CN113603908A - 一种可降解环保塑料母粒及其制备方法 - Google Patents

一种可降解环保塑料母粒及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及高分子材料领域，具体涉及一种可降解环保塑料母粒及其制备方法。包括以下质量份数的原料聚己二酸对苯二甲酸丁二酯30～50份、聚乙醇酸40～60份、多异氰酸酯预聚体1～5份、无机填料5～15份、增塑剂5～10份、光敏添加剂1～5份、偶联剂2～8份；制得的塑料母粒可自然降解和生物降解，能够在较短的时间内由大分子链变成小分子，与微生物配合，最终降解产物为水、CO2、无机物等，具有很好的降解性能，达到环保的效果。

Description

一种可降解环保塑料母粒及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料领域，具体涉及一种可降解环保塑料母粒及其制备方法。
背景技术
随着对“白色污染”认知的提高和国家对限塑令的推进，传统塑料逐渐不能满足当今市场对塑料的要求，传统塑料逐渐向可降解塑料过渡。可降解塑料是在塑料里加入一些可降解的原料或者降解助剂，使得原来的塑料能够变成小分子，CO2、H2O、甲烷、无机物等。
然而，不可否认的是，目前可降解塑料存在众多缺点，如可生物降解塑料生产成本高、产量低，生物降解周期过长，降解不完全，对环保造成较大压力等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可降解环保塑料母粒及其制备方法，制得的塑料母粒可自然降解和生物降解，能够在较短的时间内由大分子链变成小分子，与微生物配合，最终降解产物为水、CO2、无机物等，具有很好的降解性能，达到环保的效果。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种可降解环保塑料母粒，包括以下质量份数的原料：
Figure BDA0003254811230000011
Figure BDA0003254811230000021
所述可降解环保塑料母粒的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：取质量份数的聚己二酸对苯二甲酸丁二酯、聚乙醇酸、多异氰酸酯预聚体、无机填料、增塑剂加入到反应釜中，通入氮气，氮气压力为0.5～3Mpa，设置温度为160～200℃，搅拌速度为60～120r/mi n，密闭反应1小时，再添加质量份数的光敏添加剂和偶联剂继续反应3～6h得到中间体；
步骤二：使用双螺旋挤出机对步骤一中得到的中间体进行挤出造粒，挤出温度控制为150～180℃，冷却到室温，得到可降解环保塑料母粒。
所述聚己二酸对苯二甲酸丁二酯为柠檬酸接枝共聚的聚己二酸对苯二甲酸丁二酯，即将聚己二酸对苯二甲酸丁二酯加热到熔融态，控制温度为130～150℃时再依次加入柠檬酸和引发剂，以40～60r/mi n的速度搅拌20～30mi n,自然冷却到室温，制得柠檬酸接枝共聚的聚己二酸对苯二甲酸丁二酯。
所述多异氰酸酯预聚体为，将聚酯多元醇加热到70～80℃，再依次加入异氰酸酯、扩链剂和催化剂，在氮气保护下，持续反应6～8h后得到的多异氰酸酯预聚体；其中聚酯多元醇、异氰酸酯、扩链剂、催化剂的质量比例为聚酯多元醇：异氰酸酯：扩链剂：催化剂＝40～60：30～50：3～5：1～3。
所述无机填料为纳米碳酸钙、纳米蒙脱土、纳米氧化镁中的一种或多种。
所述光敏添加剂为芳基三唑、橙黄、纳米二氧化钛、纳米氧化锌中的一种或多种。
所述偶联剂为酞酸酯偶联剂、氨基硅烷偶联剂、硅烷偶联剂中的一种或多种。
所述增塑剂为聚乙二醇、邻苯二甲酸二甲酯、柠檬酸三丁酯中的一种或多种。
所述柠檬酸接枝共聚的聚己二酸对苯二甲酸丁二酯中所用引发剂为过氧苯甲酰或偶氮二异丁腈。
多异氰酸酯预聚体的制备中，所述聚酯多元醇为聚碳酸酯二醇、己二酸系聚酯二醇、乙二醇中的一种或多种；所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯中的一种或多种；所述扩链剂为甘油、三羟甲基丙烷、二甘醇、乙二胺、乙醚中的一种或多种；所述催化剂为胺类催化剂，为N,N-二甲基环己胺、三乙胺、N,N’-二乙基哌嗪、三乙醇胺、吡啶中的一种或多种。
本发明的有益效果：
1、本发明以聚己二酸对苯二甲酸丁二酯(PBAT)和聚乙醇酸(PGA)为主原料，PBAT是己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物，使得本发明制得的塑料母粒既有较好的延展性和断裂伸长率，也有较好的耐热性和冲击性能；同时聚乙醇酸(PGA)具有简单规整的线性分子结构，是简单的线性脂肪族聚酯，生物相容性好，使得塑料母粒可自然降解和生物降解，最终降解产物为水和CO2，具有很好的降解性能。
2、本发明采用多异氰酸酯预聚体，作为本发明的相容剂，含有活性NCO端基，易于与原料中的OH结合，与无机填料结合，化学键连接速度快，能够有效改善各原料间的界面相容性，使得各原料能够快速相容、相连，具有使用量少，增容性高的特点，解决可多种可降解塑料原料相互复合时界面复杂的问题；在界面相容性好的基础上，偶联剂的使用，使得各原料间通过化学键连接，连接牢固，从分子结构上，增加了可降解塑料的机械强度。
3、使用纳米级的无机填料对可降解塑料进行增强改性，一方面，由于无机填料的粒径小，活性高，增加了材料间的相容性能，另一方面，无机物增加了塑料的力学性能，此外，无机填料的使用，在一定程度上降低了可降解环保塑料母粒的生产成本。
4、光敏添加剂的添加，尤其是有机的光引发剂或助剂，半导体光催化剂，能够通过太阳光照射积累能量，降低分子链断开时需要的能量，使得塑料被废弃后，能够在较短的时间内由大分子链变成小分子，与微生物配合，可降解环保塑料母粒迅速变成自然界存在的CO2、H2O、无机物等，达到环保的效果。
5、增塑剂的使用，使得所制备的可降解环保塑料母粒具有较好的热塑性，便于维持母粒自身结构稳定，且便于进一步加工使用和重复利用。
具体实施方式
下面将对本发明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作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。
实施例1
一种可降解环保塑料母粒，包括以下质量份数的原料：聚己二酸对苯二甲酸丁二酯30份，聚乙醇酸40份，多异氰酸酯预聚体1份，无机填料5份，增塑剂5份，光敏添加剂1份，偶联剂2份；
所述无机填料为纳米碳酸钙；光敏添加剂为芳基三唑；偶联剂为酞酸酯偶联剂；增塑剂为聚乙二醇；
所述可降解环保塑料母粒的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：取质量份数的聚己二酸对苯二甲酸丁二酯、聚乙醇酸、多异氰酸酯预聚体、无机填料、增塑剂加入到反应釜中，通入氮气，氮气压力为0.5Mpa，设置温度为160℃，搅拌速度为60r/min，密闭反应1小时，再添加质量份数的光敏添加剂和偶联剂继续反应3h得到中间体；
步骤二：使用双螺旋挤出机对步骤一中得到的中间体进行挤出造粒，挤出温度控制为150℃，冷却到室温，得到可降解环保塑料母粒。
实施例2
一种可降解环保塑料母粒，包括以下质量份数的原料：聚己二酸对苯二甲酸丁二酯50份，聚乙醇酸60份，多异氰酸酯预聚体5份，无机填料15份，增塑剂10份，光敏添加剂5份，偶联剂8份；
所述无机填料为纳米碳酸钙和纳米蒙脱土按1：1混合；光敏添加剂为芳基三唑和橙黄按1：1混合；偶联剂为酞酸酯偶联剂和氨基硅烷偶联剂按1：1混合；所述增塑剂为聚乙二醇和邻苯二甲酸二甲酯按1：1混合；
所述可降解环保塑料母粒的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：取质量份数的聚己二酸对苯二甲酸丁二酯、聚乙醇酸、多异氰酸酯预聚体、无机填料、增塑剂加入到反应釜中，通入氮气，氮气压力为3Mpa，设置温度为200℃，搅拌速度为120r/min，密闭反应1小时，再添加质量份数的光敏添加剂和偶联剂继续反应6h得到中间体；
步骤二：使用双螺旋挤出机对步骤一中得到的中间体进行挤出造粒，挤出温度控制为180℃，冷却到室温，得到可降解环保塑料母粒。
实施例3
一种可降解环保塑料母粒，包括以下质量份数的原料：聚己二酸对苯二甲酸丁二酯40份，聚乙醇酸50份，多异氰酸酯预聚体3份，无机填料10份，增塑剂7份，光敏添加剂3份，偶联剂6份；
所述无机填料为纳米蒙脱土；光敏添加剂为纳米二氧化钛；偶联剂为硅烷偶联剂；增塑剂为柠檬酸三丁酯；
所述可降解环保塑料母粒的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：取质量份数的聚己二酸对苯二甲酸丁二酯、聚乙醇酸、多异氰酸酯预聚体、无机填料、增塑剂加入到反应釜中，通入氮气，氮气压力为2Mpa，设置温度为180℃，搅拌速度为90r/min，密闭反应1小时，再添加质量份数的光敏添加剂和偶联剂继续反应5h得到中间体；
步骤二：使用双螺旋挤出机对步骤一中得到的中间体进行挤出造粒，挤出温度控制为160℃，冷却到室温，得到可降解环保塑料母粒。
对实施例1～3中方法制备的可降解环保塑料母粒进行测试，所得结果如表格所示：
Figure BDA0003254811230000061
由上表所示，本发明方法所制备的可降解环保塑料母粒具有较好的机械强度、降解程度高，与单独主原料制备的可降解塑料相比，降解速率更快，对环境的压力更小，更加环保。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种可降解环保塑料母粒，其特征在于，包括以下质量份数的原料：
Figure FDA0003254811220000011
所述可降解环保塑料母粒的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：取质量份数的聚己二酸对苯二甲酸丁二酯、聚乙醇酸、多异氰酸酯预聚体、无机填料、增塑剂加入到反应釜中，通入氮气，氮气压力为0.5～3Mpa，设置温度为160～200℃，搅拌速度为60～120r/min，密闭反应1小时，再添加质量份数的光敏添加剂和偶联剂继续反应3～6h得到中间体；
步骤二：使用双螺旋挤出机对步骤一中得到的中间体进行挤出造粒，挤出温度控制为150～180℃，冷却到室温，得到可降解环保塑料母粒。
2.根据权利要求1所述的一种可降解环保塑料母粒，其特征在于：所述聚己二酸对苯二甲酸丁二酯为柠檬酸接枝共聚的聚己二酸对苯二甲酸丁二酯，即将聚己二酸对苯二甲酸丁二酯加热到熔融态，控制温度为130～150℃时再依次加入柠檬酸和引发剂，以40～60r/min的速度搅拌20～30min,自然冷却到室温，制得柠檬酸接枝共聚的聚己二酸对苯二甲酸丁二酯。
3.根据权利要求1所述的一种可降解环保塑料母粒，其特征在于：所述多异氰酸酯预聚体为，将聚酯多元醇加热到70～80℃，再依次加入异氰酸酯、扩链剂和催化剂，在氮气保护下，持续反应6～8h后得到的多异氰酸酯预聚体；其中聚酯多元醇、异氰酸酯、扩链剂、催化剂的质量比例为聚酯多元醇：异氰酸酯：扩链剂：催化剂＝40～60：30～50：3～5：1～3。
4.根据权利要求1所述的一种可降解环保塑料母粒，其特征在于：所述无机填料为纳米碳酸钙、纳米蒙脱土、纳米氧化镁中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种可降解环保塑料母粒，其特征在于：所述光敏添加剂为芳基三唑、橙黄、纳米二氧化钛、纳米氧化锌中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种可降解环保塑料母粒，其特征在于：所述偶联剂为酞酸酯偶联剂、氨基硅烷偶联剂、硅烷偶联剂中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的一种可降解环保塑料母粒，其特征在于：所述增塑剂为聚乙二醇、邻苯二甲酸二甲酯、柠檬酸三丁酯中的一种或多种。
8.根据权利要求2所述的一种可降解环保塑料母粒，其特征在于：所述柠檬酸接枝共聚的聚己二酸对苯二甲酸丁二酯中所用引发剂为过氧苯甲酰或偶氮二异丁腈。
9.根据权利要求3所述的一种可降解环保塑料母粒，其特征在于：多异氰酸酯预聚体的制备中，所述聚酯多元醇为聚碳酸酯二醇、己二酸系聚酯二醇、乙二醇中的一种或多种；所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯中的一种或多种；所述扩链剂为甘油、三羟甲基丙烷、二甘醇、乙二胺、乙醚中的一种或多种；所述催化剂为胺类催化剂，为N,N-二甲基环己胺、三乙胺、N,N’-二乙基哌嗪、三乙醇胺、吡啶中的一种或多种。
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