熱塑性植物纖維/聚羥基烷酸酯共混材料及其製備方法
2023-07-27 12:19:36 1
專利名稱：熱塑性植物纖維/聚羥基烷酸酯共混材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種熱塑性植物纖維/聚羥基烷酸酯共混材料及其製備方法。( 二)背景技術全世界每年有1. 5億噸石油、天然氣等有限的石化資源用於化學 合成「合成高分子」，為了減少廢棄合成高分子材料產品對環境的影響和有限資源的利用， 重新構築可持續發展的人類社會已成為世界各國的共識。實現世界經濟的可持續發展，國 內外的相關研究前沿之一是利用清潔生產技術，將可再生的生物質資源，改性、合成滿足使 用要求的環境友好高分子新材料，降低對有限資源的消耗，減少材料使用後對環境的汙染， 為此國內外的相關研究更注重尋找新的天然高分子塑料材料。植物纖維是地球上巨大的再生性生物高分子資源。從資源的可持續利用、保護環 境和生物體親和性與生物分解性特點出發，人們對於能再生的植物纖維的利用寄託了很大 的期望。從而植物纖維資源化利用，開發環境友好的綠色產品，已形成環境綠色高技術研究 與開發中的熱點領域。植物纖維作為可再生資源，它的改性和利用一方面可節省大量石油 資源，另一方面可以緩解大量非降解合成高分子材料廢棄物造成的環境汙染，植物纖維及 其改性材料廢棄後可以在自然環境中實現生物量的循環。聚羥基烷酸酯(PHB)是由人工合成的熱塑性脂肪族聚酯，是一種完全生物降解塑 料，其降解產物為水和二氧化碳，用途十分廣泛。但是，聚羥基烷酸酯作為一種生物分解的 脂肪族聚酯類材料，與聚烯烴類材料不同，這類材料的熔體性能差，加工應用過程中存在著 困難，其材料的粘度和強度均較低，導致成型加工過程中定型速度很慢，實施吹塑、壓延、注 塑紡絲等加工方式難度很大；同時在熔體狀態下十分容易發生材料的分解，使得聚合物的 分子量下降超過50%，導致成型加工製品的力學強度嚴重下降。因此聚羥基烷酸酯的加 工性能較差，很難通過常規的加工方法在常規聚合物加工設備上加工出符合使用要求的產品。熱塑性植物纖維與聚羥基烷酸酯熔融共混改性後得到的新型熱塑共混材料加工 性能良好，在擠塑、吹塑、注塑和發泡過程中具有優良的熱塑加工特性和力學性能，其製品 使用後完全降解且環境友好，可廣泛地用於化工、農地膜、機電、建築材料、包裝和環保等生 產加工領域。
發明內容
1、發明目的本發明的目的是提供一種環境友好的熱塑性植物纖維/聚羥基烷酸 酯共混材料及其製備方法。熱塑性植物纖維/聚羥基烷酸酯共混可以改善熱塑性植物纖維 的加工性能，同時可以對聚羥基烷酸酯起到較好的增塑作用，解決聚羥基烷酸酯加工性能、 韌性和抗撕裂性能不足、斷裂伸長率低、薄膜較脆等不足等問題，提供一種以天然植物纖維 為原料，生產環境友好的植物纖維/聚羥基烷酸酯熱塑材料的新方法，為可再生資源植物 纖維的大規模開發利用服務。2、技術方案本發明的技術方案是一種熱塑性植物纖維/聚羥基烷酸酯共混材 料，它的各組分的重量份為熱塑性植物纖維1 99，聚羥基烷酸酯1 99，交聯劑0 10，增塑劑O 10。它的製備方法是將熱塑性植物纖維1 99份、聚羥基烷酸酯1 99份， 交聯劑0 10份和增塑劑0 10份在高速混合機中攪拌5 20分鐘，在溫度30 60°C 乾燥8 12小時，控溫於100 140°C將共混料在雙螺杆擠塑機中熔融共混5 lOmin，在 110 150°C、0. 1 IMPa下造粒得到完全生物降解熱塑性植物纖維/聚羥基烷酸酯共混材 料。熱塑性植物纖維是將去雜後的植物纖維原料粉碎，膨化，加入植物纖維重量2倍 的H2S04溶液，在120°C下處理lh，過濾、清洗、乾燥、粉碎過40目篩，得到去除木素和 多縮戊糖的純淨植物纖維粉；在純淨植物纖維粉中加入3倍的18% NaOH溶液，在30°C下浸 漬2h，壓榨擠去多餘的鹼液，使植物纖維中含鹼液控制在50%，即獲得鹼化植物纖維；按重 量比取鹼化植物纖維100份、過硫酸鉀2份、丙烯酸甲酯200份於反應釜中，同時通入N2， 30°C下攪拌反應10h，至物料呈漿狀後加入10%的醋酸溶液中和至pH7. 0 ；反應液通過離心 分離去除溶液，所得固體經水洗至中性後真空乾燥即得到熱塑性植物纖維。聚羥基烷酸酯選用聚羥基烷酸酯為聚羥基丁酸酯、聚羥基丁酸_羥基戊酸酯、聚 丁二酸丁二醇酯、聚己內酯；交聯劑選用順丁烯二酸酐，檸檬酸三丁酯、乙撐雙硬脂酸醯胺、六方氮化硼中的一 種或兩種以上的任意組合；增塑劑選用丙三醇，聚乙二醇，鄰苯二甲酸二丁酯，己二酸二丁 酯中的一種或兩種以上的任意組合。熱塑性植物纖維/聚羥基烷酸酯共混材料的製備方法是第一步，配料按重量比配比取熱塑性植物纖維1 99，聚羥基烷酸酯1 99，交 聯劑0 10，增塑劑0 10，在高速混合機中攪拌混勻5 20min。第二步，乾燥將混合均勻的共混物在溫度30 60°C乾燥8 12小時。第三步，共混造粒將乾燥好的共混料在雙螺杆擠出機中於100 140°C熔融共混 5 lOmin，在110 150°C、0. 1 IMPa下擠出造粒，製備成熱塑性植物纖維/聚羥基烷酸 酯共混材料。3、有益效果植物纖維作為一種可再生天然資源，來源充足以及可生物降解。對其 進行共混改性，可得到以植物纖維為骨架的熱塑性植物纖維/聚羥基烷酸酯共混新材料。 作為可再生資源，它的共混改性和利用一方面可節省大量石油資源，另一方面可以緩解大 量非降解合成高分子材料廢棄物造成的環境汙染，熱塑性植物纖維/聚羥基烷酸酯共混材 料廢棄後可以在自然環境中實現生物量的循環。熱塑性植物纖維與聚羥基烷酸酯共混改 性，兩者相容性很好，能夠達到熱力學相容狀態，避免產品的相分離現象，提高了改性產品 性能的穩定性。熱塑性植物纖維與聚羥基烷酸酯共混改性，使其加工流變特性與聚乙烯相 似，便於使用常規設備進行工業化生產。熱塑性植物纖維與聚羥基燒酸酯共混改性產品，綜 合力學性能優良，其製品使用後完全降解且環境友好，可廣泛地用於化工、農地膜、機電、建 築材料、包裝和環保等生產加工領域。
具體實施例方式本發明由以下具體實施措施實現，其中所述原料份數除特殊說明外，均為重量份數。下面結合實施例對本發明做進一步詳細說明。實施例1 按重量比取熱塑性植物纖維50份、聚羥基丁酸酯50份在高速混合機中攪拌5分鐘，在溫度30°C乾燥12小時，控溫於100°C將共混料在雙螺杆擠塑機中熔融共混 5min，在110°C、0. IMPa下造粒得到完全生物降解熱塑性植物纖維/聚羥基烷酸酯共混材 料。實施例2 按重量比取熱塑性植物纖維99份、聚羥基丁酸-羥基戊酸酯1份，順丁 烯二酸酐2份在高速混合機中攪拌7分鐘，在溫度40°C乾燥10小時，控溫於110°C將共混 料在雙螺杆擠塑機中熔融共混6min，在120°C、0. 3MPa下造粒得到完全生物降解熱塑性植 物纖維/聚羥基烷酸酯共混材料。實施例3 按重量比取熱塑性植物纖維1份、聚丁二酸丁二醇酯99份和鄰苯二甲 酸二丁酯5份在高速混合機中攪拌8分鐘，在溫度50°C乾燥8小時，控溫於120°C將熔融共 混料在雙螺杆擠塑機中共混8min，在130°C、0. 5MPa下造粒得到完全生物降解熱塑性植物 纖維/聚羥基烷酸酯共混材料。實施例4 按重量比取熱塑性植物纖維20份、聚己內酯20份和乙撐雙硬脂酸醯胺 7份在高速混合機中攪拌10分鐘，在溫度45°C乾燥10小時，控溫於130°C將共混料在雙螺 杆擠塑機中熔融共混8min，在140°C、0. 7MPa下造粒得到完全生物降解熱塑性植物纖維/聚 羥基烷酸酯共混材料。實施例5 按重量比取熱塑性植物纖維30份、聚羥基丁酸酯70份，六方氮化硼10 份在高速混合機中攪拌20分鐘，在溫度60°C乾燥8小時，控溫於140°C將共混料在雙螺杆 擠塑機中熔融共混lOmin，在150°C、lMPa下造粒得到完全生物降解熱塑性植物纖維/聚羥 基烷酸酯共混材料。實施例6 按重量比取熱塑性植物纖維70份、聚丁二酸丁二醇酯30份，檸檬酸三 丁酯5份和順丁烯二酸酐5份在高速混合機中攪拌12分鐘，在溫度50°C乾燥8小時，控溫 於140°C將共混料在雙螺杆擠塑機中熔融共混9min，在140°C、0. 6MPa下造粒得到完全生物 降解熱塑性植物纖維/聚羥基烷酸酯共混材料。
權利要求
一種熱塑性植物纖維/聚羥基烷酸酯共混材料，其特徵在於，它的各組分的重量份為熱塑性植物纖維1～99，聚羥基烷酸酯1～99，交聯劑0～10，增塑劑0～10。
2.根據權利要求1所述熱塑性植物纖維/聚羥基烷酸酯共混材料，其特徵是，所述的熱 塑性植物纖維，是將去雜後的植物纖維原料粉碎，膨化，加入植物纖維重量2倍的H2SO4 溶液，在120°C下處理lh，過濾、清洗、乾燥、粉碎過40目篩，得到去除木素和多縮戊糖的純 淨植物纖維粉；在純淨植物纖維粉中加入3倍的18% NaOH溶液，在30°C下浸漬2h，壓榨擠 去多餘的鹼液，使植物纖維中含鹼液控制在50%，即獲得鹼化植物纖維；按重量比取鹼化 植物纖維100份、過硫酸鉀2份、丙烯酸甲酯200份於反應釜中，同時通入N2，30°C下攪拌 反應10h， 至物料呈漿狀後加入10%的醋酸溶液中和至pH7. 0 ；反應液通過離心分離去除溶 液，所得固體經水洗至中性後真空乾燥即得到熱塑性植物纖維。
3 根據權利要求1所述的熱塑性植物纖維/聚羥基烷酸酯共混材料，其特徵是，所述的 聚羥基烷酸酯為聚羥基丁酸酯、聚羥基丁酸_羥基戊酸酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚己內酯。
4.根據權利要求1所述的熱塑性植物纖維/聚羥基烷酸酯共混材料，其特徵是，所述的 交聯劑為順丁烯二酸酐，檸檬酸三丁酯、乙撐雙硬脂酸醯胺、六方氮化硼中的一種或兩種以 上的任意組合。
5.根據權利要求1所述的熱塑性植物纖維/聚羥基烷酸酯共混材料，其特徵是，所述的 增塑劑為丙三醇，聚乙二醇，鄰苯二甲酸二丁酯，己二酸二丁酯中的一種或兩種以上的任意組合。
6.權利要求1所述的熱塑性植物纖維/聚羥基烷酸酯共混材料的製備方法，其步驟是第一步，配料按重量比配比取熱塑性植物纖維1 99，聚羥基烷酸酯1 99，交聯劑 0 10，增塑劑0 10，在高速混合機中攪拌混勻5 20min ；第二步，乾燥將混合均勻的共混物在溫度30 60°C乾燥8 12小時； 第三步，共混造粒將乾燥好的共混料在雙螺杆擠出機中於100 140°C熔融共混5 lOmin，在110 150°C、0. 1 IMPa下擠出造粒，製備成熱塑性植物纖維/聚羥基烷酸酯共 混材料。
全文摘要
本發明公開了一種熱塑性植物纖維/聚羥基烷酸酯共混材料及其製備方法。它的各組分重量份為熱塑性植物纖維1～99，聚羥基烷酸酯1～99，交聯劑0～10，增塑劑0～10。它的製備方法是將原料在高速混合機中攪拌5～20分鐘，在溫度30～60℃乾燥8～12小時，控溫於100～140℃將共混料在雙螺杆擠塑機中熔融共混5～10min，在110～150℃、0.1～1MPa下造粒得到完全生物降解熱塑性植物纖維/聚羥基烷酸酯共混材料。熱塑性植物纖維/聚羥基烷酸酯共混材料加工性能良好，在擠塑、吹塑、注塑和發泡過程中具有優良的熱塑加工特性和力學性能，其製品使用後完全降解且環境友好，可廣泛地用於化工、農地膜、機電、建築材料、包裝和環保等生產加工領域。
文檔編號B29B13/06GK101824228SQ20091005851
公開日2010年9月8日 申請日期2009年3月6日 優先權日2009年3月6日
發明者徐東, 羅學剛 申請人:西南科技大學