CN116925514A - 一种有机可降解新材料片材及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种有机可降解新材料片材，其特征在于：包括如下组分：聚乳酸30~50份、壳聚糖10~20份、磷酸二氢钠和磷酸氢二钠混合粉0.3~1份、生石灰粉1~2份、氮化木质纤维素3~5份、碳酸钙0.8~1.2份、半纤维素1~2份及助剂1~2份。其制备过程为：（1）将聚乳酸、壳聚糖、磷酸二氢钠和磷酸氢二钠混合粉，氮化木质纤维素、碳酸钙、半纤维素及助剂混合均匀，然后加入生石灰粉，混合均匀。（2）将步骤（1）中混合后物料投入片材挤出机中，在160~250℃的温度下，熔融、挤出成型，得到有机可降解新材料片材。本发明制造的片材降解性能好，适用范围广泛，可以用于医疗、食品、化妆品、化工、建筑等等行业。
Description
技术领域
本发明涉及可降解材料领域，特别涉及一种有机可降解新材料片材料及其制造方法。
背景技术
塑料由于其质轻，化学性质稳定，成型性、耐冲击性能好，加工成本低等优点，广泛应用于生产和生活的方方面面。但绝大部分塑料通常由石油炼制的产品制成，废弃后无法自然降解，对环境造成严重污染。因此，为解决这一问题，可生物降解塑料材料得到了越来越多的关注。
可降解片材是生物塑料和可生物降解材料的通用名称。生物塑料是指利用可再生能源资源进行加工而成的塑料。可生物降解材料是可以被天然微生物降解的塑料。
可生物降解材料，在一定的发酵环境条件下可被微生物可以降解，如纤维素纳米纤维、聚乳酸(PLA)、聚羟基烷基酯(PHA)、聚丁二酸酯(PBS)等。淀粉基塑料、聚乳酸、甲醛、聚苯乙烯四种可生物降解材料具有较大的市场规模。
CN 112280185 A公开了吸塑片材制造技术领域的一种可降解吸塑片材及其制备方法，其配方按重量份计包括PP树脂60份、微晶纤维素20~40份、偶联剂0 .4~0 .8份、润滑剂0 .5~2份、增容剂1~2份。制备时先将PP树脂、微晶纤维素、偶联剂、润滑剂和增容剂搅拌混合均匀，进行熔融混炼、挤出、造粒得到颗粒状材料，最后将颗粒状材料置于螺杆挤出机中，进行熔融塑化、螺杆强压输送，挤出、滚压牵引、冷却定型，即制得可降解吸塑片材，但是其降解性能依然不太理想。
发明内容
本发明的目的提供一种有机可降解新材料片材及其制造方法，制造方法简单，工艺过程容易控制，制造的片材降解性能好，适用范围广泛，可以用于医疗、食品、化妆品、化工、建筑等等行业。
为实现上述目的，第一方面，本发明提供一种有机可降解新材料片材，以质量份数计，包括如下组分：聚乳酸30~50份、壳聚糖10~20份、磷酸二氢钠和磷酸氢二钠混合粉0.3~1份、生石灰粉1~2份、氮化木质纤维素3~5份、碳酸钙0.8~1.2份、半纤维素1~2份及助剂1~2份，所述氮化木质纤维素的制备方法，包括以下步骤：
（1）选取棉花茎切割，除杂，粉碎，过筛，脱色，得到300~500目的粉体；
（2）将步骤（1）得到的粉体加入到水和低级醇的混合溶液中，粉体是质量为混合溶液质量的25%，升温至50~80℃之间，搅拌2h~6h，得到木质纤维素分散液；
（3）将步骤（2）木质纤维素分散液中添加尿素，尿素的加入量为木质纤维素分散液质量的3%，加热至75~100℃，搅拌均匀后，再添加氧化剂，氧化剂的加入量为尿素质量的1~3倍，搅拌反应1小时，过滤、洗涤、干燥，得到氮化木质纤维素。
优选地，所述助剂为硅烷偶联剂。添加硅烷偶联剂，可以促进片材材料中无机材料和有机材料的相容性，提高材料之间粘结力，制备的片材拉伸强度和断裂伸长率高。
优选地，所述碳酸钙粉粒径在1~20微米之间。
优选地，所述生石灰粉粒径在1~15微米之间。添加生石灰粉，片材在自然降解过程中，可以由生石灰转变成熟石灰，加速其降解，降低降解周期。
优选地，所述磷酸二氢钠粉和磷酸氢二钠粉粒径均在1~20微米之间，磷酸二氢钠粉和磷酸氢二钠粉的质量比为1∶1。添加磷酸二氢钠和磷酸氢二钠，由于其对不同pH值液体有很大缓冲性能，拓宽了其应用场景，适用于宽泛的pH值范围。
优选地，所述水和低级醇的体积比为1∶2~5，所述低级醇为乙醇、异丙醇或丁醇中的一种。
优选地，氧化剂为过氧化氢水溶液、一氧化二氮或过碳酸酰胺中的一种。采用绿色氧化剂效果很好，没有额外的氧化三废产生。
第二方面，本发明提出了一种有机可降解新材料片材，其制备过程包括以下步骤：
（1）将聚乳酸、壳聚糖、磷酸二氢钠和磷酸氢二钠混合粉，氮化木质纤维素、碳酸钙、半纤维素及助剂按照所需质量分数加入高速混合机中混合均匀，然后加入生石灰粉，继续高速搅拌混合均匀，生石灰粉最后加入是为了让生石灰粉避免和材料中的酸性物质高浓度接触，制造效果更佳；
（2）将步骤（1）中混合后物料投入片材挤出机中，在160~250℃的温度下，熔融、挤出成型，得到有机可降解新材料片材。
优选地，步骤（1）中物料混合过程中温度控制在25℃～60℃之间，同时采用真空脱水，除去原材料中水分。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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做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。
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种有机可降解新材料片材，其特征在于：以质量份数计，包括如下组分：聚乳酸30份、壳聚糖10份、粒径均在10~20微米之间磷酸二氢钠和磷酸氢二钠混合粉0.3份、粒径在10~15微米之间生石灰粉1份、氮化木质纤维素3份、粒径在10~20微米之间碳酸钙0.8份、半纤维素1份及硅烷偶联剂1份，其中磷酸二氢钠粉和磷酸氢二钠粉的质量比为1∶1。
上述氮化木质纤维素的制备方法，包括以下步骤：
（1）选取棉花茎切割，除杂，粉碎，过筛，脱色，得到300~500目的粉体；
（2）将步骤（1）得到的粉体加入到水和低级醇混合溶液中，粉体是质量为混合溶液质量的25%，升温至50~65℃之间，搅拌2h，得到木质纤维素分散液；
（3）将步骤（2）木质纤维素分散液中添加尿素，尿素的加入量为木质纤维素分散液质量的3%，加热至75~85℃，搅拌均匀后，再添加过氧化氢水溶液，过氧化氢水溶液的加入量为尿素质量的3倍，过氧化氢水溶液浓度为27.5wt%，搅拌反应1小时，过滤、洗涤、干燥，得到氮化木质纤维素。
上述有机可降解新材料片材，其制备过程包括以下步骤：
（1）将聚乳酸、壳聚糖、磷酸二氢钠和磷酸氢二钠混合粉，氮化木质纤维素、碳酸钙、半纤维素及助剂按照所需质量分数加入高速混合机中混合均匀，然后加入生石灰粉，继续高速搅拌混合均匀。
（2）将步骤（1）中混合后物料投入片材挤出机中，在160~220℃的温度下，熔融、挤出成型，得到有机可降解新材料片材。
实施例2
一种有机可降解新材料片材，其特征在于：以质量份数计，包括如下组分：聚乳酸50份、壳聚糖20份、粒径均在1~10微米之间磷酸二氢钠和磷酸氢二钠混合粉1份、粒径在1~10微米之间生石灰粉2份、氮化木质纤维素5份、粒径在1~10微米之间碳酸钙1份、半纤维素2份及硅烷偶联剂2份，其中磷酸二氢钠粉和磷酸氢二钠粉的质量比为1∶1。
上述氮化木质纤维素的制备方法，包括以下步骤：
（1）选取棉花茎切割，除杂，粉碎，过筛，脱色，得到300~500目的粉体；
（2）将步骤（1）得到的粉体加入到水和低级醇混合溶液中，粉体是质量为混合溶液质量的25%，升温至65~80℃之间，搅拌6h，得到木质纤维素分散液；
（3）将步骤（2）木质纤维素分散液中添加尿素，加热至75~85℃，尿素的加入量为木质纤维素分散液质量的3%，搅拌均匀后，再加入一氧化二氮，一氧化二氮的加入量为尿素质量的1倍，搅拌反应1小时，过滤、洗涤、干燥，得到氮化木质纤维素。
上述有机可降解新材料片材，其制备过程包括以下步骤：
（1）将聚乳酸、壳聚糖、磷酸二氢钠和磷酸氢二钠混合粉，氮化木质纤维素、碳酸钙、半纤维素及助剂按照所需质量分数加入高速混合机中混合均匀，然后加入生石灰粉，继续高速搅拌混合均匀，搅拌过程中温度控制在25℃～45℃之间，同时采用真空脱水，除去原材料中水分。
（2）将步骤（1）中混合后物料投入片材挤出机中，在190~250℃的温度下，熔融、挤出成型，得到有机可降解新材料片材。
实施例3
一种有机可降解新材料片材，其特征在于：以质量份数计，包括如下组分：聚乳酸40份、壳聚糖15份、粒径均在1~10微米之间磷酸二氢钠和磷酸氢二钠混合粉0.8份、粒径在1~15微米之间生石灰粉1份、氮化木质纤维素4份、粒径在1~10微米之间碳酸钙1.2份、半纤维素2份及硅烷偶联剂1份，其中磷酸二氢钠粉和磷酸氢二钠粉的质量比为1∶1。
上述氮化木质纤维素的制备方法，包括以下步骤：
（1）选取棉花茎切割，除杂，粉碎，过筛，脱色，得到300~500目的粉体；
（2）将步骤（1）得到的粉体加入到水和低级醇混合溶液中，粉体是质量为混合溶液质量的25%，升温至65~80℃之间，搅拌4h，得到木质纤维素分散液；
（3）将步骤（2）木质纤维素分散液中添加尿素，尿素的加入量为木质纤维素分散液质量的3%，加热至75~85℃，搅拌均匀后，再加入过碳酸酰胺，过碳酸酰胺的加入量为尿素质量的2倍，搅拌反应1小时，过滤、洗涤、干燥，得到氮化木质纤维素。
上述有机可降解新材料片材，其制备过程包括以下步骤：
（1）将聚乳酸、壳聚糖、磷酸二氢钠和磷酸氢二钠混合粉，氮化木质纤维素、碳酸钙、半纤维素及助剂按照所需质量分数加入高速混合机中混合均匀，然后加入生石灰粉，继续高速搅拌混合均匀，搅拌过程中温度控制在25℃～45℃之间，同时采用真空脱水，除去原材料中水分。
（2）将步骤（1）中混合后物料投入片材挤出机中，在180~240℃的温度下，熔融、挤出成型，得到有机可降解新材料片材。
对比例1
去掉实施例2中的生石灰粉，其他同实施例2，不再赘述。
对比例2
去掉实施例2中的氮化木质纤维素，其他同实施例2，不再赘述。
对比例3
去掉实施例2中的硅烷偶联剂，其他同实施例2，不再赘述。
性能测试
对以上实施例和对比例制得的片材进行性能测试，拉伸强度和断裂伸长率参照GB/T 1040 .1-2018《塑料拉伸性能的测定》中的方法测定，相对生物分解率参照GB/T20197-2006测定，测试结果见表1。
表1性能测试结果
由上表数据可以看出，添加生石灰粉，可以在片材降解过程中加速其降解，降低降解周期；片材中加入氮化木质纤维素，可以提高拉伸强度和断裂伸长率；片材中加入硅烷偶联剂，可以提高拉伸强度和断裂伸长率。
Claims (9)
1.一种有机可降解新材料片材，其特征在于：以质量份数计，包括如下组分：聚乳酸30~50份、壳聚糖10~20份、磷酸二氢钠和磷酸氢二钠混合粉0.3~1份、生石灰粉1~2份、氮化木质纤维素3~5份、碳酸钙0.8~1.2份、半纤维素1~2份及助剂1~2份，所述氮化木质纤维素的制备方法，包括以下步骤：
（1）选取棉花茎切割，除杂，粉碎，过筛，脱色，得到300~500目的粉体；
（2）将步骤（1）得到的粉体加入到水和低级醇的混合溶液中，粉体是质量为混合溶液质量的25%，升温至50~80℃之间，搅拌2h~6h，得到木质纤维素分散液；
（3）将步骤（2）木质纤维素分散液中添加尿素，尿素的加入量为木质纤维素分散液质量的3%，加热至75~100℃，搅拌均匀后，再添加氧化剂，氧化剂的加入量为尿素质量的1~3倍，搅拌反应1小时，过滤、洗涤、干燥，得到氮化木质纤维素。
2.根据权利要求1所述的有机可降解新材料片材，其特征在于，所述助剂为硅烷偶联剂。
3.根据权利要求1所述的有机可降解新材料片材，其特征在于，所述碳酸钙粉粒径在1~20微米之间。
4.根据权利要求1所述的有机可降解新材料片材，其特征在于，所述生石灰粉粒径在1~15微米之间。
5.根据权利要求1所述的有机可降解新材料片材，其特征在于，所述磷酸二氢钠粉和磷酸氢二钠粉粒径均在1~20微米之间，磷酸二氢钠粉和磷酸氢二钠粉的质量比为1∶1。
6.根据权利要求1所述的有机可降解新材料片材，其特征在于，所述水和低级醇的体积比为1∶2~5，所述低级醇为乙醇、异丙醇或丁醇中的一种。
7.根据权利要求1所述的有机可降解新材料片材，其特征在于，氧化剂为过氧化氢水溶液、一氧化二氮或过碳酸酰胺中的一种。
8.一种如权利要求1~7中任一项所述的有机可降解新材料片材的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将聚乳酸、壳聚糖、磷酸二氢钠和磷酸氢二钠混合粉，氮化木质纤维素、碳酸钙、半纤维素及助剂按照所需质量分数加入高速混合机中混合均匀，然后加入生石灰粉，继续高速搅拌混合均匀；
（2）将步骤（1）中混合后物料投入片材挤出机中，在160~250℃的温度下，熔融、挤出成型，得到有机可降解新材料片材。
9.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于，步骤（1）中物料混合过程中温度控制在25℃～60℃之间，同时采用真空脱水，除去原材料中水分。
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