CN112812525A - 一种高强可降解高分子材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高强可降解高分子材料及其制备方法，其组分组成为：可降解基料65‑95％，增强填料1‑20％，防潮剂0‑5％，降解促进剂1‑5％，增韧剂1‑5％。通过熔融共混挤出制备，具体的工艺过程为：(1)按照配方设计称取可降解基料、增强填料、防潮剂、降解促进剂、增韧剂在高速混合机中混合均匀；(2)将混合均匀的物料进行干燥处理；(3)将干燥后的混合物料加入螺杆挤出机熔融共混挤出；(4)冷却后造粒，筛分包装。本发明的高强可降解高分子材料具有良好的力学性能和水解降解性能，可用于农业和工业等领域。
Description
【技术领域】
本发明涉及材料成型技术领域，特别涉及一种高强可降解高分子材料及其制备方法。
【背景技术】
高分子材料以其轻便、耐用、加工性能好等优点在农业、工业、医药和日常生活等主要领域都有广泛应用。我国是高分子材料制品生产和消费大国，每年都有大量高分子材料制品报废，除少量被焚烧处理外，绝大部分最终作为高分子材料垃圾进入环境，而高分子材料大多性能稳定，在自然环境中被微生物利用、分解至少需要200年，若在地下堆积填埋，不仅会破坏土壤的通透性，使土壤板结影响农作物的生长，还会占用和浪费大量土地。日益增长的高分子材料垃圾越来越严重的威胁着生态平衡和环境，由于建填埋场的空间有限，焚烧设施不仅需投入大量资金，还会带来环保问题，专家们一致认为从消费终端治理“白色污染”收效甚微。要从根本上解决废高分子材料的环境污染问题，就应该用能降解或易降解的高分子材料制品代替当前的高分子材料制品。世界许多国家尤其发达国家把开发降解高分子材料作为治理高分子材料废弃物——“白色污染”、保护环境和生态平衡的有效途径之一。降解高分子材料的出现是部分解决了高分子材料废弃物造成的白色污染难题，几十年来国内外在降解高分子材料领域理论研究、材料研究、产品开发与应用、宣传推广及其评价标准等方面所做的大量努力今天已拙见成效。降解高分子材料在我国的研究和应用起步稍晚，但发展较快，特别是最近五年的发展，形成了以降解地膜、地膜降解母料、可降解快餐饭盒为龙头全面发展的格局。
【发明内容】
本发明提供了一种高强可降解高分子材料及其制备方法。制备的高强可降解高分子材料为水解降解高分子材料，解决了现有可降解材料强度低，降解时间长等缺点使得可降解高分子材料前景看好，应用领域得到拓展，可用于农业和工业的各个领域。
本发明目的是通过以下技术方案来实现的：
一种高强可降解高分子材料，主要由以下组分组成：可降解基料65-95％，增强填料1-20％，防潮剂0-5％，降解促进剂1-5％，增韧剂1-5％，上述比例为质量百分比。
进一步的，可降解基料为聚乳酸、聚对苯二甲酸丁二醇酯或聚对苯二甲酸乙二醇酯的任一种。
进一步的，增强填料为蒙脱土、碳酸钙、植物纤维、玻璃纤维中的一种或几种。
进一步的，防潮剂为氧化钙。
进一步的，降解促进剂为氢氧化钾、氧化钠、氢氧化钠的一种或几种。
进一步的，所述的一种高强可降解高分子材料，其特征在于增韧剂为邻苯二甲酸二丁酯、丁苯橡胶的一种或几种。
一种高强可降解高分子材料的制备方法，采用熔融共混，具体的工艺过程为：(1)按照配方设计称取可降解基料、增强填料、防潮剂、降解促进剂、增韧剂在高速混合机中混合均匀；(2)将混合均匀的物料进行干燥处理；(3)将干燥后的混合物料加入螺杆挤出机熔融共混挤出，螺杆转速200-300rpm，各区温度150-220℃；(4)冷却后造粒，筛分包装。
更进一步的，高速混合机混合时搅拌速度50-100rpm，混合时间30-60min。
更进一步的，混合均匀的物料干燥温度100-110℃，干燥时间1-2小时。
更进一步的，所述的一种高强可降解高分子材料的制备方法，其特征在于混合物料熔融共混挤出时螺杆挤出机螺杆转速200-300rpm，各区温度150-220℃。
相对于现有技术，本发明具有以下优点：
本发明的高强可降解高分子材料为水解降解高分子材料，通过可降解基料、增强填料、防潮剂、降解促进剂、增韧剂配比，尤其是可降解基料本身具有可降解性能，通过增加降解促进剂、增韧剂，使其韧性增加的同时，还进一步提高了其降解性能，水解降解高分子材料经过添加改性形成一定的化学降解使其应用性能得到更大的提升，解决了现有可降解材料强度低，降解时间长等缺点使得可降解高分子材料前景看好，应用领域得到拓展，可用于农业和工业的各个领域。
本发明所用的基料为主链结构含有极性基团酯基的高分子聚合物，所用降解促进剂为强碱性化合物，高分子材料吸水后酯基在碱性化合物作用下发生不可逆完全水解反应，导致聚合物主链断裂，生成可溶解的盐类及小分子有机物，实现高分子材料的水解降解。本发明的制备方法采用熔融共混、螺杆挤出的成型方法，制备过程简单，工艺要求低，便于实际批量生产。
【具体实施方式】
下面结合具体实施例，对本发明的具体实施方式进行详细阐述，但本发明不限于该实施例。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选施例中详细说明具体的细节。
实施例1
称取86％聚乳酸、1％植物纤维、5％氧化钙、3％氢氧化钾、5％邻苯二甲酸二丁酯，加入高速混合机中混合，100rpm混合30min，110℃干燥1小时，用双螺杆挤出机挤出，螺杆转速200rpm，各区温度150-220℃，冷却造粒，筛分后包装。通过模压或注塑成型制备高强可降解高分子材料的标准样品，测定其力学性能及水解降解性能。拉伸强度64.2MPa，断裂伸长率12.5％，冲击强度8.9KJ/m2，弯曲强度93.4MPa。90℃纯水中24小时降解94.7％。
实施例2
称取78％聚对苯二甲酸丁二醇酯、2％植物纤维、15％玻璃纤维、2％蒙脱土、1％碳酸钙、1％氧化钠、1％邻苯二甲酸二丁酯，加入高速混合机中混合，50rpm混合60min，100℃干燥2小时，用双螺杆挤出机挤出，螺杆转速300rpm，各区温度170-240℃，冷却造粒，筛分后包装。通过模压或注塑成型制备高强可降解高分子材料的标准样品，测定其力学性能及水解降解性能。拉伸强度121.6MPa，断裂伸长率4.2％，冲击强度49.8KJ/m2，弯曲强度168.4MPa。90℃纯水中30天降解51.7％。
实施例3
称取84％聚聚对苯二甲酸乙二醇酯、8％植物纤维、3％碳酸钙、2％氢氧化钠、3％丁苯橡胶，加入高速混合机中混合，80rpm混合50min，110℃干燥1.5小时，用双螺杆挤出机挤出，螺杆转速250rpm，各区温度170-240℃，冷却造粒，筛分后包装。通过模压或注塑成型制备高强可降解高分子材料的标准样品，测定其力学性能及水解降解性能。拉伸强度181.2MPa，断裂伸长率4.9％，冲击强度53.2KJ/m2，弯曲强度200.1MPa。90℃纯水中30天降解64.0％。
实施例4
称取65％聚聚对苯二甲酸乙二醇酯、20％植物纤维、5％碳酸钙、5％氢氧化钠、5％丁苯橡胶，加入高速混合机中混合，80rpm混合50min，110℃干燥1.5小时，用双螺杆挤出机挤出，螺杆转速250rpm，各区温度170-240℃，冷却造粒，筛分后包装。
实施例5
称取95％聚聚对苯二甲酸乙二醇酯、3％植物纤维、1％氢氧化钠、1％丁苯橡胶，加入高速混合机中混合，80rpm混合50min，110℃干燥1.5小时，用双螺杆挤出机挤出，螺杆转速250rpm，各区温度170-240℃，冷却造粒，筛分后包装。
实施例6
称取90％聚乳酸、1％植物纤维、5％氧化钙、2％氢氧化钾、2％邻苯二甲酸二丁酯，加入高速混合机中混合，100rpm混合30min，110℃干燥1小时，用双螺杆挤出机挤出，螺杆转速200rpm，各区温度150-220℃，冷却造粒，筛分后包装。
实施例7
称取70％聚对苯二甲酸丁二醇酯、10％植物纤维、8％玻璃纤维、3％蒙脱土、3％碳酸钙、3％氢氧化钾、3％邻苯二甲酸二丁酯，加入高速混合机中混合，50rpm混合60min，100℃干燥2小时，用双螺杆挤出机挤出，螺杆转速300rpm，各区温度170-240℃，冷却造粒，筛分后包装。
Claims (9)
1.一种高强可降解高分子材料，其特征在于，包括以下质量百分数的组分组成：可降解基料65-95％，增强填料1-20％，防潮剂0-5％，降解促进剂1-5％，增韧剂1-5％。
2.根据权利要求1所述的一种高强可降解高分子材料，其特征在于，所述的可降解基料为聚乳酸、聚对苯二甲酸丁二醇酯或聚对苯二甲酸乙二醇酯。
3.根据权利要求1所述的一种高强可降解高分子材料，其特征在于，所述的增强填料为蒙脱土、碳酸钙、植物纤维及玻璃纤维中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种高强可降解高分子材料，其特征在于，所述的防潮剂为氧化钙。
5.根据权利要求1所述的一种高强可降解高分子材料，其特征在于，所述的降解促进剂为氢氧化钾、氧化钠及氢氧化钠的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的一种高强可降解高分子材料，其特征在于，所述的增韧剂为邻苯二甲酸二丁酯、丁苯橡胶的一种或几种。
7.一种权利要求1-6任意一项所述的高强可降解高分子材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)按照配方设计称取可降解基料、增强填料、防潮剂、降解促进剂、增韧剂在高速混合机中混合均匀；
2)将混合均匀的物料进行干燥处理；
3)将干燥后的混合物料加入螺杆挤出机熔融共混挤出，螺杆转速200-300rpm，各区温度150-220℃；
(4)冷却后造粒，筛分包装。
8.根据权利要求7所述的一种高强可降解高分子材料的制备方法，其特征在于，高速混合机混合时搅拌速度50-100rpm，混合时间30-60min。
9.根据权利要求7所述的一种高强可降解高分子材料的制备方法，其特征在于，混合均匀的物料干燥温度100-110℃，干燥时间1-2小时。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210518 |