CN112662016A - 一种非透气生物降解树脂及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非透气生物降解树脂，按照重量份数包括以下各组分：玉米淀粉60‑70份，PBAT18‑22份，大分子偶联剂1‑2份以及淀粉增塑混料6‑9份；本发明与现有技术相比，本发明通过淀粉增塑混料来对玉米淀粉进行改性，形成改性接枝共聚物，以提高玉米淀粉的塑性，使其具有一定的韧性；然后通过大分子偶联剂提高PBAT与改性后的玉米淀粉之间的融合能力，提高非透气生物降解树脂的力学性能；本发明中的PBAT和玉米淀粉均为可降解物质，能够符合市场需求。
Description
技术领域
本发明涉及树脂制备技术领域，具体涉及一种非透气生物降解树脂及其加工方法。
背景技术
塑料比强度高、质量轻、难锈蚀、有一定的绝热和绝缘性以及具有与金属材料某些相似性能，因而20世纪80年代以来，塑料工业突飞猛进，塑料生产技术有了很大的发展，塑料已经渗透到工业、农业、国防以及人们生产和生活的各个领域，与混凝土、钢铁和木材并称四大工业材料。
当前全球塑料产量增长速度惊人，塑料的使用却面临巨大的挑战。由于材料在自然界中很难降解，使用后产生了大量的固体废弃物，对环境造成了严重的污染。现在处理这些塑料垃圾时大部分采用焚烧和掩埋的方法，但都未能真正解决问题；废弃塑料制品及塑料薄膜与生活垃圾共同焚烧时，将对环境造成严重的二次污染，掩埋塑料废弃物则既会影响土壤透气性，也会阻碍水分流动和作物根系的生长和发育，且塑料废弃物的降解速度非常缓慢，数据表明聚乙烯，聚丙烯等塑料的降解时间至少需要300年以上。为了减轻废弃塑料对环境的污染，多年来人们尝试开发可降解塑料，用以代替普通塑料制品。
近年来，降解塑料的开发应用，在塑料的快速降解，塑料的减量化方面取得的成果，已引起许多人的兴趣，人们希望通过对降解塑料的开发应用，解决日益严重的废弃塑料垃圾及废弃塑料对环境污染的问题。同时，降解塑料的研究开发以及降解塑料应用中出现的问题，又不断引导人们研究新的更适用的降解塑料，从而提升塑料工业化生产的技术水平。降解塑料中的淀粉塑料，根据其中淀粉含量的多少可以分为三大类：填充型淀粉塑料、共混型淀粉塑料和全淀粉塑料。填充型淀粉塑料的一个明显缺点是淀粉含量太低，也就是能降解的组分太少。全淀粉塑料对湿度变化相当敏感，吸水后制品的力学性能明显降低，因此应用范围受到了限制；另外，由于在放置过程中易发生重结晶，导致其制品的尺寸稳定性差并且易变脆，以致无法完成满足使用的要求。由淀粉与疏水性合成聚合物(目前研究的多为脂肪族聚酯及其共聚物)共混得到的淀粉塑料具有良好的生物降解性，但两相的相容性不佳，因此不能得到满意力学性能的材料。
发明内容
针对现有技术中所存在的不足，本发明的目的在于提供一种非透气生物降解树脂，以解决现有技术中，制备的淀粉塑料相容性较差，导致其力学性能差的问题。
为实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：一种非透气生物降解树脂，按照重量份数包括以下各组分：
玉米淀粉 60-70份；
PBAT 18-22份；
大分子偶联剂 1-2份；
淀粉增塑混料 6-9份。
进一步，所述淀粉增塑混料包括按比例混合的水、引发剂和多元醇，其中水、引发剂和多元醇之间的比例为10：(0.4-0.6)：(1.6-3)。
进一步，所述大分子偶联剂为马来酸酐和顺酐中的一种或两种。
进一步，所述引发剂是由Fe(OH)2与H2O2混合而成。
进一步，所述多元醇为甘油和聚乙烯醇中的一种或两种。
为实现上述目的，本发明还采用了如下的技术方案：一种非透气生物降解树脂的加工方法，包括以下步骤：
S1，按比例称量好各组分，后将玉米淀粉与淀粉增塑混料加入到反应器中，反应器内的反应温度为40-45℃；
S2，将步骤S1制备的产物加入至烘干机中进行烘干处理，烘干机的烘干温度为50-60℃；
S3，将烘干后的产物加入到制粒机中加工制得粒径为1-2cm的颗粒；
S4，将S3中制得的颗粒以及称量好的PBAT和大分子偶联剂加入至混料机中，再加入100-150颗钢珠加入至混料机中混合25-30min，每个钢珠的粒径为3-4cm；
S5，混合均匀后通过混料机的排料口处设置的过滤网将钢珠滞留在混料机内，再将混合后的混合物加入到双螺杆挤出机中进行挤出加工，双螺杆挤出机的螺杆转速为90-100r/min，挤出温度为100-120℃。
相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、本发明通过淀粉增塑混料来对玉米淀粉进行改性，形成改性接枝共聚物，以提高玉米淀粉的塑性，使其具有一定的韧性；然后通过大分子偶联剂提高PBAT与改性后的玉米淀粉之间的融合能力，提高非透气生物降解树脂的力学性能；
2、本发明中的PBAT和玉米淀粉均为可降解物质，能够符合市场需求；
3、本发明中通过烘干机对改性后的玉米淀粉进行烘干处理，除去改性后的玉米淀粉中的水分，避免水分增加制得的非透气生物降解树脂的脆性；
4、本发明中通过在混料机中加入大颗粒的钢珠是为了提高改性后的玉米淀粉、PBAT和大分子偶联剂在相同时间内的混合均匀度，同时钢珠在混料机中进行翻滚的过程中引入了铁元素，能够进一步提高制备的非透气生物降解树脂的塑性。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
实施例1
一种非透气生物降解树脂，按照重量份数包括以下各组分：60份的玉米淀粉，18份的PBAT，1份的马来酸酐，30份的水，0.4份的Fe(OH)2、0.8份的H2O2以及4.8份的甘油。
该非透气生物降解树脂的加工方法，包括以下步骤：
1、将玉米淀粉、水、Fe(OH)2、H2O2和甘油加入到反应器中，反应器内的反应温度为40℃；水作为反应环境，Fe(OH)2提供亚铁离子与H2O2配合作为引发剂引发甘油和玉米淀粉来进行接枝共聚合，对玉米淀粉进行改性，来提高玉米淀粉的塑性；
2、将上述制备的产物加入至烘干机中进行烘干处理，烘干机的烘干温度为50℃；以除去改性后的玉米淀粉中的水分，同时还便于下一工序的加工；
3、将烘干后的产物加入到制粒机中加工制得粒径为1-2cm的颗粒；将改性的后玉米淀粉加工成一定粒度的颗粒，便于其与后续的组分进行快速的混合，且有利于与后续中的搅拌辅助物进行分离；
4、将上述制备的改性玉米淀粉颗粒与PBAT和马来酸酐加入至混料机中，再加入100-150颗钢珠加入至混料机中混合25min，每个钢珠的粒径为3-4cm；PBAT和马来酸酐均呈与改性玉米淀粉颗粒大小相近的颗粒，通过钢珠的加入来使在单位时间内的混合效率更高，各组分之间的混合后更加的均匀；
5、混合均匀后通过混料机的排料口处设置的过滤网将钢珠滞留在混料机内，再将混合后的混合物加入到双螺杆挤出机中进行挤出加工，双螺杆挤出机的螺杆转速为90r/min，挤出温度为100℃；上一步骤中钢珠在混料机中进行翻滚的过程中使得改性玉米淀粉颗粒、PBAT和马来酸酐上粘附有铁离子，在双螺杆挤出机中进行挤出过程中，能够使还未从双螺杆挤出机内挤出时处于熔融状态的混合物能够进一步塑化，以进一步提高制备的非透气生物降解树脂的塑性。
实施例2
一种非透气生物降解树脂，按照重量份数包括以下各组分：70份的玉米淀粉，22份的PBAT，2份的马来酸酐，28.7份的水，0.6份的Fe(OH)2、1.1份的H2O2以及8.6份的甘油。
该非透气生物降解树脂的加工方法，包括以下步骤：
1、将玉米淀粉、水、Fe(OH)2、H2O2和甘油加入到反应器中，反应器内的反应温度为45℃；
2、将上述制备的产物加入至烘干机中进行烘干处理，烘干机的烘干温度为60℃；
3、将烘干后的产物加入到制粒机中加工制得粒径为1-2cm的颗粒；
4、将上述制备的改性玉米淀粉颗粒、PBAT和马来酸酐加入至混料机中，再加入100-150颗钢珠加入至混料机中混合30min，每个钢珠的粒径为3-4cm；
5、混合均匀后通过混料机的排料口处设置的过滤网将钢珠滞留在混料机内，再将混合后的混合物加入到双螺杆挤出机中进行挤出加工，双螺杆挤出机的螺杆转速为100r/min，挤出温度为120℃。
实施例3
一种非透气生物降解树脂，按照重量份数包括以下各组分：62份的玉米淀粉，19份的PBAT，1.4份的顺酐，30份的水，0.6份的Fe(OH)2、1.2份的H2O2以及5.2份的聚乙烯醇。
该非透气生物降解树脂的加工方法，包括以下步骤：
1、将玉米淀粉、水、Fe(OH)2、H2O2和聚乙烯醇加入到反应器中，反应器内的反应温度为42℃；
2、将上述制备的产物加入至烘干机中进行烘干处理，烘干机的烘干温度为52℃；
3、将烘干后的产物加入到制粒机中加工制得粒径为1-2cm的颗粒；
4、将上述制备的改性玉米淀粉颗粒、PBAT和顺酐加入至混料机中，再加入100-150颗钢珠加入至混料机中混合30min，每个钢珠的粒径为3-4cm；
5、混合均匀后通过混料机的排料口处设置的过滤网将钢珠滞留在混料机内，再将混合后的混合物加入到双螺杆挤出机中进行挤出加工，双螺杆挤出机的螺杆转速为102r/min，挤出温度为104℃。
实施例4
一种非透气生物降解树脂，按照重量份数包括以下各组分：64份的玉米淀粉，20份的PBAT，0.8份的顺酐，0.8份的马来酸酐、29.4份的水，0.5份的Fe(OH)2、1份的H2O2、3.3份的聚乙烯醇以及3.4份的甘油。
该非透气生物降解树脂的加工方法，包括以下步骤：
1、将玉米淀粉、水、Fe(OH)2、H2O2、聚乙烯醇和甘油加入到反应器中，反应器内的反应温度为43℃；
2、将上述制备的产物加入至烘干机中进行烘干处理，烘干机的烘干温度为55℃；
3、将烘干后的产物加入到制粒机中加工制得粒径为1-2cm的颗粒；
4、将上述制备的改性玉米淀粉颗粒、PBAT、顺酐和马来酸酐加入至混料机中，再加入100-150颗钢珠加入至混料机中混合30min，每个钢珠的粒径为3-4cm；
5、混合均匀后通过混料机的排料口处设置的过滤网将钢珠滞留在混料机内，再将混合后的混合物加入到双螺杆挤出机中进行挤出加工，双螺杆挤出机的螺杆转速为106r/min，挤出温度为110℃。
实施例5
一种非透气生物降解树脂，按照重量份数包括以下各组分：66份的玉米淀粉，21份的PBAT，1份的顺酐，0.8份的马来酸酐、28.8份的水，0.4份的Fe(OH)2、0.8份的H2O2、4份的聚乙烯醇以及4份的甘油。
该非透气生物降解树脂的加工方法，包括以下步骤：
1、将玉米淀粉、水、Fe(OH)2、H2O2、聚乙烯醇和甘油加入到反应器中，反应器内的反应温度为43℃；
2、将上述制备的产物加入至烘干机中进行烘干处理，烘干机的烘干温度为57℃；
3、将烘干后的产物加入到制粒机中加工制得粒径为1-2cm的颗粒；
4、将上述制备的改性玉米淀粉颗粒、PBAT、顺酐和马来酸酐加入至混料机中，再加入100-150颗钢珠加入至混料机中混合30min，每个钢珠的粒径为3-4cm；
5、混合均匀后通过混料机的排料口处设置的过滤网将钢珠滞留在混料机内，再将混合后的混合物加入到双螺杆挤出机中进行挤出加工，双螺杆挤出机的螺杆转速为108r/min，挤出温度为116℃。
对比例1
一种非透气生物降解树脂，按照重量份数包括以下各组分：66份的玉米淀粉，21份的PBAT，1份的顺酐，0.8份的马来酸酐、28.8份的水，0.4份的Fe(OH)2、0.8份的H2O2、4份的聚乙烯醇以及4份的甘油。
该非透气生物降解树脂的加工方法，包括以下步骤：
1、将玉米淀粉、水、Fe(OH)2、H2O2、聚乙烯醇和甘油加入到反应器中，反应器内的反应温度为43℃；
2、将上述制备的产物加入至烘干机中进行烘干处理，烘干机的烘干温度为57℃；
3、将烘干后的产物加入到制粒机中加工制得粒径为1-2cm的颗粒；
4、将上述制备的改性玉米淀粉颗粒、PBAT、顺酐和马来酸酐加入至混料机中混合30min；
5、将混合后的混合物加入到双螺杆挤出机中进行挤出加工，双螺杆挤出机的螺杆转速为108r/min，挤出温度为116℃。
对比例2
一种非透气生物降解树脂，按照重量份数包括以下各组分：70份的玉米淀粉，22份的PBAT，2份的马来酸酐，28.7份的水，0.6份的Fe(OH)2、1.1份的H2O2以及8.6份的甘油。
该非透气生物降解树脂的加工方法，包括以下步骤：
1、将玉米淀粉、水、Fe(OH)2、H2O2和甘油加入到反应器中，反应器内的反应温度为45℃；
2、将上述制备的产物加入至烘干机中进行烘干处理，烘干机的烘干温度为60℃；
3、将烘干后的产物加入到制粒机中加工制得粒径为1-2cm的颗粒；
4、将上述制备的改性玉米淀粉颗粒、PBAT和马来酸酐加入至混料机中混合30min；
5、再将混合后的混合物加入到双螺杆挤出机中进行挤出加工，双螺杆挤出机的螺杆转速为100r/min，挤出温度为120℃。
将实施例1-实施例5以及对比例1-对比例2制备的非透气生物降解树脂进行力学性能，得到如表1所示的结果：
表1
从表1中的数据可以分析出：实施例1-实施例5制得的非透气生物降解树脂的力学性能均大于行业标准，且实施例1-实施例5制得的非透气生物降解树脂与对比例1-对比例2进行对比，说明在PBAT、大分子偶联剂与改性后的玉米淀粉在混料机中进行混合过程中加入钢珠有利于提高制备后的非透气生物降解树脂的力学性能。
将实施例1-实施例5以及对比例1-对比例2制备的非透气生物降解树脂进行降解性能，得到如表2所示的结果：
表2
通过实施例1-实施例5以及对比例1-对比例2制备的非透气生物降解树脂通过12周后的生物降解率能够达到98％以上，能够符合市场需求。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种非透气生物降解树脂，其特征在于，按照重量份数包括以下各组分：
2.根据权利要求1所述的一种非透气生物降解树脂，其特征在于：所述淀粉增塑混料包括按比例混合的水、引发剂和多元醇，其中水、引发剂和多元醇之间的比例为10：(0.4-0.6)：(1.6-3)。
3.根据权利要求1所述的一种非透气生物降解树脂，其特征在于：所述大分子偶联剂为马来酸酐和顺酐中的一种或两种。
4.根据权利要求2所述的一种非透气生物降解树脂，其特征在于：所述引发剂是由Fe(OH)2与H2O2混合而成。
5.根据权利要求2所述的一种非透气生物降解树脂，其特征在于：所述多元醇为甘油和聚乙烯醇中的一种或两种。
6.一种用于制备权利要求1-5中任一项所述的非透气生物降解树脂的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，按比例称量好各组分，后将玉米淀粉与淀粉增塑混料加入到反应器中，反应器内的反应温度为40-45℃；
S2，将步骤S1制备的产物加入至烘干机中进行烘干处理，烘干机的烘干温度为50-60℃；
S3，将烘干后的产物加入到制粒机中加工制得粒径为1-2cm的颗粒；
S4，将S3中制得的颗粒以及称量好的PBAT和大分子偶联剂加入至混料机中，再加入100-150颗钢珠加入至混料机中混合25-30min，每个钢珠的粒径为3-4cm；
S5，混合均匀后通过混料机的排料口处设置的过滤网将钢珠滞留在混料机内，再将混合后的混合物加入到双螺杆挤出机中进行挤出加工，双螺杆挤出机的螺杆转速为90-100r/min，挤出温度为100-120℃。
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