CN110964301A - 一种木质素基阻燃可生物降解聚乳酸薄膜及其制备方法 - Google Patents
一种木质素基阻燃可生物降解聚乳酸薄膜及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公布了一种木质素基阻燃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
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阻燃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，提供一种木质素基阻燃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：一种木质素基阻燃可生物降解聚乳酸薄膜，按重量份数包括以下组分：按重量份数包括以下组分：木质素10-21.6份；偶联剂0.01-0.4份；磷酸20-22份；三聚氰胺3-5份；聚丁二酸丁二醇酯：4-12份；聚乳酸55-75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。
一种制备木质素基阻燃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，将木质素放入球磨机中进行球磨，球磨2-3小时后，木质素粒径控制为：20-30微米，得到细木质素，再将细木质素以及偶联剂放入高速机中进行高速混合，混合时间30-40分钟，得到表面处理木质素，偶联剂用量控制为木质素质量的0.2%-2%；
B、制备阻燃剂，将磷酸以及三聚氰胺放入反应釜中搅拌反应，温度控制为100°，直至产生气泡时，加入木质素继续反应20-30分钟，然后将反应预聚物用瓷质容器转移送入加热炉内进行反应，然后冷却、碾成颗粒状，制得阻燃剂；
C、填充母粒制备，将聚丁二酸丁二醇酯以及表面处理木质素送入高混机中，高速混合3-5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，得到木质素填充母粒；
D、制备材料，将木质素填充母粒、阻燃剂以及聚乳酸送入高混机中，高速混合3-5分钟，得到预混物，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，得到薄膜材料。
吹塑成型，将制得的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B中，加热炉反应温度控制为230-250°，反应时间控制为2.8-3.2小时，冷却时间控制为1-1.5小时，碾压的粒度控制为90-110微米。
进一步的，步骤B中，磷酸、三聚氰胺及木质素的质量比为26：5：5。
进一步的，步骤C中，聚丁二酸丁二醇酯与表面处理木质素的质量比为2：3，双螺杆挤出的温度控制为：一区100-110℃、二区120-130℃、三区140-150℃、四区150-160℃、五区150-160℃、机头145-155℃，双螺杆挤出的主机转速控制为40-60rpm。
进一步的，步骤D中，木质素填充母粒、木质素基阻燃剂及聚乳酸的质量比为10-30：15：55-75，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℃，双螺杆挤出机主机转速控制为90-110rpm。
进一步的，步骤E中，吹塑机温度控制为一区130-140℃、二区150-160℃、三区170-180℃、四区180-190℃、机头180-190℃，吹塑机螺杆转速控制为100rpm，吹胀比为2.4：1-3.2：1。
本发明的有益效果：本发明提供了一种木质素基阻燃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、聚丁二酸丁二醇酯和木质素，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，添加了用磷酸以及三聚氰胺制作的阻燃剂，阻燃效果好，赋予了薄膜阻燃性能，制作出来的薄膜用于加工快递包装袋时，能够起到很好的防燃效果。
4、本发明中，添加了聚丁二酸丁二醇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。
5、本发明中，聚乳酸、聚丁二酸丁二醇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1：一种木质素基阻燃可生物降解聚乳酸薄膜，按重量份数包括以下组分：按重量份数包括以下组分：木质素10份；偶联剂0.02份；磷酸21份；三聚氰胺4份；聚丁二酸丁二醇酯4份；聚乳酸55份。
优选的，偶联剂为硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂。
一种制备木质素基阻燃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，将木质素放入球磨机中进行球磨，球磨2小时后，木质素粒径控制为20微米，得到细木质素，再将细木质素以及偶联剂放入高速机中进行高速混合，混合时间30分钟，得到表面处理木质素，偶联剂用量控制为木质素质量的0.2%；
B、制备阻燃剂，将磷酸以及三聚氰胺放入反应釜中搅拌反应，温度控制为100°，直至产生气泡时，加入木质素继续反应20分钟，然后将反应预聚物用瓷质容器转移送入加热炉内进行反应，然后冷却、碾成颗粒状，制得阻燃剂；加热炉反应温度控制为230°，反应时间控制为2.8小时，冷却时间控制为1小时，碾压的粒度控制为90微米；磷酸、三聚氰胺及木质素的质量比为26：5：5；
C、填充母粒制备，将聚丁二酸丁二醇酯以及表面处理木质素送入高混机中，高速混合3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；聚丁二酸丁二醇酯与表面处理木质素的质量比为2：3，双螺杆挤出的温度控制为：一区100℃、二区120℃、三区140℃、四区150℃、五区150℃、机头145℃，双螺杆挤出的主机转速控制为40rpm；
D、制备材料，将木质素填充母粒、阻燃剂以及聚乳酸送入高混机中，高速混合3分钟，得到预混物，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，得到薄膜材料，木质素填充母粒、木质素基阻燃剂及聚乳酸的质量比为10：15：55，双螺杆挤出机的温度控制为：一区120℃、二区140℃、三区160℃、四区170℃、五区170℃、机头165℃，双螺杆挤出机主机转速控制为90rpm；
E、吹塑成型，将制得的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，吹塑机温度控制为一区130℃、二区150℃、三区170℃、四区180℃、机头180℃，吹塑机螺杆转速控制为100rpm，吹胀比为2.4：1：1。
实施例2：一种木质素基阻燃可生物降解聚乳酸薄膜，按重量份数包括以下组分：木质素15.9份；偶联剂0.1份；磷酸21份；三聚氰胺4份；聚丁二酸丁二醇酯8份；聚乳酸60份。
优选的，偶联剂为硅烷偶联剂和铝酸酯偶联剂。
一种制备木质素基阻燃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，将木质素放入球磨机中进行球磨，球磨2.5小时后，木质素粒径控制为：25微米，得到细木质素，再将细木质素以及偶联剂放入高速机中进行高速混合，混合时间35分钟，得到表面处理木质素，偶联剂用量控制为木质素质量的1%；
B、制备阻燃剂，将磷酸以及三聚氰胺放入反应釜中搅拌反应，温度控制为100°，直至产生气泡时，加入木质素继续反应25分钟，然后将反应预聚物用瓷质容器转移送入加热炉内进行反应，然后冷却、碾成颗粒状，制得阻燃剂；加热炉反应温度控制为240°，反应时间控制为3小时，冷却时间控制为1.3小时，碾压的粒度控制为100微米；磷酸、三聚氰胺及木质素的质量比为26：5：5；
C、填充母粒制备，将聚丁二酸丁二醇酯以及表面处理木质素送入高混机中，高速混合4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；聚丁二酸丁二醇酯与表面处理木质素的质量比为2：3，双螺杆挤出的温度控制为：一区105℃、二区125℃、三区145℃、四区155℃、五区155℃、机头150℃，双螺杆挤出的主机转速控制为50rpm；
D、制备材料，将木质素填充母粒、阻燃剂以及聚乳酸送入高混机中，高速混合4分钟，得到预混物，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，得到薄膜材料，木质素填充母粒、木质素基阻燃剂及聚乳酸的质量比为20：15：60，双螺杆挤出机的温度控制为：一区125℃、二区145℃、三区165℃、四区175℃、五区175℃、机头170℃，双螺杆挤出机主机转速控制为100rpm；
E、吹塑成型，将制得的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，吹塑机温度控制为一区135℃、二区155℃、三区175℃、四区185℃、机头185℃，吹塑机螺杆转速控制为100rpm，吹胀比为2.4：2：1。
实施例3：一种木质素基阻燃可生物降解聚乳酸薄膜，按重量份数包括以下组分：木质素21.6份；偶联剂0.4份；磷酸21份；三聚氰胺4；聚丁二酸丁二醇酯：12份；聚乳酸75份。
优选的，偶联剂为钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂。
一种制备木质素基阻燃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，将木质素放入球磨机中进行球磨，球磨3小时后，木质素粒径控制为30微米，得到细木质素，再将细木质素以及偶联剂放入高速机中进行高速混合，混合时间40分钟，得到表面处理木质素，偶联剂用量控制为木质素质量的2%；
B、制备阻燃剂，将磷酸以及三聚氰胺放入反应釜中搅拌反应，温度控制为100°，直至产生气泡时，加入木质素继续反应30分钟，然后将反应预聚物用瓷质容器转移送入加热炉内进行反应，然后冷却、碾成颗粒状，制得阻燃剂；加热炉反应温度控制为250°，反应时间控制为3.2小时，冷却时间控制为1.5小时，碾压的粒度控制为110微米；磷酸、三聚氰胺及木质素的质量比为26：5：5；
C、填充母粒制备，将聚丁二酸丁二醇酯以及表面处理木质素送入高混机中，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，得到木质素填充母粒；聚丁二酸丁二醇酯与表面处理木质素的质量比为2：3，双螺杆挤出的温度控制为：一区110℃、二区130℃、三区150℃、四区160℃、五区160℃、机头155℃，双螺杆挤出的主机转速控制为60rpm；
D、制备材料，将木质素填充母粒、阻燃剂以及聚乳酸送入高混机中，高速混合5分钟，得到预混物，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，得到薄膜材料，木质素填充母粒、木质素基阻燃剂及聚乳酸的质量比为30：15：75，双螺杆挤出机的温度控制为：一区130℃、二区150℃、三区170℃、四区180℃、五区180℃、机头175℃，双螺杆挤出机主机转速控制为110rpm；
E、吹塑成型，将制得的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，吹塑机温度控制为一区140℃、二区160℃、三区180℃、四区190℃、机头190℃，吹塑机螺杆转速控制为100rpm，吹胀比为2.4： 3.2：1
对照组1：采用实施例1的具体制备方法进行制备，但是不进行步骤A的表面处理工艺操作。
对照组2：采用实施例2的具体制备方法进行制备，但是不添加步骤B制备出的阻燃剂。
对照组3：采用实施例3的具体制备方法进行制备，但是不进行步骤C的添加母粒的处理工艺操作。
上述实施例以及对比例中制备的薄膜各项指标经过检测、归纳和整理，如下表所示：
从上表中检测结果可以看出，实施例与对比例中数据相比较，进行了表面处理、阻燃剂制备、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降低，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 (8)
1.一种木质素基阻燃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10-21.6份；偶联剂0.01-0.4份；磷酸20-22份；三聚氰胺3-5份；聚丁二酸丁二醇酯：4-12份；聚乳酸55-75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。
3.一种制备木质素基阻燃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，将木质素放入球磨机中进行球磨，球磨2-3小时后，木质素粒径控制为：20-30微米，得到细木质素，再将细木质素以及偶联剂放入高速机中进行高速混合，混合时间30-40分钟，得到表面处理木质素，偶联剂用量控制为木质素质量的0.2％-2％；
B、制备阻燃剂，将磷酸以及三聚氰胺放入反应釜中搅拌反应，温度控制为100°，直至产生气泡时，加入木质素继续反应20-30分钟，然后将反应预聚物用瓷质容器转移送入加热炉内进行反应，然后冷却、碾成颗粒状，制得阻燃剂；
C、填充母粒制备，将聚丁二酸丁二醇酯以及表面处理木质素送入高混机中，高速混合3-5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，得到木质素填充母粒；
D、制备材料，将木质素填充母粒、阻燃剂以及聚乳酸送入高混机中，高速混合3-5分钟，得到预混物，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，得到薄膜材料；
E、吹塑成型，将制得的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B中，加热炉反应温度控制为230-250°，反应时间控制为2.8-3.2小时，冷却时间控制为1-1.5小时，碾压的粒度控制为90-110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，磷酸、三聚氰胺及木质素的质量比为26：5：5。
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C中，聚丁二酸丁二醇酯与表面处理木质素的质量比为2：3，双螺杆挤出的温度控制为：一区100-110℃、二区120-130℃、三区140-150℃、四区150-160℃、五区150-160℃、机头145-155℃，双螺杆挤出的主机转速控制为40-60rpm。
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的制备方法，其特征在于，步骤D中，木质素填充母粒、木质素基阻燃剂及聚乳酸的质量比为10-30：15：55-75，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℃，双螺杆挤出机主机转速控制为90-110rpm。
8.根据权利要求3所述的一种木质素基阻燃可生物降解聚乳酸薄膜及其制备方法，其特征在于，步骤E中，吹塑机温度控制为一区130-140℃、二区150-160℃、三区170-180℃、四区180-190℃、机头180-190℃，吹塑机螺杆转速控制为100rpm，吹胀比为2.4：1-3.2：1。
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