一种用于竞技游戏的可降解唐球及其制备方法
阅读说明：本技术 一种用于竞技游戏的可降解唐球及其制备方法 (Degradable Thangball for competitive game and preparation method thereof ) 是由 金克林 许军 于 2020-12-03 设计创作，主要内容包括：本发明涉及材料制备技术领域,具体来说是一种用于竞技游戏的可降解唐球及其制备方法。包括高分子弹性层,中间层和高反弹内核,所述高分子弹性层均匀包裹在所述中间层外侧,所述中间层均匀包裹在所述高反弹内核外侧；高分子弹性层由如下原料制成：糊化淀粉、中聚合度聚乙烯醇、交联剂、引发剂、光降解剂、镁粉；中间层由如下原料制成：高分子纳米冻胶；高反弹内核由如下原料制成：糊化淀粉、超高聚合度聚乙烯醇、聚丁二酸丁二醇酯、交联剂、引发剂及辅助剂。本发明制备得到了一种可降解的唐球,唐球与高尔夫球的外观相近,但是飞行距离相较于高尔夫球更近,便于大众玩乐。(The invention relates to the technical field of material preparation, in particular to a degradable Thangball for competitive games and a preparation method thereof. The high-resilience elastic rubber comprises a high-molecular elastic layer, an intermediate layer and a high-resilience core, wherein the high-molecular elastic layer is uniformly wrapped on the outer side of the intermediate layer, and the intermediate layer is uniformly wrapped on the outer side of the high-resilience core; the polymer elastic layer is prepared from the following raw materials: gelatinized starch, polyvinyl alcohol with medium polymerization degree, a cross-linking agent, an initiator, a photodegradation agent and magnesium powder; the intermediate layer is prepared from the following raw materials: high molecular nanometer jelly glue; the high-rebound inner core is prepared from the following raw materials: gelatinized starch, polyvinyl alcohol with ultrahigh polymerization degree, poly butylene succinate, a cross-linking agent, an initiator and an auxiliary agent. The degradable Tang ball prepared by the invention has similar appearance to a golf ball, but has closer flying distance compared with the golf ball, and is convenient for the public to play.)
技术领域
本发明涉及材料制备技术技术领域，具体来说是一种用于竞技游戏的可降解唐球及其制备方法。
背景技术
唐球是从中国古代的马球-步打球-捶丸，一步步发展演变而来。
一千二百年前，唐代盛行马球运动，但马球运动需骑马，运动激烈、危险且昂贵。为了让唐代的女性和平民百姓也能参与这项运动，于是步打球随之产生。随后，由这种步打球演化出了另一种新型的球类运动-捶丸。捶丸是一项高雅的古代游艺活动，能“收其放心，养其血脉，怡怿乎精神"(《丸经.序》)，因此宫廷贵族皆雅好此道。宋徽宗、金章宗，皆爱捶丸。随后五百年，在苏格兰出现了早期的高尔夫球运动，后来发展成为现今风靡世界的现代高尔夫。
追本溯源，因捶丸起源于唐朝，且是中华民族的文化瑰宝，因此，这项创新的休闲运动，取名为“唐球”。一方面，唐球继承了捶丸的文化精髓，运动场所；另一方面"唐球"在现代高尔夫的基础上进行了创新，使得唐球运动走向大众，更简单、更亲民，更省时，也更适应当今的生活节奏。
现有技术的高尔夫球无法降解，处理的方法为直接填埋或焚烧后填埋，废弃的高尔夫球对土壤环境和大气环境均产生了一定污染；另外，高尔夫球运动仅能够在特定的高尔夫球场内进行娱乐，价格昂贵，仅适用于一部分人群使用；再则高尔夫球的规则相对复杂，是需经过长期练习才能够达到熟练的一种游戏，且高尔夫运动文化在中国传播不到位；上述原因导致其推广性较差且对环境不友好，因此需要一种价格便宜、运动场地占地面积小、便于大众玩乐的唐球来克服上述高尔夫球的技术缺陷。
发明内容
针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供了一种用于竞技游戏的可降解唐球及其制备方法，本发明制备得到了一种游戏竞技用的可降解的唐球，唐球与高尔夫球的外观相近，但是飞行距离相较于高尔夫球更近，使得唐球场馆占地面积小，便于大众玩乐。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种用于竞技游戏的可降解唐球，包括由外到内依次设置的高分子弹性层、中间层和高反弹内核；
所述高分子弹性层厚度、所述中间层厚度及所述高反弹内核半径之比为1:1:5，所述高分子弹性层、所述中间层及所述高反弹内核质量之比为2-2.5：1-1.3：7.6-8.9；
所述唐球的直径为42.62-42.75mm，所述唐球的重量为44.93-45.93g；
所述高分子弹性层由如下重量份数的原料制成：糊化淀粉1000份、中聚合度聚乙烯醇400-600份、交联剂0.1-0.2份、引发剂3-8份、光降解剂50-80份、镁粉30-45份、溶剂2500-3500份；
所述中间层由如下重量份数的原料制成：高分子纳米冻胶200-400份；
所述高反弹内核由如下重量份数的原料制成：糊化淀粉1000份、超高聚合度聚乙烯醇300-400份、聚丁二酸丁二醇酯150-250份、交联剂0.1-0.2份、引发剂3-8份及辅助剂4-6份、溶剂2000-3000份。
优选的，所述引发剂为过硫酸铵或高锰酸钾。
优选的，所述交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺、硅烯醇或异腈酸酯。
优选的，所述光降解剂为二苯甲酮或对苯醌。
优选的，所述辅助剂为过氧化氢。
优选的，所述溶剂为十八醇。
本发明还保护了一种用于竞技游戏的可降解唐球的制备方法，所述高反弹内核按照以下方法制备：
称量：按照如下重量份数的原料称量：糊化淀粉1000份、中聚合度聚乙烯醇400-600份、交联剂0.1-0.2份、引发剂3-8份、光降解剂50-80份、镁粉30-45份，备用；
于50-60℃下，在糊化淀粉内加入十八醇及中聚合度聚乙烯醇，再加入引发剂和交联剂，于双螺杆挤出机内，在150-170℃下糊化接枝，然后维持温度140-160℃下与光降解剂和镁粉混合均匀，过滤、挤出、成膜、冷却，得到高分子弹性层。
本发明还保护了一种用于竞技游戏的可降解唐球的制备方法，所述高分子弹性层按照以下方法制备：
称量：按照如下重量份数的原料称量：糊化淀粉1000份、超高聚合度聚乙烯醇300-400份、聚丁二酸丁二醇酯150-250份、交联剂0.1-0.2份、引发剂3-8份及辅助剂4-6份，备用；
于50-60℃条件下，在糊化淀粉内加入十八醇及高聚合度聚乙烯醇，再加入引发剂和交联剂，于双螺杆挤出机内，在150-170℃下糊化接枝后挤出，然后加入辅助剂和聚丁二酸丁二醇酯并混合均匀，过滤、干燥并成型后，在电子加速器内辐照10-15min，辐照总剂量为100kGy/s，剂量率为10kGy/s，烘干至恒重，得到高反弹内核。
本发明还保护了一种用于竞技游戏的可降解唐球的制备方法，所述唐球按照以下方法制备：
称量：按照如下重量份数的原料称量：高分子纳米冻胶200-400份，备用；
将中间层包裹在高反弹内核层外侧，再将高分子弹性层包裹在中间层外侧，制得球状结构的唐球。
优选的，所述糊化淀粉的制备方法为：将食品级淀粉与去离子水混合均匀，加热至75-85℃，糊化2-3h；
其中，所述食品级淀粉和所述去离子水的料液比为1g：35-50mL。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
1、本发明以可溶性、可降解的再生资源淀粉为原料，通过淀粉对可降解材料的改性，使得在降解淀粉的过程中，促进可降解材料的降解速率，进而得到了一种可降解唐球。在接枝过程中，糊化淀粉的接枝效果通常比原淀粉好，其原因是由于淀粉糊化后，分子链在水中得到充分伸展，便于催化剂和单体与其各部位接触而发生接枝反应。
2、高分子弹性层包括糊化淀粉、中聚合度聚乙烯醇、交联剂、引发剂、光降解剂和镁粉，糊化淀粉在交联剂和引发剂的作用下，先与中聚合聚乙烯醇聚合，以中聚合度聚乙烯醇为基础材料制备高分子量聚酯，不仅得到易于降解的材料，而且具有一定的弹性，而高分子弹性层的弹性需符合弹性层的弹性标准，因此通过控制添加镁粉的量来控制高分子弹性层的弹性，以加强球的强度，使球体内的重量分配更为合理，此时为了便于高分子弹性层更加易于降解从而露出内层材料，在高分子弹性层内还添加了光降解剂，降解材料在光作用下更加易于降解，从而便于内层材料暴露，便于整个材料的降解。
高分子纳米冻胶做为弹性中间层，为水凝胶状态，其能够使能量平顺的传送到球体核心，使得控制力和飞行距离得到提高，且高分子纳米冻胶能够降解，降解后为土壤提供营养。
高反弹内核不仅需要一定的弹性，而且需要一定的硬度以实现支撑的目的，高弹内核由糊化淀粉、超高聚合度聚乙烯醇、聚丁二酸丁二醇酯、交联剂、引发剂及辅助剂组成，糊化淀粉先与聚乙烯醇聚合，以超高聚合度聚乙烯醇为基础材料制备高分子量聚酯，制得的聚酯在高温下形成不易结晶的柔性高聚物，选用分子链长的超高聚合度聚乙烯醇，其链段数多，分子链柔顺，易于热运动，且链与链之间不易于滑移，有效提升弹性；然后再与聚丁二酸丁二醇酯共混，通过聚丁二酸丁二醇酯不仅提升高反弹内核的硬度，而且聚丁二酸丁二醇酯是可降解材料，辅助剂的加入以及电子束的照射，实现了聚丁二酸丁二醇酯与高分子量聚酯直接交联，不仅增加了高反弹内核的耐磨性，而且得到内部结构均匀的高反弹内核。
3、本发明制得的唐球的飞行距离为220-260m，高尔夫球的飞行距离为350m左右，飞行距离相较于高尔夫球更近，使得唐球场馆占地面积小，便于大众玩乐；唐球的力学性能根据飞行距离调节所得，达到唐球竞技的标准，所以能够被做为比赛球进行使用，且性能优异，可抗击打700-800次；唐球于磷酸盐缓冲溶液环境下，240天失重率均达到75％以上，说明制得的唐球在土壤环境中能够快速降解；于自然状态下进行24h/日的照射，失重率为2.0-2.5，说明在自然环境下，唐球的结构稳定，不易于降解，因此本发明制得的唐球不仅便于在土壤中降解，而且生活玩乐中保持结构稳定均一。
具体实施方式
下面结合本发明实施例，用以较佳的实施例配合详细的说明。
本申请中食品级淀粉可以为各种常规的食品级淀粉，例如玉米淀粉、小麦淀粉、木薯淀粉、红薯淀粉或土豆淀粉中的一种或多种，食品级淀粉各项理化指标和卫生指标均符合国标GB/T8883-88优级标准。
一种用于竞技游戏的可降解唐球，包括由外到内依次设置的高分子弹性层、中间层和高反弹内核，所述高反弹内核呈球状结构，所述中间层均匀包裹在所述高反弹内核外侧，所述高分子弹性层均匀包裹在所述中间层外侧。
实施例1
一种用于竞技游戏的可降解唐球的制备方法，包括如下步骤：
(1)称量：
所述高分子弹性层按照如下重量份数的原料称量：糊化淀粉1000份、中聚合度聚乙烯醇400份、交联剂0.1份、引发剂3份、光降解剂50份、镁粉45份，备用；
所述中间层按照如下重量份数的原料称量：高分子纳米冻胶200份，备用；
所述高反弹内核按照如下重量份数的原料称量：糊化淀粉1000份、超高聚合度聚乙烯醇400份、聚丁二酸丁二醇酯250份、交联剂0.2份、引发剂8份及辅助剂6份，备用；
(2)高分子弹性层的制备：
将食品级淀粉与去离子水混合均匀，将淀粉和去离子水按照1g:35mL的比例混合后，加热至75℃，糊化3h，在糊化淀粉内加入十八醇及中聚合度聚乙烯醇，再加入引发剂过硫酸铵和交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺，于双螺杆挤出机内，在150℃下糊化接枝，然后维持温度170℃下与光降解剂二苯甲酮和镁粉混合均匀，过滤、挤出、成膜、冷却，得到高分子弹性层；
(3)高反弹内核的制备：
于50℃条件下，在糊化淀粉内加入十八醇及高聚合度聚乙烯醇，再加入引发剂过硫酸铵和交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺，于双螺杆挤出机内，在150℃下糊化接枝后挤出，然后加入辅助剂过氧化氢和聚丁二酸丁二醇酯并混合均匀，过滤、干燥并成型后，在电子加速器内辐照15min，辐照总剂量为100kGy/s，剂量率为10kGy/s，烘干至恒重，得到高反弹内核；
(4)唐球的制备：将中间层包裹在高反弹内核层外侧，再将高分子弹性层包裹在中间层外侧，制得球状结构的唐球。
实施例2
一种用于竞技游戏的可降解唐球的制备方法，包括如下步骤：
(1)称量：
所述高分子弹性层按照如下重量份数的原料称量：糊化淀粉1000份、中聚合度聚乙烯醇500份、交联剂0.15份、引发剂5份、光降解剂60份、镁粉40份，备用；
所述中间层按照如下重量份数的原料称量：高分子纳米冻胶300份，备用；
所述高反弹内核按照如下重量份数的原料称量：糊化淀粉1000份、超高聚合度聚乙烯醇350份、聚丁二酸丁二醇酯200份、交联剂0.15份、引发剂5份及辅助剂4-6份，备用；
(2)高分子弹性层的制备：
将食品级淀粉与去离子水混合均匀，将淀粉和去离子水按照1g：40mL的比例混合后，加热至85℃，糊化2h，于60℃条件下，在糊化淀粉内加入十八醇及中聚合度聚乙烯醇，再加入引发剂高锰酸钾和交联剂异腈酸酯，于双螺杆挤出机内，在160℃下糊化接枝，然后维持温度150℃下与光降解剂对苯醌和镁粉混合均匀，过滤、挤出、成膜、冷却，得到高分子弹性层；
(3)高反弹内核的制备：
于55℃条件下，在糊化淀粉内加入十八醇及高聚合度聚乙烯醇，再加入引发剂高锰酸钾和交联剂异腈酸酯，于双螺杆挤出机内，在160℃下糊化接枝后挤出，然后加入辅助剂过氧化氢和聚丁二酸丁二醇酯并混合均匀，过滤、干燥并成型后，在电子加速器内辐照13min，辐照总剂量为100kGy/s，剂量率为10kGy/s，烘干至恒重，得到高反弹内核；
(4)唐球的制备：将中间层包裹在高反弹内核层外侧，再将高分子弹性层包裹在中间层外侧，制得球状结构的唐球。
实施例3
一种用于竞技游戏的可降解唐球的制备方法，包括如下步骤：
(1)称量：
所述高分子弹性层按照如下重量份数的原料称量：糊化淀粉1000份、中聚合度聚乙烯醇600份、交联剂0.2份、引发剂8份、光降解剂80份、镁粉30份，备用；
所述中间层按照如下重量份数的原料称量：高分子纳米冻胶400份，备用；
所述高反弹内核按照如下重量份数的原料称量：糊化淀粉1000份、超高聚合度聚乙烯醇300份、聚丁二酸丁二醇酯150份、交联剂0.1份、引发剂3份及辅助剂4份，备用；
(2)高分子弹性层的制备：
将食品级淀粉与去离子水混合均匀，将淀粉和去离子水按照1g:50mL的比例混合后，加热至80℃，糊化.2.5h，于60℃条件下，在糊化淀粉内加入十八醇及中聚合度聚乙烯醇，再加入引发剂过硫酸铵和交联剂硅烯醇，于双螺杆挤出机内，在170℃下糊化接枝，然后维持温度140℃下与光降解剂二苯甲酮和镁粉混合均匀，过滤、挤出、成膜、冷却，得到高分子弹性层；
(3)高反弹内核的制备：
于60℃条件下，在糊化淀粉内加入十八醇及高聚合度聚乙烯醇，再加入引发剂过硫酸铵和交联剂硅烯醇，于双螺杆挤出机内，在170℃下糊化接枝后挤出，然后加入辅助剂过氧化氢和聚丁二酸丁二醇酯并混合均匀，过滤、干燥并成型后，在电子加速器内辐照10min，辐照总剂量为100kGy/s，剂量率为10kGy/s，烘干至恒重，得到高反弹内核。
(4)唐球的制备：将中间层包裹在高反弹内核层外侧，再将高分子弹性层包裹在中间层外侧，制得球状结构的唐球。
产品性能测试：
本发明实施例1-实施例3均制备得到了唐球，下面对本发明实施例2制得的唐球、高分子弹性层、中间层、高反弹内核进行性能研究，并经由国家标准测试，具体测试标准如下：
1、洛氏硬度：(R)GB/T2411-2008；
2、拉伸强度：GB1040；
3、断裂伸长率：GB1040；
4、生物降解率：ISO：14855，测试结果见表1；
表1各材料的性能研究
结果表明，本发明制得的唐球能够被做为比赛球进行使用，且性能优异，可抗击打700-800次。
下面进行降解性能的研究，具体降解性能测试方法：将制得的唐球样品浸泡于配置好的PH为7.5的磷酸盐缓冲溶液中，分别在60天、120天、180天和240天取出样品，用蒸馏水冲洗干净后并在35℃下真空干燥至质量不再发生变化，并进行称重，计算样品的失重率。
表2制备得到的样品在缓冲溶液中的失重率
结果表明，在240天时，本发明制得的所有唐球的失重率均达到75％以上，说明已经基本降解完全，在浸泡60天时，已经能够观察到高分子弹性层已经基本降解完成，在180天时，降解仅剩下内核，内核降解较慢，原因是由于聚丁二酸丁二醇酯与高分子量聚酯交联度较高，性能稳定，因此在进行一段时间的降解后，高弹性内核能够进行二次利用。
本发明还研究了制备得到的样品在自然条件下的失重率，具体方法为：将样品置于温度为35±10℃，湿度为60±20％，于日照灯下进行24h照射，分别在60天、120天、180天和240天将样品进行称重，计算样品的失重率，结果如表3所示。
表3样品失重率
结果表明，在240天时，本发明制得的唐球的失重率为2.0-2.5，说明在自然条件下长期照射唐球是能够进行降解的，但是本发明的实验条件是在日照灯下进行不间断24h照射，条件较为苛刻，而在进行日常光照的环境中，能够于240天不降解。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
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