本發(fā)明涉及塑料領(lǐng)域，具體涉及一種用于生物降解塑料的生產(chǎn)工藝及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、近年來，隨著石油資源的枯竭以及日益突出的白色污染問題，從可再生資源中提取的可生物降解聚合物受到越來越多的關(guān)注，聚乳酸因具有良好的生物可降解性、機械性能、生物相容性等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于綠色包裝、紡織、醫(yī)療衛(wèi)生、汽車等領(lǐng)域，是目前最有前途的可生物降解聚合物之一。

2、然而，聚乳酸的結(jié)晶性能差，導(dǎo)致其存在熱穩(wěn)定性能差、韌性不足的問題，同時聚乳酸還存在阻燃性能差的缺點，在燃燒過程中極易出現(xiàn)熔滴現(xiàn)象，極大地限制了聚乳酸的應(yīng)用發(fā)展，目前通常選擇加入增塑劑和阻燃劑來改善聚乳酸熱穩(wěn)定性能差、韌性不足和阻燃性能不足的問題，然而增塑劑和阻燃劑助劑通常為低分子量有機物或無機化合物，這些材料的生物降解性能差，導(dǎo)致聚乳酸材料的生物降解性能大幅度降低，同時低分子量助劑在長期使用過程中極易析出，導(dǎo)致聚乳酸的使用壽命降低，無法滿足市場需求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種用于生物降解塑料的生產(chǎn)工藝及其應(yīng)用，解決了現(xiàn)有用于生物降解塑料聚乳酸結(jié)晶性能和阻燃性能差的問題，同時避免了因助劑的加入導(dǎo)致塑料生物降解性能降低的問題，并減少了助劑在使用過程中的析出，提高生物降解塑料的使用壽命。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：一種用于生物降解塑料的生產(chǎn)工藝，包括如下步驟：稱取如下重量份原料：60-70份聚乳酸、3-4份阻燃微球和5-6份改性填料，將聚乳酸、阻燃微球和改性填料混合，在攪拌速率為50rpm，溫度為180℃條件下，混合10min，出料，制得一種用于生物降解塑料；

3、一種用于生物降解塑料的應(yīng)用，包括如下步驟：將生物降解塑料送入制膜機中，在預(yù)熱溫度為190℃條件下預(yù)熱5min，熱壓1min，壓力為10mpa，再在溫度為110℃，壓力為10mpa條件下，退火30min，制得生物降解薄膜；

4、所述阻燃微球通過如下步驟制得：

5、步驟a1：將4-溴-1-丁烯、硫酸鈉和去離子水混合，在攪拌速率為120-150rpm，溫度為80℃條件下，反應(yīng)10-12h，冷卻，過濾，得到濾餅，將濾餅和三氯氧磷混合，在氮氣保護，攪拌速率為120-150rpm，溫度為120℃條件下，反應(yīng)1-1.5h，制得中間體a，將3-丁烯-1-醇、4-二甲氨基吡啶、三乙胺和二氯甲烷混合，在攪拌速率為120-150rpm，溫度為5℃條件下，攪拌并加入中間體a，反應(yīng)1-1.5h，制得中間體b；

6、4-溴-1-丁烯、硫酸鈉、去離子水和三氯氧磷用量比為0.03-0.035mol：5-7g：30-35ml：30-35ml，3-丁烯-1-醇、4-二甲氨基吡啶、三乙胺和中間體a用量比為0.03-0.035mol：0.4-0.5g：5-6ml：0.03-0.035mol；

7、反應(yīng)過程中，4-溴-1-丁烯中溴在硫酸鈉的作用下形成磺酸基團，磺酸基團再在三氯氧磷的作用下形成磺酰氯基團，制得中間體a，再在4-二甲氨基吡啶和三乙胺的作用下，中間體a中磺酰氯基團與3-丁烯-1-醇中羥基反應(yīng)，形成磺酸酯基團，制得中間體b；

8、步驟a2：將中間體b、苯乙烯、馬來酸酐和乙酸異戊酯混合，在氮氣保護，攪拌速率為100-120rpm，溫度為70℃條件下，攪拌并加入偶氮二異丁腈，反應(yīng)6-8h，制得共聚微球，將共聚微球和乙醇溶液混合，在攪拌速率為100-120rpm，室溫條件下，攪拌并加入乙二胺，反應(yīng)6-8h，制得氨基化共聚微球；

9、中間體b、苯乙烯、馬來酸酐、乙酸異戊酯和偶氮二異丁腈用量比為0.03-0.035mol：0.048-0.05mol：0.05-0.052mol：150-160ml：0.1-0.15g，乙醇溶液體積分數(shù)為50％，共聚微球、乙醇溶液和乙二胺用量比為2-2.4g：50-60ml：0.05-0.06mol；

10、反應(yīng)過程中，在偶氮二異丁腈作催化劑的作用下，中間體b、苯乙烯和馬來酸酐中雙鍵發(fā)生自由基聚合，制得共聚微球，共聚微球中酸酐基團再與乙二胺反應(yīng)，形成酰胺鍵并引入氨基，制得氨基化共聚微球；

11、步驟a3：將氨基化共聚微球和乙醇溶液混合，在攪拌速率為100-120rpm，溫度為70℃條件下，攪拌并加入植酸水溶液，反應(yīng)12h，再加入六水合氯化鎳并升溫至100℃，繼續(xù)反應(yīng)3-4h，制得阻燃微球；

12、乙醇溶液體積濃度為80％，植酸水溶液質(zhì)量濃度為70％，氨基化共聚微球、乙醇溶液、植酸水溶液和六水合氯化鎳用量比為2.2-2.5g：150-180ml：8-10ml：3-4g；

13、反應(yīng)過程中，在乙醇溶液中，由于氨基化共聚微球中氨基呈正電性從而與植酸水溶液中呈負電的植酸基團以離子鍵相結(jié)合，而再加入六水合氯化鎳，正電性的鎳離子與呈負電的植酸基團相結(jié)合，從而負載鎳離子，制得阻燃微球；

14、所述改性填料通過如下步驟制得：

15、步驟b1：將d-葡萄糖酸溶液、甲醇和濃鹽酸混合，在攪拌速率為180-200rpm，溫度為60℃條件下，反應(yīng)4-6h，再加入2-甲氧基-4-硝基苯甲醛，繼續(xù)反應(yīng)24h，制得中間體1，將中間體1、鈀碳催化劑和乙醇混合，在攪拌速率為180-200rpm，溫度為90℃條件下，攪拌并加入水合肼，反應(yīng)12h，制得中間體2；

16、d-葡萄糖酸溶液質(zhì)量分數(shù)為50％，濃鹽酸質(zhì)量分數(shù)為37％，d-葡萄糖酸溶液、甲醇、濃鹽酸和2-甲氧基-4-硝基苯甲醛用量比為115-120g：80-100ml：120-150ml：0.3-0.35mol，中間體1、鈀碳催化劑和水合肼用量比為0.3-0.32mol：4-5g：30-35ml；

17、反應(yīng)過程中，d-葡萄糖酸中羧基先與甲醇發(fā)生酯化反應(yīng)，形成酯基，其羥基再與2-甲氧基-4-硝基苯甲醛中醛基反應(yīng)，形成縮醛結(jié)構(gòu)，制得中間體1，中間體1中硝基在鈀碳催化劑和水合肼的作用下，被還原為氨基，制得中間體2；

18、步驟b2：將中間體2、1,4-二氧六環(huán)和三乙胺混合，在攪拌速率為200-240rpm，溫度為15℃條件下，攪拌并加入三聚氯氰，反應(yīng)2-3h，再升溫至60℃并加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷，反應(yīng)4-6h，制得中間體3；

19、中間體2、三乙胺、三聚氯氰和γ-氨丙基三乙氧基硅烷用量比為0.04-0.05mol：2.5ml：0.04-0.05mol：8-10g；

20、反應(yīng)過程中，在三乙胺做縛酸劑的條件下，中間體2中氨基先與三聚氯氰中氯原子發(fā)生取代反應(yīng)，升溫，γ-氨丙基三乙氧基硅烷中氨基再與三聚氯氰中氯原子發(fā)生取代反應(yīng)，制得中間體3；

21、步驟b3：將碳酸鈣晶須、去離子水和乙醇混合并超聲分散20min，在攪拌速率為600-800rpm，溫度為60℃條件下，攪拌并加入中間體3，反應(yīng)4-5h，過濾，制得改性填料；

22、去離子水和乙醇體積比為1：9，碳酸鈣晶須和中間體3用量比為2-3g：0.5-0.6g；

23、反應(yīng)過程中，中間體3中乙氧基硅烷水解并與碳酸鈣晶須表面羥基反應(yīng)，將中間體3接枝于碳酸鈣晶須表面，制得改性填料；

24、本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明公開了一種用于生物降解塑料的生產(chǎn)工藝及其應(yīng)用，解決了現(xiàn)有用于生物降解塑料聚乳酸結(jié)晶性能和阻燃性能差的問題，同時避免了因助劑的加入導(dǎo)致塑料生物降解性能降低的問題，并減少了助劑在使用過程中的析出，提高生物降解塑料的使用壽命；阻燃微球是以共聚微球為基體，通過離子鍵結(jié)合植酸和鎳離子制得，而由于植酸中磷元素的存在，其與改性填料中的三嗪基團相結(jié)合，可以形成氮磷膨脹阻燃體系，同時由于引入了鎳離子，鎳離子的存在可以促進聚乳酸在燃燒過程中的碳化反應(yīng)，其與氮磷膨脹阻燃體系相結(jié)合，從而進一步提高生物降解塑料的阻燃性能，同時由于共聚微球是以中間體b、苯乙烯和馬來酸酐為單體，通過自由基聚合而成，而由于中間體b中含有磺酸酯基團，由于磺酸酯基團是類似于酯基的結(jié)構(gòu)，其可以在生物降解條件下斷裂，從而減少阻燃劑填料對降解性能的性能；由于改性填料是以碳酸鈣晶須為基體，通過化學(xué)鍵連接有中間體2，而由于中間體2中含有縮醛基團，這種基團也可以在生物降解條件下斷裂，同時由于在生物降解塑料降解過程中聚乳酸被降解為乳酸分子，而在降解過程中碳酸鈣晶須逐漸暴露，這就使得乳酸分子與碳酸鈣晶須發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，不僅進一步暴露碳酸鈣晶須以促進生物降解塑料的生物降解，同時避免了因助劑添加導(dǎo)致的生物降解塑料的生物降解性能下降，同時由于改性填料是以碳酸鈣晶須為基體接枝有葡萄糖結(jié)構(gòu)，而阻燃微球的球形結(jié)構(gòu)以及其所含有的磺酸酯基團，這使得在聚乳酸結(jié)晶過程中，改性填料在基材中形成取向排布，從而在一定程度上改善了聚乳酸基材的結(jié)晶性能，進而使得生物降解塑料的機械性能得到改善，而由于阻燃微球的特殊結(jié)構(gòu)與聚乳酸基材之間的氫鍵連接，避免了在長期使用過程中的析出，從而提高了生物降解塑料的使用壽命。