一种可降解材料及其制备方法

文档序号:674268 发布日期:2021-04-30 浏览:10次 >En<

阅读说明:本技术 一种可降解材料及其制备方法 (Degradable material and preparation method thereof ) 是由 唐念彬 唐豪 于 2020-12-26 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种可降解材料及其制备方法,其原料按重量份包括稻草秸秆纤维5-5.5份、椰子纤维4.5-6.3份、玉米交联淀粉3.2-4份、高密度聚乙烯8.4-9.5份、聚乙烯醇-羧甲基纤维素3.3-3.9份、高岭土3-4份、海泡石3-4份、碳酸钙2-3份、增塑剂4-5份、光敏剂6.2-8.7份和偶联剂8.2-10.5份。通过在材料中设置了稻草秸秆纤维、椰子纤维和玉米交联淀粉这类植物纤维,使得在埋入土壤中时可以更加容易地被分解,同时还增加了高岭土,海泡石和碳酸钙等天然矿物质以改善可降解材料的强度,并通过偶联剂、光敏剂和增塑剂以增加材料的塑性和粘接强度,使得具备生活中使用时必要的强度和塑性,从而在可降解的同时,还具备了较好的强度,使得可以更加耐用。(The invention discloses a degradable material and a preparation method thereof, and the degradable material comprises, by weight, 5-5.5 parts of straw stalk fiber, 4.5-6.3 parts of coconut fiber, 3.2-4 parts of corn crosslinked starch, 8.4-9.5 parts of high-density polyethylene, 3.3-3.9 parts of polyvinyl alcohol-carboxymethyl cellulose, 3-4 parts of kaolin, 3-4 parts of sepiolite, 2-3 parts of calcium carbonate, 4-5 parts of plasticizer, 6.2-8.7 parts of photosensitizer and 8.2-10.5 parts of coupling agent. The material is provided with plant fibers such as straw stalk fibers, coconut fibers and corn crosslinked starch, so that the material can be decomposed more easily when being buried in soil, natural mineral substances such as kaolin, sepiolite and calcium carbonate are added to improve the strength of the degradable material, and a coupling agent, a photosensitizer and a plasticizer are used to increase the plasticity and bonding strength of the material, so that the material has the strength and plasticity necessary for use in life, and the material is degradable and has better strength, so that the material can be more durable.)

一种可降解材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及材料技术领域,尤其涉及一种可降解材料及其制备方法。

背景技术

人类在创造现代文明的同时,也带来负面影响-白色污染。一次性餐具、一次性塑料制品以及农用地膜等均难以再回收利用,其处理方法以焚烧和掩埋为主。焚烧会产生大量的有害气体,污染环境;掩埋则其中的聚合物短时间内不能被微生物降解,也污染环境。残弃的塑料膜存在土壤中,阻碍农作物根系的发育和水分、养分的吸收,使土壤透气性降低,导致农作物减产;动物食用残弃的塑料膜后,会造成肠梗阻而死亡;流失到海洋中或废弃在海洋中的合成纤维渔网和钓线已对海洋生物造成了相当的危害,因此提倡绿色消费与加强环境保护势在必行。面对日益枯竭的石油资源,符合潮流的生物降解材料作为高科技产品和环保产品正成为一个研发热点。

而现有的可降解材料在满足可降解的同时,经常强度不够而在使用过程中造成了损坏,从而使使用不方便,不便于普及。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可降解材料及其制备方法,旨在解决了现有材料在可降解的同时强度不够容易损坏的问题。

为实现上述目的,本发明提供了一种可降解材料,其原料按重量份包括稻草秸秆纤维5-5.5份、椰子纤维4.5-6.3份、玉米交联淀粉3.2-4份、高密度聚乙烯8.4-9.5份、聚乙烯醇-羧甲基纤维素3.3-3.9份、高岭土3-4份、海泡石3-4份、碳酸钙2-3份、增塑剂4-5份、光敏剂6.2-8.7份和偶联剂8.2-10.5份。

其中,所述增塑剂包括邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二环己酯和邻苯二甲酸二异丁酯。

其中,所述光敏剂包括芳香族酮类、安息香醚类、偶氮化合物、有机硫化物。

第二方面,本发明还提供一种可降解材料的制备方法,包括:制取稻草秸秆纤维和椰子纤维;将稻草秸秆纤维和椰子纤维加入偶联剂中搅拌得到第一混合液;将玉米交联淀粉和聚乙烯醇-羧甲基纤维素加入第一混合液中搅拌并静置过滤沉淀,得到第二混合液;向第二混合液中依次加入碳酸钙、高密度聚乙烯、高岭土和海泡石,升温并持续搅拌,冷却后得到第三混合液;向第三混合液中添加增塑剂和光敏剂,并持续搅拌得到第四混合液;将第四混合液加入螺杆挤出机挤出并得到可降解塑料材料。

其中,所述制取稻草秸秆纤维和椰子纤维的具体步骤是:将秸秆放入水中搅拌清洗,并去除沉淀;将秸秆使用破碎机破碎,得到粗纤维;将粗纤维冷冻到内部水分结冰,然后解冻后用纤维机加工成细纤维。

其中,所述将第四混合液加入螺杆挤出机挤出并得到可降解塑料材料的具体步骤是:将第四混合液加入螺杆挤出机中;设置五段加热温度依次为118℃-120、120-123℃、123-126℃、126-130℃、130-135℃,螺杆转速为20-25rpm;启动螺杆挤出机挤出可降解材料;对可降解材料进行降温。

其中,所述五段加热温度依次为119℃、122℃、124℃、126℃、131℃。

其中,所述对可降解材料进行降温的方式为采用风冷直吹降温。

本发明的一种可降解材料及其制备方法,其原料按重量份包括稻草秸秆纤维5-5.5份、椰子纤维4.5-6.3份、玉米交联淀粉3.2-4份、高密度聚乙烯8.4-9.5份、聚乙烯醇-羧甲基纤维素3.3-3.9份、高岭土3-4份、海泡石3-4份、碳酸钙2-3份、增塑剂4-5份、光敏剂6.2-8.7份和偶联剂8.2-10.5份。通过在材料中设置了稻草秸秆纤维、椰子纤维和玉米交联淀粉这类植物纤维,使得在埋入土壤中时可以更加容易地被分解,还添加了少量的高密度聚乙烯改善可降解材料的塑性,同时还增加了高岭土,海泡石和碳酸钙等天然矿物质以改善可降解材料的强度,并通过偶联剂、光敏剂和增塑剂以增加材料的塑性和粘接强度,使得具备生活中使用时必要的强度和塑性,从而在可降解的同时,还具备了较好的强度,使得可以更加耐用,从而解决了现有材料在可降解的同时强度不够容易损坏的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的一种可降解材料的制备方法的流程图;

图2是本发明的制取稻草秸秆纤维和椰子纤维的流程图;

图3是本发明的将玉米交联淀粉和聚乙烯醇-羧甲基纤维素加入第一混合液中搅拌并静置过滤沉淀,得到第二混合液的流程图;

图4是本发明的向第二混合液中依次加入碳酸钙、高密度聚乙烯、高岭土和海泡石,升温并持续搅拌,冷却后得到第三混合液的流程图;

图5是本发明的将第四混合液加入螺杆挤出机挤出并得到可降解塑料材料的流程图;

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。

一方面,本发明提供一种可降解材料,其原料按照重量份包括:

稻草秸秆纤维5-5.5份、椰子纤维4.5-6.3份、玉米交联淀粉3.2-4份、高密度聚乙烯8.4-9.5份、聚乙烯醇-羧甲基纤维素3.3-3.9份、高岭土3-4份、海泡石3-4份、碳酸钙2-3份、增塑剂4-5份、光敏剂6.2-8.7份、偶联剂8.2-10.5份。

在本实施方式中,通过在材料中设置了稻草秸秆纤维、椰子纤维和玉米交联淀粉这类植物纤维,使得在埋入土壤中时可以更加容易地被分解,还添加了少量的高密度聚乙烯改善可降解材料的塑性,同时还增加了高岭土,海泡石和碳酸钙等天然矿物质以改善可降解材料的强度,并通过偶联剂、光敏剂和增塑剂以增加材料的塑性和粘接强度,使得具备生活中使用时必要的强度和塑性,从而在可降解的同时,还具备了较好的强度,使得可以更加耐用,从而解决了现有材料在可降解的同时强度不够容易损坏的问题。

第二方面,请参阅图1,本发明还提供一种可降解材料的制备方法,包括:

S101制取稻草秸秆纤维和椰子纤维;

请参阅图2,具体步骤是:

S201将秸秆放入水中搅拌清洗,并去除沉淀;

在收集到的秸秆中会带有泥土、灰尘等杂质,这些杂质如果跟随秸秆一起加工会降低纤维的性能,因此需要预先将秸秆放入清洗机中进行清洗,尽量地去除这些杂质。

S202将秸秆使用破碎机破碎,得到粗纤维;

清洗完成后的秸秆就可以使用破碎机破碎,破碎机为一种具有旋转刀片的机械,将秸秆和清水一起倒入破碎机可以快速将秸秆切割成细小片状的粗纤维。

S203将粗纤维冷冻到内部水分结冰,然后解冻后用纤维机加工成细纤维。

利用材料的低温脆性,也就是物料随着温度的降低,其硬度和脆性增加,而塑性和韧性降低,从而在解冻后使得更容易通过纤维机将粗纤维破碎成为细纤维。

S102将稻草秸秆纤维和椰子纤维加入偶联剂中搅拌得到第一混合液;

偶联剂是一种在塑料配混中,改善合成树脂与无机填充剂或增强材料的界面性能的一种塑料添加剂。又称表面改性剂。它在塑料加工过程中可降低合成树脂熔体的粘度,改善填充剂的分散度以提高加工性能,进而使制品获得良好的表面质量及机械、热和电性能。这里选用的偶联剂为硅烷偶联剂,能够改善稻草秸秆纤维和椰子纤维的粘合性能,从而可以提高稻草秸秆纤维和椰子纤维的强度,而稻草秸秆纤维和椰子纤维由于是生物纤维,具有良好的可降解性,使得可以更加方便容易地被降解。

S103将玉米交联淀粉和聚乙烯醇-羧甲基纤维素加入第一混合液中搅拌并静置过滤沉淀,得到第二混合液;

请参阅图3,具体步骤是:

S301将玉米交联淀粉加入第一混合液,搅拌10min;

玉米淀粉与环氧氯丙烷起交联反应,可以制得交联淀粉,原玉米淀粉经交联后很大程度上改善了淀粉的耐酸性,抗剪切性和抗老化性,提高了淀粉的稳定性,使得可以玉米交联淀粉填充到纤维之间的空隙中,以增加材料的强度,同时也可降解。

S302加入聚乙烯醇-羧甲基纤维素,搅拌20min;

聚乙烯醇-羧甲基纤维素具有增稠、成膜、黏接、水分保持、胶体保护、乳化及悬浮等作用,可以改善并进一步加强材料的粘接性能,使得各个组分可以结合得更加紧密。

S303静置15min并将沉淀过滤。

在加入这些物质后,会有部分因为杂质反应或者没有充分搅拌散开的沉淀,这些沉淀进一步加工会影响材料的性能,因此需要将沉淀过滤。

S104向第二混合液中依次加入碳酸钙、高密度聚乙烯、高岭土和海泡石,升温并持续搅拌,冷却后得到第三混合液;

请参阅图4,具体步骤是:

S401向第二混合液中依次加入碳酸钙和高密度聚乙烯,并升温至160°-170°搅拌10min;

高密度聚乙烯(HDPE)为白色粉末或颗粒状产品.无毒,无味,结晶度为80%~90%,软化点为125~l 35℃,使用温度可达100℃;硬度、拉伸强度和蠕变性优于低密度聚乙烯;耐磨性、电绝缘性、韧性及耐寒性较好,可以增加材料的韧性,并且在160°-170°时处于熔解状态,可以更加充分地进行混合。碳酸钙为轻质碳酸钙,作为材料的填料被添加进入以进一步增加材料的强度。

S402静置10-20min,使温度降至50度以下;

S403加入高岭土和海泡石,搅拌25min-30min。

高岭土是一种非金属矿产,是一种以高岭石族粘土矿物为主的粘土和粘土岩,具有良好的可塑性和耐火性等理化性质;海泡石是一种纤维状的含水硅酸镁,通常呈白、浅灰、浅黄等颜色,不透明也没有光泽,遇水柔软,干扰就会变硬,

S105向第三混合液中添加增塑剂和光敏剂,并持续搅拌得到第四混合液;

所述增塑剂包括邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二环己酯和邻苯二甲酸二异丁酯。所述光敏剂包括芳香族酮类、安息香醚类、偶氮化合物、有机硫化物。光敏剂是将光能转移到一些对可见光不敏感的反应物上以提高或扩大感光性能的物质,从而使得在光照条件下可以加速分解。

S106将第四混合液加入螺杆挤出机挤出并得到可降解塑料材料。

请参阅图5,具体步骤是:

S501将第四混合液加入螺杆挤出机中;

挤出机是属于塑料机械的种类之一,挤出机依据机头料流方向以及螺杆中心线的夹角,可以将机头分成直角机头和斜角机头等。螺杆挤出机是依靠螺杆旋转产生的压力及剪切力,能使得物料可以充分进行塑化以及均匀混合,通过口模成型。

S502设置五段加热温度依次为118℃-120、120-123℃、123-126℃、126-130℃、130-135℃,螺杆转速为20-25rpm;

通过螺杆挤出机的五段阶梯状的加热方式可以更均匀地对第四混合液进行加热。

S503启动螺杆挤出机挤出可降解材料;

S504对可降解材料进行降温。

最后可以挤出得到可降解材料,然后将材料通过风冷的方式降到常温就可以进行使用。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已,当然不能以此来限定本发明之权利范围,本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程,并依本发明权利要求所作的等同变化,仍属于发明所涵盖的范围。

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