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      一種生物基聚烯烴復(fù)合材料及其制備方法

      文檔序號(hào):9283970閱讀:418來(lái)源:國(guó)知局
      一種生物基聚烯烴復(fù)合材料及其制備方法
      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001]本發(fā)明涉及生物基高分子材料技術(shù)領(lǐng)域,尤其是涉及一種通過(guò)添加改性藍(lán)藻制備聚烯烴復(fù)合材料。
      【背景技術(shù)】
      [0002]塑料制品己被廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門,這主要是由于其具有重量輕、機(jī)械性能良好、耐水耐化學(xué)腐蝕、外形美觀、制造安裝方便以及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn);據(jù)統(tǒng)計(jì),每年世界的塑料總產(chǎn)量近I億噸,這大約占三大合成材料總量的75%以上,與鋼鐵的體積產(chǎn)量比達(dá)到92%。然而,傳統(tǒng)塑料的化學(xué)穩(wěn)定性很好,在自然界中幾乎不能被降解,當(dāng)塑料工業(yè)發(fā)展到一定程度時(shí),被拋棄的塑料垃圾就越來(lái)越多,幾乎到了隨處可見(jiàn)的程度,因此,塑料本身存在的隱患逐漸暴露出來(lái);比如在我國(guó),一次性包裝塑料材料如以1/3計(jì),每年就會(huì)有70多萬(wàn)噸的塑料垃圾產(chǎn)生,同時(shí),由于缺乏有效的回收與處理系統(tǒng)、相關(guān)的專項(xiàng)管理法規(guī)及經(jīng)濟(jì)政策,致使“白色污染”成為世界性的環(huán)境保護(hù)和社會(huì)問(wèn)題。
      [0003]治理“白色污染”的一條有效途徑是開發(fā)可生物降解塑料,它能從根源上解決問(wèn)題,因此越來(lái)越受重視??缮锝到馑芰显谑褂脮r(shí)具有優(yōu)良性能,廢棄后又能被微生物完全分解,最終被分解成對(duì)自然界中碳素循環(huán)的一個(gè)組成部分的高分子材料。其優(yōu)點(diǎn)主要有:可通過(guò)堆肥,最終回歸大地;減少隨意丟棄對(duì)野生動(dòng)物造成的危害;分解時(shí)體積逐漸減小,減輕垃圾填埋場(chǎng)的壓力;焚燒時(shí)發(fā)熱量低,對(duì)環(huán)境和人類的危害小。然而真正意義的可降解塑料如聚乳酸、聚羥基脂肪酸酯、聚丁二酸丁二醇酯和聚己二酸/對(duì)苯二甲酸丁二酯等價(jià)格較貴且性能較傳統(tǒng)塑料,如聚丙烯和聚乙烯有一定差距,限制了其大規(guī)模開發(fā)和應(yīng)用。用植物淀粉、植物蛋白質(zhì)等可降解材料填充改性高分子材料制備得到部分降解的復(fù)合材料受到世界各國(guó)的重視,該方法符合資源節(jié)約、成本經(jīng)濟(jì)、環(huán)境保護(hù)的理念;然而,植物來(lái)源的淀粉和蛋白質(zhì),如玉米淀粉、大豆粉和大豆分離蛋白等用作復(fù)合材料的填充劑會(huì)導(dǎo)致食品價(jià)格上漲,影響動(dòng)物飼料市場(chǎng),而且占用更多的農(nóng)業(yè)耕地。
      [0004]隨著經(jīng)濟(jì)和人口的快速增長(zhǎng),水體富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象日益嚴(yán)重,藍(lán)藻水華現(xiàn)象頻頻發(fā)生,太湖、滇池、巢湖等淡水湖泊每年都有數(shù)次的藍(lán)藻爆發(fā),每天有數(shù)千噸的藍(lán)藻需要處理,藍(lán)藻含有較豐富蛋白質(zhì)、多糖等天然高分子聚合物,因此可以用作為填充劑,代替淀粉制備復(fù)合材料;Mark Ashton Zeller等人公開了將可食用微藻(螺旋藻和小球藻)與高密度聚乙烯共混熱壓制備熱塑性復(fù)合組合物的方法,然而通過(guò)簡(jiǎn)單的共混藻在高密度聚乙烯中的分散性差,并且高密度聚乙烯和微藻之間難以產(chǎn)生較強(qiáng)的界面粘合力,因而影響復(fù)合材料的力學(xué)性能;另一方面,采用甘油作為增塑劑所制得的熱塑性復(fù)合組合物具有一定吸水性,且小分子增塑劑容易迀移從而影響復(fù)合材料的性能(Journal of Applied PolymerScience, 130:3263 - 3275,2013)。公開號(hào)CN104114689A的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開了一種藻類熱塑性塑料,將壓榨出油后的小球藻屬和原藻屬乙?;玫綗崴苄圆牧?,但是所用的藻生物質(zhì)蛋白質(zhì)含量低于15%,且濕法改性采用大量的?;噭┰黾恿松a(chǎn)成本。此外,使用的增塑劑不能和微藻生物質(zhì)之間產(chǎn)生化學(xué)鍵,同樣存在著增塑劑迀移的可能性。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題,本發(fā)明提供一種生物基聚烯烴復(fù)合材料及其制備方法。本發(fā)明復(fù)合材料各組分相容性好,力學(xué)性能優(yōu)異,具有非常廣闊的應(yīng)用前景;本發(fā)明不僅可以降低對(duì)石油基材料的依賴,減少“白色污染”,更為水華爆發(fā)期間提出一種藍(lán)藻變害為寶的處理方法,有利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境。
      [0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
      [0007]—種生物基聚烯烴復(fù)合材料,所述復(fù)合材料包含原料及各原料的重量份數(shù)為:改性藍(lán)藻30?60份,聚烯烴25?40份,反應(yīng)型增塑劑5?20份,增容劑5?10份、潤(rùn)滑劑I?5份,抗氧化劑0.1?0.5份。
      [0008]所述改性藍(lán)藻的制備方法為:
      [0009](I)將新鮮藍(lán)藻微波烘干至含水量I?10 %后,粉碎至80?200目,制得藍(lán)藻粉末;
      [0010](2)稱取500?100g藍(lán)藻粉末,5?10g改性劑,充分混合均勻后加入到反應(yīng)釜中,油浴加熱到70?90°C,20?50轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下攪拌,反應(yīng)I?3h后,出料;所述改性劑為乙酸酐、馬來(lái)酸酐、琥珀酸酐、正辛酰氯中的一種或多種;
      [0011](3)用丙酮洗去未參加反應(yīng)的改性劑,重復(fù)3次,置于80?200°C烘箱中烘至恒重得到改性藍(lán)藻。
      [0012]所述藍(lán)藻為微囊藻、魚腥藻、螺旋藻、節(jié)旋藻、擬項(xiàng)圈藻、腔球藻、尖頭藻、顫藻、片藻、席藻、節(jié)球藻、小球藻中的一種或多種。
      [0013]所述藍(lán)藻所含蛋白質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于30%。
      [0014]所述聚烯烴為低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、均聚聚丙烯、共聚聚丙烯中的一種或多種。
      [0015]所述反應(yīng)型增塑劑為環(huán)氧大豆油、環(huán)氧玉米油、環(huán)氧葵花籽油、環(huán)氧菜籽油中的一種或多種。
      [0016]所述增容劑為乙烯-乙酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-乙烯醇共聚物中的一種或多種。
      [0017]所述潤(rùn)滑劑為硬脂酸、乙撐雙硬脂酸酰胺中的一種或兩種混合物;所述抗氧化劑為抗氧化劑1010。
      [0018]—種生物基聚烯烴復(fù)合材料的制備方法,包括如下步驟:
      [0019](I)將改性藍(lán)藻30?60份,聚烯烴25?40份,反應(yīng)型增塑劑5?20份,增容劑5?10份、潤(rùn)滑劑I?5份,抗氧化劑0.1?0.5份置于高速攪拌機(jī)中混合均勾;
      [0020](2)通過(guò)同向雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒,制得所述生物基聚烯烴復(fù)合材料;熔融共混溫度為90?190 °C,螺桿轉(zhuǎn)速為200?600轉(zhuǎn)/分鐘。
      [0021]本發(fā)明有益的技術(shù)效果在于:
      [0022]1、本發(fā)明復(fù)合材料通過(guò)對(duì)有害藍(lán)藻進(jìn)行干法改性制成高分子材料的填充劑,為藻華爆發(fā)期間藍(lán)藻變廢為寶的提供了一種切實(shí)可行的處理方法,有利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境。
      [0023]2、本發(fā)明復(fù)合材料采用藍(lán)藻為原料,該原料簡(jiǎn)單易得,降低了本發(fā)明復(fù)合材料的制備成本,同時(shí)該復(fù)合材料力學(xué)性能優(yōu)異,可廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、包裝和環(huán)保等領(lǐng)域。
      [0024]3、本發(fā)明制備過(guò)程中通過(guò)干法對(duì)藍(lán)藻進(jìn)行改性,能夠有效降解藍(lán)藻生物質(zhì)中的藻毒素。
      [0025]4、本發(fā)明制備過(guò)程中通過(guò)加入反應(yīng)性型增塑劑使得改性藍(lán)藻和增塑劑之間產(chǎn)生化學(xué)鍵,降低了增塑劑迀移對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響。
      【具體實(shí)施方式】
      [0026]下面結(jié)合實(shí)施例,對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體描述。
      [0027]實(shí)施例1
      [0028]—種生物基聚烯烴復(fù)合材料,制備方法如下:
      [0029](I)將新鮮微囊藻(蛋白質(zhì)含量為36% )微波烘干至含水量為10%后,粉碎至80目,制得微囊藻粉末;
      [0030](2)稱取100g微囊藻粉末,50g乙酸酐,充分混合均勻后加入到反應(yīng)釜中,油浴加熱到70°C,50轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下攪拌,反應(yīng)3h后,出料;
      [0031 ] (3)用丙酮洗去未參加反應(yīng)的改性劑乙酸酐,重復(fù)3次,置于190
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