CN112321903A - 一种可生物降解的复合塑料生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于环保可降解材料技术领域，尤其是一种可生物降解的复合塑料生产工艺，解决了现有技术中淀粉基可降解塑料拉伸强度低，阻燃性能差，耐候性不佳等问题，所述可生物降解的复合塑料生产工艺，包括以下步骤：将秸秆纤维浸渍在改性液中得改性秸秆纤维；将淀粉加入到水中混匀，加入双乙酰酒石酸单双甘油酯搅拌后，升温加入木瓜蛋白酶和改性秸秆纤维，处理得改性淀粉；将改性淀粉依次通过二级热气流悬浮处理得改性淀粉增强体；将改性淀粉增强体、聚乳酸、椰子油醇和磷酸氢锆共同混匀后挤出造粒即得。本发明制备工艺简单，绿色环保，制得的可生物降解塑料阻燃性好，耐候性好，拉伸强度高达39.5Mpa。

Description

一种可生物降解的复合塑料生产工艺
技术领域
本发明涉及环保可降解材料技术领域，尤其涉及一种可生物降解的复合塑料生产工艺。
背景技术
塑料从诞生之日起，以其质轻、强度高、耐腐蚀等优良特性及低廉的价格迅速进人人类生活及工农业生产，井获得了广泛的应用，但同时暴露出填埋、焚烧塑料垃圾时的种种弊端。
随着人们的环保意识日益增强，环保可降解材料倍受欢迎。而生物塑料具有制造不用石油产品、使用后会自我分解等优点，即将代替传统塑料走入我们的生活。生物塑料指以淀粉等天然物质为基础在微生物作用下生成的塑料，它具有可再生性，因此十分环保。现有技术中，有人利用玉米淀粉和土豆淀粉为原料，现有技术利用双螺杆挤压机在一定的温度下通过螺杆对淀粉施加压力，使其中的蛋白发生改性，挤压成型为可降解性塑料；但上述方法制得的可降解塑料试件的具有拉伸强度低，阻燃性能差，耐候性不佳等缺陷，其综合性能很难满足特殊塑料的需求。
随着消费者对塑料产品偏好的逐渐转移，可再生环保材料受市场追捧热度不断升温，生物基塑料市场需求力度加大。我国一些科研单位对生物降解塑科已有研究和试用，但并末得到普通认识和形成大规模生产。基于上述陈述，本发明提出了一种可生物降解的复合塑料生产工艺。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中淀粉基可降解塑料拉伸强度低，阻燃性能差，耐候性不佳，综合性能很难满足特殊塑料的需求等问题，而提出的一种可生物降解的复合塑料生产工艺。
一种可生物降解的复合塑料生产工艺，包括以下步骤：
S1、将秸秆纤维浸渍在改性液中，升温至55-75℃，研磨处理10-20min，使改性液渗透秸秆纤维，然后在80-100℃干燥，得改性秸秆纤维；
S2、按重量份计，将50-70份的淀粉加入到80-100份的水中搅拌混合均匀，加入5-10份的双乙酰酒石酸单双甘油酯搅拌处理20-40min，然后升温至40-60℃，加入2-5份的木瓜蛋白酶和15-25份的改性秸秆纤维，继续搅拌处理1-2h，得改性淀粉；
S3、将改性淀粉转入二级加热流化床，依次通过第一级热气流悬浮处理和第二级热气流悬浮处理，得改性淀粉增强体；
S4、按重量份计，将60-80份的改性淀粉增强体、20-30份的聚乳酸、7-15份的椰子油醇和8-12份的磷酸氢锆共同加入到高速混合机中，混合均匀后经双螺杆挤出机挤出，造粒即得可生物降解的复合塑料。
优选的，所述步骤S1中所述改性液由以下方法制得：按质量比5-10:2-5:1:1-3，将环氧丙烷与丙三醇加入到液体混合机中，65-85℃搅拌混合均匀，然后降温至40-50℃加入甲苯和松香酸，继续搅拌混合均匀得改性液。
优选的，所述步骤S2中的淀粉为任意比例的玉米淀粉和土豆淀粉的混合物。
优选的，所述步骤S2中原料按重量份计，包括55-65份的淀粉、85-95份的水、6-8份的双乙酰酒石酸单双甘油酯、3-4份的木瓜蛋白酶、18-22份的改性秸秆纤维。
优选的，所述步骤S2中原料按重量份计，包括60份的淀粉、90份的水、7份的双乙酰酒石酸单双甘油酯、3.5份的木瓜蛋白酶、20份的改性秸秆纤维。
优选的，所述步骤S2中升温速率为1-3℃/min。
优选的，所述步骤S3中第一级流化床热气流温度为80-110℃，第二级流化床热气流温度为130-150℃。
优选的，所述步骤S4中原料按重量份计，包括65-75份的改性淀粉增强体、22-28份的聚乳酸、8-14份的椰子油醇和9-11份的磷酸氢锆。
优选的，所述步骤S4中原料按重量份计，包括70份的改性淀粉增强体、25份的聚乳酸、12份的椰子油醇和10份的磷酸氢锆。
优选的，所述步骤S4中双螺杆挤出机温度为78-98℃，螺杆回转速度为100-120r/min，喂料速度为60-80g/min。
本发明提出的一种可生物降解的复合塑料生产工艺，具有以下有益效果：
1、本发明选用原料主要为玉米淀粉、土豆淀粉和秸秆纤维，原料安全环保、来源广，成本低廉；本发明利用改性液将秸秆纤维改性，然后利用双乙酰酒石酸单双甘油酯、木瓜蛋白酶和改性秸秆纤维处理淀粉获得改性淀粉；最后将改性淀粉加热处理后与聚乳酸、椰子油醇和磷酸氢锆共混挤出制得可生物降解的复合塑料；本发明制备工艺简单，绿色环保，制得的可生物降解塑料阻燃性好，耐候性好，拉伸强度高达39.5Mpa。
2、本发明采用合适配比的环氧丙烷、丙三醇、甲苯和松香酸复配制得改性液，利用改性液浸渍处理秸秆纤维，大大提高了秸秆纤维的疏水性、分散性与相容性。
3、本发明利用双乙酰酒石酸单双甘油酯、木瓜蛋白酶和改性秸秆纤维处理淀粉获得改性淀粉，采用所述改性淀粉制得的可生物降解复合材料具有良好的光降解性和化学催化降解性能，可被完全降解且不产生有害物质，安全环保，可得广泛应用。
4、本发明采用改性淀粉与聚乳酸共混制成可生物降解的复合塑料，共混过程中，通过共同加入椰子油醇和磷酸氢锆，能够显著改善所得复合塑料的阻燃性。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
实施例一
本发明提出的一种可生物降解的复合塑料生产工艺，包括以下步骤：
S1、将秸秆纤维浸渍在改性液中，升温至55℃，研磨处理10min，使改性液渗透秸秆纤维，然后在80℃干燥，得改性秸秆纤维，其中改性液由以下方法制得：按质量比5:2:1:1，将环氧丙烷与丙三醇加入到液体混合机中，65℃搅拌混合均匀，然后降温至40℃加入甲苯和松香酸，继续搅拌混合均匀得改性液；
S2、按重量份计，将50份的淀粉加入到80份的水中搅拌混合均匀，加入5份的双乙酰酒石酸单双甘油酯搅拌处理20min，然后升温至40℃，升温速率为1℃/min，加入2份的木瓜蛋白酶和15份的改性秸秆纤维，继续搅拌处理1h，得改性淀粉，其中，淀粉为质量比为3:1的玉米淀粉和土豆淀粉的混合物；
S3、将改性淀粉转入二级加热流化床，依次通过温度为80℃的第一级热气流悬浮处理和温度为130℃的第二级热气流悬浮处理，得改性淀粉增强体；
S4、按重量份计，将60份的改性淀粉增强体、20份的聚乳酸、7份的椰子油醇和8份的磷酸氢锆共同加入到高速混合机中，混合均匀后经双螺杆挤出机挤出，造粒即得可生物降解的复合塑料，其中双螺杆挤出机温度为78℃，螺杆回转速度为100r/min，喂料速度为60g/min。
实施例二
本发明提出的一种可生物降解的复合塑料生产工艺，包括以下步骤：
S1、将秸秆纤维浸渍在改性液中，升温至60℃，研磨处理12min，使改性液渗透秸秆纤维，然后在85℃干燥，得改性秸秆纤维，其中改性液由以下方法制得：按质量比6:2.5:1:1.5，将环氧丙烷与丙三醇加入到液体混合机中，70℃搅拌混合均匀，然后降温至42℃加入甲苯和松香酸，继续搅拌混合均匀得改性液；
S2、按重量份计，将55份的淀粉加入到85份的水中搅拌混合均匀，加入6份的双乙酰酒石酸单双甘油酯搅拌处理25min，然后升温至45℃，升温速率为1.5℃/min，加入2.5份的木瓜蛋白酶和18份的改性秸秆纤维，继续搅拌处理1.2h，得改性淀粉，其中，淀粉为质量比为2:1的玉米淀粉和土豆淀粉的混合物；
S3、将改性淀粉转入二级加热流化床，依次通过温度为90℃的第一级热气流悬浮处理和温度为135℃的第二级热气流悬浮处理，得改性淀粉增强体；
S4、按重量份计，将65份的改性淀粉增强体、22份的聚乳酸、9份的椰子油醇和9份的磷酸氢锆共同加入到高速混合机中，混合均匀后经双螺杆挤出机挤出，造粒即得可生物降解的复合塑料，其中双螺杆挤出机温度为83℃，螺杆回转速度为105r/min，喂料速度为65g/min。
实施例三
本发明提出的一种可生物降解的复合塑料生产工艺，包括以下步骤：
S1、将秸秆纤维浸渍在改性液中，升温至65℃，研磨处理15min，使改性液渗透秸秆纤维，然后在90℃干燥，得改性秸秆纤维，其中改性液由以下方法制得：按质量比8:3.5:1:2，将环氧丙烷与丙三醇加入到液体混合机中，75℃搅拌混合均匀，然后降温至45℃加入甲苯和松香酸，继续搅拌混合均匀得改性液；
S2、按重量份计，将60份的淀粉加入到90份的水中搅拌混合均匀，加入8份的双乙酰酒石酸单双甘油酯搅拌处理30min，然后升温至50℃，升温速率为2℃/min，加入3.5份的木瓜蛋白酶和20份的改性秸秆纤维，继续搅拌处理1.5h，得改性淀粉，其中，淀粉为质量比为1:1的玉米淀粉和土豆淀粉的混合物；
S3、将改性淀粉转入二级加热流化床，依次通过温度为95℃的第一级热气流悬浮处理和温度为140℃的第二级热气流悬浮处理，得改性淀粉增强体；
S4、按重量份计，将70份的改性淀粉增强体、25份的聚乳酸、12份的椰子油醇和10份的磷酸氢锆共同加入到高速混合机中，混合均匀后经双螺杆挤出机挤出，造粒即得可生物降解的复合塑料，其中双螺杆挤出机温度为88℃，螺杆回转速度为110r/min，喂料速度为70g/min。
实施例四
本发明提出的一种可生物降解的复合塑料生产工艺，包括以下步骤：
S1、将秸秆纤维浸渍在改性液中，升温至70℃，研磨处理18min，使改性液渗透秸秆纤维，然后在90℃干燥，得改性秸秆纤维，其中改性液由以下方法制得：按质量比8:4:1:2.5，将环氧丙烷与丙三醇加入到液体混合机中，80℃搅拌混合均匀，然后降温至48℃加入甲苯和松香酸，继续搅拌混合均匀得改性液；
S2、按重量份计，将65份的淀粉加入到95份的水中搅拌混合均匀，加入9份的双乙酰酒石酸单双甘油酯搅拌处理35min，然后升温至55℃，升温速率为2.5℃/min，加入4份的木瓜蛋白酶和22份的改性秸秆纤维，继续搅拌处理1.8h，得改性淀粉，其中，淀粉为质量比为1:2的玉米淀粉和土豆淀粉的混合物；
S3、将改性淀粉转入二级加热流化床，依次通过温度为100℃的第一级热气流悬浮处理和温度为145℃的第二级热气流悬浮处理，得改性淀粉增强体；
S4、按重量份计，将75份的改性淀粉增强体、28份的聚乳酸、14份的椰子油醇和11份的磷酸氢锆共同加入到高速混合机中，混合均匀后经双螺杆挤出机挤出，造粒即得可生物降解的复合塑料，其中双螺杆挤出机温度为93℃，螺杆回转速度为115r/min，喂料速度为75g/min。
实施例五
本发明提出的一种可生物降解的复合塑料生产工艺，包括以下步骤：
S1、将秸秆纤维浸渍在改性液中，升温至75℃，研磨处理20min，使改性液渗透秸秆纤维，然后在100℃干燥，得改性秸秆纤维，其中改性液由以下方法制得：按质量比10:5:1:3，将环氧丙烷与丙三醇加入到液体混合机中，85℃搅拌混合均匀，然后降温至50℃加入甲苯和松香酸，继续搅拌混合均匀得改性液；
S2、按重量份计，将70份的淀粉加入到100份的水中搅拌混合均匀，加入10份的双乙酰酒石酸单双甘油酯搅拌处理40min，然后升温至60℃，升温速率为3℃/min，加入5份的木瓜蛋白酶和25份的改性秸秆纤维，继续搅拌处理2h，得改性淀粉，其中，淀粉为质量比为1:3的玉米淀粉和土豆淀粉的混合物；
S3、将改性淀粉转入二级加热流化床，依次通过温度为110℃的第一级热气流悬浮处理和温度为150℃的第二级热气流悬浮处理，得改性淀粉增强体；
S4、按重量份计，将80份的改性淀粉增强体、30份的聚乳酸、15份的椰子油醇和12份的磷酸氢锆共同加入到高速混合机中，混合均匀后经双螺杆挤出机挤出，造粒即得可生物降解的复合塑料，其中双螺杆挤出机温度为98℃，螺杆回转速度为120r/min，喂料速度为80g/min。
对比例一
本发明提出的一种可生物降解的复合塑料生产工艺，包括以下步骤：
S1、按重量份计，将60份的淀粉加入到90份的水中搅拌混合均匀，加入8份的双乙酰酒石酸单双甘油酯搅拌处理30min，然后升温至50℃，升温速率为2℃/min，加入3.5份的木瓜蛋白酶和20份的秸秆纤维，继续搅拌处理1.5h，得改性淀粉，其中，淀粉为质量比为1:1的玉米淀粉和土豆淀粉的混合物；
S2、将改性淀粉转入二级加热流化床，依次通过温度为95℃的第一级热气流悬浮处理和温度为140℃的第二级热气流悬浮处理，得改性淀粉增强体；
S3、按重量份计，将70份的改性淀粉增强体、25份的聚乳酸、12份的椰子油醇和10份的磷酸氢锆共同加入到高速混合机中，混合均匀后经双螺杆挤出机挤出，造粒即得可生物降解的复合塑料，其中双螺杆挤出机温度为88℃，螺杆回转速度为110r/min，喂料速度为70g/min。
对比例二
本发明提出的一种可生物降解的复合塑料生产工艺，包括以下步骤：
S1、将秸秆纤维浸渍在改性液中，升温至65℃，研磨处理15min，使改性液渗透秸秆纤维，然后在90℃干燥，得改性秸秆纤维，其中改性液由以下方法制得：按质量比8:3.5:1:2，将环氧丙烷与丙三醇加入到液体混合机中，75℃搅拌混合均匀，然后降温至45℃加入甲苯和松香酸，继续搅拌混合均匀得改性液；
S2、按重量份计，将60份的淀粉加入到90份的水中搅拌混合均匀，加入8份的双乙酰酒石酸单双甘油酯搅拌处理30min，然后升温至50℃，升温速率为2℃/min，加入3.5份的木瓜蛋白酶和20份的改性秸秆纤维，继续搅拌处理1.5h，得改性淀粉，其中，淀粉为质量比为1:1的玉米淀粉和土豆淀粉的混合物；
S3、按重量份计，将70份的改性淀粉、25份的聚乳酸、12份的椰子油醇和10份的磷酸氢锆共同加入到高速混合机中，混合均匀后经双螺杆挤出机挤出，造粒即得可生物降解的复合塑料，其中双螺杆挤出机温度为88℃，螺杆回转速度为110r/min，喂料速度为70g/min。
对比例三
本发明提出的一种可生物降解的复合塑料生产工艺，包括以下步骤：
S1、将秸秆纤维浸渍在改性液中，升温至65℃，研磨处理15min，使改性液渗透秸秆纤维，然后在90℃干燥，得改性秸秆纤维，其中改性液由以下方法制得：按质量比8:3.5:1:2，将环氧丙烷与丙三醇加入到液体混合机中，75℃搅拌混合均匀，然后降温至45℃加入甲苯和松香酸，继续搅拌混合均匀得改性液；
S2、按重量份计，将60份的淀粉加入到90份的水中搅拌混合均匀，加入8份的双乙酰酒石酸单双甘油酯搅拌处理30min，然后升温至50℃，升温速率为2℃/min，加入3.5份的木瓜蛋白酶和20份的改性秸秆纤维，继续搅拌处理1.5h，得改性淀粉，其中，淀粉为质量比为1:1的玉米淀粉和土豆淀粉的混合物；
S3、将改性淀粉转入二级加热流化床，依次通过温度为95℃的第一级热气流悬浮处理和温度为140℃的第二级热气流悬浮处理，得改性淀粉增强体；
S4、按重量份计，将70份的改性淀粉增强体、25份的聚乳酸和10份的磷酸氢锆共同加入到高速混合机中，混合均匀后经双螺杆挤出机挤出，造粒即得可生物降解的复合塑料，其中双螺杆挤出机温度为88℃，螺杆回转速度为110r/min，喂料速度为70g/min。
对比例四
本发明提出的一种可生物降解的复合塑料生产工艺，包括以下步骤：
S1、将秸秆纤维浸渍在改性液中，升温至65℃，研磨处理15min，使改性液渗透秸秆纤维，然后在90℃干燥，得改性秸秆纤维，其中改性液由以下方法制得：按质量比8:3.5:1:2，将环氧丙烷与丙三醇加入到液体混合机中，75℃搅拌混合均匀，然后降温至45℃加入甲苯和松香酸，继续搅拌混合均匀得改性液；
S2、按重量份计，将60份的淀粉加入到90份的水中搅拌混合均匀，加入8份的双乙酰酒石酸单双甘油酯搅拌处理30min，然后升温至50℃，升温速率为2℃/min，加入3.5份的木瓜蛋白酶和20份的改性秸秆纤维，继续搅拌处理1.5h，得改性淀粉，其中，淀粉为质量比为1:1的玉米淀粉和土豆淀粉的混合物；
S3、将改性淀粉转入二级加热流化床，依次通过温度为95℃的第一级热气流悬浮处理和温度为140℃的第二级热气流悬浮处理，得改性淀粉增强体；
S4、按重量份计，将70份的改性淀粉增强体、25份的聚乳酸和12份的椰子油醇共同加入到高速混合机中，混合均匀后经双螺杆挤出机挤出，造粒即得可生物降解的复合塑料，其中双螺杆挤出机温度为88℃，螺杆回转速度为110r/min，喂料速度为70g/min。
分别测试实施例一-五以及对比例一-四制备的可生物降解的复合塑料的性能，得出如下结果：
表1：
Figure BDA0002815352600000131
注：老化后拉伸强度指：将制得的耐候聚丙烯样品置于紫外灯下辐射60天后测得的拉伸强度；
腐蚀后拉伸强度指：将制得的耐候聚丙烯样品置于浓度为10％的NaOH水溶液中，在90℃下煮8h后，取出并在温度为23℃，湿度为50％的环境下放置24h后测得的拉伸强度。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可生物降解的复合塑料生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将秸秆纤维浸渍在改性液中，升温至55-75℃，研磨处理10-20min，使改性液渗透秸秆纤维，然后在80-100℃干燥，得改性秸秆纤维；
S2、按重量份计，将50-70份的淀粉加入到80-100份的水中搅拌混合均匀，加入5-10份的双乙酰酒石酸单双甘油酯搅拌处理20-40min，然后升温至40-60℃，加入2-5份的木瓜蛋白酶和15-25份的改性秸秆纤维，继续搅拌处理1-2h，得改性淀粉；
S3、将改性淀粉转入二级加热流化床，依次通过第一级热气流悬浮处理和第二级热气流悬浮处理，得改性淀粉增强体；
S4、按重量份计，将60-80份的改性淀粉增强体、20-30份的聚乳酸、7-15份的椰子油醇和8-12份的磷酸氢锆共同加入到高速混合机中，混合均匀后经双螺杆挤出机挤出，造粒即得可生物降解的复合塑料。
2.根据权利要求1所述的一种可生物降解的复合塑料生产工艺，其特征在于，所述步骤S1中所述改性液由以下方法制得：按质量比5-10:2-5:1:1-3，将环氧丙烷与丙三醇加入到液体混合机中，65-85℃搅拌混合均匀，然后降温至40-50℃加入甲苯和松香酸，继续搅拌混合均匀得改性液。
3.根据权利要求1所述的一种可生物降解的复合塑料生产工艺，其特征在于，所述步骤S2中的淀粉为任意比例的玉米淀粉和土豆淀粉的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种可生物降解的复合塑料生产工艺，其特征在于，所述步骤S2中原料按重量份计，包括55-65份的淀粉、85-95份的水、6-8份的双乙酰酒石酸单双甘油酯、3-4份的木瓜蛋白酶、18-22份的改性秸秆纤维。
5.根据权利要求1所述的一种可生物降解的复合塑料生产工艺，其特征在于，所述步骤S2中原料按重量份计，包括60份的淀粉、90份的水、7份的双乙酰酒石酸单双甘油酯、3.5份的木瓜蛋白酶、20份的改性秸秆纤维。
6.根据权利要求1所述的一种可生物降解的复合塑料生产工艺，其特征在于，所述步骤S2中升温速率为1-3℃/min。
7.根据权利要求1所述的一种可生物降解的复合塑料生产工艺，其特征在于，所述步骤S3中第一级流化床热气流温度为80-110℃，第二级流化床热气流温度为130-150℃。
8.根据权利要求1所述的一种可生物降解的复合塑料生产工艺，其特征在于，所述步骤S4中原料按重量份计，包括65-75份的改性淀粉增强体、22-28份的聚乳酸、8-14份的椰子油醇和9-11份的磷酸氢锆。
9.根据权利要求1所述的一种可生物降解的复合塑料生产工艺，其特征在于，所述步骤S4中原料按重量份计，包括70份的改性淀粉增强体、25份的聚乳酸、12份的椰子油醇和10份的磷酸氢锆。
10.根据权利要求1所述的一种可生物降解的复合塑料生产工艺，其特征在于，所述步骤S4中双螺杆挤出机温度为78-98℃，螺杆回转速度为100-120r/min，喂料速度为60-80g/min。
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