CN111205583A - 一种易降解环保塑料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种易降解环保塑料，其特征在于，包括如下重量份计的各组分：可聚合型聚乳酸40‑60份、超支化壳聚糖10‑20份、木质素10‑15份、乙烯基膦酸3‑6份、双(2‑甲基烯丙基)碳酸酯2‑4份、4,7‑二甲基‑6‑辛烯‑3‑酮1‑3份、乙基乙烯基砜2‑5份、偶联剂1‑2份、增韧剂0.5‑1.5份、引发剂0.3‑0.8份、分散润滑剂0.1‑0.3份。本发明还公开了所述易降解环保塑料的制备方法。本发明公开的易降解环保塑料综合性能佳，强度和承重高，耐磨性和耐高温性能优异，自然降解效率好，使用安全环保。

Description

一种易降解环保塑料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种易降解环保塑料及其制备方法。
背景技术
近年来，随着经济及社会的进步，高分子材料行业发展迅速，塑料作为一种常见的高分子材料，更是由于其质轻、综合性能佳在人们的日常生活中应用广泛，塑料领域的发展程度已经成为了现代文明的一种标志。然而，这种材料在给人们的生活带来方便的同时，也给环境带来了难以收拾的后患，人们把废弃塑料给环境带来的灾难称为“白色污染”。白色污染是当今社会最为严重的环境问题之一，究其原因是因为大多数的现有的塑料配方均不注重塑料的降解，导致塑料废弃物需要被填埋几十年甚至上百年才会降解。
为了解决大量废弃塑料造成的“白色污染”难题，易降解环保塑料的研究受人们瞩目。易降解环保塑料是指一类其制品的各项性能可满足使用要求，在保存期内性能不变，而使用后在自然环境条件下能降解成对环境无害的物质的塑料。但是现有的易降解环保塑料强度较低，承重差，耐磨性和耐高温性能有待进一步提高，自然降解效率有待进一步改善。
申请号为201711060451.4的中国发明专利公开了一种易降解塑料，主要由以质量份数计的以下成分组成：苯乙烯-丙烯腈共聚物60-80份、超细碳酸钙20-30份、聚烯烃10-15份、竹炭微粉1-3份、全丙烯酸加工助剂0.3-1.2份、硝酸纤维素0.2-0.4份、阻燃剂0.1-0.2份、单硬脂酸甘油酯0.5-1.5份、氟利昂0.05-0.1份、DLTP辅助抗氧剂0.1-0.3份、异氰酸酯0.01-0.03份、非离子型表面活性剂0.1-0.3份。此发明的塑料具有易降解的特点，为一种环保型的塑料，然而，其成分复杂，各成分之间相容性不好，在长期使用过程中，易外渗，从而导致性能稳定性不佳；另外，这种塑料综合性能有待进一步提高。
因此，开发一种综合性能佳，强度和承重高，耐磨性和耐高温性能优异，自然降解效率好，使用安全环保的易降解环保塑料符合市场需求，具有广泛的市场价值和应用前景，对实现经济效率、社会效益和生态效益的有机统一具有非常重要的作用。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种易降解环保塑料及其制备方法，该制备方法简单易行，对设备和反应条件要求不高，耗能少，过程易控，制备效率高，适合大规模生产；通过这种制备方法制备得到的易降解环保塑料综合性能佳，强度和承重高，耐磨性和耐高温性能优异，自然降解效率好，使用安全环保。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种易降解环保塑料，其特征在于，包括如下重量份计的各组分：可聚合型聚乳酸40-60份、超支化壳聚糖10-20份、木质素10-15份、乙烯基膦酸3-6份、双(2-甲基烯丙基)碳酸酯2-4份、4,7-二甲基-6-辛烯-3-酮1-3份、乙基乙烯基砜2-5份、偶联剂1-2份、增韧剂0.5-1.5份、引发剂0.3-0.8份、分散润滑剂0.1-0.3份。
优选的，所述分散润滑剂为硬脂酸单甘油酯、三硬脂酸甘油酯、乙撑双硬脂酰胺、乙撑双月桂酰胺、乙撑双油酸酰胺中的至少一种。
优选的，所述引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈中的至少一种。
优选的，所述增韧剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、氢化苯乙烯/丁二烯/苯乙烯嵌段共聚物中的至少一种。
优选的，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560、硅烷偶联剂KH570中的至少一种。
优选的，所述木质素的粒径为300-500目；所述超支化壳聚糖的制备方法参见：CN200610011756.1实施例2。
优选的，所述可聚合型聚乳酸的制备方法，包括如下步骤：将端羧基聚乳酸、3-氨基巴豆酸乙酯、2-(7-氮杂苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯加入到有机溶剂中，在30-50℃下搅拌反应4-6小时，后旋蒸除去有机溶剂，再用乙醚洗涤产物3-5次，后旋蒸除去乙醚，得到可聚合型聚乳酸。
优选的，所述端羧基聚乳酸、3-氨基巴豆酸乙酯、2-(7-氮杂苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯、有机溶剂的摩尔比为1:1:(0.3-0.5):(10-15)。
优选的，所述有机溶剂为四氢呋喃、二氯甲烷、丙酮、乙腈中的任意一种；所述端羧基聚乳酸购于上海古朵生物科技有限公司。
本发明的另一个目的，在于提供一种所述易降解环保塑料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将除超支化壳聚糖以外的其他各组分按重量份混合，加入到高速搅拌机中以1000-1300转/分钟搅拌5-10分钟，得到混合物料，然后将混合物料加入到双螺杆挤出机中挤出成型，再将得到的制品浸泡在50-60℃的质量分数为5-10％的超支化壳聚糖的水溶液中20-30小时，后用水洗3-7次，再置于真空干燥箱80-90℃下干燥至恒重，得到易降解环保塑料成品。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
(1)本发明提供的一种易降解环保塑料的制备方法，该制备方法简单易行，对设备和反应条件要求不高，耗能少，过程易控，制备效率高，适合大规模生产。
(2)本发明提供的一种易降解环保塑料，克服了传统易降解环保塑料强度较低，承重差，耐磨性和耐高温性能有待进一步提高，自然降解效率有待进一步改善的缺陷，具有综合性能佳，强度和承重高，耐磨性和耐高温性能优异，自然降解效率好，使用安全环保的优点。
(3)本发明提供的一种易降解环保塑料，以可聚合性聚乳酸作为主料，其上的乙烯基易与乙烯基膦酸、双(2-甲基烯丙基)碳酸酯、4,7-二甲基-6-辛烯-3-酮和乙基乙烯基砜发生共聚反应，形成三维网络结构，有效改善塑料的综合性能；使得其具有优异的机械力学性能；超支化壳聚糖上的氨基易与乙烯基膦酸上的膦酸基发生相互作用成盐，使得各有效成分均以化学键的形式连接在一起，使得其性能稳定性更佳，废弃后，超支化壳聚糖、聚乳酸、碳酸酯结构协同作用，使得其具有较好的生物降解功能；其上的砜基、酮基协同作用，使得其具有较好的光降解性能，各结构协同作用，使得塑料自然降解能力强，乙烯基膦酸含磷结构，使得其阻燃性增强；木质素的添加不仅能起到增强作用，还具有较好的降解性能。
具体实施方式
为了使本技术领域人员更好地理解本发明的技术方案，并使本发明的上述特征、目的以及优点更加清晰易懂，下面结合实施例对本发明做进一步的说明。实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
本发明实施例原料均为商业购买；所述超支化壳聚糖的制备方法参见：CN200610011756.1实施例2；所述端羧基聚乳酸购于上海古朵生物科技有限公司。
实施例1
一种易降解环保塑料，其特征在于，包括如下重量份计的各组分：可聚合型聚乳酸40份、超支化壳聚糖10份、木质素10份、乙烯基膦酸3份、双(2-甲基烯丙基)碳酸酯2份、4,7-二甲基-6-辛烯-3-酮1份、乙基乙烯基砜2份、硅烷偶联剂KH5501份、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物0.5份、偶氮二异丁腈0.3份、硬脂酸单甘油酯0.1份。
所述木质素的粒径为300目。
所述可聚合型聚乳酸的制备方法，包括如下步骤：将端羧基聚乳酸、3-氨基巴豆酸乙酯、2-(7-氮杂苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯加入到四氢呋喃中，在30℃下搅拌反应4小时，后旋蒸除去四氢呋喃，再用乙醚洗涤产物3次，后旋蒸除去乙醚，得到可聚合型聚乳酸；所述端羧基聚乳酸、3-氨基巴豆酸乙酯、2-(7-氮杂苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯、四氢呋喃的摩尔比为1:1:0.3:10。
一种所述易降解环保塑料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将除超支化壳聚糖以外的其他各组分按重量份混合，加入到高速搅拌机中以1000转/分钟搅拌5分钟，得到混合物料，然后将混合物料加入到双螺杆挤出机中挤出成型，再将得到的制品浸泡在50℃的质量分数为5％的超支化壳聚糖的水溶液中20小时，后用水洗3次，再置于真空干燥箱80℃下干燥至恒重，得到易降解环保塑料成品。
实施例2
一种易降解环保塑料，其特征在于，包括如下重量份计的各组分：可聚合型聚乳酸45份、超支化壳聚糖12份、木质素12份、乙烯基膦酸4份、双(2-甲基烯丙基)碳酸酯2.5份、4,7-二甲基-6-辛烯-3-酮1.5份、乙基乙烯基砜3份、硅烷偶联剂KH5601.2份、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物0.7份、偶氮二异庚腈0.4份、三硬脂酸甘油酯0.15份。
所述木质素的粒径为350目。
所述可聚合型聚乳酸的制备方法，包括如下步骤：将端羧基聚乳酸、3-氨基巴豆酸乙酯、2-(7-氮杂苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯加入到二氯甲烷中，在35℃下搅拌反应4.5小时，后旋蒸除去二氯甲烷，再用乙醚洗涤产物4次，后旋蒸除去乙醚，得到可聚合型聚乳酸；所述端羧基聚乳酸、3-氨基巴豆酸乙酯、2-(7-氮杂苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯、二氯甲烷的摩尔比为1:1:0.35:11。
一种所述易降解环保塑料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将除超支化壳聚糖以外的其他各组分按重量份混合，加入到高速搅拌机中以1100转/分钟搅拌6分钟，得到混合物料，然后将混合物料加入到双螺杆挤出机中挤出成型，再将得到的制品浸泡在53℃的质量分数为6％的超支化壳聚糖的水溶液中23小时，后用水洗4次，再置于真空干燥箱82℃下干燥至恒重，得到易降解环保塑料成品。
实施例3
一种易降解环保塑料，其特征在于，包括如下重量份计的各组分：可聚合型聚乳酸50份、超支化壳聚糖15份、木质素13份、乙烯基膦酸4.5份、双(2-甲基烯丙基)碳酸酯3份、4,7-二甲基-6-辛烯-3-酮2份、乙基乙烯基砜3.5份、硅烷偶联剂KH5701.5份、氢化苯乙烯/丁二烯/苯乙烯嵌段共聚物1份、偶氮二异庚腈0.5份、乙撑双硬脂酰胺0.2份。
所述木质素的粒径为400目。
所述可聚合型聚乳酸的制备方法，包括如下步骤：将端羧基聚乳酸、3-氨基巴豆酸乙酯、2-(7-氮杂苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯加入到丙酮中，在40℃下搅拌反应5小时，后旋蒸除去丙酮，再用乙醚洗涤产物4次，后旋蒸除去乙醚，得到可聚合型聚乳酸；所述端羧基聚乳酸、3-氨基巴豆酸乙酯、2-(7-氮杂苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯、丙酮的摩尔比为1:1:0.4:13。
一种所述易降解环保塑料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将除超支化壳聚糖以外的其他各组分按重量份混合，加入到高速搅拌机中以1200转/分钟搅拌7分钟，得到混合物料，然后将混合物料加入到双螺杆挤出机中挤出成型，再将得到的制品浸泡在55℃的质量分数为7.5％的超支化壳聚糖的水溶液中25小时，后用水洗5次，再置于真空干燥箱85℃下干燥至恒重，得到易降解环保塑料成品。
实施例4
一种易降解环保塑料，其特征在于，包括如下重量份计的各组分：可聚合型聚乳酸55份、超支化壳聚糖18份、木质素14份、乙烯基膦酸5.5份、双(2-甲基烯丙基)碳酸酯3.5份、4,7-二甲基-6-辛烯-3-酮2.5份、乙基乙烯基砜4.5份、偶联剂1.8份、增韧剂1.4份、引发剂0.7份、分散润滑剂0.25份。
所述分散润滑剂为硬脂酸单甘油酯、三硬脂酸甘油酯、乙撑双硬脂酰胺、乙撑双月桂酰胺、乙撑双油酸酰胺按质量比1:2:3:2:2混合而成；所述引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈按质量比3:5混合而成；所述增韧剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、氢化苯乙烯/丁二烯/苯乙烯嵌段共聚物按质量比2:4:3混合而成；所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560、硅烷偶联剂KH570按质量比1:1:3混合而成；所述木质素的粒径为450目。
所述可聚合型聚乳酸的制备方法，包括如下步骤：将端羧基聚乳酸、3-氨基巴豆酸乙酯、2-(7-氮杂苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯加入到乙腈中，在45℃下搅拌反应5.5小时，后旋蒸除去乙腈，再用乙醚洗涤产物5次，后旋蒸除去乙醚，得到可聚合型聚乳酸；所述端羧基聚乳酸、3-氨基巴豆酸乙酯、2-(7-氮杂苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯、乙腈的摩尔比为1:1:0.45:14。
一种所述易降解环保塑料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将除超支化壳聚糖以外的其他各组分按重量份混合，加入到高速搅拌机中以1250转/分钟搅拌9分钟，得到混合物料，然后将混合物料加入到双螺杆挤出机中挤出成型，再将得到的制品浸泡在58℃的质量分数为9％的超支化壳聚糖的水溶液中28小时，后用水洗6次，再置于真空干燥箱88℃下干燥至恒重，得到易降解环保塑料成品。
实施例5
一种易降解环保塑料，其特征在于，包括如下重量份计的各组分：可聚合型聚乳酸60份、超支化壳聚糖20份、木质素15份、乙烯基膦酸6份、双(2-甲基烯丙基)碳酸酯4份、4,7-二甲基-6-辛烯-3-酮3份、乙基乙烯基砜5份、硅烷偶联剂KH5502份、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物1.5份、偶氮二异丁腈0.8份、乙撑双油酸酰胺0.3份。
所述木质素的粒径为500目。
所述可聚合型聚乳酸的制备方法，包括如下步骤：将端羧基聚乳酸、3-氨基巴豆酸乙酯、2-(7-氮杂苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯加入到四氢呋喃中，在50℃下搅拌反应6小时，后旋蒸除去四氢呋喃，再用乙醚洗涤产物5次，后旋蒸除去乙醚，得到可聚合型聚乳酸；所述端羧基聚乳酸、3-氨基巴豆酸乙酯、2-(7-氮杂苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯、四氢呋喃的摩尔比为1:1:0.5:15。
一种所述易降解环保塑料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将除超支化壳聚糖以外的其他各组分按重量份混合，加入到高速搅拌机中以1300转/分钟搅拌10分钟，得到混合物料，然后将混合物料加入到双螺杆挤出机中挤出成型，再将得到的制品浸泡在60℃的质量分数为10％的超支化壳聚糖的水溶液中30小时，后用水洗7次，再置于真空干燥箱90℃下干燥至恒重，得到易降解环保塑料成品。
对比例1
本例提供一种易降解环保塑料，其配方及制备方法与实施例1基本相同，不同的是用聚乳酸代替可聚合型聚乳酸。
对比例2
本例提供一种易降解环保塑料，其配方及制备方法与实施例1基本相同，不同的是没有添加超支化壳聚糖。
对比例3
本例提供一种易降解环保塑料，其配方及制备方法与实施例1基本相同，不同的是没有添加木质素和乙烯基膦酸。
对比例4
本例提供一种易降解环保塑料，其配方及制备方法与实施例1基本相同，不同的是没有添加双(2-甲基烯丙基)碳酸酯和4,7-二甲基-6-辛烯-3-酮。
对上述实施例1-5以及对比例1-4所得易降解环保塑料进行测试，测试结果和测试方法见表1。
表1
项目 拉伸强度(MPa) 断裂伸长率(％) 30天降解率(％)
检测方法 GB/T1040-1992 GB/T1040-1992 GB/T20197-2006
实施例1 46.0 176 98.9
实施例2 46.3 178 99.3
实施例3 46.7 183 99.5
实施例4 47.1 188 99.7
实施例5 47.5 192 100
对比例1 32.3 133 95.0
对比例2 34.8 135 93.7
对比例3 35.0 132 93.0
对比例4 34.5 136 93.2
从表1可以看出，本发明实施例所述的易降解环保塑料较对比例易降解环保塑料具有更好的机械力学性和降解效果，这是各组分协同作用的结果。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种易降解环保塑料，其特征在于，包括如下重量份计的各组分：可聚合型聚乳酸40-60份、超支化壳聚糖10-20份、木质素10-15份、乙烯基膦酸3-6份、双(2-甲基烯丙基)碳酸酯2-4份、4,7-二甲基-6-辛烯-3-酮1-3份、乙基乙烯基砜2-5份、偶联剂1-2份、增韧剂0.5-1.5份、引发剂0.3-0.8份、分散润滑剂0.1-0.3份。
2.根据权利要求1所述的一种易降解环保塑料，其特征在于，所述分散润滑剂为硬脂酸单甘油酯、三硬脂酸甘油酯、乙撑双硬脂酰胺、乙撑双月桂酰胺、乙撑双油酸酰胺中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种易降解环保塑料，其特征在于，所述引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种易降解环保塑料，其特征在于，所述增韧剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、氢化苯乙烯/丁二烯/苯乙烯嵌段共聚物中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种易降解环保塑料，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560、硅烷偶联剂KH570中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种易降解环保塑料，其特征在于，所述木质素的粒径为300-500目。
7.根据权利要求1所述的一种易降解环保塑料，其特征在于，所述可聚合型聚乳酸的制备方法，包括如下步骤：将端羧基聚乳酸、3-氨基巴豆酸乙酯、2-(7-氮杂苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯加入到有机溶剂中，在30-50℃下搅拌反应4-6小时，后旋蒸除去有机溶剂，再用乙醚洗涤产物3-5次，后旋蒸除去乙醚，得到可聚合型聚乳酸。
8.根据权利要求7所述的一种易降解环保塑料，其特征在于，所述端羧基聚乳酸、3-氨基巴豆酸乙酯、2-(7-氮杂苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯、有机溶剂的摩尔比为1:1:(0.3-0.5):(10-15)。
9.根据权利要求7所述的一种易降解环保塑料，其特征在于，所述有机溶剂为四氢呋喃、二氯甲烷、丙酮、乙腈中的任意一种。
10.根据权利要求1-9任一项所述的一种易降解环保塑料，其特征在于，所述易降解环保塑料的制备方法，包括如下步骤：将除超支化壳聚糖以外的其他各组分按重量份混合，加入到高速搅拌机中以1000-1300转/分钟搅拌5-10分钟，得到混合物料，然后将混合物料加入到双螺杆挤出机中挤出成型，再将得到的制品浸泡在50-60℃的质量分数为5-10％的超支化壳聚糖的水溶液中20-30小时，后用水洗3-7次，再置于真空干燥箱80-90℃下干燥至恒重，得到易降解环保塑料成品。
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