專利名稱：一種生物基塑料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種生物基塑料材料技術領域，具體地說是一種用天然高分子改性材料與聚氯乙烯(PVC)制備成的生物基塑料及其制備方法。
背景技術：
PVC主要來源于石油、煤炭和天然氣，隨著現(xiàn)代工業(yè)、商品經(jīng)濟的發(fā)展，這些資源消耗速度驚人，資源枯竭的腳步日益臨近。同時，在PVC成型為制品過程中，會加入大量增塑齊U，其中最重要的就是鄰苯類增塑劑，添加量高達20% 30%，它與產(chǎn)品的結(jié)合不穩(wěn)定，容易從產(chǎn)品中釋放，進入周圍環(huán)境。淀粉、植物纖維、秸桿粉、油菜桿粉等可再生資源，來源豐富且價格低廉，這些材料經(jīng)過加工改性并與PVC共混后得到的生物基塑料，可以減少部分PVC的用量，減輕對石油、煤炭、天然氣等資源的依賴，具有節(jié)能減排、低碳環(huán)保的重要作用，對構(gòu)建“兩型社會”具有·積極的意義。中國專利申請?zhí)枮?00610024742. 3的公開文獻公開了一種植物纖維/PVC復合材料及其制造工藝，將PVC放入高速混合機，在加溫的過程中分別加入復合穩(wěn)定劑、氯化聚乙烯、丙烯酸抗沖劑、植物纖維，放料冷混到50°c時加入AC發(fā)泡劑，得到的顆粒在經(jīng)過擠出機擠出造粒，具有原木特有的木質(zhì)感，應用于建筑裝飾和室內(nèi)外包裝材料，但不適用制作日常生活消耗品和農(nóng)膜等領域。專利公開號CN92100329. 3公開了一種可生物分解的百葉窗片組成為及制備方法，用PVC塑膠粉粒與經(jīng)過表面處理的淀粉、安定劑、碳酸鈣混合后，用押粒機擠押成粒狀組成物，在經(jīng)過押出機加熱押出、定型、定長后得到百葉窗葉片。這種方法得到的PVC和淀粉的組成物，應用范圍較窄，而且將PVC和淀粉的組成物稱為可生物分解組成物，也并不科學，應該稱之為生物基塑料。同時CN95117894. 6、CN98100450. 4、CN99102673. X也都存在著將生物基塑料稱為生物降解塑料的錯誤叫法。而且CN99102673.X中使用的增塑劑為有毒有害的鄰苯增塑劑。目前國內(nèi)外比較成熟的生物基PVC材料就是木塑復合材料，是利用聚氯乙烯與木粉、稻殼、秸桿等木質(zhì)類的植物纖維混合成新的木質(zhì)材料，兼有木材和塑料的性能與特征，再經(jīng)擠壓、模壓、注射成型等塑料加工工藝，生產(chǎn)出板材或型材，主要用于建材、家具、物流包裝等行業(yè)。所以目前的木塑復合材料都是硬質(zhì)材料，主要用途是代替木材。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種替代日用品塑料材料的生物基塑料，它具有生物質(zhì)成分含量高、價格低、塑料性能好的特點。本發(fā)明的另一技術問題是提供上述生物基PVC塑料的制備方法，該方法簡單有效，產(chǎn)率高，適合工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明的生物基塑料按以下組分的原料按重量份數(shù)反應混合制備而成75 95份的天然高分子材料、I 20份的反應型助劑、I 10份的物理增塑劑，I 10份的潤滑劑，O. I 5份的抗氧劑。其中所述的天然高分子材料為植物淀粉，如小麥淀粉、玉米淀粉、木薯淀粉、馬鈴薯淀粉、紅薯淀粉，植物纖維素，如竹粉、秸桿粉、甘蔗渣，中的一種或多種。所述反應型助劑為脂肪族羧酸，如 蘋果酸、檸檬酸、琥珀酸、油酸、亞油酸、亞麻酸、硬脂酸、軟脂酸、月桂酸中的一種或多種。所述物理增塑劑為甘油、乙二醇、山梨醇、木糖醇、麥芽糖醇、二甘醇、聚乙二醇、月旨肪酸單甘酯或尿素中的一種或多種。所述潤滑劑為乙撐雙硬脂酰胺、聚乙烯蠟、氧化聚乙烯蠟、聚丙烯蠟或液體石蠟中的一種或多種。所述的抗氧劑為抗氧劑1010、抗氧劑1076、抗氧劑2246或抗氧劑245中的一種或多種。上述生物基PVC塑料的制備方法由兩步法制成，第一步是制備天然高分子改性材料；第二步是制備天然高分子改性材料與PVC的混合物。第一步，天然高分子改性材料的制備，包括兩個步驟I、將75 95份的天然高分子材料、I 20份的反應型助劑、I 10份的物理增塑劑，I 10份的潤滑劑，O. I 5份的抗氧劑按配比加入到高速混合機中，在50 150°C攪拌5 30min,混合均勻，降溫出料。2、將上述物料加入到專用的雙螺桿擠出機中，在80 200°C反應擠出，得到天然高分子改性材料粒料。第二步，天然高分子改性材料與PVC的混合物的制備，包括以下兩個步驟I、將50 85份的第一步制備的天然高分子改性材料粒料、5 50份的PVC，I 10份的相容劑，I 10份的增塑劑，I 5份的熱穩(wěn)定劑按配比加入到專用的高速混合機中，在50 150°C攪拌5 30min，混合均勻，降溫出料。2、將上述物料加入到專用的雙螺桿擠出機中，在80 200°C反應擠出，得到天然高分子改性材料與PVC的混合材料。其中，所述相容劑為鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑、乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、EVA-g-MA中的一種或多種。所述增塑劑為檸檬酸三丁酯、檸檬酸三乙酯、乙酰檸檬酸三丁酯、環(huán)氧大豆油、環(huán)氧硬脂酸辛酯、聚酯增塑劑中的一種或多種。所述熱穩(wěn)定劑為硬脂酸鈣、硬脂酸鋅、硬脂酸鋇、二月桂酸二丁基錫、二月桂酸二正辛基錫、鈣鋅復合穩(wěn)定劑中的一種或多種。本發(fā)明具有下列有益效果I、采用化學改性和物理增塑相結(jié)合的方式，在專用的混合和擠出設備中，對天然高分子材料進行改性，使其具有熱塑性和耐熱性。其中發(fā)生的化學反應可用下述通式表示
O ~~~~Ul W KJOC—R 一 O ~~~~OC~~~~R+I Ι；Λ) 代表植物淀粉或植物纖維或兩者的混合物。2、本發(fā)明得到的生物基PVC塑料，與傳統(tǒng)的PVC塑料制品相比，具有顯著的環(huán)保意義，既能節(jié)約50% 85%的不可再生資源，焚燒時還能夠減少二氧化碳排放。3、本發(fā)明得到的生物基PVC塑料，由于使用的是無毒環(huán)保增塑劑，所以與傳統(tǒng)PVC塑料制品相比，具有無毒環(huán)保的優(yōu)勢，可用于生產(chǎn)玩具、鞋底、拖鞋、行李包等各種日用塑料制品。4、本發(fā)明得到的生物基PVC塑料，熔點在120 180°C，熔體流動速率為5 20g/10min，成型加工性能良好?？稍谄胀ㄋ芰系募庸ぴO備上通過擠出、注塑、吹塑、吸塑、熱壓等方法成型為各種各樣的制品。5、本發(fā)明得到的生物基PVC塑料為白色或淡黃色固體，具有良好的力學性能，其拉伸強度10 20MPa，斷裂伸長率300 1000%。彎曲強度10 25MPa，簡支梁缺口沖擊強度5 25kJ/m2。材料的使用性能良好。6、本發(fā)明關于生物基PVC塑料制備方法，通過兩步完成，生產(chǎn)產(chǎn)率高，方法簡單有 效，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
具體實施例方式以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步描述實施例I第一步，天然高分子改性材料的制備首先將75份的小麥淀粉、10份的亞油酸、10份的木糖醇，3份的聚乙烯蠟，2份的抗氧劑1010加入到專用的高速混合機中，在150°C攪拌20min，混合均勻，降溫出料。然后將上述物料加入到專用的雙螺桿擠出機中，在80°C反應擠出，得到天然高分子改性材料粒料。第二步，天然高分子改性材料與PVC的混合材料的制備將50份的第一步制備的天然高分子改性材料粒料、35份的PVC，5份的EAA，5份的環(huán)氧大豆油，5份的硬脂酸鈣加入到專用的高速混合機中，在150°C攪拌20min，混合均勻，降溫出料。然后，將上述物料加入到專用的雙螺桿擠出機中，在80°C反應擠出，得到天然高分子改性材料與PVC的混合材料。該混合材料的熔點是180°c、熔體流動速率為20g/10min、拉伸強度為20MPa、斷裂伸長率為1000%、彎曲強度為25MPa、簡支梁缺口沖擊強度為5kJ/m2。實施例2-4實施例2-4的步驟同實施例1，區(qū)別在于原料比例、加工條件不同，如下表I所示
權利要求
1.一種生物基塑料，其特征在于，按以下組分的原料按重量份數(shù)反應混合制備而成75 95份的天然高分子材料、I 20份的反應型助劑、I 10份的物理增塑劑，I 10份的潤滑劑，O. I 5份的抗氧劑。
2.根據(jù)權利要求I所述的生物基塑料，其特征在于，所述的天然高分子材料為植物淀粉，如小麥淀粉、玉米淀粉、木薯淀粉、馬鈴薯淀粉、紅薯淀粉，植物纖維素，如竹粉、秸桿粉、甘蔗渣，中的一種或多種。
3.根據(jù)權利要求I所述的生物基塑料，其特征在于，所述反應型助劑為脂肪族羧酸，如蘋果酸、檸檬酸、琥珀酸、油酸、亞油酸、亞麻酸、硬脂酸、軟脂酸、月桂酸中的一種或多種。
4.根據(jù)權利要求I所述的生物基塑料，其特征在于，所述物理增塑劑為甘油、乙二醇、山梨醇、木糖醇、麥芽糖醇、二甘醇、聚乙二醇、脂肪酸單甘酯或尿素中的一種或多種。
5.根據(jù)權利要求I所述的生物基塑料，其特征在于，所述潤滑劑為乙撐雙硬脂酰胺、聚乙烯蠟、氧化聚乙烯蠟、聚丙烯蠟或液體石蠟中的一種或多種。
6.根據(jù)權利要求I所述的生物基塑料，其特征在于，所述的抗氧劑為抗氧劑1010、抗氧劑1076、抗氧劑2246或抗氧劑245中的一種或多種。
7.—種生物基塑料的制備方法，其特征在于，由兩步法制成，第一步是制備天然高分子改性材料；第二步是制備天然高分子改性材料與PVC的混合物； 所述制備天然高分子改性材料，包括兩個具體步驟 a、將75 95份的天然高分子材料、I 20份的反應型助劑、I 10份的物理增塑劑，I 10份的潤滑劑，O. I 5份的抗氧劑按配比加入到高速混合機中，在50 150°C攪拌5 30min,混合均勻，降溫出料； b、將上述物料加入到專用的雙螺桿擠出機中，在80 200°C反應擠出，得到天然高分子改性材料粒料； 所述制備天然高分子改性材料與PVC的混合物，包括以下兩個具體步驟 C、將50 85份的第一步制備的天然高分子改性材料粒料、5 50份的PVC，I 10份的相容劑，I 10份的增塑劑，I 5份的熱穩(wěn)定劑按配比加入到專用的高速混合機中，在50 150°C攪拌5 30min，混合均勻，降溫出料； d、將上述物料加入到專用的雙螺桿擠出機中，在80 200°C反應擠出，得到天然高分子改性材料與PVC的混合材料。
8.根據(jù)權利要求7所述的生物基塑料的制備方法，其特征在于，所述相容劑為鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑、乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、EVA-g-MA中的一種或多種。
9.根據(jù)權利要求7所述的生物基塑料的制備方法，其特征在于，所述增塑劑為檸檬酸三丁酯、檸檬酸三乙酯、乙酰檸檬酸三丁酯、環(huán)氧大豆油、環(huán)氧硬脂酸辛酯、聚酯增塑劑中的一種或多種。
10.根據(jù)權利要求7所述的生物基塑料的制備方法，其特征在于，所述熱穩(wěn)定劑為硬脂酸鈣、硬脂酸鋅、硬脂酸鋇、二月桂酸二丁基錫、二月桂酸二正辛基錫、鈣鋅復合穩(wěn)定劑中的一種或多種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種生物基塑料及其制備方法，所述生物基塑料采用兩步法按以下組分的原料按重量份數(shù)反應混合制備而成75～95份的天然高分子材料、1～20份的反應型助劑、1～10份的物理增塑劑，1～10份的潤滑劑，0.1～5份的抗氧劑。兩步法的第一步是制備天然高分子改性材料；第二步是制備天然高分子改性材料與PVC的混合物。得到的生物基塑料為白色或淡黃色固體，熔點在120～180℃，熔體流動速率為5～20g/10min，拉伸強度10～20MPa，斷裂伸長率300～1000%,彎曲強度10～25MPa，簡支梁缺口沖擊強度5～25kJ/m2，成型加工性能良好，可在普通塑料的加工設備上通過擠出、注塑、吹塑、吸塑、熱壓等方法成型為各種各樣的制品。與傳統(tǒng)的PVC塑料制品相比，能節(jié)約50%～85%的不可再生資源，具有顯著的環(huán)保意義。
文檔編號B29C47/92GK102875852SQ20121038873
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月11日 優(yōu)先權日2012年10月11日
發(fā)明者張先炳, 白娟, 湯運章, 任超 申請人:武漢華麗環(huán)保科技有限公司