CN111117038A - 一种可降解淀粉基塑料、制备方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种淀粉基可降解塑料、制备方法及应用，按照重量份数一种淀粉基可降解塑料包括以下物质：淀粉5至15份；增塑剂1至5份；偶联剂0.1份至1份；聚乙烯和/或聚丙烯50份至80份；色母粒0.1份至0.5份；快速降解剂0.1份至1份；多壁碳纳米管0.1份至5份；纳米TiO2颗粒0.1份至0.5份；本发明易降解，力学性能佳，适用于制备浴花或者浴球。

Description

一种可降解淀粉基塑料、制备方法及应用
技术领域
本发明涉及塑料树脂技术领域，特别是涉及一种可降解淀粉基塑料、制备方法及应用。
背景技术
可降解塑料是指在生产过程中加入一定量的添加剂（如淀粉、改性淀粉或其它纤维素、光敏剂、生物降解剂等），使得材料稳定性下降，通过光或微生物将塑料大分子链段分解为小分子，最终变成水和二氧化碳等较容易在自然环境中降解的塑料。
与传统塑料相比较，可降解塑料有以下几个优点：①原料多来自天然生物材料、无毒；②不依赖传统的石油工业，基本可以达到传统塑料制品的使用要求；③具有环境友好的特性，使用后经过传统的废弃物处理（如：焚烧、掩埋、回收、堆肥）不会对环境造成任何影响。
可降解塑料还包括以下缺点：
①价格高。由于受到原料价格的影响，很多企业在制造可降解塑料制品的时候，往往会加入一定的传统塑料原料，使得产品无法完全降解，给消费者造成一定的误解，以为降解可降解只是商业噱头，本质区别不大，价格却要贵很多，给可降解塑料的推广造成了一定的阻力；
②使用条件要求高。部分可降解的原材料，遇水容易发生反应，产品保质期较短，给使用带来了一定的困难。
现有的浴球或者浴花多是通过PP/PE网丝料而成，网丝料的韧性、透明度、拉伸强度和断裂伸长率影响浴花的品质，而现有的可降解塑料制得的网丝料强度不足，难以满足浴花对原料力学性能要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可降解淀粉基塑料，该发明易降解，力学性能佳，适用于制备浴花或者浴球。
为解决此技术问题，本发明的技术方案是：一种淀粉基可降解塑料，按照重量份数包括以下物质：
淀粉 5至15份；
增塑剂 1至5份；
偶联剂 0.1份至1份；
聚乙烯和/或聚丙烯 50份至80份；
色母粒 0.1份至0.5份；
快速降解剂 0.1份至1份；
多壁碳纳米管 0.1份至5份；
纳米TiO2颗粒 0.1份至0.5份。
进一步优选，按照重量份数包括以下物质：
淀粉 8至10份；
增塑剂 2至3份；
偶联剂 0.6份至0.8份；
聚乙烯和/或聚丙烯 65份至75份；
色母粒 0.1份至0.2份；
快速降解剂 0.3份至0.6份；
多壁碳纳米管 1.2份至3.5份；
纳米TiO2颗粒 0.2份至0.3份。
本发明的力学性能和光降解性能提升。
最优选按照重量份数包括以下物质：
淀粉 9.6份；
增塑剂 2.5份；
偶联剂 0.7份；
聚乙烯和/或聚丙烯 68份；
色母粒 0.15份；
快速降解剂 0.4份；
多壁碳纳米管 2.6份；
纳米TiO2颗粒 0.25份。
本发明的力学性能和光降解性能最佳。
优选所述增塑剂为尿素和甘油，二者之间的重量比为1:1。尿素和甘油作为复合增塑剂，其中，尿素属于氨基增塑剂，甘油属于多元醇酯类增塑剂，不仅可以对聚合物起到塑化的作用，而且对环境无任何副作用。
优选所述快速降解剂为D2W或EPI。本发明优选快速降解剂为D2W或EPI从材料内部促进本发明的可降解。
本发明的第二个目的在于提供一种淀粉基可降解塑料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将多壁碳纳米管置于硝酸和硫酸混合物中，超声处理，清洗至中性烘干待用；
步骤二、将步骤一酸化处理的多壁碳纳米管、淀粉、纳米TiO2颗粒、偶联剂和增塑剂混合均匀；
步骤三、将聚乙烯和/或聚丙烯、色母粒混合，混合均匀后向其中加入快速降解剂，混合均匀；
步骤四、将步骤二获得的混合物和步骤三获得的混合物依次通入至主螺杆机和次双螺杆机后挤出拉丝；
步骤五、将获得塑料丝依次通入冷水，过牵引，脱水，牵引，收卷，获得可降解网丝料。
优选所述步骤四中主螺杆各分区的加热温度为：
一段聚合温度190℃；
二段聚合温度200℃；
三段聚合温度220℃；
四段聚合温度230℃；
五段聚合温度250℃；
六段聚合温度255℃。
本发明通过控制主螺杆机六区加热温度，配合塑料中原料的选择，使得本发明制得的网丝料具有良好的力学强度。
优选所述步骤四中次双螺杆机各分区的加热温度为：
一段聚合温度180℃；
二段聚合温度220℃。
本发明中进一步优选次双螺杆机各分区的加热温度配合组合物中原材料及其用量的选择，获得一种易降解且力学性能好的网丝料。
本发明的第三个目的在于提供一种将制得的网丝料编织为浴花或浴球的应用。
通过采用上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明向聚乙烯和/或聚丙烯中加入一定量的淀粉、增塑剂、偶联剂、色母粒、快速降解剂、多壁碳纳米管和纳米TiO2颗粒，混合后通入至主螺杆机和次双螺杆机内后通入冷水，过牵引，脱水，牵引，收卷，获得可降解网丝料，该网丝料具有良好的力学性能和降解性能，将本发明制得的一种淀粉基可降解塑料在浴花或者浴球方面应用具有广阔的前景；
本发明中的淀粉基可降解塑料中多壁碳纳米管（MWCNTs）分散于网丝料内部，管状的MWCNTs经过酸化处理后其表面粗糙，将淀粉和聚乙烯或者聚丙烯之间起到加强物理连接，配合增塑剂、偶联剂实现淀粉、高聚物和MWCNTs之间混合均匀，互相融合不排斥，本发明中的塑料增塑剂分别与MWCNTs表面的羟基、淀粉链的羟基和高聚物分子链上的羟基形成氢键，又从化学角度提高了本发明中可降解塑料的内部的连接强度，因此本发明的力学强度佳；
本发明的原料中还包含有快速降解剂，配合淀粉和多壁碳纳米管本发明具有更好的降解性；均匀分散在网丝料中的纳米TiO2颗粒，使得本发明具有良好的抗菌性，对大肠杆菌金色葡萄球菌和白色念珠菌具有一定的抗菌性，适宜应用于浴花；
由于纳米TiO2颗粒的存在，本发明在发生降解的过程中，均匀分布在网丝料内的纳米TiO2颗粒作为降解的活化点，利于塑料中的淀粉被微生物侵噬，使塑料表面积大大增加，同时分泌出酶，酶进入聚合物的活性位置并发生作用，导致聚合物的强度下降，降解的生成物被微生物摄入，经过各种代谢路线，合成微生物所需要的物质或转化为微生物活动的能量，最终转化成CO2和H2O。
从而实现本发明的上述目的。
具体实施方式
为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。
实施例1
本实施例公开一种淀粉基可降解塑料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将多壁碳纳米管置于硝酸和硫酸混合物中，超声处理，清洗至中性烘干待用；其中硝酸和浓硫酸的体积比为1：3；超声时间3h；经过酸化处理的多壁碳纳米管表面粗糙，分散于淀粉和高聚物中作为网丝料内部，通过多壁碳纳米管粗糙表面增加淀粉与高聚物与其之间的结合力；且经过酸化处理的多壁碳纳米管表面具有羟基，利于淀粉与多壁碳纳米管的结合，从而提高制得网丝料的力学强度。
步骤二、将步骤一酸化处理的多壁碳纳米管、淀粉、纳米TiO2颗粒、偶联剂和增塑剂混合均匀；
本实施例中的淀粉可以为玉米淀粉也可以为马铃薯淀粉；
偶联剂为硅烷偶联剂；
增塑剂为甘油和尿素的混合物，二者的重量比为1:1。
步骤三、将聚乙烯和/或聚丙烯、色母粒混合，混合均匀后向其中加入快速降解剂，混合均匀；
快速降解剂为D2W或者EPI。
步骤四、将步骤二获得的混合物和步骤三获得的混合物依次通入至主螺杆机和次双螺杆机后挤出拉丝；
其中，步骤四的具体工艺参数如下：
螺杆直径D：次双螺杆40 mm；主螺杆60 mm；
长径比：次双螺杆24；主螺杆26；
压缩比：次双螺杆3.5；主螺杆4；
熔融聚合时间3 min；
模头：转速80转/ min；
纺丝网速度：100 m/min；
喷丝板孔数：240目。
所述步骤四中主螺杆各分区的加热温度为：
一段聚合温度190℃；
二段聚合温度200℃；
三段聚合温度220℃；
四段聚合温度230℃；
五段聚合温度250℃；
六段聚合温度250℃。
所述步骤四中次双螺杆机各分区的加热温度为：
一段聚合温度180℃；
二段聚合温度220℃。
步骤五、将获得塑料丝依次通入冷水，过牵引，脱水，牵引，收卷，获得可降解网丝料。
本实施例中各物质的用量详见表1所示；本实施例制得网丝料的力学性能和降解性能详见表2所示。
本实施例制得的塑料按GB/T1040-1979(1992)进行，将尺寸为150mm×10mm×0.4mm的条形标准样于恒温恒湿条件下放置5d，然后用万能力学测试机上进行拉伸试验，拉伸速率10mm/min，测拉伸强度及断裂伸长率详见表2所示。
本实施例制得塑料的降解性能的测试方法如下：
(1)光照下降解性能：在烧杯中铺设10cm厚的泥土，调节水分活度为15％，将膜裁剪成5cm× 2cm大小，于90℃下烘干至恒重，然后间隔均匀的埋入土中，并对烧杯施加光线照射，每隔30天取出薄膜，用蒸馏水冲洗表面，然后于90℃下烘干至恒重，计算失重率。
(2)非光照下降解性能：实验步骤同上，但不对烧杯施加光线照射，计算失重率。
本实施例制得塑料的降解性能数据如表3所示。
本实施例制得的塑料对革兰式阴性大肠杆菌和革兰式阳性金黄色葡萄球菌进行长霉实验，本实施例制得塑料的抗菌性能，详见表4所示。
实施例2
本实施例与实施例1的主要区别详见表1所示；本实施例制得塑料的力学性能见表2，降解性能详见表3，抗菌性能见表4所示。
实施例3
本实施例与实施例1的主要区别详见表1所示；本实施例制得塑料的力学性能见表2，降解性能详见表3，抗菌性能见表4所示。
实施例4
本实施例与实施例1的主要区别详见表1所示；本实施例制得塑料的力学性能见表2，降解性能详见表3，抗菌性能见表4所示。
实施例5
本实施例与实施例1的主要区别详见表1所示；本实施例制得塑料的力学性能见表2，降解性能详见表3，抗菌性能见表4所示。
实施例6
本实施例与实施例1的主要区别详见表1所示；本实施例制得塑料的力学性能见表2，降解性能详见表3，抗菌性能见表4所示。
实施例7
本实施例与实施例1的主要区别详见表1所示；本实施例制得塑料的力学性能见表2，降解性能详见表3，抗菌性能见表4所示。
表
Figure DEST_PATH_IMAGE001
实施例1至实施例7各原料组分及用量
Figure 11403DEST_PATH_IMAGE002
表
Figure 704815DEST_PATH_IMAGE001
实施例1至实施例7制得塑料的力学性能情况列表
Figure 50346DEST_PATH_IMAGE004
表
Figure 607229DEST_PATH_IMAGE001
实施例1至实施例7制备塑料的降解性能
Figure 671000DEST_PATH_IMAGE006
表
Figure DEST_PATH_IMAGE007
实施例1至实施例7制得塑料抗菌长霉实验列表
Figure DEST_PATH_IMAGE009
结合表1至表4可知，实施例1至实施例7制得的可降解淀粉基塑料具有良好的力学性能，良好的可降解性能，抗菌性能良好，由上述塑料制成网丝料适宜编织浴球或者浴花，抗菌耐用，柔软，耐用。
上述实施例并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (9)

1.一种可降解淀粉基塑料，其特征在于：
按照重量份数包括以下物质：
淀粉 5至15份；
增塑剂 1至5份；
偶联剂 0.1份至1份；
聚乙烯和/或聚丙烯 50份至80份；
色母粒 0.1份至0.5份；
快速降解剂 0.1份至1份；
多壁碳纳米管 0.1份至5份；
纳米TiO2颗粒 0.1份至0.5份。
2.如权利要求1所述的一种可降解淀粉基塑料，其特征在于：
按照重量份数包括以下物质：
淀粉 8至10份；
增塑剂 2至3份；
偶联剂 0.6份至0.8份；
聚乙烯和/或聚丙烯 65份至75份；
色母粒 0.1份至0.2份；
快速降解剂 0.3份至0.6份；
多壁碳纳米管 1.2份至3.5份；
纳米TiO2颗粒 0.2份至0.3份。
3.如权利要求1所述的一种可降解淀粉基塑料，其特征在于：
按照重量份数包括以下物质：
淀粉 9.6份；
增塑剂 2.5份；
偶联剂 0.7份；
聚乙烯和/或聚丙烯 68份；
色母粒 0.15份；
快速降解剂 0.4份；
多壁碳纳米管 2.6份；
纳米TiO2颗粒 0.25份。
4.如权利要求1所述的一种可降解淀粉基塑料，其特征在于：所述增塑剂为尿素和甘油，二者之间的重量比为1:1。
5.如权利要求1所述的一种可降解淀粉基塑料，其特征在于：所述快速降解剂为D2W或EPI。
6.如权利要求1至5任一项所述的一种可降解淀粉基塑料的制备方法，其特征在于：
包括以下步骤：
步骤一、将多壁碳纳米管置于硝酸和硫酸混合物中，超声处理，清洗至中性烘干待用；
步骤二、将步骤一酸化处理的多壁碳纳米管、淀粉、TiO2颗粒、偶联剂和增塑剂混合均匀；
步骤三、将聚乙烯和/或聚丙烯、色母粒混合，混合均匀后向其中加入快速降解剂，混合均匀；
步骤四、将步骤二获得的混合物和步骤三获得的混合物依次通入至主螺杆机和次双螺杆机后挤出拉丝；
步骤五、将获得塑料丝依次通入冷水，过牵引，脱水，牵引，收卷，获得可降解网丝料。
7.如权利要求6所述的一种可降解淀粉基塑料的制备方法，其特征在于：所述步骤四中主螺杆各分区的加热温度为：
一段聚合温度190℃；
二段聚合温度200℃；
三段聚合温度220℃；
四段聚合温度230℃；
五段聚合温度250℃；
六段聚合温度255℃。
8.如权利要求6所述的一种可降解淀粉基塑料的制备方法，其特征在于：所述步骤四中次双螺杆机各分区的加热温度为：
一段聚合温度180℃；
二段聚合温度220℃。
9.一种将如权利要求6制得的网丝料编织为浴花或浴球的应用。
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