CN113185848A - 基于植物纤维淀粉的可降解塑料及其制备方法和制备系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于植物纤维淀粉的可降解塑料及其制备方法和制备系统,其原料包括:稻草、秸秆、木薯淀粉、无水乙醇、去离子水、天然树脂粉、竹纤维粉、海藻胶粉、降解促进剂、改性处理料、填充剂、交联剂、聚乳酸、生物酶、分散剂、增塑剂和抗氧化剂,本发明涉及可降解塑料技术领域。该基于植物纤维淀粉的可降解塑料及其制备方法,通过使用植物纤维作为原料,可以提高塑料产品的使用安全性,而且原料具有一定的环保性和再生性,植物纤维本身具有极好的生物可降解性,而且添加有聚乳酸,聚乳酸是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物,原料来源充分而且可以再生,聚乳酸的生产过程无污染。
Description
技术领域
本发明涉及可降解塑料技术领域,具体为基于植物纤维淀粉的可降解塑料及其制备方法和制备系统。
背景技术
可降解塑料,又称可环境降解塑料,是指在生产过程中加入一定量的添加剂,使其稳定性下降,后较容易在自然环境中降解的塑料,可降解塑料的主要应用领域有农用地膜、各类塑料包装袋、垃圾袋、商场购物袋以及一次性餐饮具等,试验表明,大多数可降解塑料在一般环境中暴露3个月后开始变薄、失重、强度下降,逐渐裂成碎片。如果这些碎片被埋在垃圾或土壤里,则降解效果不明显,塑料是指以高分子量的合成树脂为主要组分,加入适当添加剂,如增塑剂、稳定剂、抗氧化剂、阻燃剂、着色剂等,经加工成型的塑性(柔韧性)材料,或固化交联形成的刚性材料。
现有的废旧塑料不再进行实用之后,会将其进行丢弃,塑料可降解性差,焚烧对环境污染较大,而且焚烧会产生较多的有害烟气,对周围的生活环境造成较大的影响,而且现有塑料会使用较多的化学原料,在使用过程中,会对食品有一定的危害,化学原料需要通过加工生产才能制备出来,不是能够轻易获得,使得原料的成本也会增加,现有生产中,也有可降解的塑料制品,但是其可降解的速率较慢,也会加重环境的负担,不利于环境的发展。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供了基于植物纤维淀粉的可降解塑料及其制备方法和制备系统,解决了塑料可降解性差,使用较多的化学原料,对食品有一定的危害的问题。
为实现以上目的,本发明通过以下技术方案予以实现:基于植物纤维淀粉的可降解塑料,其原料按重量份比包括:稻草20~30份、秸秆15~25份、木薯淀粉10~20份、无水乙醇30~60份、去离子水20~30份、天然树脂粉10~25份、竹纤维粉8~20份、海藻胶粉6~18份、降解促进剂6~12份、填充剂4~20份、交联剂6~16份、聚乳酸8~18份、生物酶6~12份、分散剂8~18份、增塑剂6~16份、抗氧化剂4~12份、PBAT10~50份。
优选的,其原料按重量份比还包括以下组分:肥料有效成分20~50份和改性处理料20~30份,所述肥料有效成分为具有肥料效果的含氮化合物、含磷化合物、含钾化合物以及微量元素成分中的一种或几种。
优选的,基于植物纤维淀粉的可降解塑料在农业中的应用,所述可降解塑料制成农用塑料薄膜进行地膜覆盖;或者,所述可降解塑料的制品在使用完成后粉碎成颗粒,并混入土壤或无土栽培的种植基质中,作为缓释肥使用。
优选的,所述降解促进剂包括玉米油、葵花籽油、环氧大豆油或硬脂酸锰的一种或两种任意组合,所述填充剂为硬脂酸、液体石蜡、聚乙烯蜡中的至少一种;所述生物酶为木质素过氧化物酶、纤维素酶、半纤维素酶或淀粉酶中的一种或几种,所述交联剂为过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、二叔丁基过氧化物、过氧化氢二异丙苯中的任意一种。
优选的,所述增塑剂为邻苯二甲酸二正辛酯、邻苯二甲酸丁苄酯、邻苯二甲酸二仲辛酯、邻苯二甲酸二环己酯中的任意一种。
优选的,所述分散剂为硬脂酸锌、聚乙烯蜡和聚乙二醇质量比2∶1∶1的混合物。
本发明还公开了基于植物纤维淀粉的可降解塑料的制备方法,具体包括以下步骤:
S1、植物纤维制备:选取适量的稻草和秸秆,将其倒入冷冻粉碎机中进行粉碎处理,粉碎之后,将其过60目、100目筛子,再使用球磨机将其粉碎之后,过100目、200目筛子,得到植物粉末,然后将取得的植物粉末倒入搅拌机中,加入适量的去离子水,并根据需要加入适量的肥料有效成分或者不加入,启动搅拌机进行搅拌,搅拌时的温度设置成150℃~250℃,搅拌的速率控制在150~250r/min,搅拌的时间为30~50min,然后加入适量的天然树脂粉,将温度设置成180℃~200℃,搅拌的速率控制在150~250r/min,搅拌的时间为40~50min,即可得到植物纤维;
S2、淀粉混合物的制备:选取适量的木薯淀粉倒入搅拌机中,然后加入适量的无水乙醇进行搅拌,搅拌时的温度设置成60℃~90℃,搅拌的速率控制在150~250r/min,搅拌的时间为20~30min,然后加入适量的竹纤维粉和海藻胶粉,继续进行搅拌混合,将温度设置成100℃~130℃,搅拌的速率控制在120~190r/min,搅拌的时间为30~50min,使其充分混合均匀之后,加入适量的分散剂,继续进行混合搅拌,此时将温度设置成140℃~210℃,搅拌的速率控制在150~200r/min,搅拌的时间为30~50min,即可得到淀粉混合物;
S3、可降解塑料的制备:将S1中制得的植物纤维和S2中制得的淀粉混合物倒入搅拌机中,加入适量的降解促进剂、改性处理料、填充剂、交联剂、聚乳酸、生物酶、增塑剂、抗氧化剂和PBAT,启动搅拌机进行搅拌,温度设置成150℃~230℃,搅拌的速率控制在150~240r/min,搅拌的时间为40~70min,使其混合均匀之后,即可得到可降解塑料原料,将可降解塑料原料置于双螺旋杆挤出机中,在160℃~180℃的条件下以120~160r/min的螺杆转速挤出造粒,得可降解塑料。
优选的,所述改性处理料的制备步骤为:
(1)将稻壳纤维与氢氧化钠溶液按照质量比1:10混合,静置20~30min,过滤,接着用冰醋酸冲洗2~3次,得一次改性料;
(2)将一次改性料冷冻粉碎,过500~600目筛,得二次改性料;
(3)将二次改性料与巴氏芽孢杆菌溶液按照质量比1:10混合,静置18~24h,随后加入二次改性料质量0.01~0.02倍的尿素,接着加入巴氏芽孢杆菌溶液体积0.02~0.03倍的硝酸钙溶液,混合搅拌12~24h后,过滤,的三次改性料;
(4)将三次改性料至于马弗炉中,按照10℃/min升温至500~700℃,高温处理30~50min后,冷却,得改性处理料。
优选的,提供可降解塑料制备系统,包括冷冻粉碎机、可降解塑料制备装置和双螺旋杆挤出机,所述可降解塑料制备装置包括安装机架,所述安装机架的上固定设置有搅拌机和中心控制盒,所述搅拌机上设置有加料机构;
所述搅拌机包括搅拌仓,所述搅拌仓包括搅拌筒和设置在所述搅拌筒底部的出料漏斗,所述搅拌筒的顶端设置有端盖,所述端盖上设置有导气出口,所述搅拌仓的中心设置有与所述安装机架转动连接的搅拌轴,所述搅拌轴包括位于所述搅拌仓内的搅拌段,所述搅拌段上设置有搅拌叶片,所述搅拌轴还包括位于所述端盖上方的驱动段,所述驱动段连接有驱动所述搅拌轴转动的驱动电机,所述搅拌叶片内设置有电加热丝,所述电加热丝连接有固定在所述驱动段上的过孔导电滑环,所述过孔导电滑环和所述驱动电机与所述中心控制盒电性连接;
所述加料机构包括设置在所述驱动段和所述搅拌段中心的加料孔,所述加料孔的顶端设置有与所述驱动段的顶端连接的加料漏斗,所述加料孔连接有位于所述搅拌段侧面的出料侧孔,所述出料侧孔靠近所述端盖设置;
所述中心控制盒还连接有设置在所述搅拌仓内的温度传感器。
优选的,所述出料侧孔还连接有出料嘴,所述出料嘴上均匀设置有漏孔,且所述出料嘴远离其旋转方向的一侧设置有阻挡板。
有益效果
本发明提供了基于植物纤维淀粉的可降解塑料及其制备方法和制备系统。与现有技术相比具备以下有益效果:
(1)该基于植物纤维淀粉的可降解塑料及其制备方法,通过使用植物纤维作为原料,可以提高塑料产品的使用安全性,而且原料具有一定的环保性和再生性,原料采用植物和淀粉作为基底,置物和淀粉很好获得,加工时易于进行操作,工艺较为简便,同时降低了原料的成本,植物纤维本身具有极好的生物可降解性,而且添加有聚乳酸,聚乳酸是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物,聚乳酸的生产过程无污染,而且产品可以生物降解,聚乳酸的添加可以进一步的增加塑料的可降解性,同时还可以增强塑料的拉伸性和延展性,实现在自然界中的循环,降解促进剂和生物酶的添加,可以加速塑料制品的可降解效率,减轻分解给环境带来的压力,实现了绿色环保,而且可以减少对金属加工器械的损坏;
(2)由于该可降解塑料能够添加相应的肥料有效成分,因此在农业中,可降解塑料制成农用塑料薄膜进行地膜覆盖或者,所述可降解塑料的制品在使用完成后粉碎成颗粒,并混入土壤或无土栽培的种植基质中,作为缓释肥使用,从而增加了该可降解塑料的使用范围,为该塑料的降解提供了合适的场合、满足环保要求并且能够创造良好的经济价值;
(3)本发明技术方案,首先,将稻壳纤维与氢氧化钠溶液混合,去除稻壳纤维表面硅质,增强了稻壳纤维的渗透性能,使得氢氧化钠溶液进一步渗透至纤维内部,破坏纤维内部结构,进而水分能够充分浸入纤维内部,随后在低温环境下,纤维内部的水分形成晶核,经过粉碎,能够得到微纳米级的纤维,微纳米级稻壳纤维能够充分均匀的分散在产品体系的内部,能够进一步提高产品抗拉伸性能,接着通过与巴氏芽孢杆菌混合,巴氏芽孢杆菌代谢过程能够产生脲酶,脲酶可以将尿素分解成碳酸根离子和铵根离子,同时由于巴氏芽孢杆菌标带负电荷,能够将体系中的钙离子吸附,从而以菌体为晶核,形成纳米级的碳酸钙微球,碳酸钙微球的形成,能够增加纤维表面的不规则性,使得纤维间能够形成紧密的缠绕,能够进一步增加产品的抗拉伸性能,随后经过马弗炉高温处理,一方面,植物纤维能够产生焦油,焦油具有较好的增塑性能,能够在增加体系中的其他组分与纤维之间的结合强度,进一步提高产品的耐磨性能和抗拉伸性能,另一方面,碳酸钙经过高温处理形成氧化钙和产生二氧化碳气体,部分气体能够保存在纤维体系中,增加稻壳纤维的弹性,进一步提升产品的抗拉伸性能,最后在降解过程中,氧化钙能够进一步能够吸引空气中的二氧化碳聚集,能够为植物提供更多光合作用需要的二氧化碳,促进植物生长,从而进一步提升产品的降解性能。
(4)该制备系统能够在搅拌的过程中,通过叶片内的电加热丝对方法中的物料尽量均匀且快速的加热,同时加料机构的设置能够使得方法中加入物料时,物料能够更加均匀的分散到搅拌仓中的混合物中,从而能够进一步提高生产效率,有利于提高经济效益。
附图说明
图1为本发明的步骤流程图;
图2为本发明中制备方法的工艺流程设备连接示意图;
图3本发明中制备设备的整体结构示意图;
图4为本发明中制备设备的截面结构示意图;
图5为图4中A的局部放大结构示意图;
图6为本发明中出料嘴的截面结构示意图。
图中:1、安装机架;2、搅拌仓;201、搅拌筒;202、出料漏斗;3、端盖;4、导气出口;5、搅拌轴;501、搅拌段;502、驱动段;6、搅拌叶片;7、驱动电机;8、电加热丝;9、过孔导电滑环;10、加料孔;11、加料漏斗;12、出料侧孔;13、温度传感器;14、中心控制盒;15、出料嘴;16、漏孔;17、阻挡板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
请参阅图1,本发明提供三种技术方案:一种基于植物纤维淀粉的可降解塑料,其原料按重量份比包括:稻草20~30份、秸秆15~25份、木薯淀粉10~20份、无水乙醇30~60份、去离子水20~30份、天然树脂粉10~25份、竹纤维粉8~20份、海藻胶粉6~18份、降解促进剂6~12份、填充剂4~20份、交联剂6~16份、聚乳酸8~18份、生物酶6~12份、分散剂8~18份、增塑剂6~16份、抗氧化剂4~12份、PBAT 10~50份。
其制备方法具体包括以下实施例:
实施例1
S1、植物纤维制备:选取25份稻草和20份秸秆,将其倒入冷冻粉碎机中进行粉碎处理,粉碎之后,将其过60目、100目筛子,再使用球磨机将其粉碎之后,过100目、200目筛子,得到植物粉末,然后将取得的植物粉末倒入搅拌机中,加入25份去离子水,启动搅拌机进行搅拌,搅拌时的温度设置成200℃,搅拌的速率控制在200r/min,搅拌的时间为40min,然后加入17份天然树脂粉,将温度设置成190℃,搅拌的速率控制在200r/min,搅拌的时间为45min,即可得到植物纤维;
S2、淀粉混合物的制备:选取15份木薯淀粉倒入搅拌机中,然后加入45份无水乙醇进行搅拌,搅拌时的温度设置成75℃,搅拌的速率控制在200r/min,搅拌的时间为25min,然后加入14份竹纤维粉和12份海藻胶粉,继续进行搅拌混合,将温度设置成115℃,搅拌的速率控制在155r/min,搅拌的时间为40min,使其充分混合均匀之后,加入13份分散剂,继续进行混合搅拌,此时将温度设置成175℃,搅拌的速率控制在175r/min,搅拌的时间为40min,即可得到淀粉混合物;
S3、可降解塑料的制备:将S1中制得的植物纤维和S2中制得的淀粉混合物倒入搅拌机中,加入9份降解促进剂、12份填充剂、11份交联剂、13份聚乳酸、9份生物酶、11份增塑剂、8份抗氧化剂和PBAT 30份,启动搅拌机进行搅拌,温度设置成190℃,搅拌的速率控制在195r/min,搅拌的时间为55min,使其混合均匀之后,即可得到可降解塑料原料,将可降解塑料原料置于双螺旋杆挤出机中,在170℃的条件下以140r/min的螺杆转速挤出造粒,得可降解塑料。
实施例2
S1、植物纤维制备:选取20份稻草和15份秸秆,将其倒入冷冻粉碎机中进行粉碎处理,粉碎之后,将其过60目、100目筛子,再使用球磨机将其粉碎之后,过100目、200目筛子,得到植物粉末,然后将取得的植物粉末倒入搅拌机中,加入20份去离子水,启动搅拌机进行搅拌,搅拌时的温度设置成150℃,搅拌的速率控制在150r/min,搅拌的时间为30min,然后加入10份天然树脂粉,将温度设置成180℃,搅拌的速率控制在150r/min,搅拌的时间为40min,即可得到植物纤维;
S2、淀粉混合物的制备:选取10份木薯淀粉倒入搅拌机中,然后加入30份无水乙醇进行搅拌,搅拌时的温度设置成60℃,搅拌的速率控制在150r/min,搅拌的时间为20min,然后加入8份竹纤维粉和6份海藻胶粉,继续进行搅拌混合,将温度设置成100℃,搅拌的速率控制在120r/min,搅拌的时间为30min,使其充分混合均匀之后,加入8份分散剂,继续进行混合搅拌,此时将温度设置成140℃,搅拌的速率控制在150r/min,搅拌的时间为30min,即可得到淀粉混合物;
S3、可降解塑料的制备:将S1中制得的植物纤维和S2中制得的淀粉混合物倒入搅拌机中,加入6份降解促进剂、4份填充剂、6份交联剂、8份聚乳酸、6份生物酶、6份增塑剂、4份抗氧化剂和PBAT 10份,启动搅拌机进行搅拌,温度设置成150℃,搅拌的速率控制在150r/min,搅拌的时间为40min,使其混合均匀之后,即可得到可降解塑料原料,将可降解塑料原料置于双螺旋杆挤出机中,在160℃的条件下以120r/min的螺杆转速挤出造粒,得可降解塑料。
实施例3
S1、植物纤维制备:选取30份稻草和25份秸秆,将其倒入冷冻粉碎机中进行粉碎处理,粉碎之后,将其过60目、100目筛子,再使用球磨机将其粉碎之后,过100目、200目筛子,得到植物粉末,然后将取得的植物粉末倒入搅拌机中,加入30份去离子水,启动搅拌机进行搅拌,搅拌时的温度设置成250℃,搅拌的速率控制在250r/min,搅拌的时间为50min,然后加入25份天然树脂粉,将温度设置成200℃,搅拌的速率控制在250r/min,搅拌的时间为50min,即可得到植物纤维;
S2、淀粉混合物的制备:选取20份木薯淀粉倒入搅拌机中,然后加入60份无水乙醇进行搅拌,搅拌时的温度设置成90℃,搅拌的速率控制在250r/min,搅拌的时间为30min,然后加入20份竹纤维粉和18份海藻胶粉,继续进行搅拌混合,将温度设置成130℃,搅拌的速率控制在190r/min,搅拌的时间为50min,使其充分混合均匀之后,加入18份分散剂,继续进行混合搅拌,此时将温度设置成210℃,搅拌的速率控制在200r/min,搅拌的时间为50min,即可得到淀粉混合物;
S3、可降解塑料的制备:将S1中制得的植物纤维和S2中制得的淀粉混合物倒入搅拌机中,加入12份降解促进剂、20份填充剂、16份交联剂、18份聚乳酸、12份生物酶、16份增塑剂、12份抗氧化剂和PBAT 50份,启动搅拌机进行搅拌,温度设置成230℃,搅拌的速率控制在240r/min,搅拌的时间为70min,使其混合均匀之后,即可得到可降解塑料原料,将可降解塑料原料置于双螺旋杆挤出机中,在180℃的条件下以160r/min的螺杆转速挤出造粒,得可降解塑料。
实施例4
S1、植物纤维制备:选取30份稻草和25份秸秆,将其倒入冷冻粉碎机中进行粉碎处理,粉碎之后,将其过60目、100目筛子,再使用球磨机将其粉碎之后,过100目、200目筛子,得到植物粉末,然后将取得的植物粉末倒入搅拌机中,加入30份去离子水,启动搅拌机进行搅拌,搅拌时的温度设置成250℃,搅拌的速率控制在250r/min,搅拌的时间为50min,然后加入25份天然树脂粉,将温度设置成200℃,搅拌的速率控制在250r/min,搅拌的时间为50min,即可得到植物纤维;
S2、淀粉混合物的制备:选取20份木薯淀粉倒入搅拌机中,然后加入60份无水乙醇进行搅拌,搅拌时的温度设置成90℃,搅拌的速率控制在250r/min,搅拌的时间为30min,然后加入20份竹纤维粉和18份海藻胶粉,继续进行搅拌混合,将温度设置成130℃,搅拌的速率控制在190r/min,搅拌的时间为50min,使其充分混合均匀之后,加入18份分散剂,继续进行混合搅拌,此时将温度设置成210℃,搅拌的速率控制在200r/min,搅拌的时间为50min,即可得到淀粉混合物;
S3、可降解塑料的制备:将S1中制得的植物纤维和S2中制得的淀粉混合物倒入搅拌机中,加入12份降解促进剂、20份改性处理料、20份填充剂、16份交联剂、18份聚乳酸、12份生物酶、16份增塑剂、12份抗氧化剂和PBAT 50份,启动搅拌机进行搅拌,温度设置成230℃,搅拌的速率控制在240r/min,搅拌的时间为70min,使其混合均匀之后,即可得到可降解塑料原料,将可降解塑料原料置于双螺旋杆挤出机中,在180℃的条件下以160r/min的螺杆转速挤出造粒,得可降解塑料。
所述改性处理料的制备步骤为:
(1)将稻壳纤维与质量分数为40%的氢氧化钠溶液按照质量比1:10混合,静置20~30min,过滤,接着用冰醋酸冲洗3次,得一次改性料;
(2)将一次改性料冷冻粉碎,过600目筛,得二次改性料;
(3)将二次改性料与巴氏芽孢杆菌溶液按照质量比1:10混合,静置18~24h,随后加入二次改性料质量0.02倍的尿素,接着加入巴氏芽孢杆菌溶液体积0.03倍的质量分数为30%的硝酸钙溶液,混合搅拌24h后,过滤,的三次改性料;
(4)将三次改性料至于马弗炉中,按照10℃/min升温至700℃,高温处理50min后,冷却,得改性处理料。
同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。
对比实验
随机选取市场上的可降解塑料作为对照组,然后分别对耐磨性能、拉伸强度和生物降解速率进行测试,且检测条件和上述一致,然后记录其结果,并在相同的时间以及条件下进行操作,在检测的过程中,同时统计数据并制作统计表图,见下表。
由上表可知,使用植物纤维作为原料,可以提高塑料产品的使用安全性,而且原料具有一定的环保性和再生性,植物纤维本身具有极好的生物可降解性,而且添加有聚乳酸,聚乳酸是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物,原料来源充分而且可以再生,聚乳酸的生产过程无污染,而且产品可以生物降解,实现在自然界中的循环。
实施例5:在实施例一、实施例二、实施例三,实施例四以及的S1步骤中加入去离子水时加入20~50份的肥料有效成分。肥料有效成分为具有肥料效果的含氮化合物、含磷化合物、含钾化合物以及微量元素成分中的一种或几种。
其中,含氮化合物:即以氮素营养元素为主要成分的化肥,包括碳酸氢铵、尿素、销铵、氨水、氯化铵、硫酸铵等;含磷化合物:即以磷素营养元素为主要成分的化肥,包括普通过磷酸钙、钙镁磷肥等;含钾化合物:即以钾素营养元素为主要成分的化肥,目前施用不多,主要品种有氯化钾、硫酸钾、硝酸钾等;微量元素成分:如含有硼、锌、铁、钼、锰、铜等微量元素的化合物。
实施例6:实施例四制成的可降解塑料的应用
将该可降解塑料制成农用塑料薄膜进行地膜覆盖,一方面该塑料薄膜可降解,不会对环境造成损害,另一方面该塑料薄膜在降解的过程中会释放出肥料有效成分,从而起到缓释肥的作用,从而促进农作物生长;
该可降解塑料的制品在使用完成后粉碎成颗粒,并混入土壤或无土栽培的种植基质中,作为缓释肥使用。通过该种做法,一方面为该可降解塑料提供了一个合适的降解的场合,并且对该降解塑料进行了重复的利用,另一方面,在重复利用的过程中,起到缓释肥的作用,有利于农作物生产,能够创造良好的经济价值。
实施例7:可降解塑料制备系统,其应用于本发明中制备方法的工艺流程中如图2所示,该装置的结构参照图3-图6。
包括冷冻粉碎机、可降解塑料制备装置和双螺旋杆挤出机,可降解塑料制备装置包括安装机架1,安装机架1的上固定设置有搅拌机和中心控制盒14,搅拌机上设置有加料机构;
搅拌机包括搅拌仓2,搅拌仓2包括搅拌筒201和设置在搅拌筒201底部的出料漏斗202,搅拌筒201的顶端设置有端盖3,端盖3上设置有导气出口4,搅拌仓2的中心设置有与安装机架1转动连接的搅拌轴5,搅拌轴5包括位于搅拌仓2内的搅拌段501,搅拌段501上设置有搅拌叶片6,搅拌轴5还包括位于端盖3上方的驱动段502,驱动段502连接有驱动搅拌轴5转动的驱动电机7,搅拌叶片6内设置有电加热丝8,电加热丝8连接有固定在驱动段502上的过孔导电滑环9,过孔导电滑环9和驱动电机7与中心控制盒14电性连接;
加料机构包括设置在驱动段502和搅拌段501中心的加料孔10,加料孔10的顶端设置有与驱动段502的顶端连接的加料漏斗11,加料孔10连接有位于搅拌段501侧面的出料侧孔12,出料侧孔12靠近端盖3设置;
中心控制盒14还连接有设置在搅拌仓2内的温度传感器13。
此外本实施例中出料侧孔12还连接有出料嘴15,出料嘴15上均匀设置有漏孔16,且出料嘴15远离其旋转方向的一侧设置有阻挡板17。物料通过加料孔10和出料侧孔12在搅拌轴5的离心力的设置下,会沿着出料嘴15进行移动,在移动过程中会在漏孔16中漏下,起到一定的均匀分布的作用,同时阻挡板17的能够避免在惯性作用下,物料从出料嘴15上侧滑出去,从而使得物料能够进一步运动到出料嘴15的远端,从而使得物料的分散更加均匀。
该制备系统能够在搅拌的过程中,通过叶片内的电加热丝8对方法中的物料尽量均匀且快速的加热,同时加料机构的设置能够使得方法中加入物料时,物料能够更加均匀的分散到搅拌仓2中的混合物中,从而能够进一步提高生产效率,有利于提高经济效益。
需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.基于植物纤维淀粉的可降解塑料,其特征在于:其原料按重量份比包括:稻草20~30份、秸秆15~25份、木薯淀粉10~20份、无水乙醇30~60份、去离子水20~30份、天然树脂粉10~25份、竹纤维粉8~20份、海藻胶粉6~18份、降解促进剂6~12份、填充剂4~20份、交联剂6~16份、聚乳酸8~18份、生物酶6~12份、分散剂8~18份、增塑剂6~16份、抗氧化剂4~12份、PBAT 10~50份。
2.根据权利要求1所述的基于植物纤维淀粉的可降解塑料,其特征在于:其原料按重量份比还包括以下组分:肥料有效成分20~50份和改性处理料20~30份,所述肥料有效成分为具有肥料效果的含氮化合物、含磷化合物、含钾化合物以及微量元素成分中的一种或几种。
3.如权利要求2所述的基于植物纤维淀粉的可降解塑料在农业中的应用,其特征在于:所述可降解塑料制成农用塑料薄膜进行地膜覆盖;或者,所述可降解塑料的制品在使用完成后粉碎成颗粒,并混入土壤或无土栽培的种植基质中,作为缓释肥使用。
4.根据权利要求1所述的基于植物纤维淀粉的可降解塑料,其特征在于:所述降解促进剂包括玉米油、葵花籽油、环氧大豆油或硬脂酸锰的一种或两种任意组合,所述填充剂为硬脂酸、液体石蜡、聚乙烯蜡中的至少一种;所述生物酶为木质素过氧化物酶、纤维素酶、半纤维素酶或淀粉酶中的一种或几种,所述交联剂为过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、二叔丁基过氧化物、过氧化氢二异丙苯中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的基于植物纤维淀粉的可降解塑料,其特征在于:所述增塑剂为邻苯二甲酸二正辛酯、邻苯二甲酸丁苄酯、邻苯二甲酸二仲辛酯、邻苯二甲酸二环己酯中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的基于植物纤维淀粉的可降解塑料,其特征在于:所述分散剂为硬脂酸锌、聚乙烯蜡和聚乙二醇质量比2∶1∶1的混合物。
7.如权利要求1、2以及权利要求4、5、6中任意一项提到的基于植物纤维淀粉的可降解塑料的制备方法,其特征在于:具体包括以下步骤:
S1、植物纤维制备:选取适量的稻草和秸秆,将其倒入冷冻粉碎机中进行粉碎处理,粉碎之后,将其过60目、100目筛子,再使用球磨机将其粉碎之后,过100目、200目筛子,得到植物粉末,然后将取得的植物粉末倒入搅拌机中,加入适量的去离子水,并根据需要加入适量的肥料有效成分或者不加入,启动搅拌机进行搅拌,搅拌时的温度设置成150℃~250℃,搅拌的速率控制在150~250r/min,搅拌的时间为30~50min,然后加入适量的天然树脂粉,将温度设置成180℃~200℃,搅拌的速率控制在150~250r/min,搅拌的时间为40~50min,即可得到植物纤维;
S2、淀粉混合物的制备:选取适量的木薯淀粉倒入搅拌机中,然后加入适量的无水乙醇进行搅拌,搅拌时的温度设置成60℃~90℃,搅拌的速率控制在150~250r/min,搅拌的时间为20~30min,然后加入适量的竹纤维粉和海藻胶粉,继续进行搅拌混合,将温度设置成100℃~130℃,搅拌的速率控制在120~190r/min,搅拌的时间为30~50min,使其充分混合均匀之后,加入适量的分散剂,继续进行混合搅拌,此时将温度设置成140℃~210℃,搅拌的速率控制在150~200r/min,搅拌的时间为30~50min,即可得到淀粉混合物;
S3、可降解塑料的制备:将S1中制得的植物纤维和S2中制得的淀粉混合物倒入搅拌机中,加入适量的降解促进剂、改性处理料、填充剂、交联剂、聚乳酸、生物酶、增塑剂、抗氧化剂和PBAT,启动搅拌机进行搅拌,温度设置成150℃~230℃,搅拌的速率控制在150~240r/min,搅拌的时间为40~70min,使其混合均匀之后,即可得到可降解塑料原料,将可降解塑料原料置于双螺旋杆挤出机中,在160℃~180℃的条件下以120~160r/min的螺杆转速挤出造粒,得可降解塑料。
8.根据权利要求7所述的基于植物纤维淀粉的可降解塑料的制备方法,其特征在于:所述改性处理料的制备步骤为:
(1)将稻壳纤维与氢氧化钠溶液按照质量比1:10混合,静置20~30min,过滤,接着用冰醋酸冲洗2~3次,得一次改性料;
(2)将一次改性料冷冻粉碎,过500~600目筛,得二次改性料;
(3)将二次改性料与巴氏芽孢杆菌溶液按照质量比1:10混合,静置18~24h,随后加入二次改性料质量0.01~0.02倍的尿素,接着加入巴氏芽孢杆菌溶液体积0.02~0.03倍的硝酸钙溶液,混合搅拌12~24h后,过滤,的三次改性料;
(4)将三次改性料至于马弗炉中,按照10℃/min升温至500~700℃,高温处理30~50min后,冷却,得改性处理料。
9.采用如权利要求7所述方法的可降解塑料制备系统,其特征在于:包括冷冻粉碎机、可降解塑料制备装置和双螺旋杆挤出机,所述可降解塑料制备装置包括安装机架(1),所述安装机架(1)的上固定设置有搅拌机和中心控制盒(14),所述搅拌机上设置有加料机构;
所述搅拌机包括搅拌仓(2),所述搅拌仓(2)包括搅拌筒(201)和设置在所述搅拌筒(201)底部的出料漏斗(202),所述搅拌筒(201)的顶端设置有端盖(3),所述端盖(3)上设置有导气出口(4),所述搅拌仓(2)的中心设置有与所述安装机架(1)转动连接的搅拌轴(5),所述搅拌轴(5)包括位于所述搅拌仓(2)内的搅拌段(501),所述搅拌段(501)上设置有搅拌叶片(6),所述搅拌轴(5)还包括位于所述端盖(3)上方的驱动段(502),所述驱动段(502)连接有驱动所述搅拌轴(5)转动的驱动电机(7),所述搅拌叶片(6)内设置有电加热丝(8),所述电加热丝(8)连接有固定在所述驱动段(502)上的过孔导电滑环(9),所述过孔导电滑环(9)和所述驱动电机(7)与所述中心控制盒(14)电性连接;
所述加料机构包括设置在所述驱动段(502)和所述搅拌段(501)中心的加料孔(10),所述加料孔(10)的顶端设置有与所述驱动段(502)的顶端连接的加料漏斗(11),所述加料孔(10)连接有位于所述搅拌段(501)侧面的出料侧孔(12),所述出料侧孔(12)靠近所述端盖(3)设置;
所述中心控制盒(14)还连接有设置在所述搅拌仓(2)内的温度传感器(13)。
10.根据权利要求9所述的可降解塑料制备系统,其特征在于:所述出料侧孔(12)还连接有出料嘴(15),所述出料嘴(15)上均匀设置有漏孔(16),且所述出料嘴(15)远离其旋转方向的一侧设置有阻挡板(17)。
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