CN113234327A - 一种甘蔗渣生产可降解塑料的方法 - Google Patents

一种甘蔗渣生产可降解塑料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及塑料生产技术领域，具体涉及一种甘蔗渣生产可降解塑料的方法。该甘蔗渣生产可降解塑料的方法包括以下步骤：S1按照重量份数取以下原料：改性甘蔗渣60～100份、填料20～30份、C5石油树脂0.5～1份、聚丙烯酸酯2～6份、增塑剂3～6份、偶联剂2～4份、分散剂0.1～0.3份；S2原料预处理：将以上原料投入高速混合机混合均匀，搅拌混合，搅拌转速为850～1500r/min，时间为15～25min；S3将混合物料熔融共混，得到混合均匀的共混物；S4将上步所得共混物添加到双螺杆挤出机中，挤出并造粒，即得可降解塑料成品。本发明通过对甘蔗渣进行改性，制备出物理强度较高，承重好的降解塑料材料。

Description

一种甘蔗渣生产可降解塑料的方法
技术领域
本发明涉及塑料生产技术领域，具体涉及一种甘蔗渣生产可降解塑料的方法。
背景技术
生物降解塑料是一种具有优良的使用性能、废弃后可被环境微生物完全分解而成为自然界中碳素循环的一个组成部分的高分子材料。天然高分子如纤维素、淀粉等在自然界资源丰富、价格低廉，可再生，利用它们制备的生物高分子材料具有良好的生物相容性，可以完全降解，且安全无毒，由于兼具天然再生资源的充分利用和环境治理的双重意义而受到各国的重视，但是它们大多不具热塑性，成型加工困难，耐水性差，限制了其的应用。
甘蔗渣作为一种广泛存在的天然农用废弃物资源，具有来源广泛、价廉、可再生和无污染等特点，并以其优异的可生物降解性能在高分子材料方面越来越受到青睐。蔗渣最主要的成分是纤维素，其次是半纤维素和木素，其中纤维素约占40％～50％。甘蔗渣分子链刚性和极性都很大且高度结晶并取向，能赋予复合材料较高的模量拉伸强度和弯曲强度。但是现有甘蔗渣生产的可降解塑料强度较低，承重差，且不能满足反复使用的要求。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种甘蔗渣生产可降解塑料的方法，通过对甘蔗渣进行改性，制备出物理强度较高，承重好的降解塑料材料，且能反复使用。
本发明的技术方案是这样实现的：一种甘蔗渣生产可降解塑料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1)、按照重量份数取以下原料：改性甘蔗渣60～100份、填料20～30份、C5石油树脂0.5～1份、聚丙烯酸酯2～6份、增塑剂3～6份、偶联剂2～4份、抗氧剂0.05～0.1份、分散剂0.1～0.3份、稳定剂0.5～1份；
S2)、原料预处理：将以上原料投入高速混合机混合均匀，置于65～75℃下搅拌混合，搅拌转速为850～1500r/min，时间为15～25min；
S3)、将混合物料熔融共混，得到混合均匀的共混物；
S4)、将上步所得共混物添加到双螺杆挤出机中，经挤出并造粒，即得可降解塑料成品，其中挤出造粒的温度为160～230℃。
所述改性甘蔗渣的制备方法为：将榨汁后的甘蔗残渣收集后，浸泡在质量浓度为10％的氢氧化钠溶液当中，浸泡时间为8h；然后用水洗涤4～5遍，晒干，粉碎为甘蔗渣粉备用；将丙三醇、乙二醇和正丁醇按1:2:1质量比例混合配制成混合溶液，再将经过处理的甘蔗渣粉加入所述混合溶液中，在60～75℃搅拌均匀2～4h后，静置30分钟，过滤，干燥，再将得到的甘蔗渣添加到质量浓度为5.5％的碳酸钠溶液中，加热至90℃，保温30分钟后，过滤，洗涤，干燥，即得到改性甘蔗渣。
所述甘蔗渣粉的粉碎粒度为50～100目，所述甘蔗渣粉与混合溶液的质量比例为1:1.5。
所述填料按重量份计由以下成分制成：玉米淀粉20份、马铃薯淀粉12份、竹纤维5份、醋酸乙烯酯0.6份和过硫酸钾0.1份，所述填料制备方法为：将玉米淀粉、马铃薯淀粉、竹纤维均匀混合到一起，加水调成糊状，添加醋酸乙烯酯和过硫酸钾，搅拌均匀后，然后加热至65℃，保温40分钟后，冷却至室温即可。
所述增塑剂为合成植物酯、单甘酯、乙酰柠檬酸三正丁酯、环氧脂肪酸丁酯、丙三醇中的一种或多种。
较优的，所述偶联剂为磷酸酯偶联剂、硼化物偶联剂、硅烷偶联剂、锡酸酯偶联剂中的一种或多种。
较优的，所述抗氧化剂为抗氧化剂1010、抗氧化剂168、抗氧化剂PS800FL中的一种或多种。
所述稳定剂为硬质酸钙、环氧树脂或硬脂酸锌中的一种或多种。
较优的，所述分散剂为硬脂酰胺与硬脂酸单甘油酯组合物，其中硬脂酰胺与硬脂酸单甘油酯添加比例为3～7：1～5。
本发明解决了背景技术中存在的缺陷,具有以下有益效果：
本发明提供一种甘蔗渣生产可降解塑料的方法，通过对甘蔗渣进行改性，制备出物理强度较高，承重好的降解塑料材料，且能反复使用。本发明的制备方法通过对甘蔗渣进行预处理，调整其热塑性能，经混料、挤压成型等一系列工艺得到可降解生物塑料，将废弃纤维价值最大化，创造性经济效益。通过对甘蔗渣进行大量的实验研究和各种改性处理，发现采用先干燥甘蔗渣和将丙三醇、乙二醇和正丁醇按1:2:1质量比例混合配制成溶液将甘蔗渣添加到溶液中处理后，再采用碳酸钠溶液处理，极大的提高了甘蔗渣的活性，改变了甘蔗渣表面的物理和化学状态，不仅提高了其相容性，还提高了其柔性和韧性，从而，极大的提高了制成的塑料制品的横向与纵向抗拉强度、韧性和承载力。本发明的填料通过采用玉米淀粉、马铃薯淀粉、竹纤维三者配合，并进行混合改性，不仅提高了其热塑性，还能够提高其流变性能，改善了加工成型性能，提高了湿压强度，降低了亲水性。本发明使用增塑剂、偶联剂、抗氧剂来及稳定剂改性聚合物—甘蔗渣表面，可以提高甘蔗渣与塑料之间的界面亲和能力，且改性的甘蔗渣具有增强的性质，提高了可降解塑料的拉伸强度、冲击韧性、断裂伸长率、撕裂强度，提高了可降解塑料的物理性能，提高了实用性。
具体实施方式
实施例1
一种甘蔗渣生产可降解塑料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1)、按照重量份数取以下原料：改性甘蔗渣80份、填料25份、C5石油树脂0.7份、聚丙烯酸酯4份、增塑剂5份、偶联剂3份、抗氧剂0.08份、分散剂0.2份、稳定剂0.8份。分散剂为硬脂酰胺与硬脂酸单甘油酯组合物，其中硬脂酰胺与硬脂酸单甘油酯添加比例为5：3。
改性甘蔗渣的制备方法为：将榨汁后的甘蔗残渣收集后，浸泡在质量浓度为10％的氢氧化钠溶液当中，浸泡时间为8h；然后用水洗涤4～5遍，晒干，粉碎为甘蔗渣粉备用；将丙三醇、乙二醇和正丁醇按1:2:1质量比例混合配制成混合溶液，再将经过处理的甘蔗渣粉加入所述混合溶液中，在60～75℃搅拌均匀2～4h后，静置30分钟，过滤，干燥，再将得到的甘蔗渣添加到质量浓度为5.5％的碳酸钠溶液中，加热至90℃，保温30分钟后，过滤，洗涤，干燥，即得到改性甘蔗渣，其中甘蔗渣粉的粉碎粒度为50～100目，所述甘蔗渣粉与混合溶液的质量比例为1:1.5。
填料按重量份计由以下成分制成：玉米淀粉20份、马铃薯淀粉12份、竹纤维5份、醋酸乙烯酯0.6份和过硫酸钾0.1份，所述填料制备方法为：将玉米淀粉、马铃薯淀粉、竹纤维均匀混合到一起，加水调成糊状，添加醋酸乙烯酯和过硫酸钾，搅拌均匀后，然后加热至65℃，保温40分钟后，冷却至室温即可。
S2)、原料预处理：将以上原料投入高速混合机混合均匀，置于65～75℃下搅拌混合，搅拌转速为8500～1500r/min，时间为15～25min；
S3)、将混合物料熔融共混，得到混合均匀的共混物；
S4)、将上步所得共混物添加到双螺杆挤出机中，经挤出并造粒，即得可降解塑料成品，其中挤出造粒的温度为160～230℃。
本发明的实施过程是：本发明的制备方法通过对甘蔗渣进行预处理，调整其热塑性能，经混料、挤压成型等一系列工艺得到可降解生物塑料，将废弃纤维价值最大化，创造性经济效益。通过对甘蔗渣进行大量的实验研究和各种改性处理，发现采用先干燥甘蔗渣和将丙三醇、乙二醇和正丁醇按1:2:1质量比例混合配制成溶液将甘蔗渣添加到溶液中处理后，再采用碳酸钠溶液处理，极大的提高了甘蔗渣的活性，改变了甘蔗渣表面的物理和化学状态，不仅提高了其相容性，还提高了其柔性和韧性，从而，极大的提高了制成的塑料制品的横向与纵向抗拉强度、韧性和承载力。本发明的填料通过采用玉米淀粉、马铃薯淀粉、竹纤维三者配合，并进行混合改性，不仅提高了其热塑性，还能够提高其流变性能，改善了加工成型性能，提高了湿压强度，降低了亲水性。本发明的改性甘蔗渣中含大量的羟基，这些羟基形成分子间氢键或分子内氢键，使甘蔗渣具有吸水性且极性很强；而热塑性塑料多数为非极性的，具有疏水性，所以两者之间的相容性较差，界面的粘结力很小，使用增塑剂、偶联剂、抗氧剂来及稳定剂改性聚合物—甘蔗渣表面，可以提高甘蔗渣与塑料之间的界面亲和能力，且改性的甘蔗渣具有增强的性质，提高了可降解塑料的拉伸强度、冲击韧性、断裂伸长率、撕裂强度，提高了可降解塑料的物理性能，提高了实用性。本发明通过将经过处理的改性甘蔗渣、填料、C5石油树脂、聚丙烯酸酯在特定条件下经过预混处理，并与增塑剂、偶联剂、抗氧剂、分散剂协同作用，能够提高溶体的流动性，减小摩擦，使得高聚物溶体能够更好的充模和脱模，改善了塑料袋制品表面的光泽性，提高了塑料制品的冲击强度和拉伸强度。
实施例2
一种甘蔗渣生产可降解塑料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1)、按照重量份数取以下原料：改性甘蔗渣100份、填料30份、C5石油树脂1份、聚丙烯酸酯6份、增塑剂6份、偶联剂4份、抗氧剂0.1份、分散剂0.3份、稳定剂1份。分散剂为硬脂酰胺与硬脂酸单甘油酯组合物，其中硬脂酰胺与硬脂酸单甘油酯添加比例为7：5。
改性甘蔗渣的制备方法为：将榨汁后的甘蔗残渣收集后，浸泡在质量浓度为10％的氢氧化钠溶液当中，浸泡时间为8h；然后用水洗涤4～5遍，晒干，粉碎为甘蔗渣粉备用；将丙三醇、乙二醇和正丁醇按1:2:1质量比例混合配制成混合溶液，再将经过处理的甘蔗渣粉加入所述混合溶液中，在60～75℃搅拌均匀4h后，静置30分钟，过滤，干燥，再将得到的甘蔗渣添加到质量浓度为5.5％的碳酸钠溶液中，加热至90℃，保温30分钟后，过滤，洗涤，干燥，即得到改性甘蔗渣，其中甘蔗渣粉的粉碎粒度为50～100目，所述甘蔗渣粉与混合溶液的质量比例为1:1.5。
填料按重量份计由以下成分制成：玉米淀粉20份、马铃薯淀粉12份、竹纤维5份、醋酸乙烯酯0.6份和过硫酸钾0.1份，所述填料制备方法为：将玉米淀粉、马铃薯淀粉、竹纤维均匀混合到一起，加水调成糊状，添加醋酸乙烯酯和过硫酸钾，搅拌均匀后，然后加热至65℃，保温40分钟后，冷却至室温即可。
S2)、原料预处理：将以上原料投入高速混合机混合均匀，置于65～75℃下搅拌混合，搅拌转速为8500～1500r/min，时间为15～25min；
S3)、将混合物料熔融共混，得到混合均匀的共混物；
S4)、将上步所得共混物添加到双螺杆挤出机中，经挤出并造粒，即得可降解塑料成品，其中挤出造粒的温度为160～230℃。
实施例3
一种甘蔗渣生产可降解塑料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1)、按照重量份数取以下原料：改性甘蔗渣60份、填料20份、C5石油树脂0.5份、聚丙烯酸酯2份、增塑剂3份、偶联剂2份、抗氧剂0.05份、分散剂0.1份、稳定剂0.5份。分散剂为硬脂酰胺与硬脂酸单甘油酯组合物，其中硬脂酰胺与硬脂酸单甘油酯添加比例为3：1。
改性甘蔗渣的制备方法为：将榨汁后的甘蔗残渣收集后，浸泡在质量浓度为10％的氢氧化钠溶液当中，浸泡时间为8h；然后用水洗涤4～5遍，晒干，粉碎为甘蔗渣粉备用；将丙三醇、乙二醇和正丁醇按1:2:1质量比例混合配制成混合溶液，再将经过处理的甘蔗渣粉加入所述混合溶液中，在60～75℃搅拌均匀2h后，静置30分钟，过滤，干燥，再将得到的甘蔗渣添加到质量浓度为5.5％的碳酸钠溶液中，加热至90℃，保温30分钟后，过滤，洗涤，干燥，即得到改性甘蔗渣，其中甘蔗渣粉的粉碎粒度为50～100目，所述甘蔗渣粉与混合溶液的质量比例为1:1.5。
填料按重量份计由以下成分制成：玉米淀粉20份、马铃薯淀粉12份、竹纤维5份、醋酸乙烯酯0.6份和过硫酸钾0.1份，所述填料制备方法为：将玉米淀粉、马铃薯淀粉、竹纤维均匀混合到一起，加水调成糊状，添加醋酸乙烯酯和过硫酸钾，搅拌均匀后，然后加热至65℃，保温40分钟后，冷却至室温即可。
S2)、原料预处理：将以上原料投入高速混合机混合均匀，置于65～75℃下搅拌混合，搅拌转速为8500～1500r/min，时间为15～25min；
S3)、将混合物料熔融共混，得到混合均匀的共混物；
S4)、将上步所得共混物添加到双螺杆挤出机中，经挤出并造粒，即得可降解塑料成品，其中挤出造粒的温度为160～230℃。
应用实施例
以实施例1-3制得的甘蔗渣可生物降解塑料为实验例，以传统的聚乙烯塑料为对照例，对各实验例进行拉伸效果测试，测试效果如下表：
样品编号 拉伸强度(MPa) 撕裂强度(KN/m) 抗摆锤冲击能/J
实施例1 12.53 42.24 0.375
实施例2 11.93 37.63 0.325
实施例3 12.36 36.52 0.315
对照例 10.52 28.24 0.263
上述结果表明，本发明实施例1～3的拉伸强度与低密度聚乙烯塑料的拉伸强度相当，但是撕裂强度和抗摆锤冲击能大于聚乙烯塑料，可见，本发明的甘蔗渣可降解塑料可以代替市面上的不可降解的塑料，不仅有效保护了生态环境，而且性能同样得到保障。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种甘蔗渣生产可降解塑料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1)、按照重量份数取以下原料：改性甘蔗渣60～100份、填料20～30份、C5石油树脂0.5～1份、聚丙烯酸酯2～6份、增塑剂3～6份、偶联剂2～4份、抗氧剂0.05～0.1份、分散剂0.1～0.3份、稳定剂0.5～1份；
S2)、原料预处理：将以上原料投入高速混合机混合均匀，置于65～75℃下搅拌混合，搅拌转速为850～1500r/min，时间为15～25min；
S3)、将混合物料熔融共混，得到混合均匀的共混物；
S4)、将上步所得共混物添加到双螺杆挤出机中，经挤出并造粒，即得可降解塑料成品，其中挤出造粒的温度为160～230℃。
2.根据权利要求1所述的甘蔗渣生产可降解塑料的方法，其特征在于：所述改性甘蔗渣的制备方法为：将榨汁后的甘蔗残渣收集后，浸泡在质量浓度为10％的氢氧化钠溶液当中，浸泡时间为8h；然后用水洗涤4～5遍，晒干，粉碎为甘蔗渣粉备用；将丙三醇、乙二醇和正丁醇按1:2:1质量比例混合配制成混合溶液，再将经过处理的甘蔗渣粉加入所述混合溶液中，在60～75℃搅拌均匀2～4h后，静置30分钟，过滤，干燥，再将得到的甘蔗渣添加到质量浓度为5.5％的碳酸钠溶液中，加热至90℃，保温30分钟后，过滤，洗涤，干燥，即得到改性甘蔗渣。
3.根据权利要求2所述的甘蔗渣生产可降解塑料的方法，其特征在于：所述甘蔗渣粉的粉碎粒度为50～100目，所述甘蔗渣粉与混合溶液的质量比例为1:1.5。
4.根据权利要求1所述的甘蔗渣生产可降解塑料的方法，其特征在于：所述填料按重量份计由以下成分制成：玉米淀粉20份、马铃薯淀粉12份、竹纤维5份、醋酸乙烯酯0.6份和过硫酸钾0.1份，所述填料制备方法为：将所述玉米淀粉、马铃薯淀粉、竹纤维均匀混合到一起，加水调成糊状，添加醋酸乙烯酯和过硫酸钾，搅拌均匀后，然后加热至65℃，保温40分钟后，冷却至室温即可。
5.根据权利要求1所述的甘蔗渣生产可降解塑料的方法，其特征在于：所述增塑剂为合成植物酯、单甘酯、乙酰柠檬酸三正丁酯、环氧脂肪酸丁酯、丙三醇中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的甘蔗渣生产可降解塑料的方法，其特征在于：所述偶联剂为磷酸酯偶联剂、硼化物偶联剂、硅烷偶联剂、锡酸酯偶联剂中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的甘蔗渣生产可降解塑料的方法，其特征在于：所述抗氧化剂为抗氧化剂1010、抗氧化剂168、抗氧化剂PS800FL中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的甘蔗渣生产可降解塑料的方法，其特征在于：所述稳定剂为硬质酸钙、环氧树脂或硬脂酸锌中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的甘蔗渣生产可降解塑料的方法，其特征在于：所述分散剂为硬脂酰胺与硬脂酸单甘油酯组合物，其中硬脂酰胺与硬脂酸单甘油酯添加比例为3～7：1～5。
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