一种热塑性木粉降解塑料母料的制备方法与流程

[0001]
本发明涉及降解塑料的技术领域，特别是涉及一种热塑性木粉降解塑料母料的制备方法。


背景技术：

[0002]
塑料工业是随石油化工的发展而快速发展起来的，其用途已渗透到国民经济的各个部门及人们生活的各个方面。塑料具有重量轻、强度高、化学稳定性好以及价格低廉等优点，是材料领域的四大支柱之一。但同时，由于大量的废弃塑料制品难于分解，构成了日益严重的“白色污染”，造成了地下水及土壤污染，破坏了动植物资源，严重危害着人类的生存与健康。随着人类对环境保护的日益重视，生物质塑料的发展和应用得到普遍关注。
[0003]
目前，聚乳酸、聚己内酯、聚丁二酸丁二醇酯等生物质塑料目前已被广泛应用于替代传统塑料，在塑料膜、注塑件、片材等塑料制品广泛应用。近年来，生物质塑料，特别是生物质降解塑料的发展尤为受到关注。生物降解塑料主要是通过添加木粉、淀粉、纤维素等天然高分子材料实现，其中，木粉用于塑料制品已有较长的历史。在传统塑料中通常将木粉与聚乙烯、聚丙烯热压复合、熔融挤出等制备木塑制品，木塑复合材料既能发挥材料中各组分的优点，又能充分利用废弃的木粉减少环境污染。但大都限于将木粉作为普通填料，制备塑料粗制品。
[0004]
随着生物质塑料的发展，如何将木粉应用于生物质塑料，以满足良好的加工性、提升热稳定性、降低成本成为生物塑料界关注的焦点。木粉作为生物质材料，属于可再生的生物质资源，其储量丰富、成本低、可持续供应，添加于生物质塑料可以降低生物质降解塑料的成本，而且在提升生物质塑料强度、加工性、热稳定性等方面具有积极的作用。木粉的来源种类较多，如木材粉碎物、竹粉、稻壳、秸秆、椰壳粉、花生壳粉、甘蔗渣粉等都是木粉材质。主要由纤维素、半纤维素和木质素3种天然高聚物组成。由于木粉自身没有热塑性，因此目前常作为填充料使用。一方面，添加使用量较低。另一方面会影响生物质塑料的加工性。因此，对于木粉的热塑性研究成为热门课题。
[0005]
中国发明专利申请号201611096059.0公开了一种生物基塑料的制备方法，包括如下步骤：（1）将胡桑枝条用粉碎机粉碎，烘干；（2）取木粉置于球磨罐中，加入氧化锆磨球球磨备用；（3）将预处理过的木粉放入三口烧瓶中，在油浴锅中润胀溶解至木粉部分溶解后，将丁二酸酐和催化剂中，一起加入三口烧瓶中；（4）酯化改性完成后用丙酮析出、静置、抽滤，再用丙酮反复清洗至滤液无色透明，风干后置于烘箱中进一步烘干，完成制备。中国发明专利申请号201910302732.9公开了一种制备木质纤维塑料的方法，将胡桑枝条去皮晒干，用粉碎机粉碎得到木粉；将木粉与四丁基氟化铵水溶液搅拌均匀，倒入球磨罐中，放入磨球，启动行星球磨机进行球磨处理；加入丁二酸酐和吡啶，启动行星球磨机进行酯化反应；加入乙醇搅拌，静置沉淀，抽滤，再用蒸馏水重复清洗一次，烘箱干燥；将得到的产物熔融均质，再使用注塑机注塑成型。
[0006]
为了有效赋予木粉热塑性制备木粉降解塑料，同时避免传统热塑改性工艺复杂、
污染环境、成本高且影响木粉增强性能的问题，有必要提出一种新型热塑改性木粉降解塑料，进而促进木粉在生物质降解塑料中的应用。


技术实现要素：

[0007]
针对目前木粉用于生物降解塑料时热塑性处理工艺会破坏木粉的纤维结构，导致木粉增强功能丧失，而且深度热塑化处理木粉存在工艺复杂、污染环境、成本高的问题，本发明提出一种热塑性木粉降解塑料母料的制备方法，从而使木粉用于生物质塑料具有增强、热稳定性，同时热加工性良好。
[0008]
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种热塑性木粉降解塑料母料的制备方法，所述制备方法是将木粉、乙酸混合进行微波处理，得到预酯化膨胀木粉，然后加入辛酸亚锡、丙交酯，升温进行真空处理，得到增塑木粉，接着无机粉体、润滑剂、分散剂、偶联剂、基体树脂混合挤出、切粒而制得热塑性木粉降解塑料母料。具体制备方法如下：（1）将木粉与乙酸分散均匀，然后密封放置，接着加入微波装置中进行微波处理，得到预酯化膨胀木粉；（2）将辛酸亚锡、丙交酯加入预酯化膨胀木粉中，混合均匀，然后升温进行真空处理，使得丙交酯渗透膨胀木粉的微孔并开环聚合，得到增塑木粉；（3）将增塑木粉、无机粉体、润滑剂、分散剂、偶联剂、基体树脂加入高速混合机分散均匀，然后送入螺杆挤出机挤出，接着风冷模面切粒，即可得到一种热塑性木粉降解塑料母料。
[0009]
优选的，所述木粉为稻壳粉、木屑粉、花生壳粉中的一种或两种以上的组合，粒度为200-400目。
[0010]
优选的，所述无机粉体为纳米级滑石粉、碳酸钙、硫酸钡、硅灰石中的一种或两种以上的组合。
[0011]
优选的，所述润滑剂为26#白油、58#石蜡中的一种。
[0012]
优选的，所述分散剂为牌号为1801的硬脂酸、聚乙烯蜡中的一种或两种的组合。
[0013]
优选的，所述偶联剂为铝酸酯偶联剂。
[0014]
优选的，所述基体树脂为常见生物质塑料。
[0015]
进一步优选的，所述生物质塑料为pla、pbs、pbat、pcl中的一种或两种的组合。
[0016]
优选的，步骤（1）中所述密封放置的温度为室温，时间为24-28h。
[0017]
优选的，步骤（1）中所述微波处理的温度控制在100-110℃，处理5-10min。
[0018]
优选的，步骤（1）中所述预酯化膨胀木粉制备中，木粉、乙酸的质量比例为100：1-1.5。
[0019]
优选的，步骤（2）中所述升温进行真空处理分为三步，第一步真空处理的温度控制在70-80℃，处理5-15min；第二步真空处理的温度控制在105-115℃，处理2-4h；第三步真空处理的温度控制在120-130℃，处理3-6h。
[0020]
优选的，步骤（2）中所述增塑木粉制备中，辛酸亚锡、丙交酯的摩尔比例为1：1000；丙交酯、预酯化膨胀木粉的质量比例为1：8-10。
[0021]
优选的，步骤（3）中所述热塑性木粉降解塑料母料制备中，增塑木粉、无机粉体、润
滑剂、分散剂、偶联剂、基体树脂的质量比例为100：5-10：1-3：1-2：0.5-0.8：10-15。
[0022]
公知的，木粉用于热塑性塑料时，由于木粉不具备热塑性，必须进行热塑性改性，现有技术主要通过将木粉进行酯化、醚化处理实现，但深度热塑化处理木粉会破坏木粉的纤维结构，其增强功能丧失，而且深度热塑化处理木粉工艺复杂、污染环境、成本较高。本发明创造性地利用微波作用对乙酸渗透的木粉进行热作用，再利用丙交酯在木粉纤维的空隙开环聚合，得到热塑性良好的木粉，最后与其他原料混合挤出造粒得到热塑性木粉降解塑料母料。
[0023]
本发明首先选择有机溶剂乙酸与木粉混合，利用乙酸对木粉的渗透处理，可使木粉中纤维素结晶大部分破坏，达到一定的热塑性；乙酸处理后的酯化在纤维素分子链上嵌入酰基，从而使得消晶永久后，提高木粉的塑性。本发明的创造性在于，在利用乙酸对木粉充分渗透后，再利用微波热作用下，不但可以有效实现木粉纤维表面的酯化，而且使木粉纤维疏松膨化，便于后续工艺中丙交酯对木粉纤维的改性，得到预酯化膨胀木粉。
[0024]
进一步的，本发明在预酯化膨胀木粉加入辛酸亚锡和丙交酯并混合均匀，以辛酸亚锡为催化剂，以丙交酯作为聚合原料，将获得的混合物料在真空条件下逐步升温，具体分为三步进行升温真空处理，通过有效控制真空加热处理的温度和时间，使得丙交酯首先对膨胀的木粉渗透，然后在辛酸亚锡作为催化剂和较高温度作用下，渗透在木分纤维空隙的丙交酯开环聚合形成聚乳酸，这一创造性的意义在于，既保证了木粉的纤维结构完整，不破坏酯化作用效果，同时在木粉纤维空隙生成的聚乳酸，使得木粉与生物质聚合物相容分散良好，还可以辅助木粉良好的热塑加工性，有效避免了传统热塑性加工工艺对木粉增强作用和加工性能的破坏。
[0025]
现有的热塑化处理木粉会破坏木粉的纤维结构，其增强功能丧失，而且深度热塑化处理木粉工艺复杂，污染环境、成本高，限制了其应用。鉴于此，本发明提出一种热塑性木粉降解塑料母料的制备方法，将木粉与乙酸分散均匀，密封放置，然后微波处理，得到预酯化膨胀木粉；将辛酸亚锡、丙交酯加入预酯化膨胀木粉，均匀混合，然后升温真空处理，丙交酯渗透膨胀木粉的微孔并开环聚合，得到增塑木粉；将增塑木粉、无机粉体、润滑剂、分散剂、偶联剂、基体树脂加入高速混合机分散均匀，送入螺杆挤出机挤出、风冷模面切粒，得到一种热塑性木粉降解塑料母料。本发明提供的方法使得热塑性木粉在生物质塑料保持良好的纤维结构，具有良好的增强、增加热稳定性的效果，同时满足热塑性加工，所得热塑性木粉降解塑料制品密实、光滑，具有极佳的应用前景。
[0026]
本发明提出一种热塑性木粉降解塑料母料的制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：1、本发明制备热塑性木粉降解塑料母料的方法实现了木粉在生物质塑料保持良好的纤维结构进行增强、增加热稳定性的目的，同时满足热塑性加工。
[0027]
2、本发明在微波作用下使木粉纤维膨胀使酸酐浸入木纤维，对木粉纤维疏松并酯化预处理，使丙交酯在木分纤维的空隙开环聚合，不但保留了完整的木粉纤维结构，而且木粉具有热塑性，满足生物质塑料的加工。
[0028]
3、本发明由于木粉纤维微孔中存留的聚乳酸，使得木粉与生物质聚合物相容分散良好，具体表现在母料在生物质聚合物中添加制作塑料制品时分散均匀细腻、强度提升明显。得到的降解塑料制品密实、光滑。
附图说明
[0029]
图1：本发明实施例1制得的母料添加原料后制得的打包碗。
[0030]
图2：本发明对比例1制得的母料添加原料后制得的打包碗。
[0031]
图3：本发明对比例2制得的母料添加原料后制得的打包碗。
具体实施方式
[0032]
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本发明的范围内。
[0033]
实施例1（1）将100kg平均粒度为300目的稻壳粉与1.2kg乙酸分散均匀，然后在室温下密封放置26h，接着加入微波装置中，在温度为105℃下进行8min的微波处理，得到预酯化膨胀木粉；（2）将按照摩尔比例为1：1000混合的辛酸亚锡、丙交酯加入预酯化膨胀木粉中，丙交酯、预酯化膨胀木粉的质量比例为1：9，混合均匀，然后升温进行真空处理，升温进行真空处理分为三步，第一步真空处理的温度控制在75℃，处理10min；第二步真空处理的温度控制在110℃，处理3h；第三步真空处理的温度控制在125℃，处理4.5h，使得丙交酯渗透膨胀木粉的微孔并开环聚合，得到增塑木粉；（3）将100kg增塑木粉、8kg纳米级滑石粉、2kg 26#白油、1.5kg牌号为1801的硬脂酸、0.65kg铝酸酯偶联剂12.5kg pla加入高速混合机分散均匀，然后送入螺杆挤出机挤出，接着风冷模面切粒，即可得到一种热塑性木粉降解塑料母料。
[0034]
实施例2（1）将100kg平均粒度为250目的木屑粉与1.1kg乙酸分散均匀，然后在室温下密封放置25h，接着加入微波装置中，在温度为102℃下进行9min的微波处理，得到预酯化膨胀木粉；（2）将按照摩尔比例为1：1000混合的辛酸亚锡、丙交酯加入预酯化膨胀木粉中，丙交酯、预酯化膨胀木粉的质量比例为1：8.5，混合均匀，然后升温进行真空处理，升温进行真空处理分为三步，第一步真空处理的温度控制在72℃，处理12min；第二步真空处理的温度控制在108℃，处理3.5h；第三步真空处理的温度控制在122℃，处理5h，使得丙交酯渗透膨胀木粉的微孔并开环聚合，得到增塑木粉；（3）将100kg增塑木粉、6kg纳米级碳酸钙、1.5kg 58#石蜡、1.2kg聚乙烯蜡、0.6kg铝酸酯偶联剂、11kg pla加入高速混合机分散均匀，然后送入螺杆挤出机挤出，接着风冷模面切粒，即可得到一种热塑性木粉降解塑料母料。
[0035]
实施例3（1）将100kg平均粒度为350目的花生壳粉与1.4kg乙酸分散均匀，然后在室温下密封放置27h，接着加入微波装置中，在温度为108℃下进行7min的微波处理，得到预酯化膨胀木粉；（2）将按照摩尔比例为1：1000混合的辛酸亚锡、丙交酯加入预酯化膨胀木粉中，丙交酯、预酯化膨胀木粉的质量比例为1：9.5，混合均匀，然后升温进行真空处理，升温进行真空处理分为三步，第一步真空处理的温度控制在78℃，处理8min；第二步真空处理的温度控制在112℃，处理2.5h；第三步真空处理的温度控制在128℃，处理4h，使得丙交酯渗透膨胀木
粉的微孔并开环聚合，得到增塑木粉；（3）将100kg增塑木粉、9kg纳米级硫酸钡、2.5kg 26#白油、1.8kg牌号为1801的硬脂酸、0.7kg铝酸酯偶联剂、14kg pbs加入高速混合机分散均匀，然后送入螺杆挤出机挤出，接着风冷模面切粒，即可得到一种热塑性木粉降解塑料母料。
[0036]
实施例4（1）将100kg平均粒度为200目的稻壳粉与1kg乙酸分散均匀，然后在室温下密封放置248h，接着加入微波装置中，在温度为100℃下进行10min的微波处理，得到预酯化膨胀木粉；（2）将按照摩尔比例为1：1000混合的辛酸亚锡、丙交酯加入预酯化膨胀木粉中，丙交酯、预酯化膨胀木粉的质量比例为1：8，混合均匀，然后升温进行真空处理，升温进行真空处理分为三步，第一步真空处理的温度控制在70℃，处理15min；第二步真空处理的温度控制在105℃，处理4h；第三步真空处理的温度控制在120℃，处理6h，使得丙交酯渗透膨胀木粉的微孔并开环聚合，得到增塑木粉；（3）将100kg增塑木粉、5kg纳米级硅灰石、1kg 58#石蜡、1kg聚乙烯蜡、0.5kg铝酸酯偶联剂、10kg pbat加入高速混合机分散均匀，然后送入螺杆挤出机挤出，接着风冷模面切粒，即可得到一种热塑性木粉降解塑料母料。
[0037]
实施例5（1）将100kg平均粒度为400目的木屑粉与1.5kg乙酸分散均匀，然后在室温下密封放置28h，接着加入微波装置中，在温度为110℃下进行5min的微波处理，得到预酯化膨胀木粉；（2）将按照摩尔比例为1：1000混合的辛酸亚锡、丙交酯加入预酯化膨胀木粉中，丙交酯、预酯化膨胀木粉的质量比例为1：10，混合均匀，然后升温进行真空处理，升温进行真空处理分为三步，第一步真空处理的温度控制在80℃，处理5min；第二步真空处理的温度控制在115℃，处理2h；第三步真空处理的温度控制在130℃，处理3h，使得丙交酯渗透膨胀木粉的微孔并开环聚合，得到增塑木粉；（3）将100kg增塑木粉、10kg纳米级滑石粉、3kg 26#白油、2kg牌号为1801的硬脂酸、0.8kg铝酸酯偶联剂、15kg pcl加入高速混合机分散均匀，然后送入螺杆挤出机挤出，接着风冷模面切粒，即可得到一种热塑性木粉降解塑料母料。
[0038]
对比例1对比例1与实施例1相比，没有在乙酸酯化木粉时使用微波处理，而是直接采用加热至110℃处理，其他与实施例1完全一致。
[0039]
对比例2对比例2与实施例1相比，预酯化膨胀木粉没有与丙交酯复合再聚合，而是现将丙交酯聚合后再与预酯化膨胀复合，其他与实施例1完全一致。
[0040]
测试方法：热加工性测试（熔体指数）：依据《熔融流动指数的测定方法》（gb/t3682-2000），在175℃、2.16kg的条件下测试本发明实施例1-5、对比例1-2得到的热塑性木粉降解塑料母料的熔体指数；测试结果如表1所示；力学性能测试：参照《塑料拉伸性能的测定》（gb/t 1040-2018），将本发明实施例1-5、对比例1-2得到的母料与聚乳酸（pla 3052d，美国nature works生产）以质量比3:1混合，用
20型双螺杆挤出机挤出压片，挤出温度为180℃，测试拉伸强度；测试结果如表1所示；宏观相容性分析：将本发明实施例1-5、对比例1-2得到的母料与聚乳酸（pla 3052d，美国nature works生产）以质量比3:1混合，通过注塑得到的一次性打包碗，注塑加工工艺如下：观察所得打包碗的表面状况，测试结果如表1、图1-3所示，其中，实施例1的打包碗如图1所示，对比例1的打包碗如图2所示，对比例2的打包碗如图3所示。
[0041]
表1：由表1可见，本发明实施例制得的木粉降解塑料母料具有良好的热加工性和拉伸强度，同时注塑得到的打包碗表面细腻光亮，说明本发明的方法实现木粉在生物质塑料保持良好的纤维结构进行增强、增加热稳定性的目的，以及满足热塑性加工。由附图可见，图1为添加实施例1母料的打包碗，表面细腻光亮；图2为添加对比例1母料的打包碗，表面流纹较多；图3为添加对比例2母料的打包碗，表面较粗糙。对比例1由于没有微波膨化处理木粉纤维，木粉纤维的微孔较少，在后续丙交酯开环聚合难以在微孔中聚合，从而木粉纤维的热塑性以及与生物质聚合物的相容性较差，会影响塑料制品的加工和塑料制品的质量；对比例2由于丙交酯没有渗透在木粉纤维的微孔再聚合成聚乳酸，因此，简单得将聚乳酸与预酯化膨胀木粉复合 难以使聚乳酸渗透在木纤维的微孔，因此会影响热加工和相容性。

起点商标作为专业知识产权交易平台，可以帮助大家解决很多问题，如果大家想要了解更多知产交易信息请点击 【在线咨询】或添加微信 【19522093243】与客服一对一沟通，为大家解决相关问题。

此文章来源于网络,如有侵权,请联系删除