本發(fā)明屬于生物質(zhì)材料，具體涉及一種生物質(zhì)可降解顆粒及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高，生物質(zhì)可降解材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用受到越來(lái)越多地關(guān)注。傳統(tǒng)的塑料制品由于其難以降解，對(duì)環(huán)境不友好，限制了其應(yīng)用。蘆葦是一種可再生資源，其纖維結(jié)構(gòu)和生物降解性使其成為制備生物質(zhì)材料的理想原料。蘆葦粉是由蘆葦經(jīng)過(guò)粉碎、干燥等工藝處理后得到的細(xì)小顆粒或粉末，蘆葦粉是一種天然的生物質(zhì)材料，可以降解，對(duì)環(huán)境友好，廣泛應(yīng)用于制造環(huán)保材料和產(chǎn)品。

2、目前，已有大量研究將蘆葦粉作為原料應(yīng)用于木塑復(fù)合材料中，公開(kāi)號(hào)為cn104804448a的專利公開(kāi)了一種蘆葦木塑復(fù)合材料的工廠化生產(chǎn)方法，制備方法包括采用蒸汽爆破法或螺旋擠壓微碳化法將蘆葦原料制成纖維化蘆葦粉，將纖維化蘆葦粉、塑料基體和助劑置混料機(jī)中混合均勻，將物料先在造粒機(jī)中造粒后再擠出成型，或者將物料直接擠出成型，所得蘆葦木塑復(fù)合材料具有優(yōu)良的物理性能。但該方法中將蘆葦纖維化的處理方法耗能較大，對(duì)設(shè)備要求較高。此外，公開(kāi)號(hào)為cn118325225a的專利公開(kāi)了一種戶外籬笆用環(huán)保型木塑復(fù)合材料的制備方法及其產(chǎn)品。主要步驟：取高嶺土插層復(fù)合物和改性蘆葦粉，加入到樹(shù)脂單體混合溶液中，超聲分散，在攪拌過(guò)程中加入齊格勒-納塔催化劑，加熱條件下攪拌反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后冷卻、干燥，得到母粒；將母粒在熔融狀態(tài)下與潤(rùn)滑劑、相容劑、抗氧化劑和填料共混，得到環(huán)保型木塑復(fù)合材料?？梢?jiàn)，直接使用蘆葦粉等材料制備木塑復(fù)合材料時(shí)在機(jī)械性能和加工性能上存在一定的局限性，例如：生物質(zhì)與聚合物基體相容性差，導(dǎo)致材料性能不穩(wěn)定；加工過(guò)程中容易發(fā)生熱氧化降解，影響產(chǎn)品質(zhì)量；生產(chǎn)成本高，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。因此，開(kāi)發(fā)一種高生物質(zhì)含量、性能優(yōu)異、加工性能好、成本適中的生物質(zhì)可降解材料具有重要的實(shí)際意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種生物質(zhì)可降解顆粒及其制備方法，通過(guò)對(duì)蘆葦粉進(jìn)行改性處理，增加了其與聚丙烯的相容性，并且選擇特定的填料搭配，配合相容劑使得各組分間相互作用，提升了材料性能，通過(guò)密煉和造粒工藝，制備出具有良好機(jī)械性能和降解性能的顆粒。

2、為達(dá)到發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：一種生物質(zhì)可降解顆粒，按重量份數(shù)計(jì)，所述生物質(zhì)可降解顆粒的原料組成為：改性蘆葦粉?15-30份、聚丙烯?50-70份、填料5-20份、相容劑?1-5份；所述改性蘆葦粉的制備方法包括如下步驟：

3、s1、篩選粒徑為10-100μm的蘆葦粉干燥；

4、s2、將步驟s1所述蘆葦粉分散于有機(jī)溶劑中，在0-5℃下緩慢滴加磺?；噭┖陀袡C(jī)堿反應(yīng)2-4小時(shí)，得反應(yīng)混合物；然后過(guò)濾、依次使用二氯甲烷、水洗滌、真空干燥，得到活化蘆葦粉；

5、s3、將步驟s2所得活化蘆葦粉與胺類化合物在60-90℃下攪拌反應(yīng)4-8小時(shí)，冷卻至室溫，依次使用乙醇、水洗滌、真空干燥，得到所述改性蘆葦粉；

6、所述有機(jī)溶劑為二氯甲烷、四氫呋喃、丙酮、乙酸乙酯中的至少一種，所述磺?；噭榧妆交酋Ｂ?、苯磺酰氯中的至少一種，所述有機(jī)堿選自三乙胺、吡啶、n,n-二異丙基乙胺中的至少一種；所述胺類化合物為乙二胺、丙二胺中的至少一種。

7、本發(fā)明所述蘆葦粉的主要成分是纖維素、半纖維素和木質(zhì)素及少量的可溶性糖。其中，纖維素占主要比例，這使得蘆葦粉具有良好的機(jī)械性能和較高的強(qiáng)度。然而，纖維素和半纖維素具有親水性，這意味著其與聚丙烯基體材料的相容性差，會(huì)極大影響最終產(chǎn)品的性能。本發(fā)明通過(guò)對(duì)蘆葦粉進(jìn)行改性，極大地改善了生物質(zhì)蘆葦粉與聚丙烯基體之間的相容性問(wèn)題，從而提高了顆粒的整體性能和穩(wěn)定性。

8、本發(fā)明所述改性蘆葦粉的制備方法中，先將蘆葦粉磺?；黾恿颂J葦粉的反應(yīng)活性，使得后續(xù)的氨基化反應(yīng)更容易進(jìn)行。同時(shí)磺酰化主要發(fā)生在蘆葦粉的羥基上，不會(huì)過(guò)度破壞其他結(jié)構(gòu)，反應(yīng)在相對(duì)溫和的條件下進(jìn)行，減少了對(duì)蘆葦粉主鏈的破壞，較好保持了蘆葦粉的結(jié)構(gòu)完整。此外，本發(fā)明所述蘆葦粉粒徑的選擇，能夠使其充分改性，均勻地分布在基體中，改善材料的加工性能，在擠出或成型過(guò)程中，有助于均勻分散，具備良好的流動(dòng)性。若蘆葦粉尺寸過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致材料內(nèi)部存在更大的空隙和不均勻的填充，影響加工流動(dòng)性和均勻性，同時(shí)降低了材料的強(qiáng)度和耐久性；蘆葦粉粒徑過(guò)小，分散難度增加，過(guò)小的粒徑導(dǎo)致本身的強(qiáng)度不足，容易在加工或使用過(guò)程中破碎或變形，從而影響最終材料的性能。

9、本發(fā)明所述填料的選擇旨在增加可降解顆粒的整體性能和穩(wěn)定性，同時(shí)一定程度地調(diào)節(jié)顆粒的密度和降解速率。相容劑的使用進(jìn)一步增加了各組分之間的相容性，各組分間能穩(wěn)定混合，通過(guò)使用相容劑，可以減少組分之間的界面張力，提高材料的均勻性和結(jié)合強(qiáng)度，從而增加顆粒的整體性能。聚丙烯作為主要的塑料基體，提供了可降解顆粒的基本力學(xué)強(qiáng)度和耐用性。

10、優(yōu)選地，所述改性蘆葦粉的制備方法步驟s2中，所述磺酰化試劑與蘆葦粉的質(zhì)量比為0.5-2：1，所述磺酰化試劑與有機(jī)堿的摩爾比為1：1.1-1.5；所述步驟s3中，所述活化蘆葦粉與胺類化合物的質(zhì)量比為1：3-8。在所述比例下反應(yīng)，確保了改性反應(yīng)的有效進(jìn)行，避免副反應(yīng)產(chǎn)生，保證改性蘆葦粉的質(zhì)量和性能。

11、更優(yōu)選地，所述改性蘆葦粉的制備方法步驟s2中，所述磺?；噭┡c蘆葦粉的質(zhì)量比為1-1.5：1，所述磺?；噭┡c有機(jī)堿的摩爾比為1：1.2-1.3；所述步驟s3中，所述活化蘆葦粉與胺類化合物的質(zhì)量比為1：4-6。在優(yōu)選配比下，有助于減少副反應(yīng)的產(chǎn)生，提高所需改性產(chǎn)物的產(chǎn)率。

12、優(yōu)選地，所述有機(jī)溶劑為二氯甲烷，所述磺?；噭榧妆交酋Ｂ?，所述有機(jī)堿為三乙胺；所述胺類化合物為乙二胺。本發(fā)明選擇所述有機(jī)溶劑、磺?；噭┖陀袡C(jī)堿，確保反應(yīng)速率的提高，其中三乙胺具有溫和的堿性，不會(huì)導(dǎo)致蘆葦粉嚴(yán)重降解；易于與有機(jī)溶劑混合，沸點(diǎn)合適，反應(yīng)后易于去除。同時(shí)通過(guò)控制洗滌和干燥步驟，提高了產(chǎn)物得率，保證改性蘆葦粉的純度和穩(wěn)定性。

13、優(yōu)選地，所述改性蘆葦粉的制備方法步驟s2中的真空干燥條件為壓力為0.05-0.1mbar，溫度為50-70℃，干燥時(shí)間為8-16?h；步驟s3中的真空干燥條件為壓力為0.05-0.1mbar，溫度為50-70?℃，干燥時(shí)間為20-28?h。

14、優(yōu)選地，所述聚丙烯為高熔融指數(shù)聚丙烯，熔融指數(shù)為10-30g/10min，重均分子量為15-25萬(wàn)。本發(fā)明所述聚丙烯選擇合適的熔融指數(shù)和分子量，很好地平衡了材料的加工性和強(qiáng)度性能，較高的分子量有助于提高聚丙烯的強(qiáng)度和剛性，同時(shí)也保持了適宜的加工性能，

15、優(yōu)選地，所述填料的組成為碳酸鈣和鈦白粉，碳酸鈣和鈦白粉的質(zhì)量比為1-5：1，碳酸鈣的粒徑為0.5-50?μm，鈦白粉的粒徑為100-400?nm。

16、本發(fā)明所述填料選擇碳酸鈣和鈦白粉組合，特定的質(zhì)量比選擇，可以提高聚丙烯的硬度和剛性，改善尺寸穩(wěn)定性；其中，添加的碳酸鈣減少了擠出過(guò)程中的熔體粘度，改善了加工性能。鈦白粉的加入提高改善了顆粒表觀質(zhì)量，使產(chǎn)品看起來(lái)更加均勻和美觀，同時(shí)提高產(chǎn)品的抗紫外線性能和耐候性。

17、優(yōu)選地，所述相容劑為馬來(lái)酸酐接枝聚丙烯、乙烯醇-乙烯共聚物和乙烯-丙烯共聚物中的至少一種。本發(fā)明所述相容劑一方面增加了改性蘆葦粉與聚丙烯的分散相容，另一方面，所述相容劑能夠有效地粘附在填料表面，在填料表面形成一層能與聚丙烯基體相互作用的界面層，使其均勻分散在聚合物基體中，從而增強(qiáng)填料與聚丙烯之間的相容性。

18、優(yōu)選地，所述馬來(lái)酸酐接枝聚丙烯的接枝率為0.5-2%。所述馬來(lái)酸酐接枝聚丙烯接枝率在所述范圍內(nèi)具備良好的效果，過(guò)高的接枝率會(huì)導(dǎo)致流動(dòng)性下降。

19、另一方面，本發(fā)明提供了上述生物質(zhì)可降解顆粒的制備方法，所述制備方法的具體步驟如下：

20、s4、按配方量，將改性蘆葦粉與相容劑加入到高速混合機(jī)中，在80-120℃的溫度下，以500-1000?rpm的轉(zhuǎn)速混合5-10min，得預(yù)混合的改性蘆葦粉；

21、s5、按配方量，將步驟s4得到的預(yù)混合的改性蘆葦粉與聚丙烯、填料一起加入到密煉機(jī)中，在溫度為160-180℃，轉(zhuǎn)速為40-100rpm下混合密煉10-20min；然后送入擠出機(jī)中擠出造粒，得到所述生物質(zhì)可降解顆粒。

22、本發(fā)明所述生物質(zhì)可降解顆粒制備方法中，先將改性蘆葦粉與相容劑預(yù)混，然后再與其他組分混合。這種方式可以充分發(fā)揮相容劑的作用，使蘆葦粉在后續(xù)混合中更易分散到聚丙烯基體中。相容劑在預(yù)混過(guò)程中能夠均勻包覆于改性蘆葦粉表面，增強(qiáng)其與聚丙烯的界面相容性，從而改善最終產(chǎn)品的性能。同時(shí)采用較高轉(zhuǎn)速攪拌可以有效打散蘆葦粉團(tuán)聚，確保與相容劑充分接觸，避免后續(xù)造粒過(guò)程中可能出現(xiàn)的不均勻現(xiàn)象，合適的混合時(shí)間既能確保充分混合，又能避免過(guò)度剪切導(dǎo)致的材料降解。密煉溫度、轉(zhuǎn)速和時(shí)間的選擇，確保各組分均勻混合，避免過(guò)熱導(dǎo)致材料降解。

23、優(yōu)選地，所述造粒采用雙螺桿擠出機(jī)，所述擠出溫度為180-200℃，所述螺桿轉(zhuǎn)速為100-150rpm。

24、優(yōu)選地，所述生物質(zhì)可降解顆粒的長(zhǎng)度為2-5mm。

25、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

26、（1）本發(fā)明使用蘆葦粉作為主要生物質(zhì)填充材料，提高了材料的環(huán)保性和可再生性，通過(guò)對(duì)蘆葦粉進(jìn)行磺?；桶被幚恚@著改善了蘆葦粉與聚丙烯基體之間的相容性，提高了顆粒的整體性能和穩(wěn)定性，同時(shí)與相容劑協(xié)同作用，提升了材料中生物質(zhì)成分占比，提高了材料的可降解性。

27、（2）選擇特定粒徑和比例的填料，并配合相容劑的添加，改善了材料的加工性能、外觀質(zhì)量和強(qiáng)度性能，本發(fā)明的生物質(zhì)可降解顆粒具有優(yōu)異的力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性和可降解性，可廣泛應(yīng)用于包裝、農(nóng)業(yè)、日用品等領(lǐng)域。

28、（3）本發(fā)明的制備方法簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，具有良好的應(yīng)用前景和經(jīng)濟(jì)效益。