CN115746528A - 一种壳牌炉粉煤灰改性的可降解塑料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种壳牌炉粉煤灰改性的可降解塑料及其制备方法,包括增容剂、可降解塑料、改性粉煤灰,其制备方法为:取可降解塑料、粉煤灰干燥;可降解塑料、马来酸酐、引发剂混合均匀后,经挤出机挤出切粒,制得增容剂;将硅烷偶联剂与乙醇配制成改性溶液后,粉煤灰与改性溶液混合均匀后干燥,即制得改性粉煤灰;将增容剂、可降解塑料、改性粉煤灰混合均匀后,经挤出机挤出切粒,制得粉煤灰改性可降解塑料。有益效果是:本发明根据可降解塑料基体的不同,以马来酸酐对其进行改性,作为增容剂,通过增容剂将改性壳牌炉粉煤灰和可降解塑料以化学键紧密连接,有效地提高了粉煤灰与塑料基体的相容性,最终得到粉煤灰均匀稳定分散的改性可降解塑料。
Description
技术领域
本发明涉及可降解塑料领域,特别涉及一种壳牌炉粉煤灰改性的可降解塑料及其制备方法。
背景技术
随着多个国家“禁塑令”的颁布,减少不可降解包装材料的应用已成为当今社会的共识,特别是我国于 2021 年初首次定义了可降解塑料不能含有 PP、PE、PS 等不可降解塑料,这些措施将加快推动生物可降解材料替代石油基不可降解材料的进程,进一步提升研究者对可降解材料的关注程度。
当前市场上较流行的生物可降解塑料包括聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)、聚己内酯(PCL)、聚碳酸亚丙酯(PPC)等。这些可降解塑料凭借其各自特点,适用于吹塑、热塑等各种加工方法,加工方便,可用于加工从工业到民用的各种塑料制品、包装食品、快餐饭盒、无纺布、工业及民用布,市场前景十分看好。
然而现阶段,通过聚合法制得的生物可降解塑料的性能均存在一定的限制,如PBAT和 PBS的韧性较好,但二者的刚性较低;PLA 和 PGA 的力学强度较高,但二者的韧性均不足。此外,与传统的塑料相比,生物可降解塑料材料的制作成本较高,通常进一步限制其应用范围。因此,为制备高性能、低成本的生物可降解塑料,通常需要对可降解塑料进行改性研究,以满足不同领域的应用要求。近年来,人们为了得到性能优异的高分子材料,常采用共聚改性和共混改性等方法对可降解塑料进行改性。其中,采用无机填料对可降解塑料进行填充改性的方法,可以有效地提升其机械性能,同时又可以降低成本,因而受到人们的广泛关注。粉煤灰是电厂煤气化锅炉收集的固废,化学成分以SiO2和Al2O3为主,其本身具有较强的刚性,售价远低于可降解塑料,可以作为无机填料进行增强改性,并降低可降解塑料在下游的应用成本。然而,粉煤灰通常颗粒大小不均一,在塑料基体中易出现团聚,同时与塑料基体的相容性差,这些特性都限制了粉煤灰作为无机填料在可降解塑料改性中的应用。
发明内容
针对现有技术的上述问题,本发明的目的是提供一种壳牌炉粉煤灰改性的可降解塑料及其制备方法。
一种壳牌炉粉煤灰改性的可降解塑料,包括增容剂、可降解塑料、改性粉煤灰,所述增容剂、所述可降解塑料、所述改性粉煤灰的质量比为40-60:0-30:0-30;所述增溶剂是由所述可降解塑料、马来酸酐、引发剂按照质量比100:1-10:0.1-0.3混合后造粒制得,所述改性粉煤灰为经改性溶液改性后的粉煤灰,所述粉煤灰为壳牌炉粉煤灰。
优选的,所述可降解塑料包括但不限于聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚乳酸、聚乙醇酸、聚己内酯、聚碳酸亚丙酯的一种或者多种。
优选的,所述引发剂为过氧化二苯甲酰、过氧化二异丙苯、过氧化二叔丁基、过氧化二碳酸酯中的一种或几种的混合。
优选的,所述改性溶液为硅烷偶联剂与乙醇按照质量比1:1制得,所述硅烷偶联剂为KH550。
一种壳牌炉粉煤灰改性的可降解塑料的制备方法,其特征在于,其步骤为:
步骤1、取可降解塑料于80-120℃的温度下,干燥12-15小时,粉煤灰在100-130℃温度下,干燥4-10小时;
步骤2、取步骤1中所述可降解塑料、马来酸酐、引发剂按照质量比:100:1-10:0.1-0.3经高速共混机混合均匀后,挤出温度为180-240℃,经螺杆挤出机挤出切粒,制得所述增容剂;
步骤3、将所述硅烷偶联剂与所述乙醇按照质量比1:1配制成所述改性溶液后,所述粉煤灰与所述改性溶液按照质量比100:1-10混合均匀,在50-70℃的温度下,干燥12-15小时,即制得改性粉煤灰;
步骤4、将所述增容剂、所述可降解塑料、所述改性粉煤灰按照质量比为40-60:10-30:10-30,经高速共混机混合均匀后,挤出温度为180-240℃,经螺杆挤出机挤出切粒,制得粉煤灰改性可降解塑料。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
(1)本发明的无机填料选用了壳牌炉粉煤灰,壳牌炉的操作压力一般在4.0MPa,气化温度一般在1400~1700摄氏度,在此温度压力下,碳转化率一般会超过99%,因此,与其它粉煤灰相比,壳牌炉粉煤灰残炭率低,粒径较小,5μm 以下的颗粒占 95%以上,尺寸分布主要集中在0-3μm之间,呈玻璃微珠状,上述特征使得壳牌炉粉煤灰更容易均匀分散在塑料基体之中;此外,壳牌炉生成的粉煤灰是不含水分的,因此只需轻微脱除储存期间吸收的水分便可直接使用;
(2)本发明根据所用的可降解塑料基体的不同,分别以马来酸酐对其进行改性,作为自制增容剂,制备简单,方法具有普适性。使用时,增容剂一端相同种类的塑料分子链段可以与塑料基体紧密连接,MAH链段可以与改性粉煤灰(MFA)紧密连接,不仅可以提高粉煤灰与塑料基体的相容性,还可以有效改善粉煤灰在塑料基体内部分散的均匀性和稳定性,进而有效提高材料的力学性能,抗冲击强度和弯曲强度都获得了显著提升。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明,但本发明并不限于以下实施例。
实施例1
取原料PLA于100℃干燥12小时,壳牌炉粉煤灰100℃干燥4小时,PLA、马来酸酐(MAH)、过氧化二异丙苯按照质量比100:5:0.1,经高速共混机混合均匀后,挤出温度为190℃,经螺杆挤出机挤出切粒,制得马来酸酐改性料PLA-MAH,将KH550与乙醇按照质量比1:1配制成溶液后,粉煤灰与溶液按照质量比100:5混合均匀,在70℃干燥12小时,制得改性后的粉煤灰(MFA)。将PLA、PLA-MAH、MFA按照质量比为60:20:20,经高速共混机混合均匀后,挤出温度为190℃,经螺杆挤出机挤出切粒,制得粉煤灰改性PLA料。
实施例2
取原料PBS于80℃干燥13小时,壳牌炉粉煤灰(FA)120℃干燥6小时,PBS、马来酸酐(MAH)、过氧化二异丙苯按照质量比100:3:0.2,经高速共混机混合均匀后,挤出温度为180℃,经螺杆挤出机挤出切粒,制得马来酸酐改性料PBS-MAH。将KH550与乙醇按照质量比1:1配制成溶液后,粉煤灰与溶液按照质量比100:3混合均匀,在60℃干燥15小时,制得改性后的粉煤灰(MFA),将PBS、PBS-MAH、MFA按照质量比为50:25:25,经高速共混机混合均匀后,挤出温度为180℃,经螺杆挤出机挤出切粒,制得粉煤灰改性PBS料。
实施例3
取原料PBAT于110℃干燥13小时,壳牌炉粉煤灰(FA)105℃干燥8小时,PBAT、马来酸酐(MAH)、过氧化二叔丁基按照质量比100:8:0.2,经高速共混机混合均匀后,挤出温度为200℃,经螺杆挤出机挤出切粒,制得马来酸酐改性料PBAT-MAH。将KH550与乙醇按照质量比1:1配制成溶液后,粉煤灰与溶液按照质量比100:6混合均匀,在65℃干燥12小时,制得改性后的粉煤灰(MFA),将PBAT、PBAT-MAH、MFA按照质量比为40:30:30,经高速共混机混合均匀后,挤出温度为200℃,经螺杆挤出机挤出切粒,制得粉煤灰改性PBAT料。
实施例4
取原料PGA于120℃干燥12小时,壳牌炉粉煤灰(FA)100℃干燥10小时,PGA、马来酸酐(MAH)、过氧化二碳酸酯按照质量比100:10:0.1,经高速共混机混合均匀后,挤出温度为230℃,经螺杆挤出机挤出切粒,制得马来酸酐改性料PGA-MAH。将KH550与乙醇按照质量比1:1配制成溶液后,粉煤灰与溶液按照质量比100:10混合均匀,在70℃干燥15小时,制得改性后的粉煤灰(MFA),将PGA、PGA-MAH、MFA按照质量比为60:10:30,经高速共混机混合均匀后,挤出温度为230℃,经螺杆挤出机挤出切粒,制得粉煤灰改性PGA料。
将实施例1-4以及对比例1-4制备的改性可降解塑料进行性能测试,对比例1-4分别为:
对比例1
取原料PLA于100℃干燥12小时,普通粉煤灰(非壳牌炉)100℃干燥4小时,将PLA、粉煤灰按照质量比为80:20,经高速共混机混合均匀后,挤出温度为190℃,经螺杆挤出机挤出切粒,制得粉煤灰改性PLA料。
对比例2
取原料PBS于80℃干燥13小时,普通粉煤灰(非壳牌炉)120℃干燥6小时,将PBS、粉煤灰按照质量比为75:25,经高速共混机混合均匀后,挤出温度为180℃,经螺杆挤出机挤出切粒,制得粉煤灰改性PBS料。
对比例3
取原料PBAT于110℃干燥13小时,普通粉煤灰(非壳牌炉)105℃干燥8小时,将PBAT、粉煤灰按照质量比为70:30,经高速共混机混合均匀后,挤出温度为200℃,经螺杆挤出机挤出切粒,制得粉煤灰改性PBAT料。
对比例4
取原料PGA于120℃干燥12小时,普通粉煤灰(非壳牌炉)100℃干燥10小时,将PGA、粉煤灰按照质量比为70:30,经高速共混机混合均匀后,挤出温度为230℃,经螺杆挤出机挤出切粒,制得粉煤灰改性PGA料。
性能表征:
实施例1-4以及对比例1-4制备的改性可降解塑料性能测试,其力学性能及抗阻燃性能测试结果如表1所示
性能 | 无缺口冲击强度(KJ/m<sup>2</sup>) | 弯曲强度(MPa) | 极限氧指数LOI/% |
实施例1 | 14.2 | 61.3 | 32.3 |
对比例1 | 4.8 | 45.7 | 21.7 |
实施例2 | 7.6 | 37.2 | 29.6 |
对比例2 | 4.2 | 25.0 | 18.9 |
实施例3 | 58.5 | 31.7 | 26.1 |
对比例3 | 41.2 | 16.5 | 19.4 |
实施例4 | 38.4 | 228.6 | 31.8 |
对比例4 | 26.2 | 160.4 | 22.1 |
根据表1的测试结果可知,在不同的可降解塑料经壳牌炉粉煤灰改性后,无缺口冲击强度、弯曲强度、极限氧指数得到了显著的提升。
相比于其它粉煤灰,壳牌炉粉煤灰的特征使其更容易均匀分散在塑料基体之中,使得最终改性的可降解塑料表现出优异的力学性能,抗冲击强度和弯曲强度都获得了显著提升。同时,粉煤灰的加入还可以降低可降解塑料的应用成本。
壳牌炉粉煤灰能够与复合物燃烧时生成的残炭形成光滑、致密且连续的炭层,连续的炭层可阻隔内部生成的气体和热量与外界交换,能够有效抑制燃烧,进而使复合材料具有更好的阻燃效果。
以上已对本发明的较佳实施例进行了具体说明,但本发明并不限于所述实施例,熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同的变型或替换,这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (5)
1.一种壳牌炉粉煤灰改性的可降解塑料,其特征在于,包括增容剂、可降解塑料、改性粉煤灰,所述增容剂、所述可降解塑料、所述改性粉煤灰的质量比为40-60:0-30:0-30;所述增溶剂是由所述可降解塑料、马来酸酐、引发剂按照质量比100:1-10:0.1-0.3混合后造粒制得,所述改性粉煤灰为经改性溶液改性后的粉煤灰,所述粉煤灰为壳牌炉粉煤灰。
2.根据权利要求1所述的一种壳牌炉粉煤灰改性的可降解塑料,其特征在于:所述可降解塑料包括但不限于聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚乳酸、聚乙醇酸、聚己内酯、聚碳酸亚丙酯的一种或者多种。
3.根据权利要求1所述的一种壳牌炉粉煤灰改性的可降解塑料,其特征在于:所述引发剂为过氧化二苯甲酰、过氧化二异丙苯、过氧化二叔丁基、过氧化二碳酸酯中的一种或几种的混合。
4.根据权利要求1所述的一种壳牌炉粉煤灰改性的可降解塑料,其特征在于:所述改性溶液为硅烷偶联剂与乙醇按照质量比1:1制得,所述硅烷偶联剂为KH550。
5.一种壳牌炉粉煤灰改性的可降解塑料的制备方法,其特征在于,其步骤为:
步骤1、取可降解塑料于80-120℃的温度下,干燥12-15小时,粉煤灰在100-130℃温度下,干燥4-10小时;
步骤2、取步骤1中所述可降解塑料、马来酸酐、引发剂按照质量比:100:1-10:0.1-0.3经高速共混机混合均匀后,挤出温度为180-240℃,经螺杆挤出机挤出切粒,制得所述增容剂;
步骤3、将所述硅烷偶联剂与所述乙醇按照质量比1:1配制成所述改性溶液后,所述粉煤灰与所述改性溶液按照质量比100:1-10混合均匀,在50-70℃的温度下,干燥12-15小时,即制得改性粉煤灰;
步骤4、将所述增容剂、所述可降解塑料、所述改性粉煤灰按照质量比为40-60:10-30:10-30,经高速共混机混合均匀后,挤出温度为180-240℃,经螺杆挤出机挤出切粒,制得粉煤灰改性可降解塑料。
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