CN115850933A - 一种降低植物油脂类增塑剂在高分子基体中迁移、挥发的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种降低植物油脂类增塑剂在高分子基体中迁移、挥发的方法,其特征在于所述方法为:首先将高分子基体、植物油脂、抗氧剂、有机过氧化物四者混合均匀,然后通过密炼机或平行双螺杆挤出机,在一定温度下熔融共混,最后经压片或造粒,得到迁移、挥发性低的植物油脂增塑高分子制品。本发明成本低,加工方式简单,可显著降低植物油脂类增塑剂在高分子基体中的迁移、挥发,降低增塑制品的增塑剂味道,具有广阔的市场前景。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料改性领域,特别是涉及一种降低植物油脂类增塑剂在高分子基体中迁移、挥发的方法。
背景技术
世界各国对塑料制品环保和健康要求越来越严格,有毒性的邻苯二甲酸酯类增塑剂如邻苯二甲酸二异辛酯(DOP)在儿童玩具、与人体和卫生食品相关的所有塑料制品中被禁止使用。世界各国都在加紧研究符合环保和健康要求的无毒增塑剂,以满足市场需求。
植物油脂是一类环境友好的生物基增塑剂,相关的研究较多,其中大豆油经过环氧化制备成环氧大豆油广泛应用在聚氯乙烯(PVC)塑料制品、涂料、油墨、橡胶等中,是一类消费量较大的增塑剂。但是由于环氧大豆油极性小,与高分子基体相容性较差,在制品中容易迁移和挥发出来,限制了其应用。
发明内容
为解决上述问题,本发明提供了一种将植物油脂类增塑剂通过化学反应与高分子基体形成牢固共价键结合,限制其析出的方法,此方法简单、高效、成本低,大大减少了植物油脂类增塑剂在高分子材料尤其是塑料基体中迁移和挥发,减少了制品气味,扩展了其应用领域。
本发明采用如下技术方案:
一种降低植物油脂类增塑剂在高分子基体中迁移、挥发的方法,所述方法为:首先将高分子基体、植物油脂、抗氧剂、有机过氧化物四者混合均匀,然后通过密炼机或平行双螺杆挤出机,在一定温度下熔融共混,最后经压片或造粒,得到迁移、挥发性低的植物油脂增塑高分子制品;
所述高分子基体为聚乳酸(PLA);
所述植物油脂为主链上含有乙烯基或不饱和双键的植物油脂;
所述高分子基体与植物油脂、抗氧剂的质量比为100:10-50:0.1-5,更优选100:10-50:0.1-2,所述植物油脂与有机过氧化物的质量比为100:0.1-20。
本发明所述植物油脂可以是豆油、花生油、玉米油、葵花籽油、橄榄油中的一种或多种。作为优选,所述植物油脂为大豆油,更优选为碘值在110-140%的大豆油。
本发明中,所述抗氧剂可以是芳香胺类抗氧剂、受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或多种。
作为优选,所述高分子基体与植物油脂、抗氧剂的质量比为100:10-50:0.1-2。
本发明所述有机过氧化物是指能分解成初级自由基,引发油脂分子上的乙烯基/不饱和双键基团,使油脂分子与基体高分子反应形成共价结合的一种化合物。作为优选,所述有机过氧化物选自二叔丁基过氧化物、过氧化二异丙苯(DCP)、2,5-二甲基-2,5双(叔丁基过氧基)己烷、过苯甲酸叔丁酯的一种或多种。
本发明中,有机过氧化物占植物油脂的比例越大,其降低植物油脂类增塑剂往高分子基体外迁移、挥发的效果越明显。作为优选,植物油脂与有机过氧化物的质量比为100:0.5-20,进一步优选100:1-10。
作为优选,所述密炼机加工温度为160-190℃,加工时间为5-15min,转速为10-100rpm/min。进一步优选密炼机加工温度为160℃,转速为50-100rpm/min,加工时间为5-10min。
作为优选,所述平行双螺杆挤出机的加工温度为130-190℃(更优选1-6区温度为130-170℃,7-13区温度为170-130℃),螺杆转速为100-300rpm/min,喂料速度5-10Hz。
作为优选,所述的压片在160-180℃下进行。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
本申请提供了一种降低植物油脂类增塑剂在高分子基体中析出暨迁移、挥发的方法,本申请创新地应用了少量有机过氧化物,通过它将植物油脂上的不饱和双键打开并与高分子基体反应,在增塑过程中形成共价键,小分子植物油脂类增塑剂牢固的“铆定”在高分子基体上,因此用该方法制备的含植物油脂增塑剂的塑料制品除具有迁移性小、挥发性低、增塑剂气味不明显的特点,还可以增加植物油脂类增塑剂的用量以达到更好的增塑效果,可用于各类塑料制品中。本发明的工艺简单、高效、成本低。另外由于避开了植物油脂的环氧化,本发明有效缩短了增塑剂制备流程,降低了成本,因此具有广阔的发展前景。
附图说明
图1大豆油中的不饱和双键经有机过氧化物引发后与PLA链中甲基对应的-CH反应示意图。
具体实施方式
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然,所描述的实施例仅是本发明一部分,而不是全部。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它实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例中未提及的单一原料及加工设备均为市售渠道采购,对其品牌不做限定。
实施例1
称取一定100份的PLA(道达尔牌号:LX175)、20份大豆油(上海阿拉丁生化科技股份有限公司,碘值125%)、0.5份抗氧剂(巴斯夫,1010)、0.2份过氧化二异丙苯(DCP,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)在高速混合机(张家港市二轻机械有限公司,型号SHR-10A)中于室温下混合均匀(100rpm/min、5min),然后加入到密炼机(Brabender,PlastographEC)中,于160℃、50rpm/min下熔融共混10min后出料,最后经压片机在165℃下压制得到大豆油增塑的PLA标准样片。
按照ISO176:2005《塑料-增塑剂损失的测定活性炭测定方法》。把试片放入金属容器底部撒上活性炭覆盖在试样上盖上盖子。将容器放在70±1℃烘箱,24h后取出试片,清除表面的活性炭后测定其质量损失。
按照ISO177:2016《塑料-增塑剂迁移的测定》。将试样夹在两片滤纸之间,置于烘箱中70±1℃保持24h,记录滤纸前后质量的变化。
对照例1
参照实施例1,唯一的区别是不添加DCP,得到PLA样片。PLA样片性能测试方法同实施例1。
PLA样片性能测试结果如下:
试样名称 | 对照例1 | 实施例1 |
拉伸强度(MPa) | 28 | 28 |
断裂伸长率(%) | 70 | 66 |
25℃硬度(H<sub>A</sub>) | 90 | 90 |
-20℃硬度(H<sub>A</sub>) | 95 | 95 |
迁移(%) | 0.1 | 0.08 |
挥发(%) | 0.4 | 0.35 |
实施例2
其他同实施例1,但将DCP用量提高到0.4份,PLA样片性能测试结果如下:
试样名称 | 对照例1 | 实施例2 |
拉伸强度(MPa) | 28 | 28 |
断裂伸长率(%) | 70 | 65 |
25℃硬度(H<sub>A</sub>) | 90 | 91 |
-20℃硬度(H<sub>A</sub>) | 95 | 95 |
迁移(%) | 0.1 | 0.07 |
挥发(%) | 0.4 | 0.33 |
实施例3
其他同实施例1,但将DCP用量提高到0.8份,PLA样片性能测试结果如下:
试样名称 | 对照例1 | 实施例3 |
拉伸强度(MPa) | 28 | 28 |
断裂伸长率(%) | 70 | 56 |
25℃硬度(H<sub>A</sub>) | 90 | 91 |
-20℃硬度(H<sub>A</sub>) | 95 | 95 |
迁移(%) | 0.1 | 0.05 |
挥发(%) | 0.4 | 0.27 |
实施例4
其他同实施例1,但将DCP用量提高到1.2份,PLA样片性能测试结果如下:
试样名称 | 对照例1 | 实施例4 |
拉伸强度(MPa) | 28 | 29 |
断裂伸长率(%) | 70 | 53 |
25℃硬度(H<sub>A</sub>) | 90 | 91 |
-20℃硬度(H<sub>A</sub>) | 95 | 95 |
迁移(%) | 0.1 | 0.04 |
挥发(%) | 0.4 | 0.19 |
实施例5
其他同实施例1,但将密炼温度提高到175℃。
对照例2
参照对照例1,但将密炼温度提高到175℃。
PLA样片性能测试结果如下:
实施例6
其他同实施例1,但将密炼温度提高到175℃且DCP用量提高到0.8份,PLA样片性能测试结果如下:
试样名称 | 对照例2 | 实施例6 |
拉伸强度(MPa) | 26 | 26 |
断裂伸长率(%) | 73 | 68 |
25℃硬度(H<sub>A</sub>) | 90 | 90 |
-20℃硬度(H<sub>A</sub>) | 95 | 95 |
迁移(%) | 0.12 | 0.04 |
挥发(%) | 0.43 | 0.25 |
实施例7
其他同实施例3,但用2,5-二甲基-2,5双(叔丁基过氧基)己烷等量替代DCP,PLA样片性能测试结果如下:
实施例8
其他同实施例3,但用二叔丁基过氧化物等量替代DCP,PLA样片性能测试结果如下:
试样名称 | 对照例1 | 实施例8 |
拉伸强度(MPa) | 28 | 28 |
断裂伸长率(%) | 70 | 62 |
25℃硬度(H<sub>A</sub>) | 90 | 90 |
-20℃硬度(H<sub>A</sub>) | 95 | 95 |
迁移(%) | 0.1 | 0.05 |
挥发(%) | 0.4 | 0.29 |
实施例9
其他同实施例3,但用过苯甲酸叔丁酯等量替代DCP,PLA样片性能测试结果如下:
试样名称 | 对照例1 | 实施例9 |
拉伸强度(MPa) | 28 | 29 |
断裂伸长率(%) | 70 | 55 |
25℃硬度(H<sub>A</sub>) | 90 | 92 |
-20℃硬度(H<sub>A</sub>) | 95 | 95 |
迁移(%) | 0.1 | 0.04 |
挥发(%) | 0.4 | 0.26 |
实施例10
其他同实施例1,但将增塑剂用量提高到30份,DCP用量相应提高到1.2份,PLA样片性能测试结果如下:
试样名称 | 对照例1 | 实施例10 |
拉伸强度(MPa) | 28 | 24 |
断裂伸长率(%) | 70 | 103 |
25℃硬度(H<sub>A</sub>) | 90 | 89 |
-20℃硬度(H<sub>A</sub>) | 95 | 93 |
迁移(%) | 0.1 | 0.08 |
挥发(%) | 0.4 | 0.35 |
对照例3
其他同对照例1,但采用双螺杆挤出机(南京聚力化工机械有限公司,型号:SHJ-35B)进行挤出造粒,1-6区温度为130-170℃,7-13区温度为170-130℃,喂料速度5Hz,螺杆转速200rpm,风冷切粒后压片。
实施例11
其他同对照例3,但添加0.2份DCP,PLA样片性能测试结果如下:
试样名称 | 对照例3 | 实施例11 |
拉伸强度(MPa) | 29 | 28 |
断裂伸长率(%) | 72 | 69 |
25℃硬度(H<sub>A</sub>) | 90 | 90 |
-20℃硬度(H<sub>A</sub>) | 95 | 95 |
迁移(%) | 0.1 | 0.08 |
挥发(%) | 0.4 | 0.33 |
通过实施例和对照例的测试结果(表格数据)可以得知,本发明所提供的一种降低植物油脂在高分子基体中迁移和挥发的方法效果明显,本发明创新应用了有机过氧化物,利用其引发作用将小分子植物油脂类增塑剂“铆定”在高分子基体链上,与未添加有机过氧化物的样品相比有效降低了植物油脂类增塑剂在增塑制品使用和加工过程中的挥发和往外迁移,另外由于避开了植物油脂的环氧化,有效缩短了工艺流程,大幅降低了成本,适宜在高分子硬脆制品领域推广,具有广阔的发展前景。
Claims (10)
1.一种降低植物油脂类增塑剂在高分子基体中迁移、挥发的方法,其特征在于所述方法为:首先将高分子基体、植物油脂、抗氧剂、有机过氧化物四者混合均匀,然后通过密炼机或平行双螺杆挤出机,在一定温度下熔融共混,最后经压片或造粒,得到迁移、挥发性低的植物油脂增塑高分子制品;
所述高分子基体为聚乳酸;
所述植物油脂为主链上含有乙烯基或不饱和双键的植物油脂;
所述高分子基体与植物油脂、抗氧剂的质量比为100:10-50:0.1-5,所述植物油脂与有机过氧化物的质量比为100:0.1-20。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于:所述高分子基体与植物油脂、抗氧剂的质量比为100:10-50:0.1-2。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于:所述植物油脂与有机过氧化物的质量比为100:0.5-20。
4.如权利要求2所述的方法,其特征在于:所述植物油脂与有机过氧化物的质量比为100:1-10。
5.如权利要求1-4中任一项所述的方法,其特征在于:所述植物油脂是豆油、花生油、玉米油、葵花籽油、橄榄油中的一种或多种。
6.如权利要求5所述的方法,其特征在于:所述植物油脂为碘值在110-140%的大豆油。
7.如权利要求1-4中任一项所述的方法,其特征在于:所述抗氧剂是芳香胺类抗氧剂、受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或多种。
8.如权利要求1-4中任一项所述的方法,其特征在于:所述有机过氧化物选自二叔丁基过氧化物、过氧化二异丙苯、2,5-二甲基-2,5双(叔丁基过氧基)己烷、过苯甲酸叔丁酯的一种或多种。
9.如权利要求1-4中任一项所述的方法,其特征在于:所述密炼机加工温度为160-190℃,加工时间为5-15min,转速为10-100rpm/min;进一步优选密炼机加工温度为160℃,转速为50-100rpm/min,加工时间为5-10min。
10.如权利要求1所述的方法,其特征在于:所述平行双螺杆挤出机的加工温度为130-190℃,螺杆转速为100-300rpm/min,喂料速度5-10Hz。
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CN202211734499.XA Pending CN115850933A (zh) | 2022-12-31 | 2022-12-31 | 一种降低植物油脂类增塑剂在高分子基体中迁移、挥发的方法 |
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Citations (5)
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KR20120073613A (ko) * | 2010-12-27 | 2012-07-05 | 한국신발피혁연구소 | 연질화된 폴리락틱엑시드 조성물 및 이의 제조방법 |
CN105968757A (zh) * | 2016-06-03 | 2016-09-28 | 清华大学深圳研究生院 | 一种全生物降解增韧高强聚乳酸基复合材料及其制备方法 |
CN112961474A (zh) * | 2021-02-04 | 2021-06-15 | 南华大学 | 一种聚乳酸/环氧植物油全生物基复合材料的制备方法 |
CN113265125A (zh) * | 2020-04-27 | 2021-08-17 | 汕头市三马塑胶制品有限公司 | 一种发泡级全生物基全降解聚乳酸及其制备方法 |
CN113265127A (zh) * | 2020-04-27 | 2021-08-17 | 汕头市三马塑胶制品有限公司 | 一种全生物基全降解长链支化聚乳酸及其制备方法 |
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2022
- 2022-12-31 CN CN202211734499.XA patent/CN115850933A/zh active Pending
Patent Citations (5)
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