CN111500081A - 一种以废茶叶为原料的生物基复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种以废茶叶为原料的生物基复合材料，包括以下组分：废弃茶渣粉30‑40％、聚乳酸15‑30％、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯30‑40％、三元接枝物改性剂2‑5％、柠檬酸1‑4％、甘油1‑5％、润滑剂0.1‑0.5％、抗氧剂(10/168)0.1‑0.5％。本发明通过对生物质废弃提取物(茶渣粉)进行回收、改性后制作复合材料，减少废弃物排放和实现资源再利用，更加环保。本发明通过进一步引入三元接枝改性剂，使得茶渣粉与聚乳酸和聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯的相容性更好，分散更均匀，并且三元接枝物的支链和低交联结构极大的增加了材料熔体强度，使其加工性能和力学性能更佳、更稳定。

Description

一种以废茶叶为原料的生物基复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及以废茶叶为原料的生物基复合材料及其制备方法技术领域。
背景技术
随着科技的进步，复合材料运用越来越广泛，而这些材料通常难以降解，生产制造过程无法满足环保要求。
例如中国专利“CN109796734A”公开了一种聚乳酸全生物降解复合材料，由以下组分组成：聚乳酸10％～80％，聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯10％～80％，增容剂0.3％～0.8％，扩链剂0.1％～3％，抗氧剂0.1％～2％，无机填料1％～30％，热稳定剂0.2％～20％，润滑剂0.4％～5％，增塑剂0.4～5％；所述增容剂选自马来酸酐、过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、柠檬酸等。该技术方案虽然能够使材料降解，然而原材料制备不环保，且材料的加工性能和力学性能较差。
发明内容
为克服现有技术中存在的原材料制备不环保，且材料的加工性能和力学性能较差的问题，本发明提供了一种以废茶叶为原料的生物基复合材料及其制备方法。
本发明通过以下技术方案实现上述目的：一种以废茶叶为原料的生物基复合材料，包括以下组分：
Figure BDA0002506181480000011
Figure BDA0002506181480000021
在此基础上，所述废弃茶渣粉的粒径大小＞100目。
在此基础上，所述聚乳酸的光学纯度＜98％，熔点为150-170℃。
在此基础上，所述聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯的熔融指数＜10g/10min，熔点为110-130℃。
在此基础上，所述三元接枝物改性剂为纤维素与聚乳酸和聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯的接枝物。
在此基础上，所述润滑剂为硬脂酸、硬脂酸丁酯、油酰胺、乙撑双硬脂酰胺、石蜡、聚乙烯蜡中的一种或多种。
在此基础上，所述抗氧剂为胺类抗氧剂、酚类抗氧剂、硫代酯和亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或多种。
一种以废茶叶为原料的生物基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将废茶叶碾碎成粒径为200目的废弃茶渣粉，在高混锅内依次加入废弃茶渣粉、甘油、柠檬酸，随后在温度为100-120℃的环境下搅拌20-30min；
步骤二：然后加入润滑剂和抗氧剂，继续搅拌1-3min；
步骤三：接着将混合物放入冷锅降温，待温度低于50℃时，加入聚乳酸、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯和三元接枝物改性剂，继续搅拌3-5min，使物料混合均匀；
步骤四：将步骤三所得混合料投入双螺杆挤出机里进行共混切粒，温度控制在160-175℃，最后进行烘干制得复合材料。
三元接枝物改性剂的制备方法，包括以下步骤：步骤(1)：将纤维素、聚乳酸和聚乳酸和聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯按照质量比为4：3：3的比例进行配比，然后进行干燥，干燥后，一起加入高速混合机中，同时加入甘油和过氧化物，甘油的质量为加入的纤维素、聚乳酸和聚乳酸和聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯这三者总质量的1-2％，过氧化物的质量为加入的纤维素、聚乳酸和聚乳酸和聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯这三者总质量的0.5-2％，随后由高速混合机进行混合均匀；
步骤(2)：将步骤(1)得到的混合物加入密炼机中进行密炼4-6min，即得三元接枝改性剂，密炼机的转速为40r/min，密炼温度为160-170℃。
在此基础上，所述过氧化物为过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯、二叔丁基过氧化物、过氧化氢二异丙苯中的一种或多种。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过对生物质废弃提取物(茶渣粉)进行回收、改性后制作复合材料，减少废弃物排放和实现资源再利用，更加环保。
本发明引入柠檬酸和甘油，对茶渣粉(羟基结构较多，亲水严重)进行酯化和分子间增塑，增加其疏水性和易塑性，使其更易在基体料(聚乳酸和聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯)里分散，有助于增加其填充比例。
本发明通过进一步引入三元接枝改性剂，使得茶渣粉与聚乳酸和聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯的相容性更好，分散更均匀，并且三元接枝物的支链和低交联结构极大的增加了材料熔体强度，使其加工性能和力学性能更佳、更稳定。
本发明制备的生物质复合材料还可以做家居用品，产品富有淡淡的茶叶和咖啡味道，更加清香宜人。
具体实施方式
以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例一种以废茶叶为原料的生物基复合材料，其有以下组成：
废弃茶渣粉(200目)：40％；聚乳酸:15％；聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯：30％；三元接枝物改性剂：5％；柠檬酸：4％；甘油：5％；油酸酰胺：0.5％；抗氧剂：0.5％。
制备过程为：在高混锅内依次加入废弃茶渣粉、甘油、柠檬酸，随后在温度为100-120℃的环境下搅拌20-30min；然后加入油酸酰胺和抗氧剂，继续搅拌1-3min；接着将混合物放冷锅降温，待温度低于50℃时，加入聚乳酸、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯和三元接枝物改性剂，继续搅拌3-5min，使物料混合均匀；最后将所得混合料投入双螺杆挤出机里进行共混切粒，温度控制在160-175℃，最后进行烘干制得复合材料。制备后材料的粒子偏灰(颜色较深)，表面光滑，散发些许清香味道。
实施例2
本实施例一种以废茶叶为原料的生物基复合材料，其有以下组成：
废弃茶渣粉(200目)：34％；聚乳酸:19％；聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯：40％；三元接枝物改性剂：3％；柠檬酸：2％；甘油：1.7％；油酸酰胺：0.2％；抗氧剂：0.1％。
制备过程与实施例1相同。制备后材料的粒子偏灰(颜色偏淡)，表面光滑，散发些许清香味道。
实施例3
本实施例一种以废茶叶为原料的生物基复合材料，其有以下组成：
废弃茶渣粉(200目)：30％；聚乳酸:30％；聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯：35.7％；三元接枝物改性剂：2％；柠檬酸：1％；甘油：1％；油酸酰胺：0.1％；抗氧剂：0.2％。
制备过程与实施例1相同。制备后材料的粒子偏灰，表面略微粗糙，散发些许清香味道。
对比例1
本对比例一种以废茶叶为原料的生物基复合材料，其有以下组成：
废弃茶渣粉(200目)：40％；聚乳酸:15％；聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯：30％；EAA(乙烯、丙烯酸共聚物)：5％；柠檬酸：4％；甘油：5％；油酸酰胺：0.5％；抗氧剂：0.5％。
制备过程与实施例1相同。制备后材料的粒子偏灰，表面略微粗糙，散发些许清香味道。
选取实施例1-3进行测试。其中，本发明制备的复合材料通过注塑成样条，按照GB/T 1040.3-2018测试拉伸强度和断裂伸长率指标，按照GB/T 3682-2000测试熔指，按照GB/T1843-2008测试悬臂梁冲击强度，测试结果见表一。
表一
Figure BDA0002506181480000051
从表一可以看出，三元接枝改性剂添加后熔融指数明显降低，同时相较于对比例，在悬臂梁冲击强度、断裂伸长率和拉伸强度等力学性能上有明显提升。
本发明的有益效果是：
本发明通过对生物质废弃提取物(茶渣粉)进行回收、改性后制作复合材料，减少废弃物排放和实现资源再利用，更加环保。
本发明引入柠檬酸和甘油，对茶渣粉(羟基结构较多，亲水严重)进行酯化和分子间增塑，增加其疏水性和易塑性，使其更易在基体料(聚乳酸和聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯)里分散，有助于增加其填充比例。
本发明通过进一步引入三元接枝改性剂，使得茶渣粉与聚乳酸和聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯的相容性更好，分散更均匀，并且三元接枝物的支链和低交联结构极大的增加了材料熔体强度，使其加工性能和力学性能更佳、更稳定。
本发明制备的生物质复合材料还可以做家居用品，产品富有淡淡的茶叶和咖啡味道，更加清香宜人。
上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种以废茶叶为原料的生物基复合材料，其特征在于，包括以下组分：
Figure FDA0002506181470000011
2.根据权利要求1所述的一种以废茶叶为原料的生物基复合材料，其特征在于：所述废弃茶渣粉的粒径大小＞100目。
3.根据权利要求1所述的一种以废茶叶为原料的生物基复合材料，其特征在于：所述聚乳酸的光学纯度＜98％，熔点为150-170℃。
4.根据权利要求1所述的一种以废茶叶为原料的生物基复合材料，其特征在于：所述聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯的熔融指数＜10g/10min，熔点为110-130℃。
5.根据权利要求1所述的一种以废茶叶为原料的生物基复合材料，其特征在于：所述三元接枝物改性剂为纤维素与聚乳酸和聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯的接枝物。
6.根据权利要求1所述的一种以废茶叶为原料的生物基复合材料的制备方法，其特征在于：所述润滑剂为硬脂酸、硬脂酸丁酯、油酰胺、乙撑双硬脂酰胺、石蜡、聚乙烯蜡中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的一种以废茶叶为原料的生物基复合材料的制备方法，其特征在于：所述抗氧剂为胺类抗氧剂、酚类抗氧剂、硫代酯和亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或多种。
8.根据权利要求1-7所述的一种以废茶叶为原料的生物基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，
步骤一：将废茶叶碾碎成粒径为200目的废弃茶渣粉，在高混锅内依次加入废弃茶渣粉、甘油、柠檬酸，随后在温度为100-120℃的环境下搅拌20-30min；
步骤二：然后加入润滑剂和抗氧剂，继续搅拌1-3min；
步骤三：接着将混合物放入冷锅降温，待温度低于50℃时，加入聚乳酸、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯和三元接枝物改性剂，继续搅拌3-5min，使物料混合均匀；
步骤四：将步骤三所得混合料投入双螺杆挤出机里进行共混切粒，温度控制在160-175℃，最后进行烘干制得复合材料。
9.根据权利要求8所述的一种以废茶叶为原料的生物基复合材料的制备方法，其特征在于，所述三元接枝改性剂的制备方法为，
步骤(1)：将纤维素、聚乳酸和聚乳酸和聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯按照质量比为4：3：3的比例进行配比，然后进行干燥，干燥后，一起加入高速混合机中，同时加入甘油和过氧化物，甘油的质量为加入的纤维素、聚乳酸和聚乳酸和聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯这三者总质量的1-2％，过氧化物的质量为加入的纤维素、聚乳酸和聚乳酸和聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯这三者总质量的0.5-2％，随后由高速混合机进行混合均匀；
步骤(2)：将步骤(1)得到的混合物加入密炼机中进行密炼4-6min，即得三元接枝改性剂，密炼机的转速为40r/min，密炼温度为160-170℃。
10.根据权利要求9所述的一种以废茶叶为原料的生物基复合材料的制备方法，其特征在于：所述过氧化物为过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯、二叔丁基过氧化物、过氧化氢二异丙苯中的一种或多种。
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