一種可生物降解醋酸纖維素塑料及其製備方法

2023-12-03 18:05:36

專利名稱：一種可生物降解醋酸纖維素塑料及其製備方法
一種可生物降解醋酸纖維素塑料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及醋酸纖維素塑料領域，尤其涉及一種可生物降解醋酸纖維素塑料及其製備方法。
背景技術：
醋酸纖維素(Cellulose Acetate,CA)是纖維素衍生物中最早進行商品化生產，並且不斷發展的纖維素有機酸酯，醋酸纖維可以用於製造紡織品、煙用濾嘴、塑料製品、膠捲、 液晶材料等。纖維素是綠色植物體的主要組成部分，資源豐富，來源廣泛，可通過人工培植的方法大量生產，其中農作物棉花與木材是自然界中數量極大的可再生資源，國內外有關研究單位已經開展了醋酸纖維素的合成研究，並取得了較好的效果。如用木漿、棉漿、竹漿為反應原料經過蒸汽高溫、高壓處理後製備醋酸纖維素；以秸杆、木漿、棉漿、竹漿或紙漿為反應原料進行稀酸預處理來製備醋酸纖維素；也有以農作物秸杆為反應原料，採用無汙染蒸汽爆破技術活化預處理，然後進行乙醯化反應，通過溶劑萃取分離並製備出高附加值的醋酸纖維素。同樣，也有以木糠、棉花等原料製備出醋酸纖維素的。目前製備醋酸纖維素的一種主要方法是採用增塑劑來增塑醋酸纖維素，採用注塑或模壓等常規塑料加工方法進行加工，這種方法是增塑劑與醋酸纖維素混合後，增塑劑浸入醋酸纖維素分子間，破壞了醋酸纖維素分子的分子內及分子間的作用力，提高了醋酸纖維素分子鏈段的活動性，使醋酸纖維素的熔融溫度降低，從而降低加工溫度，改善加工性。 常見的增塑劑為鄰苯二甲酸酯類，如鄰苯二甲酸二乙酯(DEP)，同時，鄰苯二甲酸酯類也是一種嚴重的汙染物，已被證實是環境荷爾蒙，尤其對男性危害甚廣，一些國家及組織對塑料中作為增塑劑使用的鄰苯二甲酸酯類的用量進行了嚴格的限定。

發明內容本發明的技術目的在於克服傳統的醋酸纖維素塑料的上述缺陷，提供一種可生物降解醋酸纖維素塑料，不含傳統的鄰苯二甲酸酯類增塑劑，生物降解性能佳，對環境友好；另外還提供該可生物降解醋酸纖維素塑料的製備方法。為達上述目的，本發明採用如下技術方案一種可生物降解醋酸纖維素塑料，包括如下質量百分比的各組份醋酸纖維素55% 85%甘油酯類增塑劑15% 45%;所述甘油酯類增塑劑是選自一醋酸甘油酯、二醋酸甘油酯、三酸酸甘油酯、磷酸甘油酯、苯甲酸醋酸甘油酯、偏苯三酸三甘油酯或氫化松香甘油酯中的一種或兩種以上。上述可生物降解醋酸纖維素塑料中，所述的醋酸纖維素是取代度在I. 8 2. 6之間的醋酸纖維素。上述可生物降解醋酸纖維素塑料中，包括如下質量百分比的各組份醋酸纖維素65% 80%
二醋酸甘油酯20% 35%。上述可生物降解醋酸纖維素塑料中，包括如下質量百分比的各組份醋酸纖維素65% 80%二醋酸甘油酯5% 20%三醋酸甘油酯5% 15%。一種上述的可生物降解醋酸纖維素塑料的製備方法，包括如下步驟按既定用量稱取各原料，即55 85質量份數的醋酸纖維素、15 45質量份數的甘油酯類增塑劑；將稱取的醋酸纖維素從主加料口中加入到螺杆擠出機中，開啟擠出機，然後從設置在主加料口之後的液體加注口將甘油酯類增塑劑加入擠出機中，擠出造粒，即得。前述可生物降解醋酸纖維素塑料的製備方法中，所述螺杆擠出機是雙螺杆或單螺杆擠出機，擠出機各段溫度自主加料口開始，依次為150-160°C、160-180°C、165-185°C、 165-190°C、165-190°C、170-200°C，機頭部分溫度為 170_200°C。前述可生物降解醋酸纖維素塑料的製備方法中，所述液體加注口設置在螺杆擠出機的主加料口之後的第二段螺杆處。前述可生物降解醋酸纖維素塑料的製備方法中，所述在螺杆擠出機上設置液體加注口的螺杆段是大行程螺紋塊。本發明具有如下有益效果本發明醋酸纖維素塑料所用的醋酸纖維素是秸杆、木糠或棉花醋酸纖維素，資源豐富、來源廣泛，可避免石化原料所帶來的不良效果，同時本發明使用的增塑劑為無毒、無刺激的液體增塑劑，避免常用的鄰苯二甲酸酯類增塑劑，是一種易生物降解、安全環保的新型材料。
具體實施方式
本發明提供的可生物降解醋酸纖維素塑料，包括如下質量百分比的各組份醋酸纖維素55% 85%甘油酯類增塑劑15% 45%;所述甘油酯類增塑劑通常是液體型增塑劑，是選自一醋酸甘油酯、二醋酸甘油酯、 三酸酸甘油酯、磷酸甘油酯、苯甲酸醋酸甘油酯、偏苯三酸三甘油酯或氫化松香甘油酯中的一種或兩種以上。本發明提供的可生物降解醋酸纖維素塑料中，所述的醋酸纖維素是取代度在 I. 8 2. 6之間的醋酸纖維素。本發明提供的可生物降解醋酸纖維素塑料中，包括如下質量百分比的各組份醋酸纖維素65% 80%二醋酸甘油酯20% 35%。本發明提供的可生物降解醋酸纖維素塑料中，包括如下質量百分比的各組份醋酸纖維素65% 80%二醋酸甘油酯5% 20%三醋酸甘油酯5% 15%。本發明提供的可生物降解醋酸纖維素塑料的製備方法，包括如下步驟
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按既定用量稱取各原料，即55 85質量份數的醋酸纖維素、15 45質量份數的甘油酯類增塑劑；將稱取的醋酸纖維素從主加料口中加入到螺杆擠出機中，開啟擠出機，然後從設置在主加料口之後的液體加注口將甘油酯類增塑劑加入擠出機中，擠出造粒，即得。本發明提供的可生物降解醋酸纖維素塑料的製備方法中，所述螺杆擠出機是雙螺杆或單螺杆擠出機，擠出機各段溫度自主加料口開始，依次為150-160°C、160-180°C、 165-185°C、165-190°C、165_190°C、170-200°C，機頭部分溫度為 170-200°C。本發明提供的可生物降解醋酸纖維素塑料的製備方法中，所述液體加注口設置在螺杆擠出機的主加料口之後的第二段螺杆處。本發明提供的可生物降解醋酸纖維素塑料的製備方法中，所述在螺杆擠出機上設置液體加注口的螺杆段是大行程螺紋塊。下面以具體的實施例來詳細闡述本發明的技術方案。實施例I稱取取代度為2. 6的秸杆醋酸纖維素85Kg並粉碎待用，同時稱取三醋酸甘油酯 15Kg ；在螺杆擠出機(單/雙螺杆)的主加料口外附加設置一個液體加料口，這個液體加料口設置在主加料口之後，最好是設置在螺杆機的第二段，為保證擠出效果，特別將螺杆機的第二段改為大行程螺紋塊，如112/112SK大行程螺紋塊；將醋酸纖維素粉末從雙螺杆擠出機的主加料口加入，開啟擠出機，然後從液體加料口中加入三醋酸甘油酯進行擠出造粒，雙螺杆出機各段溫度自加料口開始，依次為 1600C > 1800C > 1850C > 1900C > 1950C >200 V，機頭部分溫度為200°C ;最後，將粒料烘乾和包裝，即得。實施例2稱取取代度為2. 4的秸杆醋酸纖維素SOKg並粉碎待用，同時稱取二醋酸甘油酯 20Kg ；在螺杆擠出機(單/雙螺杆)的主加料口外附加設置一個液體加料口，這個液體加料口設置在主加料口之後，最好是設置在螺杆機的第二段，為保證擠出效果，特別將螺杆機的第二段改為大行程螺紋塊，如112/112SK大行程螺紋塊；將醋酸纖維素粉末從雙螺杆擠出機的主加料口加入，開啟擠出機，然後從液體加料口中加入三醋酸甘油酯進行擠出造粒，雙螺杆出機各段溫度自加料口開始，依次為160°C、180°C、185°C、190°C、195°C、20(rC，機頭部分溫度為 200°C ；最後，將粒料烘乾和包裝，即得。實施例3稱取取代度為2. 2的木糠醋酸纖維素75Kg並粉碎待用，同時稱取二醋酸甘油酯 15Kg、三醋酸甘油酯IOKg ；在螺杆擠出機(單/雙螺杆)的主加料口外附加設置一個液體加料口，這個液體加料口設置在主加料口之後，最好是設置在螺杆機的第二段，為保證擠出效果，特別將螺杆機的第二段改為大行程螺紋塊，如112/112SK大行程螺紋塊；將醋酸纖維素粉末從雙螺杆擠出機的主加料口加入，開啟擠出機，然後從液體加料口中加入三醋酸甘油酯進行擠出造粒，雙螺杆出機各段溫度自加料口開始，依次為依次為160°C、180°C、185°C、185°C、185°C、190°C，機頭部分溫度為 195°C ；最後，將粒料烘乾和包裝，即得。實施例4稱取取代度為2. 0的棉花醋酸纖維素70Kg並粉碎待用，同時稱取二醋酸甘油酯 15Kg、三醋酸甘油酯15Kg ；在螺杆擠出機(單/雙螺杆)的主加料口外附加設置一個液體加料口，這個液體加料口設置在主加料口之後，最好是設置在螺杆機的第二段，為保證擠出效果，特別將螺杆機的第二段改為大行程螺紋塊，如112/112SK大行程螺紋塊；將醋酸纖維素粉末從雙螺杆擠出機的主加料口加入，開啟擠出機，然後從液體加料口中加入三醋酸甘油酯進行擠出造粒，雙螺杆出機各段溫度自加料口開始，依次為依次為160°C、180°C、185°C、185°C、185°C、190°C，機頭部分溫度為 190°C ；最後，將粒料烘乾和包裝，即得。實施例5稱取取代度為I. 8的秸杆醋酸纖維素65Kg並粉碎待用，同時稱取二醋酸甘油酯 15Kg、三醋酸甘油酯20Kg ；在螺杆擠出機(單/雙螺杆)的主加料口外附加設置一個液體加料口，這個液體加料口設置在主加料口之後，最好是設置在螺杆機的第二段，為保證擠出效果，特別將螺杆機的第二段改為大行程螺紋塊，如112/112SK大行程螺紋塊；將秸杆醋酸纖維素粉末從雙螺杆擠出機的主加料口加入，開啟擠出機，然後從液體加料口中加入三醋酸甘油酯進行擠出造粒，雙螺杆出機各段溫度自加料口開始，依次為160°C、170°C、175°C、180°C、18(rC、18(rC，機頭部分溫度為 185°C ；最後，將粒料烘乾和包裝，即得。實施例6稱取取代度為2. 0的秸杆醋酸纖維素60Kg並粉碎待用，同時稱取二醋酸甘油酯 20Kg、三醋酸甘油酯20Kg ；在螺杆擠出機(單/雙螺杆)的主加料口外附加設置一個液體加料口，這個液體加料口設置在主加料口之後，最好是設置在螺杆機的第二段，為保證擠出效果，特別將螺杆機的第二段改為大行程螺紋塊，如112/112SK大行程螺紋塊；將醋酸纖維素粉末從雙螺杆擠出機的主加料口加入，開啟擠出機，然後從液體加料口中加入三醋酸甘油酯進行擠出造粒，雙螺杆出機各段溫度自加料口開始，依次為依次為160°C、170°C、170°C、175°C、175°C、175°C，機頭部分溫度為 180°C ；最後，將粒料烘乾和包裝，即得。實施例7稱取取代度為2. 5的秸杆醋酸纖維素55Kg並粉碎待用，同時稱取二醋酸甘油酯 25Kg、三醋酸甘油酯20Kg ；在螺杆擠出機(單/雙螺杆)的主加料口外附加設置一個液體加料口，這個液體加料口設置在主加料口之後，最好是設置在螺杆機的第二段，為保證擠出效果，特別將螺杆機的第二段改為大行程螺紋塊，如112/112SK大行程螺紋塊；
將醋酸纖維素粉末從雙螺杆擠出機的主加料口加入，開啟擠出機，然後從液體加料口中加入三醋酸甘油酯進行擠出造粒，雙螺杆出機各段溫度自加料口開始，依次為150°C、160°C、165°C、165°C、165°C、170°C，機頭部分溫度為 170°C ；最後，將粒料烘乾和包裝，即得。在其它實施例中，分別可以用一醋酸甘油酯、磷酸甘油酯、苯甲酸醋酸甘油酯、偏苯三酸三甘油酯或氫化松香甘油酯替換上述二醋酸甘油酯或三酸酸甘油酯。取上述實施例中所製得的醋酸纖維素塑料與採用DEP塑化劑製備的醋酸纖維素塑料進行生物降解實驗比較，結果是經過40 45天，採用DEP塑化劑的製備的醋酸纖維素塑料的降解率只達到30%，而本發明提供的醋酸纖維素塑料的降解率則接近100%，說明其具有非常好的生物降解性，對環境友好。上述實施例中，醋酸纖維素與液體增塑劑分別加入螺杆擠出機的原因在於由於液體增塑劑本身也是一種有機溶劑，如果以傳統的方式將其與醋酸纖維素事先通過高混機高速混和的話，在混合過程中容易造成醋酸纖維素被增塑劑溶化而黏合成為無法進料的堅硬結塊，而難以從加料口下料；即使是事先不將液體增塑劑與醋酸纖維素進行高混，而直接同時從加料口加料的話，在加料的初期(約5-10分鐘內)，二者還可以被螺杆正常輸送，但是連續一段時間之後醋酸纖維素就會與液體增塑劑在加料口壁上結塊，最終導致堵塞整個加料口而出現原料的溢出，從而無法連續生產。同時，將液體加料口優選設置在螺杆擠出機的第二段的原因在於，如果液體加料口與主加料口間隔太遠的話，醋酸纖維素本身是植物纖維素，塑化特性非常差，在沒有塑化劑的作用下長時間單獨存在於螺杆機中，在螺杆的剪切作用下會迅速發黃髮黑(碳化分解)，所以為了達到最好的擠出效果，需要在離主加料口最近的位置加入液體增塑劑，當然也可以將擠出機的第二段設置得很短，然後將液體加料口設置在第三段或其之後也是可以達到效果，只是效果不如設置在第二段理想。以上結合優選實施例對本發明的進行了描述，但是並不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。例如，語境詞的語境參數可以是其它形式，語境詞在候選窗的外觀上可以與其它候選詞看起來相同，而實質上不同(因為該語境詞包含了語境參數)。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。
權利要求
1.一種可生物降解醋酸纖維素塑料，其特徵在於，包括如下質量百分比的各組份醋酸纖維素55% 85%甘油酯類增塑劑 15% 45%;所述甘油酯類增塑劑是選自一醋酸甘油酯、二醋酸甘油酯、三酸酸甘油酯、磷酸甘油酯、苯甲酸醋酸甘油酯、偏苯三酸三甘油酯或氫化松香甘油酯中的一種或兩種以上。
2.根據權利要求I所述的可生物降解醋酸纖維素塑料，其特徵在於，所述的醋酸纖維素是取代度在I. 8 2. 6之間的醋酸纖維素。
3.根據權利要求I或2所述的可生物降解醋酸纖維素塑料，其特徵在於，包括如下質量百分比的各組份醋酸纖維素65% 80%二醋酸甘油酯 20% 35%。
4.根據權利要求I或2所述的可生物降解醋酸纖維素塑料，其特徵在於，包括如下質量百分比的各組份醋酸纖維素65% 80%二醋酸甘油酯 5% 20%三醋酸甘油酯 5% 15%。
5.一種權利要求I所述的可生物降解醋酸纖維素塑料的製備方法，其特徵在於，包括如下步驟按既定用量稱取各原料，即55 85質量份數的醋酸纖維素、15 45質量份數的甘油酯類增塑劑；將稱取的醋酸纖維素從主加料口中加入到螺杆擠出機中，開啟擠出機，然後從設置在主加料口之後的液體加注口將甘油酯類增塑劑加入擠出機中，擠出造粒，即得。
6.根據權利要求5所述的可生物降解醋酸纖維素塑料的製備方法，其特徵在於， 所述螺杆擠出機是雙螺杆或單螺杆擠出機，擠出機各段溫度自主加料口開始，依次為 150-160 0C、160-180 °C、165-185 °C、165-190 °C、165-190 °C、170-200 °C，機頭部分溫度為 170-200。。。
7.根據權利要求5或6所述的可生物降解醋酸纖維素塑料的製備方法，其特徵在於，所述液體加注口設置在螺杆擠出機的主加料口之後的第二段螺杆處。
8.根據權利要求7所述的可生物降解醋酸纖維素塑料的製備方法，其特徵在於，所述在螺杆擠出機上設置液體加注口的螺杆段是大行程螺紋塊。
全文摘要
本發明提供了一種可生物降解醋酸纖維素塑料，包括按質量百分比55％～85％的醋酸纖維素和15％～45％的甘油酯類增塑劑；所述甘油酯類增塑劑是選自一醋酸甘油酯、二醋酸甘油酯、三酸酸甘油酯、磷酸甘油酯、苯甲酸醋酸甘油酯、偏苯三酸三甘油酯或氫化松香甘油酯中的一種或兩種以上。本發明還提供可改可生物降解醋酸纖維素塑料的製備方法。本發明醋酸纖維素塑料所用的醋酸纖維素是從秸稈、木糠或棉花醋酸纖維素，資源豐富、來源廣泛，可避免石化原料所帶來的不良效果，同時本發明使用的增塑劑為無毒、無刺激的液體增塑劑，避免常用的鄰苯二甲酸酯類增塑劑，是一種易生物降解、安全環保的新型材料。
文檔編號C08K5/521GK102585297SQ201210015360
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月18日 優先權日2012年1月18日
發明者姚嵐, 陳厚任 申請人:姚嵐