5份润滑剂、4份抗菌添加剂、3份生物降解剂，其中，与实施例1相比，实施例2的所述填充物为含铁、锡或锰金属元素的碳酸钙，一方面碳酸钙容易被微生物利用，易分解，另一方面在碳酸钙内掺杂铁、锡或锰金属元素，能有效促进堆肥温度下聚丙烯化合物的降解，所述生物降解剂为含生物活性剂的硬脂酸铁-硬脂酸锰复合光敏剂，促使本复合塑料具有良好的光-生物降解性能，堆肥和填埋处理情况下，降解速度更快，本实施例的微米植物短纤维为由茶梗提取的天然纤维素短纤维，茶梗纤维的目数为900～1200，茶梗纤维与聚丙烯化合物混合，茶梗纤维可改变聚丙烯化合物原有的颜色，同时茶梗纤维的香味使制成品带有淡淡的茶香味，满足客户的使用需求。
实施例3：一种新型可降解的复合塑料，包括如下重量份的组分：50份聚丙烯化合物、25份微米植物短纤维、10份填充物、4份相容剂、0.6份抗氧剂、0.4份润滑剂、4份抗菌添加剂、2.5份生物降解剂，其中，与实施例1相比，所述填充物为滑石粉和淀粉的混合物，所述抗氧剂中的受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的重量混合比例为1:1.5，所述生物降解剂为含生物活性剂的硬脂酸铁-硬脂酸锰复合光敏剂，所述润滑剂为硬脂酸盐和硬脂酸酰胺的混合物，所述润滑剂能改善聚丙烯化合物的加工性，提高微米植物短纤维的分散效果，成品效果更佳，本实施例的微米植物短纤维为由茶梗和竹子的混合物提取的天然纤维素短纤维，茶梗纤维和竹子纤维易于降解，同时使制成品带有淡淡的香味、成色更佳，满足客户的使用需求。
实施例4：一种新型可降解的复合塑料，包括如下重量份的组分：55份聚丙烯化合物、23份微米植物短纤维、12份填充物、3.5份相容剂、0.3份抗氧剂、0.35份润滑剂、5份抗菌添加剂、2.5份生物降解剂，其中，其中所述填充物为滑石粉，所述抗氧剂中的受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的重量混合比例为1:1.3，所述润滑剂为硬脂酸酰胺，所述生物降解剂为二氧化钛和高岭土的混合物，具有良好的降解性能、机械性能和力学性能，本实施例的微米植物短纤维为由咖啡渣、木和竹子的混合物提取的天然纤维素短纤维，使制成品带有香味、成色更佳，充分利用回收的废渣材料，更为环保。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种新型可降解的复合塑料，包括如下重量份的组分：
聚丙烯化合物40～60份；
微米植物短纤维15～45份；
填充物5～15份；
相容剂3～7份；
抗氧剂0.4～0.6份；
润滑剂0.3～0.5份；
抗菌添加剂3～5份；
生物降解剂2～3份。
2.根据权利要求1所述的一种新型可降解的复合塑料，其特征在于：所述微米植物短纤维为由谷物、竹子、木、茶梗或咖啡渣一种或多种组合提取的天然纤维素短纤维。
3.据权利要求1所述的一种新型可降解的复合塑料，其特征在于：所述填充物为淀粉、滑石粉或含铁、锡或锰金属元素的碳酸钙的一种或多种组合。
4.据权利要求1所述的一种新型可降解的复合塑料，其特征在于：所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的混合物，受阻酚类抗氧剂是粉末状β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八酯，亚磷酸酯类抗氧剂是三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯，受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的重量混合比例范围为1:1.2～1:1.5。
5.据权利要求1所述的一种新型可降解的复合塑料，其特征在于：所述抗菌添加剂为含银离子的抗菌添加剂，粒子为10～15um。
6.据权利要求1所述的一种新型可降解的复合塑料，其特征在于：所述生物降解剂为二氧化钛和高岭土的混合物或含生物活性剂的硬脂酸铁-硬脂酸锰复合光敏剂。
7.根据权利要求1所述的一种新型可降解的复合塑料，其特征在于：所述聚丙烯化合物为均聚耐热食品级聚丙烯化合物，所述润滑剂为为硬脂酸盐、硬脂酸酰胺、石蜡油或低分子蜡类中的一种或多种组合，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯化合物，接枝率0.8～1.0份。
8.一种新型可降解的复合塑料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤A：预处理，采用硬脂酸溶液对15～45份微米植物短纤维进行表面改性，并将改性后的微米植物短纤维通过微波干燥杀菌机设备进行干燥和杀菌处理；
步骤B：混合搅拌，通过高速搅拌机将步骤A中得到的微米植物短纤维以及40～60份聚丙烯化合物、5～15份填充物、3～7份相容剂、0.4～0.6份抗氧剂、0.3～0.5份润滑剂、3～5份抗菌添加剂和2～3份生物降解剂搅拌混合；
步骤C：密炼混合，将步骤B中搅拌混合后得到的混合料加入密炼机中，通过密炼机转子的捏合作用混炼得到混料胶；
步骤D：挤出造粒，步骤C中得到的混料胶通过挤出造粒机挤出造粒，得到母胶粒；
步骤E：冷却脱水，步骤D中得到的母胶粒通过脱水机冷却并去除水份后密封存储。
9.根据权利要求8所述的一种新型可降解的复合塑料的制备方法，其特征在于，步骤B包括如下步骤：
步骤B1：将步骤A中得到的微米植物短纤维以及0.3～0.5份润滑剂和3～7份相容剂放入高速搅拌机进行搅拌混合；
步骤B2：将40～60份聚丙烯化合物、5～15份填充物、0.4～0.6份抗氧剂、3～5份抗菌添加剂和2～3份生物降解剂放入高速搅拌机进行混合搅拌。
10.根据权利要求8所述的一种新型可降解的复合塑料的制备方法，其特征在于，高速搅拌机搅拌时间为15～20min，搅拌温度为40～60℃；挤出造粒机的螺杆转速为25～45r/min，且螺杆的三段加热温度分别为90～150℃、70～130℃和60～120℃，挤出造粒机的机头加热温度为150～180℃，挤出造粒机的造粒长度为5～7mm。
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