CN113861631A - 一种生物可降解pbs/稻壳复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种生物可降解PBS/稻壳复合材料，属于高分子材料技术领域。该复合材料按重量百分比计，包括：5%‑30%稻壳和95‑70%PBS树脂，所述的稻壳是经过碱液和硅烷偶联剂共同处理的。本发明还提供了一种生物可降解PBS/稻壳复合材料的制备方法及其应用。本发明的PBS复合材料质轻、具有良好的力学性能和加工性能，用途极为广泛，可用于包装、餐具、化妆品瓶及药品瓶、一次性医疗用品、汽车内外饰、生物医用高分子材料等领域。采用本发明制备出的PBS/稻壳复合材料在保留可降解特性的同时，制备方法简单、生产工艺易于实施、环保节约。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种生物可降解PBS/稻壳复合材料及其制备方法。
背景技术
随着社会的进步和科技的发展，人类对能源的需求日益增加，但石化资源的不断消耗和环境问题的日趋严重，这对人类的永续发展提出了新的挑战。生物可降解高分子材料是利用可再生的生物质资源，包括但不限于自然界中的脂肪酸、碳水化合物、醇类等，通过一系列生物、物理和化学手段制造出来的聚合物，其具有绿色环保、环境友好、可生物降解以及可再生循环利用等特性。所以，发展生物可降解高分子材料可以降低对石化资源的依赖度，减少环境污染并缓解石化资源短缺。聚丁二酸丁二醇酯（PBS）具有优异的生物降解性及生物相容性，是一种发展潜力极大的可降解高分子材料。稻壳是产量最大的生物质资源之一，中国的稻壳年产量在4000万吨以上，大量的稻壳由于欠缺妥当的处置方式，给环境带来了巨大的压力，但合理的利用好这一庞大的资源不仅可以缓解能源和环境问题，而且可以产生巨大的经济效益。本发明采用生物基树脂PBS和农业固体废弃物稻壳为原料，通过物理和化学改性的方法，利用熔融共混技术，制备了一种生物可降解PBS/稻壳复合材料，该复合材料综合性能优良，成本低，具有广泛的应用前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种PBS/稻壳复合材料及其制备方法，该复合材料具有综合性能优良、环境友好、成本低且加工工艺简单。为实现以上目的，本发明提供如下技术方案：
本发明首先提供一种PBS/稻壳复合材料，按重量百分比计，包括：70-95%PBS树脂基体和30-5%改性稻壳；
其中改性稻壳按重量百分比计包括：95-99%稻壳和5-1%硅烷偶联剂；
优选的是，所述的改性稻壳的制备方法，包括：
将稻壳粉碎成100目颗粒，把粉碎后的稻壳烘干后放入配制好的碱液里浸泡处理，浸泡完成并洗净在80℃下烘干12小时。再将预处理的稻壳放入硅烷偶联剂乙醇溶液中，浸泡并搅拌，改性完成后洗净在80℃下烘干12小时；
优选的是，所述的硅烷偶联剂选自KH550，KH560，KH570，KH580，VTES，VTS等中的一种或几种；
优选的是，所述的自制碱液浓度为3-7%，稻壳与碱液的比例为1:(4-12)，在碱液中浸泡时间为2-7小时；
优选的是，所述的硅烷偶联剂乙醇溶液的浓度为1-5%；稻壳与硅烷偶联剂乙醇溶液的比例为1：(4-12)，在硅烷偶联剂乙醇溶液中浸泡时间为2-7h；
本发明还提供一种PBS/稻壳复合材料的制备方法，包括：称取PBS树脂基体和改性稻壳进行熔融共混，即可获得PBS/稻壳复合材料。
优选的是，所述的熔融共混温度为140℃，熔融共混时间为5~12min。
本发明的有益效果
本发明首先提供一种PBS/稻壳复合材料，按重量百分比计，包括：70-95%PBS树脂基体和30-5%改性稻壳；其中改性稻壳按重量百分比计包括：95-99%稻壳和5-1%硅烷偶联剂。和现有技术相比，本发明的改性稻壳是经过碱液和硅烷偶联剂共同改性的，可以使其均匀的分散在PBS基体树脂中，降低了界面张力，改善了两相的相容性，提高了界面结合力。因此，本发明的复合材料具有良好的韧性和刚性，实验结果表明：本发明的复合材料冲击强度可达到68J/m，模量可达到1143Mpa。
本发明还提供一种PBS/稻壳复合材料的制备方法，该制备方法工艺简单、原料易得，制备的复合材料具有良好的韧性和刚性。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对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。
本发明首先提供一种PBS/稻壳复合材料，按重量百分比计，包括：70-95%PBS树脂基体，优选为80-95%，更优选为85-95%；30-5%改性稻壳，优选为20-5%，更优选为15-5%。
其中改性稻壳按重量百分比计包括：95-99%稻壳，优选为96-98%，更优选为97%；5-1%硅烷偶联剂，优选为4-2%，更优选为3%。
按照本发明所述的PBS基体树脂和稻壳为本领域技术人员常用的商品化产品。
按照本发明所述的改性稻壳的制备方法，优选包括：
将稻壳粉碎成100目颗粒，把粉碎后的稻壳烘干后放入配制好的碱液里浸泡处理，浸泡完成并洗净在80℃下烘干12小时。再将预处理的稻壳放入硅烷偶联剂乙醇溶液中，浸泡并搅拌，改性完成后洗净在80℃下烘干12小时；
按照本发明，所述的硅烷偶联剂优选为γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550），γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（KH560），γ-甲基丙烯酰氧基丙基硅烷（KH570），γ-巯丙基三乙氧基硅烷（KH580），乙烯基三乙氧基硅烷（VTES），乙烯基三甲氧基硅烷（VTS）等中的一种或几种；
按照本发明，所述自制碱液浓度优选为3-7%，进一步优选为4-6%，更优选为5%；所述稻壳与碱液的比例优选为1：(4-12)，进一步优选为1：(6-10)，更优选为1：8；所述在碱液中浸泡时间为2-7h，进一步优选为3-6h，更优选为4h。
按照本发明，所述硅烷偶联剂乙醇溶液的浓度优选为1-5%，进一步优选为2-4%，更优选为3%；所述稻壳与硅烷偶联剂乙醇溶液的比例优选为1：(4-12)，进一步优选为1：(6-10)，更优选为1：8；所述在硅烷偶联剂乙醇溶液中浸泡时间为2-7h，进一步优选为3-6h，更优选为4h。
本发明还提供一种PBS/稻壳复合材料的制备方法，包括：称取PBS树脂基体和改性稻壳进行熔融共混，即可获得PBS/稻壳复合材料。所述的熔融共混温度优选为140℃，熔融共混时间优选为5~12min。
下述实施例将对本发明作进一步的详细说明，但是需要指出的是这些实施例在任何情况下都不应当被看作是对本发明范围的限制。
实施例1
改性稻壳的制备：
首先将稻壳粉碎成100目颗粒，把粉碎的稻壳烘干后放入碱液（浓度为5%）中进行浸泡处理，其中稻壳与碱液的重量比为1：8。浸泡时间为4个小时，之后对稻壳进行清洗，先用清水洗涤5-6遍，确保稻壳表面干净，最后再用去离子水冲洗一遍，清洗完成后放入干燥设备，设置干燥温度为80℃，烘干12小时。再将预处理的稻壳放入KH560乙醇溶液（浓度为3%）中进行浸泡改性处理，其中稻壳与KH560乙醇溶液的重量比为1：8。同时进行搅拌，时间为4小时，之后对改性稻壳进行清洗，先用清水洗涤5-6遍，确保稻壳表面干净，最后再用去离子水冲洗一遍，清洗完成后放入干燥设备，设置干燥温度为80℃，烘干12小时。
PBS/稻壳复合材料的制备：
称取PBS基体树脂90重量份和改性稻壳10重量份进行熔融共混，混炼温度固定为140℃，混炼时间为7min，即可获得PBS/稻壳复合材料。该复合材料所测的物性如表1。
实施例2
改性稻壳的制备：
与实施例1相同。
PBS/稻壳复合材料的制备：
称取PBS基体树脂95重量份和改性稻壳5重量份进行熔融共混，混炼温度固定为140℃，混炼时间为7min，即可获得PBS/稻壳复合材料。该复合材料所测的物性如表1。
实施例3
改性稻壳的制备：
与实施例1相同。
PBS/稻壳复合材料的制备：
称取PBS基体树脂85重量份和改性稻壳15重量份进行熔融共混，混炼温度固定为140℃，混炼时间为7min，即可获得PBS/稻壳复合材料。该复合材料所测的物性如表1。
实施例4
改性稻壳的制备：
与实施例1相同。
PBS/稻壳复合材料的制备：
称取PBS基体树脂80重量份和改性稻壳20重量份进行熔融共混，混炼温度固定为140℃，混炼时间为7min，即可获得PBS/稻壳复合材料。该复合材料所测的物性如表1。
实施例5
改性稻壳的制备：
首先将稻壳粉碎成100目颗粒，把粉碎的稻壳烘干后放入碱液（浓度为5%）中进行浸泡处理，其中稻壳与碱液的重量比为1：8。浸泡时间为4个小时，之后对稻壳进行清洗，先用清水洗涤5-6遍，确保稻壳表面干净，最后再用去离子水冲洗一遍，清洗完成后放入干燥设备，设置干燥温度为80℃，烘干12小时。再将预处理的稻壳放入KH570乙醇溶液（浓度为3%）中进行浸泡改性处理，其中稻壳与KH570乙醇溶液的重量比为1：8。同时进行搅拌，时间为4小时，之后对改性稻壳进行清洗，先用清水洗涤5-6遍，确保稻壳表面干净，最后再用去离子水冲洗一遍，清洗完成后放入干燥设备，设置干燥温度为80℃，烘干12小时。
PBS/稻壳复合材料的制备：
称取PBS基体树脂90重量份和改性稻壳10重量份进行熔融共混，混炼温度固定为140℃，混炼时间为7min，即可获得PBS/稻壳复合材料。该复合材料所测的物性如表1。
实施例6
改性稻壳的制备：
首先将稻壳粉碎成100目颗粒，把粉碎的稻壳烘干后放入碱液（浓度为5%）中进行浸泡处理，其中稻壳与碱液的重量比为1：8。浸泡时间为4个小时，之后对稻壳进行清洗，先用清水洗涤5-6遍，确保稻壳表面干净，最后再用去离子水冲洗一遍，清洗完成后放入干燥设备，设置干燥温度为80℃，烘干12小时。再将预处理的稻壳放入VTES乙醇溶液（浓度为3%）中进行浸泡改性处理，其中稻壳与VTES乙醇溶液的重量比为1：8。同时进行搅拌，时间为4小时，之后对改性稻壳进行清洗，先用清水洗涤5-6遍，确保稻壳表面干净，最后再用去离子水冲洗一遍，清洗完成后放入干燥设备，设置干燥温度为80℃，烘干12小时。
PBS/稻壳复合材料的制备：
称取PBS基体树脂90重量份和改性稻壳10重量份进行熔融共混，混炼温度固定为140℃，混炼时间为7min，即可获得PBS/稻壳复合材料。该复合材料所测的物性如表1。
实施例7
改性稻壳的制备：
首先将稻壳粉碎成100目颗粒，把粉碎的稻壳烘干后放入碱液（浓度为5%）中进行浸泡处理，其中稻壳与碱液的重量比为1：6。浸泡时间为4个小时，之后对稻壳进行清洗，先用清水洗涤5-6遍，确保稻壳表面干净，最后再用去离子水冲洗一遍，清洗完成后放入干燥设备，设置干燥温度为80℃，烘干12小时。再将预处理的稻壳放入KH560乙醇溶液（浓度为3%）中进行浸泡改性处理，其中稻壳与KH560乙醇溶液的重量比为1：6。同时进行搅拌，时间为4小时，之后对改性稻壳进行清洗，先用清水洗涤5-6遍，确保稻壳表面干净，最后再用去离子水冲洗一遍，清洗完成后放入干燥设备，设置干燥温度为80℃，烘干12小时。
PBS/稻壳复合材料的制备：
称取PBS基体树脂90重量份和改性稻壳10重量份进行熔融共混，混炼温度固定为140℃，混炼时间为7min，即可获得PBS/稻壳复合材料。该复合材料所测的物性如表1。
实施例8
改性稻壳的制备：
首先将稻壳粉碎成100目颗粒，把粉碎的稻壳烘干后放入碱液（浓度为5%）中进行浸泡处理，其中稻壳与碱液的重量比为1：10。浸泡时间为4个小时，之后对稻壳进行清洗，先用清水洗涤5-6遍，确保稻壳表面干净，最后再用去离子水冲洗一遍，清洗完成后放入干燥设备，设置干燥温度为80℃，烘干12小时。再将预处理的稻壳放入KH560乙醇溶液（浓度为3%）中进行浸泡改性处理，其中稻壳与KH560乙醇溶液的重量比为1：10。同时进行搅拌，时间为4小时，之后对改性稻壳进行清洗，先用清水洗涤5-6遍，确保稻壳表面干净，最后再用去离子水冲洗一遍，清洗完成后放入干燥设备，设置干燥温度为80℃，烘干12小时。
PBS/稻壳复合材料的制备：
称取PBS基体树脂90重量份和改性稻壳10重量份进行熔融共混，混炼温度固定为140℃，混炼时间为7min，即可获得PBS/稻壳复合材料。该复合材料所测的物性如表1。
实施例9
改性稻壳的制备：
首先将稻壳粉碎成100目颗粒，把粉碎的稻壳烘干后放入碱液（浓度为2%）中进行浸泡处理，其中稻壳与碱液的重量比为1：8。浸泡时间为4个小时，之后对稻壳进行清洗，先用清水洗涤5-6遍，确保稻壳表面干净，最后再用去离子水冲洗一遍，清洗完成后放入干燥设备，设置干燥温度为80℃，烘干12小时。再将预处理的稻壳放入KH560乙醇溶液（浓度为3%）中进行浸泡改性处理，其中稻壳与KH560乙醇溶液的重量比为1：8。同时进行搅拌，时间为4小时，之后对改性稻壳进行清洗，先用清水洗涤5-6遍，确保稻壳表面干净，最后再用去离子水冲洗一遍，清洗完成后放入干燥设备，设置干燥温度为80℃，烘干12小时。
PBS/稻壳复合材料的制备：
称取PBS基体树脂90重量份和改性稻壳10重量份进行熔融共混，混炼温度固定为140℃，混炼时间为7min，即可获得PBS/稻壳复合材料。该复合材料所测的物性如表1。
实施例10
改性稻壳的制备：
首先将稻壳粉碎成100目颗粒，把粉碎的稻壳烘干后放入碱液（浓度为7%）中进行浸泡处理，其中稻壳与碱液的重量比为1：8。浸泡时间为4个小时，之后对稻壳进行清洗，先用清水洗涤5-6遍，确保稻壳表面干净，最后再用去离子水冲洗一遍，清洗完成后放入干燥设备，设置干燥温度为80℃，烘干12小时。再将预处理的稻壳放入KH560乙醇溶液（浓度为3%）中进行浸泡改性处理，其中稻壳与KH560乙醇溶液的重量比为1：8。同时进行搅拌，时间为4小时，之后对改性稻壳进行清洗，先用清水洗涤5-6遍，确保稻壳表面干净，最后再用去离子水冲洗一遍，清洗完成后放入干燥设备，设置干燥温度为80℃，烘干12小时。
PBS/稻壳复合材料的制备：
称取PBS基体树脂90重量份和改性稻壳10重量份进行熔融共混，混炼温度固定为140℃，混炼时间为7min，即可获得PBS/稻壳复合材料。该复合材料所测的物性如表1。
实施例11
改性稻壳的制备：
首先将稻壳粉碎成100目颗粒，把粉碎的稻壳烘干后放入碱液（浓度为5%）中进行浸泡处理，其中稻壳与碱液的重量比为1：8。浸泡时间为4个小时，之后对稻壳进行清洗，先用清水洗涤5-6遍，确保稻壳表面干净，最后再用去离子水冲洗一遍，清洗完成后放入干燥设备，设置干燥温度为80℃，烘干12小时。再将预处理的稻壳放入KH560乙醇溶液（浓度为1%）中进行浸泡改性处理，其中稻壳与KH560乙醇溶液的重量比为1：8。同时进行搅拌，时间为4小时，之后对改性稻壳进行清洗，先用清水洗涤5-6遍，确保稻壳表面干净，最后再用去离子水冲洗一遍，清洗完成后放入干燥设备，设置干燥温度为80℃，烘干12小时。
PBS/稻壳复合材料的制备：
称取PBS基体树脂90重量份和改性稻壳10重量份进行熔融共混，混炼温度固定为140℃，混炼时间为7min，即可获得PBS/稻壳复合材料。该复合材料所测的物性如表1。
实施例12
改性稻壳的制备：
首先将稻壳粉碎成100目颗粒，把粉碎的稻壳烘干后放入碱液（浓度为5%）中进行浸泡处理，其中稻壳与碱液的重量比为1：8。浸泡时间为4个小时，之后对稻壳进行清洗，先用清水洗涤5-6遍，确保稻壳表面干净，最后再用去离子水冲洗一遍，清洗完成后放入干燥设备，设置干燥温度为80℃，烘干12小时。再将预处理的稻壳放入KH560乙醇溶液（浓度为5%）中进行浸泡改性处理，其中稻壳与KH560乙醇溶液的重量比为1：8。同时进行搅拌，时间为4小时，之后对改性稻壳进行清洗，先用清水洗涤5-6遍，确保稻壳表面干净，最后再用去离子水冲洗一遍，清洗完成后放入干燥设备，设置干燥温度为80℃，烘干12小时。
PBS/稻壳复合材料的制备：
称取PBS基体树脂90重量份和改性稻壳10重量份进行熔融共混，混炼温度固定为140℃，混炼时间为7min，即可获得PBS/稻壳复合材料。该复合材料所测的物性如表1。
实施例13
改性稻壳的制备：
与实施例1相同。
PBS/稻壳复合材料的制备：
称取PBS基体树脂75重量份和改性稻壳25重量份进行熔融共混，混炼温度固定为140℃，混炼时间为7min，即可获得PBS/稻壳复合材料。该复合材料所测的物性如表1。
实施例14
改性稻壳的制备：
与实施例1相同。
PBS/稻壳复合材料的制备：
称取PBS基体树脂70重量份和改性稻壳30重量份进行熔融共混，混炼温度固定为140℃，混炼时间为7min，即可获得PBS/稻壳复合材料。该复合材料所测的物性如表1。
实施例15
改性稻壳的制备：
与实施例1相同。
PBS/稻壳复合材料的制备：
称取PBS基体树脂90重量份和改性稻壳10重量份进行熔融共混，混炼温度固定为140℃，混炼时间为5min，即可获得PBS/稻壳复合材料。该复合材料所测的物性如表1。
实施例16
改性稻壳的制备：
与实施例1相同。
PBS/稻壳复合材料的制备：
称取PBS基体树脂90重量份和改性稻壳10重量份进行熔融共混，混炼温度固定为140℃，混炼时间为12min，即可获得PBS/稻壳复合材料。该复合材料所测的物性如表1。
表1 实施例1-16所制复合材料的物性
| 序号 | PBS/RH(wt/wt) | 冲击强度(J/m) | 拉伸强度(MPa) | 模量(MPa) |
| 实施例1 | 90/10 | 61 | 36 | 645 |
| 实施例2 | 95/5 | 68 | 37 | 576 |
| 实施例3 | 85/15 | 57 | 35 | 779 |
| 实施例4 | 80/20 | 48 | 31 | 946 |
| 实施例5 | 90/10 | 51 | 29 | 576 |
| 实施例6 | 90/10 | 49 | 28 | 572 |
| 实施例7 | 90/10 | 60 | 30 | 610 |
| 实施例8 | 90/10 | 57 | 30 | 624 |
| 实施例9 | 90/10 | 52 | 29 | 577 |
| 实施例10 | 90/10 | 60 | 33 | 587 |
| 实施例11 | 90/10 | 53 | 27 | 517 |
| 实施例12 | 90/10 | 58 | 31 | 631 |
| 实施例13 | 75/25 | 43 | 25 | 1086 |
| 实施例14 | 70/30 | 40 | 23 | 1143 |
| 实施例15 | 90/10 | 57 | 30 | 618 |
| 实施例16 | 90/10 | 60 | 30 | 624 |
以上所述仅为本发明数个较佳可行实施例，凡熟悉此项的技术人员，其依本发明精神范畴所作的修饰或更改，均理应包含在本发明技术方案范围内。
Claims (9)
1.一种PBS/稻壳复合材料及其制备方法，其特征在于，按重量百分比计，包括：70-95%PBS树脂基体和30-5%改性稻壳；
所述的改性稻壳按重量百分比计包括：95-99%稻壳和5-1%硅烷偶联剂；
所述的改性稻壳的制备方法，包括：将稻壳粉碎成微粒，把粉碎后的稻壳烘干后放入配制好的碱液里浸泡处理，浸泡完成并洗净烘干。再将预处理的稻壳放入硅烷偶联剂乙醇溶液中，浸泡并搅拌，改性完成后洗净烘干；
所述的PBS/稻壳复合材料的制备方法，包括：将PBS与改性稻壳熔融共混，制得PBS/稻壳复合材料。
2.根据权利要求1所述的PBS/稻壳复合材料的制备方法，其特征在于所述自制碱液的浓度为3-7%，稻壳与碱液的比例为1：(4-12)，浸泡时间为2-7小时。
3.根据权利要求1所述的PBS/稻壳复合材料的制备方法，其特征在于经过碱液处理的稻壳干燥温度为80℃，干燥时间为12小时。
4.根据权利要求1所述的PBS/稻壳复合材料的制备方法，其特征在于所用硅烷偶联剂乙醇溶液的浓度为1-5%，稻壳与硅烷偶联剂乙醇溶液的比例为1：(4-12)，浸泡时间为2-7小时。
5.根据权利要求1所述的PBS/稻壳复合材料的制备方法，其特征在于，所述的硅烷偶联剂选自γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550），γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（KH560），γ-甲基丙烯酰氧基丙基硅烷（KH570），γ-巯丙基三乙氧基硅烷（KH580），乙烯基三乙氧基硅烷（VTES），乙烯基三甲氧基硅烷（VTS）等中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的PBS/稻壳复合材料的制备方法，其特征在于，所述的经过粉碎的稻壳粒子尺寸为100目。
7.根据权利要求1所述的PBS/稻壳复合材料的制备方法，其特征在于改性完的稻壳干燥温度为80℃，干燥时间为12小时。
8.根据权利要求1所述的PBS/稻壳复合材料的制备方法，其特征在于所述的熔融共混时间为5~12min。
9.根据权利要求1所述的PBS/稻壳复合材料的制备方法，其特征在于所述的熔融共混温度为140℃。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115612258A (zh) * | 2022-09-28 | 2023-01-17 | 长春工业大学 | 一种低成本高韧性环保型稻壳基复合材料及制备方法 |
| CN115627013A (zh) * | 2022-09-08 | 2023-01-20 | 苏州博大永旺新材股份有限公司 | 一种稻壳粉生物质基全降解材料及其制备方法 |
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| CN110128842A (zh) * | 2019-06-05 | 2019-08-16 | 北京林业大学 | 一种界面改性稻壳粉/聚乳酸可生物降解复合材料的制备方法 |
-
2021
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Patent Citations (2)
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