CN114686015B - 一种环保型生物质基可降解材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环保型生物质基可降解材料及其制备方法，涉及可降解材料加工技术领域，所述环保型生物质基可降解材料以花生壳粉作为生物质基料，以海泡石粉作为补强剂，以接枝改性聚乙烯醇作为胶粘剂，以颜料作为着色剂，采用注塑成型工艺；本发明不仅实现了花生壳在本领域中的新应用，而且制得的注塑制品具有优良的力学性能；并且由于采用花生壳作为基料，因此可以赋予注塑制品一定的可生物降解性能，解决了常规注塑制品无法生物降解或者生物降解十分缓慢的问题。
Description
技术领域：
本发明涉及可降解材料加工技术领域，具体涉及一种环保型生物质基可降解材料及其制备方法。
背景技术：
生物质材料是指以木本植物、禾本植物和藤本植物及其加工剩余物和废弃物为原材料，通过物理、化学和生物学等高技术手段，加工制造性能优异、附加值高的新材料。虽然生物质材料具有环保性强、成本低、来源广的特点，但生物质材料的加工成型性差，通常是将生物质材料与高分子塑料相结合加工得到复合材料，同时解决了高分子塑料存在的难以降解或者降解十分缓慢的问题。
花生壳是花生的果壳，通常用于加工肥料或者饲料，但每年仍有大量的花生壳通过焚烧方式进行处理，不仅污染空气，还导致了生物质资源浪费。近年来，人们开始将花生壳类植物纤维应用于木塑复合材料的加工，但植物纤维的添加量不宜过大，因为植物纤维与高分子塑料的相容性差，添加量过大时会出现植物纤维团聚的问题，从而影响复合材料的应用性能；添加量过小又无法实现植物纤维的大量使用，不能从根本上降低原料成本。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题在于提供一种环保型生物质基可降解材料及其制备方法，以花生壳粉作为注塑制品的生物质基料，实现了花生壳在本领域中的新应用，并且降低了注塑制品的加工成本，同时通过辅料的添加来保证注塑制品的力学性能。
本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
本发明提供了一种环保型生物质基可降解材料，以花生壳粉作为生物质基料，以海泡石粉作为补强剂，以接枝改性聚乙烯醇作为胶粘剂，以颜料作为着色剂，采用注塑成型工艺。
所述花生壳粉的粒度为80-120目。
所述接枝改性聚乙烯醇是由聚乙烯醇和1-环己基-3-(2-氯乙基)脲在缚酸剂作用下反应制成，其合成路线如下：
所述缚酸剂为三乙胺或吡啶。
在缚酸剂作用下，1-环己基-3-(2-氯乙基)脲与聚乙烯醇发生接枝反应，生成改性聚乙烯醇，通过改性聚乙烯醇的制备不仅能够提高胶粘剂的粘接性能，还能提高最终所制可降解材料的力学性能。
所述花生壳粉、海泡石粉、接枝改性聚乙烯醇、颜料的质量比为100:10-30:15-40:0.1-2。
所述着色剂为无机颜料或者有机颜料。
花生壳属于农产品的下脚料，花生壳粉是由花生外壳经过粉碎机粉碎之后形成的粉末，通常用于饲料或者肥料加工。本发明以花生壳粉作为加工可降解材料的生物质基料，实现了花生壳在本领域中的新应用，并且降低了可降解材料的加工成本。
本发明还提供了一种环保型生物质基可降解材料的制备方法，包括下列步骤：
(1)向水中加入聚乙烯醇，加热溶解，再加入缚酸剂，然后分批加入1-环己基-3-(2-氯乙基)脲，加热反应，待聚乙烯醇结构中的羟基反应完全后减压浓缩除水，水洗，干燥，得到接枝改性聚乙烯醇；
(2)向花生壳粉中加入海泡石粉、接枝改性聚乙烯醇和颜料，混合后注塑成型。
所述注塑成型的注射速度为200-500mm/s，注射温度为200-250℃，注射压力为450-1200bar，模具温度为90-140℃。
所述1-环己基-3-(2-氯乙基)脲的摩尔量与聚乙烯醇结构中所含羟基的摩尔量相等。通过控制摩尔量，使聚乙烯醇结构中的羟基全部参与反应。
所述缚酸剂的摩尔量与1-环己基-3-(2-氯乙基)脲的摩尔量相等。缚酸剂的作用是中和接枝反应生成的氯化氢，促进接枝反应的正向进行。
虽然海泡石具有补强作用，但其补强作用有限。而海泡石的大量添加会影响注塑制品的加工成型性，因此需要控制海泡石的添加量，但同时又得保证注塑制品的力学性能。基于这一目的，本发明采用插层改性技术制备了改性海泡石粉，以改性海泡石粉替代上述技术方案中的海泡石粉，取得了进一步优化注塑制品的力学性能的技术效果。
本发明还提供了一种环保型生物质基可降解材料的制备方法，包括下列步骤：
(1)向海泡石粉中加入白色聚合氯化铝的水溶液，超声处理下减压蒸馏除水，水分挥干后继续超声处理，最后经干燥后破碎成粉体，得到改性海泡石粉；所述海泡石粉、白色聚合氯化铝的质量比为20:5-10，白色聚合氯化铝的水溶液的质量浓度为3-10％；
(2)向水中加入聚乙烯醇，加热溶解，再加入缚酸剂，然后分批加入1-环己基-3-(2-氯乙基)脲，加热反应，反应结束后减压浓缩除水，水洗，干燥，得到接枝改性聚乙烯醇；
(3)向花生壳粉中加入改性海泡石粉、接枝改性聚乙烯醇和颜料，混合后注塑成型。
所述注塑成型的注射速度为200-500mm/s，注射温度为200-250℃，注射压力为450-1200bar，模具温度为90-140℃。
所述1-环己基-3-(2-氯乙基)脲的摩尔量与聚乙烯醇结构中所含羟基的摩尔量相等。
所述缚酸剂的摩尔量与1-环己基-3-(2-氯乙基)脲的摩尔量相等。
本发明的有益效果是：本发明以花生壳作为生物质基料，通过补强剂、胶粘剂和着色剂的添加制得可生物降解的注塑制品，不仅实现了花生壳在本领域中的新应用，而且制得的注塑制品具有优良的力学性能；并且由于采用花生壳作为基料，因此可以赋予注塑制品一定的可生物降解性能，解决了常规注塑制品无法生物降解或者生物降解十分缓慢的问题。
具体实施方式：
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
聚乙烯醇购自北京万图明科技有限公司的聚乙烯醇2488；花生壳粉购自河北丹煦矿产品贸易有限公司的120目花生壳粉；海泡石粉购自河北一矿矿产品有限公司；黄K2112FG购自上海凯茵化工有限公司。
实施例1
(1)向500mL水中加入聚乙烯醇(聚乙烯醇含有0.05mol羟基)，加热至沸腾状态后溶解，再加入0.05mol三乙胺，然后分3批等量加入0.05mol 1-环己基-3-(2-氯乙基)脲，加热至60℃反应，待聚乙烯醇结构中的羟基反应完全后减压浓缩除水，水洗，干燥，得到接枝改性聚乙烯醇。
(2)向100g花生壳粉中加入15g海泡石粉、25g接枝改性聚乙烯醇和0.5g黄K2112FG，混合后注塑成型，注射速度为350mm/s，注射温度为225℃，注射压力为820bar，模具温度为110℃。
实施例2
实施例2的制备步骤同实施例1，不同之处是调整了花生壳粉和接枝改性聚乙烯醇的比例。
(1)向500mL水中加入聚乙烯醇(聚乙烯醇含有0.05mol羟基)，加热至沸腾状态后溶解，再加入0.05mol三乙胺，然后分3批等量加入0.05mol 1-环己基-3-(2-氯乙基)脲，加热至60℃反应，待聚乙烯醇结构中的羟基反应完全后减压浓缩除水，水洗，干燥，得到接枝改性聚乙烯醇。
(2)向100g花生壳粉中加入15g海泡石粉、30g接枝改性聚乙烯醇和0.5g黄K2112FG，混合后注塑成型，注射速度为350mm/s，注射温度为225℃，注射压力为820bar，模具温度为110℃。
实施例3
实施例3的制备步骤同实施例1，不同之处是以改性海泡石粉替代未经改性的海泡石粉。
(1)向20g海泡石粉中加入由8g白色聚合氯化铝配制而成的水溶液，白色聚合氯化铝的水溶液的质量浓度为10％，超声处理下减压蒸馏除水，超声波频率40kHz、超声波频率500W，水分挥干后继续超声处理30min，最后经干燥后破碎成粉体，得到改性海泡石粉。
(2)向500mL水中加入聚乙烯醇(聚乙烯醇含有0.05mol羟基)，加热至沸腾状态后溶解，再加入0.05mol三乙胺，然后分3批等量加入0.05mol 1-环己基-3-(2-氯乙基)脲，加热至60℃反应，待聚乙烯醇结构中的羟基反应完全后减压浓缩除水，水洗，干燥，得到接枝改性聚乙烯醇。
(3)向100g花生壳粉中加入15g改性海泡石粉、25g接枝改性聚乙烯醇和0.5g黄K2112FG，混合后注塑成型，注射速度为350mm/s，注射温度为225℃，注射压力为820bar，模具温度为110℃。
对照例
对照例的制备步骤同实施例1，不同之处是未对聚乙烯醇进行接枝改性。
向100g花生壳粉中加入15g海泡石粉、25g聚乙烯醇和0.5g黄K2112FG，混合后注塑成型，注射速度为350mm/s，注射温度为225℃，注射压力为820bar，模具温度为110℃。
分别对上述实施例和对照例制备的注塑制品进行力学性能测定，测定结果见表1所示。
标准GB/T 1040.3-2006测定拉伸强度；标准GB/T 9341-2008。
表1
| 组别 | 拉伸强度/MPa | 弯曲强度/MPa |
| 实施例1 | 25.8 | 38.2 |
| 实施例2 | 27.4 | 41.0 |
| 实施例3 | 28.1 | 42.6 |
| 对照例 | 19.7 | 29.5 |
从表1可以看出，实施例通过改性海泡石粉的制备与添加、聚乙烯醇的接枝改性与添加能够明显提高所制注塑制品的力学性能。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种环保型生物质基可降解材料，其特征在于：以花生壳粉作为生物质基料，以海泡石粉作为补强剂，以接枝改性聚乙烯醇作为胶粘剂，以颜料作为着色剂，采用注塑成型工艺；
所述接枝改性聚乙烯醇是由聚乙烯醇和1-环己基-3-(2-氯乙基)脲在缚酸剂作用下反应制成；
所述花生壳粉、海泡石粉、接枝改性聚乙烯醇、颜料的质量比为100:10-30:15-40:0.1-2。
2.根据权利要求1所述的环保型生物质基可降解材料，其特征在于：所述花生壳粉的粒度为80-120目。
3.根据权利要求1所述的环保型生物质基可降解材料，其特征在于：所述缚酸剂为三乙胺或吡啶。
4.根据权利要求1所述的环保型生物质基可降解材料，其特征在于：所述着色剂为无机颜料或者有机颜料。
5.一种权利要求1所述的环保型生物质基可降解材料的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：
(1)向水中加入聚乙烯醇，加热溶解，再加入缚酸剂，然后分批加入1-环己基-3-(2-氯乙基)脲，加热反应，待聚乙烯醇结构中的羟基反应完全后减压浓缩除水，水洗，干燥，得到接枝改性聚乙烯醇；
(2)向花生壳粉中加入海泡石粉、接枝改性聚乙烯醇和颜料，混合后注塑成型。
6.根据权利要求5所述的环保型生物质基可降解材料的制备方法，其特征在于：所述注塑成型的注射速度为200-500mm/s，注射温度为200-250℃，注射压力为450-1200bar，模具温度为90-140℃。
7.根据权利要求5所述的环保型生物质基可降解材料的制备方法，其特征在于：所述1-环己基-3-(2-氯乙基)脲的摩尔量与聚乙烯醇结构中所含羟基的摩尔量相等。
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