CN112940471A - 可降解塑料及其制备方法、一次性用品 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可降解塑料及其制备方法、一次性用品。以质量份数计，制备该可降解塑料的原料包括40份～90份的聚合物、1份～30份的纤维、1份～50份的淀粉、1份～15份的塑化剂及1份～5份的偶联剂，其中，聚合物选自聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯和聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯中的至少一种，纤维选自酒糟、醋糟、木粉及秸秆中的至少一种。上述可降解塑料的降解周期短、机械性能好且制造成本较低。

Description

可降解塑料及其制备方法、一次性用品
技术领域
本发明涉及可降解材料技术领域，特别是涉及一种可降解塑料及其制备方法、一次性用品。
背景技术
传统的一次性塑料产品主要是以石油提炼的聚苯乙烯为原料制成的塑料产品，给人们生活带来了极大的便利，但其极难降解，若通过填埋的方式，至少需要1000年才可能被降解。
随着人们环保意识的提高，可降解塑料成为了一个研究热点。可降解塑料可分为生物降解塑料、光降解塑料、光和生物降解塑料、水降解塑料四大类。目前市场上较为成熟为生物降解塑料和水降解塑料。按照原材料划分，可降解塑料又可分为生物基可降解塑料和石油基可降解塑料两种。石油基可降解塑料是以化石能源为原料生产的塑料，包括PBS(聚丁二酸丁二醇酯)、PBAT(聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯)、PCL(聚己内酯)等。生物基可降解塑料是以生物质为原料生产的塑料，减少了对石油等能源的依赖，主要包括PLA(聚乳酸)、 PHA(聚羟基烷酸酯)、PGA(聚谷氨酸)等。
然而，目前的可降解塑料的机械性能还比较差。此外，目前的可降解材料的制造成本还比较高。
发明内容
基于此，针对目前可降解塑料的机械性能较差及制造成本较高的问题，有必要提供一种机械性能好且制造成本较低的可降解塑料。
此外，还提供一种机械性能好且制造成本较低的可降解塑料的制备方法及一种机械性能好且制造成本较低的一次性用品。
一种可降解塑料，以质量份数计，制备所述可降解塑料的原料包括40份～90 份的聚合物、1份～30份的纤维、1份～50份的淀粉、1份～15份的塑化剂及1份～5份的偶联剂，所述聚合物选自聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯和聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯中的至少一种，所述纤维选自酒糟、醋糟、木粉及秸秆中的至少一种。
上述可降解塑料通过聚合物、纤维、淀粉、塑化剂和偶联剂的相互配合，提高了上述可降解塑料的机械性能，降低制造成本，同时上述可降解塑料的原料均为可快速降解的材料，降解周期也较短。
在其中一个实施例中，所述淀粉选自玉米淀粉、土豆淀粉及小麦淀粉中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述偶联剂选自钛酸酯、铝酸酯、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2,3)环氧(丙氧基)丙基三甲氧基硅烷及γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。
在其中一个实施例中，塑化剂选自甘油、乙二醇及木糖醇中的至少一种。
在其中一个实施例中，以质量份数计，制备所述可降解塑料的原料还包括1 份～15份的增强剂，所述增强剂选自玻璃纤维及碳酸钙中的至少一种。
在其中一个实施例中，以质量份数计，制备所述可降解塑料的原料还包括 0.5份～10份的调色剂。
在其中一个实施例中，所述调色剂选自荧光增白剂及钛白粉中的至少一种。
在其中一个实施例中，以质量份数计，制备所述可降解塑料的原料包括50 份～90份的聚合物、1份～20份的纤维、1份～30份的淀粉、1份～10份的塑化剂、 1份～3份的偶联剂、1份～15份的增强剂和0.5份～5份的调色剂。
上述可降解塑料的制备方法，包括以下步骤：
采用所述塑化剂对所述淀粉塑化后，与所述可降解塑料的其他原料混合均匀，制备预混料；及
将所述预混料成型，制备可降解塑料。
在其中一个实施例中，所述成型的方式为注塑成型或挤出成型。
在其中一个实施例中，将所述预混料成型的步骤包括：将所述预混料密炼，然后注塑成型，其中，密炼温度为140℃～195℃。
在其中一个实施例中，将所述预混料成型的步骤包括：将所述预混料挤出成型，其中，挤出温度为140℃～195℃。
一种一次性用品，包括上述的可降解塑料或由上述的可降解塑料的制备方法制得。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本发明公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
本发明一实施方式提供了一种可降解塑料，以质量份数计，制备该可降解塑料的原料包括40份～90份的聚合物、1份～30份的纤维、1份～50份的淀粉、1 份～15份的塑化剂和1份～5份的偶联剂。
在制备上述可降解塑料的原料中，聚合物作为上述可降解塑料基底，其作用为：增加上述可降解塑料的原料的加工性。具体地，聚合物的数均分子量为 10000～130000。进一步地，聚合物的数均分子量为10000～100000。可选地，聚合物选自聚乳酸(PLA)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)和聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(PBAT)中的至少一种。在一个可选地具体示例中，聚合物为聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯或聚丁二酸丁二醇酯/对苯二甲酸丁二酯。
在其中一个实施例中，聚合物为聚乳酸与聚丁二酸丁二醇酯的混合物。
在其中一个实施例中，聚合物为聚乳酸与聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯的混合物。
在其中一个实施例中，聚合物为聚丁二酸丁二醇酯与聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯的混合物。
在其中一个实施例中，聚合物为聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯和聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯的混合物。
在一个可选地具体示例中，聚合物的质量份数为40份、50份、60份、70 份、75份、80份、85份或90份。进一步地，聚合物的质量份数为50份～90份。更进一步地，聚合物的质量份数为50份～80份。
在制备上述可降解塑料的原料中，纤维作为增韧剂，其作用是增加材料韧性，降低成本。具体地，纤维选自酒糟、醋糟、木粉及秸秆中的至少一种。可选地，酒糟选自啤酒糟、五谷杂粮酒糟中的至少一种。秸秆是成熟农作物茎叶 (穗)部分的总称，指小麦、水稻、玉米、薯类、油菜、棉花、甘蔗和其它农作物(通常为粗粮)在收获籽实后的剩余部分。可选地，秸秆选自汉麻杆、玉米秸秆、小麦秸秆或水稻秸秆。
在其中一个实施例中，纤维的质量份数为1份、5份、10份、15份、20份、 25份或30份。进一步地，纤维的质量份数为1份～25份。更进一步地，纤维的质量份数为1份～20份。需要说明的是，纤维以干重计重。
在制备上述可降解塑料的原料中，淀粉也作为降解塑料的基底，其作用是增加生物塑料的降解性。可选地，淀粉选自玉米淀粉、土豆淀粉及小麦淀粉中的至少一种。需要说明的是，本文中的淀粉均为干淀粉，以干重计重。
在其中一个实施例中，淀粉的质量份数为1份、5份、10份、20份、30份、 35份、40份或50份。进一步地，淀粉的质量份数为1份～40份。更进一步地，淀粉的质量份数为1份～30份。
在制备上述可降解塑料的原料中，塑化剂用于塑化淀粉。可选地，塑化剂选自甘油、乙二醇及木糖醇中的至少一种。可以理解的是，在其他实施例中，塑化剂不限于上述，还可以是其他能够作为淀粉的塑化剂的物质。
在其中一个实施例中，塑化剂的质量份数为1份、3份、5份、8份、10份、 12份或15份。进一步地，塑化剂的质量份数为1份～12份。更进一步地，塑化剂的质量份数为1份～10份。
在制备上述可降解塑料的原料中，偶联剂用于增加体系的相容性。可选地，偶联剂选自钛酸酯、铝酸酯、γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、γ-(2,3)环氧(丙氧基)丙基三甲氧基硅烷(KH560)及γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷 (KH570)中的至少一种。
在其中一个实施例中，偶联剂的质量份数为1份、1.5份、2份、2.5份、3 份、3.5份、4份、4.5份或5份。进一步地，偶联剂的质量份数为1份～4份。更进一步地，偶联剂的质量份数为1份～3份。
在一些实施例中，以质量份数计，制备可降解塑料的原料包括50份～90份的聚合物、1份～25份的纤维、1份～40份的淀粉、1份～12份的塑化剂及1份～4 份的偶联剂。可选地，以质量份数计，制备可降解塑料的原料由50份～90份的聚合物、1份～25份的纤维、1份～40份的淀粉、1份～12份的塑化剂及1份～4 份的偶联剂组成。
进一步地，以质量份数计，制备可降解塑料的原料包括50份～90份的聚合物、1份～20份的纤维、1份～30份的淀粉、1份～10份的塑化剂及1份～3份的偶联剂。可选地，以质量份数计，制备可降解塑料的原料由50份～90份的聚合物、 1份～20份的纤维、1份～30份的淀粉、1份～10份的塑化剂及1份～3份的偶联剂组成。
在一些实施例中，以质量份数计，制备可降解塑料的原料包括40份～80份的聚合物、5份～40份的纤维、5份～30份的淀粉、1份～4份的塑化剂及1份～4 份的偶联剂。可选地，以质量份数计，制备可降解塑料的原料由40份～80份的聚合物、5份～40份的纤维、5份～30份的淀粉、1份～4份的塑化剂及1份～4份的偶联剂组成。
进一步地，以质量份数计，制备可降解塑料的原料包括50份～80份的聚合物、5份～25份的纤维、5份～20份的淀粉、1份～3份的塑化剂及1份的偶联剂。可选地，以质量份数计，制备可降解塑料的原料由50份～80份的聚合物、5份～25份的纤维、5份～20份的淀粉、1份～3份的塑化剂及1份的偶联剂组成。
在一些实施例中，以质量份数计，制备可降解塑料的原料还包括1份～15份的增强剂。增强剂用于增加生物塑料的强度与韧性。可选地，增强剂选自玻璃纤维及碳酸钙中的至少一种。
在其中一个实施例中，增强剂的质量份数为1份、5份、10份、12份或15 份。进一步地，增强剂的质量份数为2份～15份。更进一步地，增强剂的质量份数为3份～15份。
在一些实施例中，以质量份数计，制备可降解塑料的原料包括50份～90份的聚合物、1份～25份的纤维、1份～40份的淀粉、1份～12份的塑化剂、1份～4 份的偶联剂和2份～15份的增强剂。可选地，制备可降解塑料的原料由50份～90 份的聚合物、1份～25份的纤维、1份～40份的淀粉、1份～12份的塑化剂、1份～4份偶联剂和2份～15份的增强剂组成。
进一步地，以质量份数计，制备可降解塑料的原料包括50份～90份的聚合物、1份～20份的纤维、1份～30份的淀粉、1份～10份的塑化剂、1份～3份的偶联剂和3份～15份的增强剂。可选地，制备可降解塑料的原料由50份～90份的聚合物、1份～20份的纤维、1份～30份的淀粉、1份～10份的塑化剂、1份～3份的偶联剂和3份～15份的增强剂组成。
在一些实施例中，以质量份数计，制备可降解塑料的原料还包括0.5份～10 份的调色剂。调色剂用于调整制备的可降解塑料的颜色。可选地，调色剂为增白剂。具体地，调色剂选自荧光增白剂及钛白粉中的至少一种。在一个具体示例中，调色剂为荧光增白剂OB(2，5-双(5-叔丁基-2-苯并噁唑基)噻吩)。可以理解的是，在其他实施例中，调色剂不限于增白剂，还可以是其他能够赋予可降解塑料颜色的物质。
在其中一个实施例中，调色剂的质量份数为0.5份、1份、3份、5份、8份或10份。进一步地，调色剂的质量份数为0.5份～8份。更进一步地，调色剂的质量份数为0.5份～5份。
在一些实施例中，以质量份数计，制备可降解塑料的原料包括50份～90份的聚合物、1份～25份的纤维、1份～40份的淀粉、1份～12份的塑化剂、1份～4 份的偶联剂和0.5份～8份的调色剂。可选地，制备可降解塑料的原料由50份～90 份的聚合物、1份～25份的纤维、1份～40份的淀粉、1份～12份的塑化剂、1份～4份的偶联剂和0.5份～8份的调色剂组成。
进一步地，以质量份数计，制备可降解塑料的原料包括50份～90份的聚合物、1份～20份的纤维、1份～30份的淀粉、1份～10份的塑化剂、1份～3份的偶联剂和0.5份～5份的调色剂。可选地，制备可降解塑料的原料由50份～90份的聚合物、1份～20份的纤维、1份～30份的淀粉、1份～10份的塑化剂、1份～3份的偶联剂和0.5份～5份的调色剂组成。
在一些实施例中，以质量份数计，制备可降解塑料的原料包括50份～90份的聚合物、1份～25份的纤维、1份～40份的淀粉、1份～12份的塑化剂、1份～4 份的偶联剂、2份～15份的增强剂和0.5份～8份的调色剂。可选地，制备可降解塑料的原料由50份～90份的聚合物、1份～25份的纤维、1份～40份的淀粉、1 份～12份的塑化剂、1份～4份的偶联剂、2份～15份的增强剂和0.5份～8份的调色剂组成。
进一步地，以质量份数计，制备可降解塑料的原料包括50份～90份的聚合物、1份～20份的纤维、1份～30份的淀粉、1份～10份的塑化剂、1份～3份的偶联剂、3份～15份的增强剂和0.5份～5份的调色剂。可选地，制备可降解塑料的原料由50份～90份的聚合物、1份～20份的纤维、1份～30份的淀粉、1份～10 份的塑化剂、1份～3份的偶联剂、3份～15份的增强剂和0.5份～5份的调色剂组成。
在一些实施例中，以质量份数计，制备可降解塑料的原料包括40份～80份的聚合物、5份～40份的纤维、5份～30份的淀粉、1份～4份的塑化剂、1份～4 份的偶联剂和2份～15份的增强剂。进一步地，以质量份数计，制备可降解塑料的原料包括50份～80份的聚合物、5份～30份的纤维、5份～20份的淀粉、1份～3份的塑化剂、1份的偶联剂和3份～15份的增强剂。
经证实，上述可降解塑料通过聚合物、纤维、淀粉、塑化剂和偶联剂的相互配合，可以在提高上述可降解塑料的机械性能(拉伸强度和韧性)的同时缩短降解周期。此外，上述可降解塑料采用酒糟、醋糟、木粉及秸秆(例如汉麻杆)等纤维作为原料之一，实现了农业残余再利用，降低了生产成本。
此外，本发明一实施方式还提供了一种上述可降解塑料的制备方法，该制备方法包括步骤a～步骤b：
步骤a：采用塑化剂对淀粉塑化后，与可降解塑料的其他原料混合均匀，制备预混料。
具体地，制备可降解塑料的原料如上文所述，此处不再赘述。
在其中一个实施例中，采用塑化剂塑化淀粉；然后将塑化后的淀粉与制备可降解塑料的其他原料混合均匀并烘干，制得预混料。将塑化后的淀粉与制备可降解塑料的其他原料混合均匀后烘干，可以使得后续工艺中不容易发泡。在本实施方式中，混合的方式为搅拌混合。当然，在其他实施方式中，混合的方式不限于搅拌混合，还可以其他混合方式。
步骤b：将预混料成型，制备可降解塑料。
具体地，成型的方式为注塑成型或挤出成型。
在其中一个实施例中，将预混料成型的步骤包括：将预混料密炼后注塑成型，其中密炼的温度为140℃～195℃。在140℃～195℃条件下密炼预混料，可以使得生物塑料充分混合均匀。进一步地，密炼的温度为140℃～175℃。更进一步地，密炼的温度为140℃～160℃。
在其中一个实施例中，将预混料成型的步骤包括：将预混料双螺杆挤出成型，其中挤出温度为140℃～195℃。进一步地，挤出温度为140℃～195℃。在一个可选地具体示例中，将预混料在双螺杆挤出机中挤出、拉条及切粒，制备可降解塑料。
可以理解的是，在其他实施例中，可降解塑料的成型工艺不限于上述，还可以本领域常用的其他工艺。
上述可降解塑料的制备方法简捷易操作，利于工业化生产。
此外，本发明一实施方式还提供了一种一次性用品，该一次性用品包括上述任一实施例的可降解塑料或由上述任一实施例的可降解塑料的制备方法制得。
上述一次性用品包括上述可降解塑料，具有良好的机械性能和降解周期，且制备成本低。
具体实施例
以下结合具体实施例进行详细说明。实施例中采用药物和仪器如非特别说明，均为本领域常规选择。实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规条件，例如文献、书本中所述的条件或者生产厂家推荐的方法实现。以下实施例中PLA的数均分子量为50000～80000、PBS的数均分子量为50000～80000、PBAT 的数均分子量为50000～80000。
实施例1
制备本实施例的可降解塑料的原料为：80份的聚合物、5份的纤维、5份的淀粉、2份的塑化剂和1份的偶联剂，其中，聚合物为PLA，纤维为秸秆，塑化剂为乙二醇，偶联剂为钛酸酯。
本实施例的可降解塑料的制备方法包括但不限于如下步骤：
将淀粉用塑化剂塑化后，与其他原料混合均匀并烘干，制备预混料；然后将预混料在双螺杆挤出机中熔融共混后拉条、切粒，制备本实施例的可降解塑料，其中挤出温度为150℃。
测试：
采用GB/T 1040.1-2018测试本实施例的可降解塑料的抗拉强度和断裂伸长率；采用GB/T 3682-2000方法测试本实施例的可降解塑料的溶体流动速率。
测试结果显示，本实施例所制备的可降解塑料的拉伸强度为43.6MPa，断裂伸长率为8.2％，溶体流动速率(g/10min)为23.8。
实施例2
制备本实施例的可降解塑料的原料为：90份的聚合物、5份的纤维、5份的淀粉、1.5份的塑化剂和1份的偶联剂，其中，聚合物为PBS与PBAT的混合物 (混合物中，PBS为80份，PBAT为10份)，纤维为木粉；塑化剂为木糖醇，偶联剂为铝酸酯。
本实施例的可降解塑料的制备方法包括但不限于如下步骤：
将淀粉用塑化剂塑化后，与其他原料混合均匀并烘干，制备预混料；然后将预混料在双螺杆挤出机中熔融共混后拉条、切粒，制备本实施例的可降解塑料，其中挤出温度为150℃。
测试：
采用GB/T 1040.1-2018测试本实施例的可降解塑料的抗拉强度和断裂伸长率；采用GB/T 3682-2000方法测试本实施例的可降解塑料的溶体流动速率。
测试结果显示，本实施例所制备的可降解塑料的拉伸强度为26.3MPa，断裂伸长率为24.2％，溶体流动速率(g/10min)为15.2。
对比例1
制备本对比例的可降解塑料的原料为：5份的纤维、30份的淀粉、10份的塑化剂和1份的偶联剂，其中，纤维为酒糟，塑化剂为甘油，偶联剂为KH550。
本对比例的可降解塑料的制备方法包括但不限于如下步骤：
将淀粉用塑化剂塑化后，与其他原料混合均匀并烘干，制备预混料；然后将预混料在双螺杆挤出机中熔融共混后拉条、切粒，制备本对比例的可降解塑料，其中挤出温度为150℃。
测试：
采用GB/T 1040.1-2018测试对比例1的可降解塑料的抗拉强度和断裂伸长率；采用GB/T 3682-2000方法测试对比例1的可降解塑料的溶体流动速率。
测试结果显示，对比例1所制备的可降解塑料的拉伸强度为2.6MPa，断裂伸长率为1.7％，溶体流动速率(g/10min)无法测量(很小)。
综上可知，实施例1～实施例2的可降解塑料的拉伸强度为26.3MPa～43.6 MPa，断裂伸长率为8.2％～24.2％，溶体流动速率(g/10min)为15.2～23.8，具有良好的机械以及加工性能。此外，实施例1和实施例2的可降解塑料的制备原料均是降解周期短的原料，在经成型之后得到的可降解塑料的降解周期也较短。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种可降解塑料，其特征在于，以质量份数计，制备所述可降解塑料的原料包括40份～90份的聚合物、1份～30份的纤维、1份～50份的淀粉、1份～15份的塑化剂及1份～5份的偶联剂，所述聚合物选自聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯和聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯中的至少一种，所述纤维选自酒糟、醋糟、木粉及秸秆中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的可降解塑料，其特征在于，所述淀粉选自玉米淀粉、土豆淀粉及小麦淀粉中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的可降解塑料，其特征在于，所述偶联剂选自钛酸酯、铝酸酯、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2,3)环氧(丙氧基)丙基三甲氧基硅烷及γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的可降解塑料，其特征在于，塑化剂选自甘油、乙二醇及木糖醇中的至少一种。
5.根据权利要求1～4任一项所述的可降解塑料，其特征在于，以质量份数计，制备所述可降解塑料的原料还包括1份～15份的增强剂，所述增强剂选自玻璃纤维及碳酸钙中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的可降解塑料，其特征在于，以质量份数计，制备所述可降解塑料的原料还包括0.5份～10份的调色剂，所述调色剂选自荧光增白剂及钛白粉中的至少一种。
7.根据权利要求6所述的可降解塑料，其特征在于，以质量份数计，制备所述可降解塑料的原料包括50份～90份的聚合物、1份～20份的纤维、1份～30份的淀粉、1份～10份的塑化剂、1份～3份的偶联剂、1份～15份的增强剂和0.5份～5份的调色剂。
8.权利要求1～7任一项所述的可降解塑料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
采用所述塑化剂对所述淀粉塑化后，与所述可降解塑料的其他原料混合均匀，制备预混料；及
将所述预混料成型，制备可降解塑料。
9.权利要求8所述的可降解塑料的制备方法，其特征在于，所述成型的方式为注塑成型或挤出成型。
10.一种一次性用品，其特征在于，包括权利要求1～7任一项所述的可降解塑料或由权利要求8～9任一项所述的可降解塑料的制备方法制得。
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