CN110564070A - 全生物降解ps材料及其制备方法,及应用 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种全生物降解PS材料及其制备方法,及应用,其中,全生物降解PS材料,以重量份计,制备原料包括PS 65~90份、生物降解剂0.5~15份和丁苯橡胶8~20份,生物降解剂包括生物膨胀剂、谷氨酸组合物和生物酶,生物膨胀剂、谷氨酸组合物和生物酶的重量比为0.01~5:0.05~5:1,谷氨酸组合物包含谷氨酸、戊二酸和聚乳酸。本申请提供的全生物降解PS材料中,于PS中加入丁苯橡胶进行共混,原料颗粒间的界面粘结力提高,相容性增加,其制备的材料的断裂强度、拉伸强度和断裂伸长率得到了大大的提高,此材料尤其适用于建筑行业的胶管等制品。本申请提供的全生物降解PS材料,其为生物降解,降解速度快,降解效率高,实用性高。
Description
技术领域
本申请属于PS材料技术领域,具体涉及一种全生物降解PS材料及其制备 方法,及其在PS制品中的应用。
背景技术
聚苯乙烯(Polystyrene,简称PS)是一种无色透明的热塑性塑料,质地硬 而脆,无色透明,可以和多种染料混合产生不同的颜色。聚苯乙烯大分子链的 侧基为苯环,大体积侧基为苯环的无规排列决定了聚苯乙烯的物理化学性质, 如透明度高、刚度大、玻璃化温度高、性脆等。其玻璃化温度80~90℃,非晶态 密度1.04~1.06g/cm3,晶态密度1.11~1.12g/cm3,熔融温度240℃,电阻率为 1020~10223欧·厘米,导热系数30℃时0.116瓦/(米·开)。
聚苯乙烯(PS)包括普通聚苯乙烯(GPPS)、可发性聚苯乙烯(EPS)、高 冲击聚苯乙烯(HIPS)及间规聚苯乙烯(SPS)。其中,EPS又称发泡聚苯乙烯, 是由苯乙烯悬浮聚合,再加入发泡剂而制得。白色柱状颗粒,相对密度1.05, 热导率低,吸水性小。耐冲击振动、隔热、隔音、防潮、减震,介电性能优良。 EPS作为一种重要材料已经在现代社会占有一席之地,比如作为建筑行业的绝 热材料,以及用于各式各样的工业用具和食品的包装等等。目前,EPS的处理 方法有:(1)简单的掩埋,此法费工、占地,而且不产生效益。(2)作为燃料 用于焚烧,此法虽然可以产生热能,但投资大。(3)利用EPS回收造粒设备, 经过热熔再生造粒,将EPS再生成PS颗粒,然后还可以加热熔融加入发泡剂、 阻燃剂、成核剂等,经加工处理制得XPS,广泛用于建材。目前,此回收技术 已成为EPS回收利用的主要途径之一,但是此技术较繁琐,且耗资大。(4)把 废弃EPS分解成单体、化合物、燃料等可再用成分,使EPS回收真正成为闭环 过程。该方法具有以下优点:分解生成的化工原料其质量可与新料媲美;另外, 它具有大量处理废弃物的潜力,即能实现再资源化又能达到真正治理EPS对环 境的污染。当前EPS回收具有工业潜力的工艺是裂解、汽化、加氢、热解。化 学回收虽然从反应机理而言并不新颖,但要进入实用化,还有不少工程问题需 要解决。
申请内容
本申请的目的在于提供一种全生物降解PS材料及其制备方法,及应用,其 降解速度快、降解率高,实用性较高。
为实现上述目的,本申请第一方面提供了一种全生物降解PS材料,以重量 份计,制备原料包括PS 65~90份、生物降解剂0.5~15份和丁苯橡胶8~20份, 所述生物降解剂包括生物膨胀剂、谷氨酸组合物和生物酶,所述生物膨胀剂、 所述谷氨酸组合物和所述生物酶的重量比为0.01~5:0.05~5:1,所述谷氨酸组合物 包含谷氨酸、戊二酸和聚乳酸。
与现有技术相比,本申请提供的全生物降解PS材料中,于PS中加入丁苯 橡胶进行共混,原料颗粒间的界面粘结力提高,相容性增加,其制备的材料的 断裂强度、拉伸强度和断裂伸长率得到了大大的提高,此材料尤其适用于建筑 行业的胶管等制品。本申请提供的全生物降解PS材料,当将PS材料在厌氧条 件中或者进行填埋后,其中含有的谷氨酸组合物和生物酶能够吸引土壤中的微 生物附着于全生物降解PS材料,当材料周围的微生物达到一定数量时,周围的 pH值会受微生物影响,将周围的氧转化为二氧化碳和水。随着填埋后土壤温度 的升高,材料内部的生物膨胀剂受外部条件影响,使材料中分子变大,分子外 层越来越薄,与此同时,微生物菌群汲取材料中的谷氨酸组合物以及生物酶为 养分,分泌出的酶或酸性物质将大分子逐渐分解为小分子,直至降解过程结束。 本申请提供的全生物降解PS材料,其为生物降解,降解速度快,降解效率高, 实用性高。
进一步的,全生物降解PS材料,以重量份计,PS具体但不限为65份、68 份、71份、75份、78份、80份、82份、86份、88份、90份;生物降解剂具 体但不限为0.5份、1份、3份、5份、7份、9份、10份、12份、15份;丁苯 橡胶具体但不限为8份、10份、13份、15份、17份、20份。生物膨胀剂、谷 氨酸组合物和生物酶的重量比具体但不限为0.01:0.05:1、0.01:1:1、0.01:5:1、 0.1:0.05:1、0.1:1:1、0.1:5:1、5:0.05:1、5:1:1、5:5:1、2:2:1。
进一步的,所述生物酶为氧化还原酶、转移酶、水解酶、裂解酶和连接酶 中的至少一种。谷氨酸组合物包含谷氨酸、戊二酸和聚乳酸,谷氨酸参与微生 物体内的众多反应,是微生物代谢的重要营养物质,可吸引土壤中的微生物聚 集;生物复合酶包含氧化还原酶、转移酶、水解酶、裂解酶、连接酶中的一种 或多种。生物复合酶促进自然界中物质的分解代谢,其中,氧化还原酶催化氧 化还原反应,转移酶催化化学功能团转移,水解酶催化水解反应,裂解酶催化 增加双键反应,异构酶催化异构反应,连接酶催化使用ATP形成新建。生物复 合酶为蛋白质,在某些情况下可水解为氨基酸,作为营养物质被吸收利用。生 物膨胀剂为聚氨酯和植物蛋白的混合物,且两者的重量比为1:1。
进一步的,制备原料还包括1~4份酚醛树脂,酚醛树脂具有较好的耐碱性、 耐磨性、耐油性、耐腐蚀性,可使PS材料的性能更佳。
进一步的,所述PS为可发性聚苯乙烯,其制品性能更佳,但是回收利用较 困难。
本申请第二方面提供了一种全生物降解PS材料的制备方法,称取配方量的 所述PS、所述生物降解剂和所述丁苯橡胶于密炼机中混合密炼,密炼结束后挤 出造粒,其中,所述生物降解剂在混合密炼过程中且于130℃以下加入。生物降 解剂在130℃以下加入,以避免高温对生物降解剂性能的影响。
进一步的,所述PS为将苯乙烯单体通过悬浮聚合而得,即其为一种可发性 聚苯乙烯(EPS)。
本申请第三方面提供一种上述可降解PS材料在PS制品中的应用。
具体实施方式
为更好地说明本申请的目的、技术方案和有益效果,下面将结合具体实施 例对本申请作进一步说明。需说明的是,下述实施所述方法是对本申请做的进 一步解释说明,不应当作为对本申请的限制。
下面将结合具体实施例对本申请的全生物降解PS材料作进一步详细说明, 但其并不构成对本申请保护范围的限制。
实施例1
一种全生物降解PS材料,以重量份计,制备原料包括:EPS 80份、丁苯橡 胶14份和生物降解剂3份,生物降解剂包括生物膨胀剂、谷氨酸组合物和生物 酶,生物膨胀剂、谷氨酸组合物和生物酶的重量比为1:1:1,谷氨酸组合物为含 量相等的谷氨酸、戊二酸和聚乳酸的混合,生物酶为含量相等的氧化还原酶、 转移酶和水解酶的混合,生物膨胀剂为重量比为1:1的聚氨酯和植物蛋白的混合 物。
其制备方法为:
称取配方量的EPS、生物降解剂和丁苯橡胶于密炼机中混合密炼,密炼结 束后挤出造粒,其中,生物降解剂在混合密炼过程中且于130℃以下加入。
实施例2
一种全生物降解PS材料,以重量份计,制备原料包括:EPS 90份、丁苯橡 胶18份和生物降解剂4份,生物降解剂包括生物膨胀剂、谷氨酸组合物和生物 酶,生物膨胀剂、谷氨酸组合物和生物酶的重量比为1:1:2,谷氨酸组合物为含 量相等的谷氨酸、戊二酸和聚乳酸的混合,生物酶为含量相等的氧化还原酶、 转移酶和水解酶的混合,生物膨胀剂为重量比为1:1的聚氨酯和植物蛋白的混合 物。
其制备方法为:
称取配方量的EPS、生物降解剂和丁苯橡胶于密炼机中混合密炼,密炼结 束后挤出造粒,其中,生物降解剂在混合密炼过程中且于130℃以下加入。
实施例3
一种全生物降解PS材料,以重量份计,制备原料包括:EPS 65份、丁苯橡 胶8份和生物降解剂6份,生物降解剂包括生物膨胀剂、谷氨酸组合物和生物 酶,生物膨胀剂、谷氨酸组合物和生物酶的重量比为1:2:3,谷氨酸组合物为含 量相等的谷氨酸、戊二酸和聚乳酸的混合,生物酶为含量相等的氧化还原酶、 转移酶和水解酶的混合,生物膨胀剂为重量比为1:1的聚氨酯和植物蛋白的混合 物。
其制备方法为:
称取配方量的EPS、生物降解剂和丁苯橡胶于密炼机中混合密炼,密炼结 束后挤出造粒,其中,生物降解剂在混合密炼过程中且于130℃以下加入。
实施例4
一种全生物降解PS材料,以重量份计,制备原料包括:EPS 80份、丁苯橡 胶14份、生物降解剂3份和2份酚醛树脂,生物降解剂包括生物膨胀剂、谷氨 酸组合物和生物酶,生物膨胀剂、谷氨酸组合物和生物酶的重量比为1:1:1,谷 氨酸组合物为含量相等的谷氨酸、戊二酸和聚乳酸的混合,生物酶为含量相等 的氧化还原酶、转移酶和水解酶的混合,生物膨胀剂为重量比为1:1的聚氨酯和 植物蛋白的混合物。
其制备方法为:
称取配方量的EPS、生物降解剂、丁苯橡胶和酚醛树脂于密炼机中混合密 炼,密炼结束后挤出造粒,其中,生物降解剂在混合密炼过程中且于130℃以下 加入。
对比例1
将80份EPS和14份丁苯橡胶于密炼机中混合密炼,密炼结束后挤出造粒。
对比例2
一种PS材料,以重量份计,制备原料包括:EPS 80份、丁苯橡胶14份和 生物降解剂3份,生物降解剂包括生物膨胀剂和谷氨酸组合物,生物膨胀剂和 谷氨酸组合物的重量比为1:1,谷氨酸组合物为含量相等的谷氨酸、戊二酸和聚 乳酸的混合,生物膨胀剂为重量比为1:1的聚氨酯和植物蛋白的混合物。
其制备方法为:称取配方量的各组分,先将EPS和丁苯橡胶进行密炼处理 且再130℃以下加入生物膨胀剂和谷氨酸组合物,于挤出机中进行混合挤出造粒。
对比例3
一种PS材料,以重量份计,制备原料包括:EPS 80份、丁苯橡胶14份和 生物降解剂3份,生物降解剂包括谷氨酸组合物和生物酶,谷氨酸组合物和生 物酶的重量比为1:1,谷氨酸组合物为含量相等的谷氨酸、戊二酸和聚乳酸的混 合,生物酶为含量相等的氧化还原酶、转移酶和水解酶的混合。
其制备方法为:称取配方量的各组分,先将EPS和丁苯橡胶进行密炼处理 且再130℃以下加入谷氨酸组合物和生物酶,于挤出机中进行混合挤出造粒。
对比例4
一种PS材料,以重量份计,制备原料包括:EPS 80份、丁苯橡胶14份和 生物降解剂3份,生物降解剂包括生物膨胀剂和生物酶,生物膨胀剂和生物酶 的重量比为1:1,生物酶为含量相等的氧化还原酶、转移酶和水解酶的混合,生 物膨胀剂为重量比为1:1的聚氨酯和植物蛋白的混合物。
其制备方法为:称取配方量的各组分,先将EPS和丁苯橡胶进行密炼处理 且再130℃以下加入生物膨胀剂和生物酶,于挤出机中进行混合挤出造粒。
将实施例1~4的全生物降解PS材料和对比例1~4的PS材料制作成PS制 品,填埋于模拟垃圾土壤填埋环境1502天后,并按ASTM-D5511标准进行降解 率测试,其降解结果如表1所示。
表1实施例1~4和对比例1~4中的降解率测试结果
由表1可知,加入酚醛树脂之后,其制品的降解率更高。
将实施例4的PS制品在降解1502天后进行成分检测,其结果如表2所示。
表2实施例4的PS制品的降解结果
降解后成分 | 实施例4 |
总气体体积(mL) | 24205.8 |
CH<sub>4</sub>含量(%) | 50.7 |
CH<sub>4</sub>体积(mL) | 12263.1 |
CO<sub>2</sub>含量(%) | 43.5 |
CO<sub>2</sub>体积(mL) | 10466.1 |
由表2可知,本申请中的全生物降解PS材料填埋后可降解为甲烷和二氧化 碳,甲烷可作为新型能源再生利用。
本申请的全生物降解PS材料,在不影响传统PS的各项物理及化学性能、 不改变原有的加工工艺及机器设备的基础上,在配方技术上做了改良,制作出 一种新型的全生物降解PS配方,比传统PS降解效率快200倍(传统降解时长 为1000年,本申请中降解时长约1502天)。
本申请提供的全生物降解PS材料中,于PS中加入丁苯橡胶进行共混,原 料颗粒间的界面粘结力提高,相容性增加,其制备的材料的断裂强度、拉伸强 度和断裂伸长率得到了大大的提高,此材料尤其适用于建筑行业的胶管等制品。 本申请提供的全生物降解PS材料,当将PS材料在厌氧条件中或者进行填埋后, 其中含有的谷氨酸组合物和生物酶能够吸引土壤中的微生物附着于全生物降解 PS材料,当材料周围的微生物达到一定数量时,周围的pH值会受微生物影响, 将周围的氧转化为二氧化碳和水。随着填埋后土壤温度的升高,材料内部的生 物膨胀剂受外部条件影响,使材料中分子变大,分子外层越来越薄,与此同时, 微生物菌群汲取材料中的谷氨酸组合物以及生物酶为养分,分泌出的酶或酸性 物质将大分子逐渐分解为小分子,直至降解过程结束。本申请提供的全生物降 解PS材料,其为生物降解,降解速度快,降解效率高,实用性高。
最后应当说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发 明保护范围的限制,尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明,本领域的普 通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不 脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (7)
1.一种全生物降解PS材料,其特征在于,以重量份计,制备原料包括:PS 65~90份、生物降解剂0.5~15份和丁苯橡胶8~20份,所述生物降解剂包括生物膨胀剂、谷氨酸组合物和生物酶,所述生物膨胀剂、所述谷氨酸组合物和所述生物酶的重量比为0.01~5:0.05~5:1,所述谷氨酸组合物包含谷氨酸、戊二酸和聚乳酸。
2.如权利要求1所述的全生物降解PS材料,其特征在于,所述生物酶为氧化还原酶、转移酶、水解酶、裂解酶和连接酶中的至少一种。
3.如权利要求1所述的全生物降解PS材料,其特征在于,所述制备原料还包括1~4份酚醛树脂。
4.如权利要求1所述的全生物降解PS材料,其特征在于,所述PS为可发性聚苯乙烯。
5.如权利要求1~4任一项所述的全生物降解PS材料的制备方法,其特征在于,称取配方量的所述PS、所述生物降解剂和所述丁苯橡胶于密炼机中混合密炼,密炼结束后挤出造粒,其中,所述生物降解剂在混合密炼过程中且于130℃以下加入。
6.如权利要求5所述的全生物降解PS材料的制备方法,其特征在于,所述PS为将苯乙烯单体通过悬浮聚合而得。
7.如权利要求1~4任一项所述的全生物降解PS材料或权利要求5~6任一项所述的全生物降解PS材料的制备方法所制备的全生物降解PS材料在PS制品中的应用。
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CN201910878569.0A CN110564070A (zh) | 2019-09-17 | 2019-09-17 | 全生物降解ps材料及其制备方法,及应用 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116694145A (zh) * | 2023-06-29 | 2023-09-05 | 江苏恒辉安防股份有限公司 | 一种可生物降解丁腈乳胶复合涂层材料及其制备方法 |
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2019
- 2019-09-17 CN CN201910878569.0A patent/CN110564070A/zh not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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