CN110878168A - 一种木质素基可生物降解聚乳酸薄膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公布了一种木质素基可生物降解聚乳酸薄膜及其制备方法，制备工艺包括表面处理、填充母粒制备、制备材料和吹塑成型，薄膜产品降解速度快，柔韧性高，回收的成本低且对环境无污染，能够满足飞速发展的快递业对可降解包装薄膜的大量需求，彻底解决了快递包装膜难降解、难回收、易污染的难题困扰，满足了可持续发展和科学发展相结合的要求，在保护了生态环境的同时也为企业带来了巨大经济效益，提高了企业的竞争力。

Description

一种木质素基可生物降解聚乳酸薄膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及可生物降解薄膜技术领域，具体为一种木质素基可生物降解聚乳酸薄膜及其制备方法。
背景技术
21世纪以来，伴随着我国电子商务的飞速发展，快递业亦发展迅速。快递业的迅速发展给人们生活带来了极大的便利，但是，快递包装袋的回收处理问题又给我们的环境带来了挑战。
目前，我国快递包装的薄膜袋，回收率不到 20％，快递包装用的透明胶带、泡沫膜、塑料袋等主要是以 PVC 为基础的高分子聚合物，这类包装材料回收再利用困难，直接掩埋降解速度慢，自然降解大约需要一百年时间；如果进行焚烧处理，又会产生大量有毒有害物质，污染环境。随着我国绿色经济发展战略的实施及人们环保意识的日益增强，推广绿色包装，发展绿色快递成为未来快递业发展的必然方向，因此，这一问题亟需得到解决。
发明内容
本发明的目的是针对以上问题，提供一种木质素基可生物降解聚乳酸薄膜及其制备方法，薄膜产品降解速度快，柔韧性高，回收的成本低且对环境无污染，能够满足飞速发展的快递业对可降解包装薄膜的大量需求，彻底解决了快递包装膜难降解、难回收、易污染的难题困扰，满足了可持续发展和科学发展相结合的要求，在保护了生态环境的同时也为企业带来了巨大经济效益，提高了企业的竞争力。
为实现以上目的，本发明采用的技术方案是：一种木质素基可生物降解聚乳酸薄膜，按重量份数包括以下组分：木质素40-85份；偶联剂0.2-1.7份；无水乙醇80-170份；聚己内酯：21.5-45.8份；聚乳酸150-180份。
进一步的，偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种或两种。
一种制备木质素基可生物降解聚乳酸薄膜的制备方法，包括以下步骤：
A、表面处理，将木质素、偶联剂及无水乙醇放入球磨机中进行球磨，球磨1.5-3小时后，送入流化床中进行流化操作，得到表面处理木质素，偶联剂用量控制为木质素质量的0.5%-2%；无水乙醇的质量与木质素的质量比为2：1；
B、填充母粒制备，将聚己内酯及表面处理木质素送入高混机中，高速混合5-10分钟，得到预混物，然后将预混物送入双螺杆挤出机中，进行熔融、混和、挤出、造粒操作，得到木质素填充母粒；
C、制备材料，将木质素填充母粒与聚乳酸送入高混机中，高速混合5-15分钟，得到预混物，然后将预混物送入双螺杆挤出机中，进行熔融、混和、挤出、造粒操作，得到生物降解薄膜材料；
D、吹塑成型，将制得的生物降解薄膜材料送入吹塑机，采用向上吹塑成型的方法进行熔融吹塑成型操作，经过吹胀、牵引、收卷，制得木质素基可生物降解薄膜。
进一步的，步骤A中，流化床温度控制为85-95°，得到的表面处理木质素粒径控制为10-25微米。
进一步的，步骤B中，聚己内酯与表面处理木质素的质量比控制为7：13。
进一步的，步骤B中，双螺杆挤出机的温度控制为：一区35-45℃、二区50-60℃、三区65-75℃、四区80-90℃、五区80-90℃、机头75-85℃，双螺杆挤出机的主机转速控制为80-100rpm。
进一步的，步骤C中，木质素填充母粒与聚乳酸质量比控制为8:92-54:56。
进一步的，步骤C中，双螺杆挤出机的温度控制为：一区120-130℃、二区140-150℃、三区160-170℃、四区170-180℃、五区170-180℃、机头165-175℃，双螺杆挤出机的主机转速控制为100-120rpm。
进一步的，步骤D中，吹塑机的温度控制为：一区130-140℃、二区150-160℃、三区170-180℃、四区180-190℃、机头180-190℃，吹塑机的螺杆转速控制为100-125rpm，吹胀比控制为2.5：1-3.5：1。
本发明的有益效果：本发明提供了一种木质素基可生物降解聚乳酸薄膜及其制备方法，薄膜产品降解速度快，柔韧性高，回收的成本低且对环境无污染，能够满足飞速发展的快递业对可降解包装薄膜的大量需求，彻底解决了快递包装膜难降解、难回收、易污染的难题困扰，满足了可持续发展和科学发展相结合的要求，在保护了生态环境的同时也为企业带来了巨大经济效益，提高了企业的竞争力。
1、本发明的主要原料采用聚乳酸、聚己内酯和木质素，木质素是一种可再生天然可降解有机高分子物质，工业木质素来源于造纸工业副产物，产量大，能够抗紫外辐射、耐热，具有较高的工业价值且潜力巨大。作为本发明的主要材料之一，生产成本较低，来源广泛，同时，聚乳酸是一种以淀粉为原料的可生物降解高分子材料，力学性能优良，降解终产物为水和二氧化碳，对环境无污染，本发明的制备工艺科学合理，制备过程简单且可靠性高，能够满足企业大批量生产加工可降解薄膜的制造需求。
2、本发明中，很好的解决了相容性问题，经偶联剂处理的木质素能与聚乳酸基体产生界面作用，所以木质素与聚乳酸相容性良好，木质素在聚乳酸基材中分散均匀。
3、本发明中，添加了聚己内酯极大的增强薄膜产品的柔韧性，聚己内酯本身具有良好的柔韧性，而将它作为母粒载体材料引入至薄膜中，能够显著的提高薄膜的柔韧性。
4、本发明中，聚乳酸、聚己内酯及木质素都为可生物降解材料，所制的木质素基可生物降解薄膜使用完后，能够在堆肥情况下降解迅速，降解终产物为二氧化碳和水，能够防止对土地资源以及生态环境造成破坏，对环境无毒害、无污染，符合低碳经济绿色环保，此外，因木质素基可生物降解薄膜使用后可迅速降解为无毒无害的二氧化碳和水，无需回收处理，也无需燃烧，所以省掉了高昂的快递包装材料后处理成本费用。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
实施例1：一种木质素基可生物降解聚乳酸薄膜，按重量份数包括以下组分：木质素40份；偶联剂0.2份；无水乙醇80份；聚己内酯21.5份；聚乳酸150份。
优选的，偶联剂为硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂。
木质素基可生物降解聚乳酸薄膜的制备方法，包括以下步骤：
A、表面处理，将木质素、偶联剂及无水乙醇放入球磨机中进行球磨，球磨1.5小时后，送入流化床中进行流化操作，流化床温度控制为85°，得到的表面处理木质素粒径控制为10微米，偶联剂用量控制为木质素质量的0.5%；无水乙醇的质量为80份；
B、填充母粒制备，将聚己内酯及表面处理木质素送入高混机中，聚己内酯的质量为21.5份，高速混合5分钟，得到预混物，然后将预混物送入双螺杆挤出机中，进行熔融、混和、挤出、造粒操作，双螺杆挤出机的温度控制为：一区35℃、二区50℃、三区65℃、四区80℃、五区80℃、机头75℃，双螺杆挤出机的主机转速控制为80rpm，得到木质素填充母粒；
C、制备材料，将木质素填充母粒与聚乳酸送入高混机中，高速混合5分钟，聚乳酸质量为121份，得到预混物，然后将预混物送入双螺杆挤出机中，进行熔融、混和、挤出、造粒操作，一区120℃、二区140℃、三区160℃、四区170℃、五区170℃、机头165℃，双螺杆挤出机的主机转速控制为100rpm，得到生物降解薄膜材料；
D、吹塑成型，将制得的生物降解薄膜材料送入吹塑机，采用向上吹塑成型的方法进行熔融吹塑成型操作，经过吹胀、牵引、收卷，制得木质素基可生物降解薄膜，吹塑机的温度控制为：一区130℃、二区150℃、三区170℃、四区180℃、机头180℃，吹塑机的螺杆转速控制为100rpm，吹胀比控制为2.5：1。
实施例2：一种木质素基可生物降解聚乳酸薄膜，按重量份数包括以下组分：木质素60份；偶联剂0.6份；无水乙醇120份；聚己内酯：31.5份；聚乳酸170份。
优选的，偶联剂为硅烷偶联剂和铝酸酯偶联剂。
木质素基可生物降解聚乳酸薄膜的制备方法，包括以下步骤：
A、表面处理，将木质素、偶联剂及无水乙醇放入球磨机中进行球磨，球磨2小时后，送入流化床中进行流化操作，流化床温度控制为90°，得到的表面处理木质素粒径控制为20微米，偶联剂用量控制为木质素质量的1%；无水乙醇的质量为120份；
B、填充母粒制备，将聚己内酯及表面处理木质素送入高混机中，聚己内酯的质量为31.5份，高速混合6分钟，得到预混物，然后将预混物送入双螺杆挤出机中，进行熔融、混和、挤出、造粒操作，双螺杆挤出机的温度控制为：一区40℃、二区55℃、三区70℃、四区85℃、五区85℃、机头80℃，双螺杆挤出机的主机转速控制为90rpm，得到木质素填充母粒；
C、制备材料，将木质素填充母粒与聚乳酸送入高混机中，高速混合6分钟，聚乳酸质量为131份，得到预混物，然后将预混物送入双螺杆挤出机中，进行熔融、混和、挤出、造粒操作，一区125℃、二区144℃、三区165℃、四区175℃、五区175℃、机头170℃，双螺杆挤出机的主机转速控制为110rpm，得到生物降解薄膜材料；
D、吹塑成型，将制得的生物降解薄膜材料送入吹塑机，采用向上吹塑成型的方法进行熔融吹塑成型操作，经过吹胀、牵引、收卷，制得木质素基可生物降解薄膜，吹塑机的温度控制为：一区135℃、二区155℃、三区175℃、四区185℃、机头185℃，吹塑机的螺杆转速控制为110rpm，吹胀比控制为3：1。
实施例3：一种木质素基可生物降解聚乳酸薄膜，按重量份数包括以下组分：木质素85份；偶联剂1.7份；无水乙醇170份；聚己内酯：45.8份；聚乳酸180份。
优选的，偶联剂为钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂。
木质素基可生物降解聚乳酸薄膜的制备方法，包括以下步骤：
A、表面处理，将木质素、偶联剂及无水乙醇放入球磨机中进行球磨，球磨23小时后，送入流化床中进行流化操作，流化床温度控制为95°，得到的表面处理木质素粒径控制为25微米，偶联剂用量控制为木质素质量的2%；无水乙醇的质量为170份；
B、填充母粒制备，将聚己内酯及表面处理木质素送入高混机中，聚己内酯的质量为21.5份，高速混合10分钟，得到预混物，然后将预混物送入双螺杆挤出机中，进行熔融、混和、挤出、造粒操作，双螺杆挤出机的温度控制为：一区45℃、二区60℃、三区75℃、四区90℃、五区90℃、机头85℃，双螺杆挤出机的主机转速控制为100rpm，得到木质素填充母粒；
C、制备材料，将木质素填充母粒与聚乳酸送入高混机中，高速混合15分钟，聚乳酸质量为135份，得到预混物，然后将预混物送入双螺杆挤出机中，进行熔融、混和、挤出、造粒操作，一区130℃、二区150℃、三区170℃、四区180℃、五区180℃、机头175℃，双螺杆挤出机的主机转速控制为120rpm，得到生物降解薄膜材料；
D、吹塑成型，将制得的生物降解薄膜材料送入吹塑机，采用向上吹塑成型的方法进行熔融吹塑成型操作，经过吹胀、牵引、收卷，制得木质素基可生物降解薄膜，吹塑机的温度控制为：一区140℃、二区160℃、三区180℃、四区190℃、机头190℃，吹塑机的螺杆转速控制为125rpm，吹胀比控制为3.5：1。
对照组1：采用实施例1的具体制备方法进行制备木质素基可生物降解聚乳酸薄膜，但是不进行步骤A的表面处理工艺操作，直接将木质素和聚己内酯进行填充母粒制备。
对照组2：采用实施例2的具体制备方法进行制备木质素基可生物降解聚乳酸薄膜，但是不进行步骤B的填充母粒制备操作，直接将表面处理木质素进行制备材料操作。
对照组3：采用实施例3的具体制备方法进行制备木质素基可生物降解聚乳酸薄膜，但是不进行步骤A、步骤B的处理工艺操作，直接将木质素进行制备材料操作。
上述实施例以及对比例中制备的聚乳酸薄膜各项指标经过检测、归纳和整理，如 下表所示：
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE001
从上表中检测结果可以看出，实施例与对比例中，进行了表面处理、填充母粒工艺操作的实施例所制造出来的薄膜，拉伸强度和断裂伸长率均有所提升，薄膜在一个月内空气中因降解造成强度的损失率低，完全能够满足使用需求。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种木质素基可生物降解聚乳酸薄膜，其特征在于：按重量份数包括以下组分：木质素40-85份；偶联剂0.2-1.7份；无水乙醇80-170份；聚己内酯：21.5-45.8份；聚乳酸150-180份。
2.根据权利要求1所述的一种木质素基可生物降解聚乳酸薄膜，其特征在于：所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种或两种。
3.一种制备权利要求1-2中任意一项所述的木质素基可生物降解聚乳酸薄膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
A、表面处理，将木质素、偶联剂及无水乙醇放入球磨机中进行球磨，球磨1.5-3小时后，送入流化床中进行流化操作，得到表面处理木质素，偶联剂用量控制为木质素质量的0.5％-2％；无水乙醇的质量与木质素的质量比为2：1；
B、填充母粒制备，将聚己内酯及表面处理木质素送入高混机中，高速混合5-10分钟，得到预混物，然后将预混物送入双螺杆挤出机中，进行熔融、混和、挤出、造粒操作，得到木质素填充母粒；
C、制备材料，将木质素填充母粒与聚乳酸送入高混机中，高速混合5-15分钟，得到预混物，然后将预混物送入双螺杆挤出机中，进行熔融、混和、挤出、造粒操作，得到生物降解薄膜材料；
D、吹塑成型，将制得的生物降解薄膜材料送入吹塑机，采用向上吹塑成型的方法进行熔融吹塑成型操作，经过吹胀、牵引、收卷，制得木质素基可生物降解薄膜。
4.根据权利要求3所述的一种木质素基可生物降解聚乳酸薄膜的制备方法，其特征在于，步骤A中，流化床温度控制为85-95°，得到的表面处理木质素粒径控制为10-25微米。
5.根据权利要求3所述的一种木质素基可生物降解聚乳酸薄膜的制备方法，其特征在于，步骤B中，聚己内酯与表面处理木质素的质量比控制为7：13。
6.根据权利要求3所述的一种木质素基可生物降解聚乳酸薄膜的制备方法，其特征在于，步骤B中，双螺杆挤出机的温度控制为：一区35-45℃、二区50-60℃、三区65-75℃、四区80-90℃、五区80-90℃、机头75-85℃，双螺杆挤出机的主机转速控制为80-100rpm。
7.根据权利要求3所述的一种木质素基可生物降解聚乳酸薄膜及其制备方法，其特征在于，步骤C中，木质素填充母粒与聚乳酸质量比控制为8:92-54:56。
8.根据权利要求3所述的一种木质素基可生物降解聚乳酸薄膜及其制备方法，其特征在于，步骤C中，双螺杆挤出机的温度控制为：一区120-130℃、二区140-150℃、三区160-170℃、四区170-180℃、五区170-180℃、机头165-175℃，双螺杆挤出机的主机转速控制为100-120rpm。
9.根据权利要求3所述的一种木质素基可生物降解聚乳酸薄膜及其制备方法，其特征在于，步骤D中，吹塑机的温度控制为：一区130-140℃、二区150-160℃、三区170-180℃、四区180-190℃、机头180-190℃，吹塑机的螺杆转速控制为100-125rpm，吹胀比控制为2.5：1-3.5：1。
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