CN109852041A - 一种可降解汽车脚垫材料及其制备方法 - Google Patents

一种可降解汽车脚垫材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及汽车脚垫技术领域，公开了一种可降解汽车脚垫材料，以重量份计，原料包括以下组分：尼龙100份、玉米纤维20～30份、竹纤维10～15份、大豆纤维6～8份、粘胶纤维6～8份、防污剂15～20份、环氧大豆油10～20份、抗静电剂0.5～3份、相容剂3～10份、角蛋白水解物1.5～2份、顺丁橡胶50～60份、硫化剂0.15～0.5份、硫化促进剂1～3份；还公开了一种制备可降解汽车脚垫材料的方法。本发明制备得到的汽车脚垫材料具有优异的弹性和降解率，其断裂伸长率高达890％以上，且拉伸强度在9.5MPa以上，该可降解汽车脚垫180天的降解率超过了80％，具有较好的生物降解性。

Description

一种可降解汽车脚垫材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及汽车脚垫技术领域，尤其涉及了一种可降解汽车脚垫材料及其制备方法。
背景技术
随着汽车的普及，汽车脚垫已经成为人们不可或缺的消费品，同时由于人们生活水平的提高，人们对汽车脚垫的要求也越来越多，舒适、美观、环保、耐脏、易清洁、安全、阻燃已成为汽车脚垫行业研究的热点。
传统的汽车脚垫大多以聚氯乙烯(PVC)或橡胶作为主体材料，随着性能要求的提高，也开发了以弹性体为主体材料的汽车脚垫。但随着人们文化素质水平的不断提高，环保意识越来越强，人们越来越认识到PVC和橡胶对环境造成的污染，因为PVC和橡胶被遗弃后，其很强的稳定性可以长期存在于自然环境中，造成人们生产生活的重要污染源之一。通常采用的回收手段是掩埋或焚烧，这样不仅消耗了能源，而且给环境造成了二次污染。近年来，人们在研究解决PVC和橡胶回收利用技术的同时，可降解材料也成为全世界的一个研究热点，可降解材料大致可分为光降解性材料和生物降解性材料，利用微生物的作用下会自动降解，在土壤中微生物代谢作用下最终转变成CO2和H2O，不会给环境带来污染，被认为是最有前途的新型材料之一。
目前，专利号为CN1793227的中国专利公开了一种耐热易加工型聚乳酸树脂的制备方法。该专利通过在聚乳酸中引入耐热性树脂材料如苯乙烯-丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物或聚碳酸酯中的一种，以及高熔体速率高分子树脂和抗氧剂组成。然而，聚乳酸中引入不可降解的高分子树脂，影响了聚乳酸作为一种可降解材料的应用。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的传统汽车脚垫对环境压力较大，无法快速降解的缺点，提供了一种可降解汽车脚垫材料及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：
一种可降解汽车脚垫材料，以重量份计，原料包括以下组分：尼龙100份、玉米纤维20～30份、竹纤维10～15份、大豆纤维6～8份、粘胶纤维6～8份、防污剂15～20份、环氧大豆油10～20份、抗静电剂0.5～3份、相容剂3～10份、角蛋白水解物1.5～2份、顺丁橡胶50～60份、硫化剂0.15～0.5份、硫化促进剂1～3份。
玉米纤维是以淀粉制得的乳酸为原料，属于完成自然循环型，具有生物降解性的纤维。该纤维完全不使用石油等化工原料，其废弃物在土壤和海水中的微生物作用下，可分解成二氧化碳和水，不会污染地球环境。由于该纤维的初始原料为淀粉，其再生之循环周期短，大约为一至二年，其产生的二氧化碳可由植物光合作用减少在大气中的含量。玉米纤维性能优越，有极好的悬垂性、滑爽性、吸湿透气性、天然抑菌和令皮肤放心的弱酸性、良好的耐热性及抗紫外线功能并富有光泽和弹性。
竹纤维是从自然生长的竹子中提取出的纤维素纤维，继棉、麻、毛、丝后的第五大天然纤维。竹纤维具有良好的透气性、瞬间吸水性、较强的耐磨性和良好的染色性等特性，具有天然抗菌、抑菌、除螨、防臭和抗紫外线功能。
大豆蛋白纤维的生产过程对环境、空气、人体、土壤、水质等无污染，纤维主要由大豆蛋白质组成，纤维本身易生物降解。大豆纤维原料丰富且具有可再生性，不会对资源造成掠夺性开发。
因此，玉米纤维、竹纤维和大豆纤维制成的产品可在土壤中自然降解，分解后对环境无任何污染，是一种天然的、绿色的、环保型的纺织原料，可以加快本发明的汽车脚垫的降解速度。
角蛋白是一种生态聚合物，将角蛋白水解物添加到顺丁橡胶中，可以作为填充剂，促进大分子晶格的形成，形成离子网络，使角蛋白水解物与顺丁橡胶交联在一起，还可以降低顺丁橡胶的交联密度和拉伸强度，从而加快顺丁橡胶的生物降解速度。
作为优选，尼龙的粒径为30～100μm。
作为优选，角蛋白水解物由动物毛发与亚硫酸铵水溶液混合，在pH为7～8的条件下处理30～45min后，继续保持混合液的pH条件为7～8，然后加入蛋白水解酶在60～70℃的条件下酶解10～30min后，酶解液升温至95℃，在95℃下加热5min，得到角蛋白水解物。
作为优选，硫化剂为硫黄。
作为优选，硫化促进剂为促进剂CZ。
一种制备可降解汽车脚垫材料的方法，包括以下几个步骤：
(1)以重量份计，将尼龙100份、玉米纤维20～30份、竹纤维10～15份、大豆纤维6～8份、粘胶纤维6～8份、防污剂15～20份、环氧大豆油5～10份、抗静电剂0.5～3份和相容剂3～10份加入混合机中，在温度为80～95℃，搅拌速率为60～80rpm的条件下搅拌30～45min，得到纤维共混物；
(2)取动物毛发与亚硫酸铵水溶液混合，在pH为7～8的条件下处理30～45min后，继续保持混合液的pH条件为7～8，然后加入蛋白水解酶在60～70℃的条件下酶解10～30min后，酶解液升温至95℃，在95℃下加热5min，得到角蛋白水解物；以重量份计，将角蛋白水解物1.5～2份、顺丁橡胶50～60份和剩余的环氧大豆油加入到密炼机中，在温度为150～170℃下开炼2～3min，得到胶垫；
(3)步骤(2)得到的胶垫与步骤(1)中得到的纤维共混物复合，加入硫化剂0.15～0.5份和硫化促进剂1～3份在温度为150～160℃下硫化20～60min，得到一种可降解汽车脚垫材料。
作为优选，步骤(1)前还包括将尼龙研磨，使尼龙的粒径为30～100μm。
作为优选，硫化剂为硫黄。
作为优选，硫化促进剂为促进剂CZ。
本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：
本发明的汽车脚垫材料中利用角蛋白水解物改性顺丁橡胶，降低了顺丁橡胶的降解周期，将该汽车脚垫埋在土壤中可以利用土壤中的微生物的作用将该汽车脚垫分解，从而不会对环境造成污染，减轻了环境的负担。
本发明在汽车脚垫材料中添加了玉米纤维、竹纤维和大豆纤维，使用再生环保材料与绿色环保材料代替了树脂成分，无毒无害，安全可靠，不仅增加了本发明的汽车脚垫的机械性能，也使该汽车脚垫更好地进行生物降解，不会污染自然，绿色环保，同时还具有透气性、除臭、抗菌功能。
本发明提供一种制备可降解汽车脚垫材料的方法，该制备方法工艺简单，适用于工业化生产。
本发明制备得到的汽车脚垫材料具有优异的弹性和降解率，其断裂伸长率高达890％以上，且拉伸强度在9.5MPa以上，经GB/T19277提供的方法进行测试，该可降解汽车脚垫180天的降解率超过了80％，具有较好的生物降解性。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
一种可降解汽车脚垫材料，以重量份计，原料包括以下组分：尼龙100份、玉米纤维20份、竹纤维15份、大豆纤维8份、粘胶纤维6份、防污剂15份、环氧大豆油10份、抗静电剂0.5份、相容剂3份、角蛋白水解物1.5份、顺丁橡胶50份、硫化剂0.15份、硫化促进剂3份。
尼龙的粒径为30～100μm。
角蛋白水解物由动物毛发与亚硫酸铵水溶液混合，在pH为7的条件下处理45min后，继续保持混合液的pH条件为7，然后加入蛋白水解酶在60℃的条件下酶解10min后，酶解液升温至95℃，在95℃下加热5min。
硫化剂为硫黄。
硫化促进剂为促进剂CZ。
实施例2
一种可降解汽车脚垫材料，以重量份计，原料包括以下组分：尼龙100份、玉米纤维30份、竹纤维10份、大豆纤维6份、粘胶纤维8份、防污剂20份、环氧大豆油20份、抗静电剂3份、相容剂10份、角蛋白水解物2份、顺丁橡胶60份、硫化剂0.5份、硫化促进剂1份。
尼龙的粒径为30～100μm。
角蛋白水解物由动物毛发与亚硫酸铵水溶液混合，在pH为8的条件下处理30min后，继续保持混合液的pH条件为8，然后加入蛋白水解酶在70℃的条件下酶解30min后，酶解液升温至95℃，在95℃下加热5min。
硫化剂为硫黄。
硫化促进剂为促进剂CZ。
实施例3
一种可降解汽车脚垫材料，以重量份计，原料包括以下组分：尼龙100份、玉米纤维25份、竹纤维13份、大豆纤维7份、粘胶纤维7份、防污剂18份、环氧大豆油15份、抗静电剂2份、相容剂7份、角蛋白水解物1.8份、顺丁橡胶55份、硫化剂0.3份、硫化促进剂2份。
尼龙的粒径为30～100μm。
角蛋白水解物由动物毛发与亚硫酸铵水溶液混合，在pH为7.5的条件下处理40min后，继续保持混合液的pH条件为7.5，然后加入蛋白水解酶在65℃的条件下酶解20min后，酶解液升温至95℃，在95℃下加热5min。
硫化剂为硫黄。
硫化促进剂为促进剂CZ。
实施例4
一种制备可降解汽车脚垫材料的方法，包括以下几个步骤：
(1)以重量份计，将尼龙100份、玉米纤维20份、竹纤维15份、大豆纤维8份、粘胶纤维6份、防污剂15份、环氧大豆油8份、抗静电剂0.5份、相容剂3份加入混合机中，在温度为80℃，搅拌速率为60rpm的条件下搅拌45min，得到纤维共混物；
(2)取动物毛发与亚硫酸铵水溶液混合，在pH为7～8的条件下处理30～45min后，继续保持混合液的pH条件为7～8，然后加入蛋白水解酶在60～70℃的条件下酶解10～30min后，酶解液升温至95℃，在95℃下加热5min，得到角蛋白水解物；以重量份计，将角蛋白水解物1.5份、顺丁橡胶50份和剩余的环氧大豆油加入到密炼机中，在温度为150℃下开炼3min，得到胶垫；
(3)步骤(2)得到的胶垫与步骤(1)中得到的纤维共混物复合，加入硫化剂0.15份和硫化促进剂3份在温度为150℃下硫化60min，得到一种可降解汽车脚垫材料。
步骤(1)前还包括将尼龙研磨，使尼龙的粒径为30～100μm。
硫化剂为硫黄。
硫化促进剂为促进剂CZ。
实施例5
一种制备可降解汽车脚垫材料的方法，包括以下几个步骤：
(1)以重量份计，将尼龙100份、玉米纤维30份、竹纤维10份、大豆纤维6份、粘胶纤维8份、防污剂20份、环氧大豆油12、抗静电剂3份、相容剂10份加入混合机中，在温度为95℃，搅拌速率为80rpm的条件下搅拌30min，得到纤维共混物；
(2)取动物毛发与亚硫酸铵水溶液混合，在pH为7～8的条件下处理30～45min后，继续保持混合液的pH条件为7～8，然后加入蛋白水解酶在60～70℃的条件下酶解10～30min后，酶解液升温至95℃，在95℃下加热5min，得到角蛋白水解物；以重量份计，将角蛋白水解物2份、顺丁橡胶60份和剩余的环氧大豆油加入到密炼机中，在温度为170℃下开炼2min，得到胶垫；
(3)步骤(2)得到的胶垫与步骤(1)中得到的纤维共混物复合，加入硫化剂0.5份和硫化促进剂1份在温度为160℃下硫化20min，得到一种可降解汽车脚垫材料。
步骤(1)前还包括将尼龙研磨，使尼龙的粒径为30～100μm。
硫化剂为硫黄。
硫化促进剂为促进剂CZ。
实施例6
一种制备可降解汽车脚垫材料的方法，包括以下几个步骤：
(1)以重量份计，将尼龙100份、玉米纤维25份、竹纤维13份、大豆纤维7份、粘胶纤维7份、防污剂18份、环氧大豆油15份、抗静电剂2份、相容剂7份加入混合机中，在温度为90℃，搅拌速率为70rpm的条件下搅拌40min，得到纤维共混物；
(2)取动物毛发与亚硫酸铵水溶液混合，在pH为7～8的条件下处理30～45min后，继续保持混合液的pH条件为7～8，然后加入蛋白水解酶在60～70℃的条件下酶解10～30min后，酶解液升温至95℃，在95℃下加热5min，得到角蛋白水解物；以重量份计，将角蛋白水解物1.8份、顺丁橡胶55份和剩余的环氧大豆油加入到密炼机中，在温度为160℃下开炼2.5min，得到胶垫；
(3)步骤(2)得到的胶垫与步骤(1)中得到的纤维共混物复合，加入硫化剂0.3份和硫化促进剂2份在温度为155℃下硫化40min，得到一种可降解汽车脚垫材料。
步骤(1)前还包括将尼龙研磨，使尼龙的粒径为30～100μm。
硫化剂为硫黄。
硫化促进剂为促进剂CZ。
对比例1
同实施例6，所不同的是本对比例的角蛋白水解物为0.5份。
对比例2
同实施例6，所不同的是本对比例的角蛋白水解物为4份。
对比例3
同实施例6，所不同的是本对比例的尼龙的粒径为200～500μm。
对比例4
同实施例6，所不同的是本对比例不包括玉米纤维。
对比例5
同实施例6，所不同的是本对比例不包括角蛋白水解物、竹纤维、大豆纤维和粘胶纤维。
对实施例4-6和对比例1-5制备得到的可降解汽车脚垫进行性能测试，其中，其生物降解性能采用GB/T19277进行测试，结果如下表所示。
表1实施例4-6和对比例1-5制备得到的可降解汽车脚垫进行性能测试结果
降解率(180d)/％ 拉伸强度/MPa 断裂伸长率(25℃)/％
实施例4 80.1 9.6 896
实施例5 82.6 9.9 905
实施例6 85.4 10.5 984
对比例1 69.2 8.2 756
对比例2 68.5 8.4 742
对比例3 79.5 7.9 820
对比例4 78.2 5.4 598
对比例5 15.6 6.5 526
由表1可知，实施例4-6制备得到的汽车脚垫材料具有优异的弹性和降解率，其断裂伸长率高达890％以上，且拉伸强度在9.5MPa以上，经GB/T19277提供的方法进行测试，该可降解汽车脚垫180天的降解率超过了80％，具有较好的生物降解性。而对比例1-2改变了角蛋白水解物的比例，以及对比例3改变了尼龙粒径和对比例4-5改变了配方，三种改变都会使该汽车脚垫的性能全面下降。
总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种可降解汽车脚垫材料，其特征在于，以重量份计，原料包括以下组分：尼龙100份、玉米纤维20～30份、竹纤维10～15份、大豆纤维6～8份、粘胶纤维6～8份、防污剂15～20份、环氧大豆油10～20份、抗静电剂0.5～3份、相容剂3～10份、角蛋白水解物1.5～2份、顺丁橡胶50～60份、硫化剂0.15～0.5份、硫化促进剂1～3份。
2.根据权利要求1所述的一种可降解汽车脚垫材料，其特征在于：尼龙的粒径为30～100μm。
3.根据权利要求1所述的一种可降解汽车脚垫材料，其特征在于：角蛋白水解物由动物毛发与亚硫酸铵水溶液混合，在pH为7～8的条件下处理30～45min后，继续保持混合液的pH条件为7～8，然后加入蛋白水解酶在60～70℃的条件下酶解10～30min后，酶解液升温至95℃，在95℃下加热5min，得到角蛋白水解物。
4.根据权利要求1所述的一种可降解汽车脚垫材料，其特征在于：硫化剂为硫黄。
5.根据权利要求1所述的一种可降解汽车脚垫材料，其特征在于：硫化促进剂为促进剂CZ。
6.一种制备可降解汽车脚垫材料的方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
(1)以重量份计，将尼龙100份、玉米纤维20～30份、竹纤维10～15份、大豆纤维6～8份、粘胶纤维6～8份、防污剂15～20份、环氧大豆油5～10份、抗静电剂0.5～3份和相容剂3～10份加入混合机中，在温度为80～95℃，搅拌速率为60～80rpm的条件下搅拌30～45min，得到纤维共混物；
(2)取动物毛发与亚硫酸铵水溶液混合，在pH为7～8的条件下处理30～45min后，继续保持混合液的pH条件为7～8，然后加入蛋白水解酶在60～70℃的条件下酶解10～30min后，酶解液升温至95℃，在95℃下加热5min，得到角蛋白水解物；以重量份计，将角蛋白水解物1.5～2份、顺丁橡胶50～60份和剩余的环氧大豆油加入到密炼机中，在温度为150～170℃下开炼2～3min，得到胶垫；
(3)步骤(2)得到的胶垫与步骤(1)中得到的纤维共混物复合，加入硫化剂0.15～0.5份和硫化促进剂1～3份在温度为150～160℃下硫化20～60min，得到一种可降解汽车脚垫材料。
7.根据权利要求6所述的一种制备可降解汽车脚垫材料的方法，其特征在于：步骤(1)前还包括将尼龙研磨，使尼龙的粒径为30～100μm。
8.根据权利要求6所述的一种制备可降解汽车脚垫材料的方法，其特征在于：硫化剂为硫黄。
9.根据权利要求6所述的一种制备可降解汽车脚垫材料的方法，其特征在于：硫化促进剂为促进剂CZ。
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