一種甘蔗渣可生物降解塑料及其製備方法與流程

2023-12-01 19:56:06

本發明屬於高分子複合材料領域，具體涉及一種甘蔗渣可生物降解塑料及其製備方法。
背景技術：
：生物降解塑料是一種具有優良的使用性能、廢棄後可被環境微生物完全分解而成為自然界中碳素循環的一個組成部分的高分子材料。天然高分子如纖維素、澱粉等在自然界資源豐富、價格低廉，可再生，利用它們製備的生物高分子材料具有良好的生物相容性，可以完全降解，且安全無毒，由於兼具天然再生資源的充分利用和環境治理的雙重意義而受到各國的重視，但是它們大多不具熱塑性，成型加工困難，耐水性差，限制了其的應用。目前國內外的研究重點在以食用原料開發的全澱粉基生物塑料方面，但生產成本過高。澱粉是目前廣泛使用的一類可生物降解的天然高分子，將其進行物理、化學或酶法改性，可增強某些機能或新的物化特性，可以加工成易降解的農用地膜和包裝材料，但是考慮到糧食安全和土地資源的限制，以澱粉為主要原料的生物降解塑料發展空間有限，非糧食作物的天然纖維素具有製備生物塑料的巨大潛力。技術實現要素：為了克服現有技術的不足，本發明的目的在於提供一種甘蔗渣可生物降解塑料，本發明以甘蔗渣為原料，通過對甘蔗渣進行改性，製備出新型的全纖維素基生物降解塑料材料，可將廢棄纖維價值最大化，為熱帶農作物廢棄纖維的高值化利用提供了新的思路。本發明的另一個目的在於提供一種甘蔗渣可生物降解塑料的製備方法，通過對甘蔗渣用不同方法進行預處理，調整其熱塑性能，經混料、熱壓成型等一系列工藝得到不同性能的甘蔗渣纖維素基可降解生物塑料。實現本發明的目的可以通過採取如下技術方案達到：一種甘蔗渣可生物降解塑料，其是由以下質量百分含量計的組分製備而成：優選地，所述可降解塑料為聚ε己內酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚-β-羥丁酸中的一種。優選地，所述增塑劑為合成植物酯、單甘酯、乙醯檸檬酸三正丁酯中的一種或兩種以上。優選地，所述偶聯劑為鈦酸酯、鋁酸酯、矽烷偶聯劑中的一種或兩種以上。優選地，所述的潤滑劑為硬酯酸鈣、甘油、石蠟油中的一種或兩種以上。一種甘蔗渣可生物降解塑料的製備方法，包括以下步驟：1)將甘蔗渣用粉碎機粉碎，然後對甘蔗渣進行預處理，得到甘蔗渣粉末，密封保存；2)將步驟1)得到的甘蔗渣粉末，按配比加入可降解塑料、增塑劑、偶聯劑、潤滑劑混合均勻，然後一邊攪拌，攪拌速度為400-600r/min，一邊加入去離子水，攪拌均勻後，密封放置6h，得到混合物料；3)將步驟2)的混合物料加溫到180℃，進行混煉熱壓成型，最後冷卻到50℃，壓製成厚度為2mm的塑料薄片。優選地，步驟1)的預處理步驟具體為：按料液比1：(15-25)，放置入沸水中煮30-40min，再用蒸餾水洗滌，然後95℃烘乾備用，得到除去雜質並加熱處理後的甘蔗渣粉末。優選地，步驟1)的預處理步驟具體為：按料液比1:(12-18)，加入硝酸溶液，置於沸水浴中2-3h，再用蒸餾水洗滌至中性；然後加入氫氧化鈉溶液，置於沸水浴中2-3h，再將水浴的溫度調至80℃，加入過氧化氫漂白25-30min，再用蒸餾水洗滌至中性，然後95℃烘乾，得到甘蔗渣粉末。優選地，硝酸溶液的質量分數為3％，加入的體積為1.2-1.6L。優選地，氫氧化鈉溶液的質量分數為1.5％，加入的體積為1.2-1.6L。本發明的有益效果在於：1、本發明以甘蔗渣纖維為原料，通過對甘蔗渣進行改性，製備新型全纖維素基生物塑料材料，可將廢棄纖維價值最大化，為熱帶農作物廢棄物的高值化利用提供了新的思路；2、本發明的甘蔗渣纖維中含大量的羥基，這些羥基形成分子間氫鍵或分子內氫鍵，使甘蔗渣具有吸水性且極性很強；而熱塑性塑料多數為非極性的，具有疏水性，所以兩者之間的相容性較差，界面的粘結力很小，使用增塑劑、偶聯劑、潤滑劑來改性聚合物—甘蔗渣表面，可以提高甘蔗渣與塑料之間的界面親和能力，且改性的甘蔗渣具有增強的性質，能達到增強複合材料強度的作用；3、本發明的製備方法中步驟1)將甘蔗渣密封保存，是為了避免甘蔗渣吸潮，因為吸潮會結塊，會導致混合不均勻；步驟1)的預處理中的酸鹼處理是為了使其甘蔗渣表面改性，結構變得疏鬆，能與其他組分更好地結合，漂白處理為了使製備出來的塑料顏色潔白，而步驟1)中預處理中的烘乾處理則是為了使甘蔗渣更好地保存；步驟3)中的混煉是通過機械作用使甘蔗渣、可降解塑料與各種添加劑均勻混合；4、本發明的製備方法通過對甘蔗渣用不同方法進行預處理，調整其熱塑性能，經混料、熱壓成型等一系列工藝得到不同性能的甘蔗渣纖維素基可降解生物塑料。具體實施方式下面，結合具體實施方式，對本發明做進一步描述：實施例1一種甘蔗渣可生物降解塑料，其製備方法，包括以下步驟：1)將甘蔗渣用粉碎機粉碎，然後按料液比1:20在沸水中煮40min，再用蒸餾水洗滌，95℃烘乾備用，得到除去雜質並加熱處理後的甘蔗渣粉末，密封保存在乾燥器中；2)將步驟1)得到的甘蔗渣粉末取出150g，加入200g聚ε己內酯、25g單甘酯、25g鋁酸酯、25g石蠟油混合均勻，然後一邊攪拌，攪拌速度為400r/min，一邊加入75g去離子水，攪拌均勻後，密封放置6h，使物料充分混合溶脹，得到混合物料；3)將步驟2)的混合物料加溫到180℃，進行混煉熱壓成型，最後冷卻到50℃，壓製成厚度為2mm的塑料薄片。實施例2一種甘蔗渣可生物降解塑料，其製備方法，包括以下步驟：1)將甘蔗渣用粉碎機粉碎，然後按料液比1:15在沸水中煮30min，再用蒸餾水洗滌，95℃烘乾備用，得到除去雜質並加熱處理後的甘蔗渣粉末，密封保存在乾燥器中；2)將步驟1)得到的甘蔗渣粉末取出150g，加入200g聚丁二酸丁二醇酯、10g合成植物酯、10g單甘酯、25g鈦酸酯、25g硬酯酸鈣混合均勻，然後一邊攪拌，攪拌速度為600r/min，一邊加入80g去離子水，攪拌均勻後，密封放置6h，使物料充分混合溶脹，得到混合物料；3)將步驟2)的混合物料加溫到180℃，進行混煉熱壓成型，最後冷卻到50℃，壓製成厚度為2mm的塑料薄片。實施例3一種甘蔗渣可生物降解塑料，其製備方法，包括以下步驟：1)將甘蔗渣用粉碎機粉碎，然後按料液比1:25在沸水中煮40min，再用蒸餾水洗滌，95℃烘乾備用，得到除去雜質並加熱處理後的甘蔗渣粉末，密封保存在乾燥器中；2)將步驟1)得到的甘蔗渣粉末取出100g，加入600g聚-β-羥丁酸、30g乙醯檸檬酸三正丁酯、60g矽烷偶聯劑、29g甘油、21g石蠟油混合均勻，然後一邊攪拌，攪拌速度為600r/min，一邊加入160g去離子水，攪拌均勻後，密封放置6h，使物料充分混合溶脹，得到混合物料；3)將步驟2)的混合物料加溫到180℃，進行混煉熱壓成型，最後冷卻到50℃，壓製成厚度為2mm的塑料薄片。實施例4一種甘蔗渣可生物降解塑料，其製備方法，包括以下步驟：1)將甘蔗渣用粉碎機粉碎，按料液比1:18，加入質量分數為3％的硝酸溶液1.3L，置於沸水浴中2.5h，再用蒸餾水洗滌至中性；然後加入質量分數為1.5％的氫氧化鈉溶液1.3L，置於沸水浴中2.5h，再將水浴的溫度調至80℃，加入過氧化氫漂白28min，再用蒸餾水洗滌至中性，然後95℃烘乾，得到甘蔗渣粉末，密封保存；2)將步驟1)得到的甘蔗渣粉末取出100g，加入250g聚丁二酸丁二醇酯、16g乙醯檸檬酸三正丁酯、14g合成植物酯、20g鈦酸酯、30g硬酯酸鈣混合均勻，然後一邊攪拌，攪拌速度為600r/min，一邊加入70g去離子水，攪拌均勻後，密封放置6h，使物料充分混合溶脹，得到混合物料；3)將步驟2)的混合物料加溫到180℃，進行混煉熱壓成型，最後冷卻到50℃，壓製成厚度為2mm的塑料薄片。實施例5一種甘蔗渣可生物降解塑料，其製備方法，包括以下步驟：1)將甘蔗渣用粉碎機粉碎，按料液比1:12，加入質量分數為3％的硝酸溶液1.6L，置於沸水浴中2h，再用蒸餾水洗滌至中性；然後加入質量分數為1.5％的氫氧化鈉溶液1.6L，置於沸水浴中2h，再將水浴的溫度調至80℃，加入過氧化氫漂白25min，再用蒸餾水洗滌至中性，然後95℃烘乾，得到甘蔗渣粉末，密封保存；2)將步驟1)得到的甘蔗渣粉末取出100g，加入180g聚ε己內酯、16g合成植物酯、7g鈦酸酯、9g鋁酸酯、20g石蠟油混合均勻，然後一邊攪拌，攪拌速度為600r/min，一邊加入68g去離子水，攪拌均勻後，密封放置6h，使物料充分混合溶脹，得到混合物料；3)將步驟2)的混合物料加溫到180℃，進行混煉熱壓成型，最後冷卻到50℃，壓製成厚度為2mm的塑料薄片。實施例6一種甘蔗渣可生物降解塑料，其製備方法，包括以下步驟：1)將甘蔗渣用粉碎機粉碎，按料液比1:16，加入質量分數為3％的硝酸溶液1.6L，置於沸水浴中3h，再用蒸餾水洗滌至中性；然後加入質量分數為1.5％的氫氧化鈉溶液1.6L，置於沸水浴中3h，再將水浴的溫度調至80℃，加入過氧化氫漂白30min，再用蒸餾水洗滌至中性，然後95℃烘乾，得到甘蔗渣粉末，密封保存；2)將步驟1)得到的甘蔗渣粉末取出125g，加入225g聚-β-羥丁酸、30g乙醯檸檬酸三正丁酯、30g鋁酸酯、5g硬酯酸鈣、15g石蠟油混合均勻，然後一邊攪拌，攪拌速度為400r/min，一邊加入70g去離子水，攪拌均勻後，密封放置6h，使物料充分混合溶脹，得到混合物料；3)將步驟2)的混合物料加溫到180℃，進行混煉熱壓成型，最後冷卻到50℃，壓製成厚度為2mm的塑料薄片。本發明製得的甘蔗渣可生物降解塑料的性能效果測試：以實施例1-6製得的甘蔗渣可生物降解塑料為實驗例，以聚乙烯塑料為對比例，對實驗例進行拉伸效果測試，測試效果如下表：表1實施例1-6拉伸效果測試拉伸強度(MPa)撕裂強度(KN/m)實施例110.5835.64實施例210.3136.21實施例310.5938.01實施例413.6842.61實施例512.6840.06實施例613.4140.51對比例10.3226.32由表1可得，實施例1-6的拉伸強度與低密度聚乙烯塑料的拉伸強度相當，但是撕裂強度大於聚乙烯塑料，可見，本發明的甘蔗渣可生物降解塑料可以代替市面上的不可降解的塑料，不僅有效保護了生態環境，而且性能同樣得到保障。對於本領域的技術人員來說，可根據以上描述的技術方案以及構思，做出其它各種相應的改變以及變形，而所有的這些改變以及變形都應該屬於本發明權利要求的保護範圍之內。當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp