一种可生物降解材料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种可生物降解材料及其制备方法，是以玉米纤维和塑胶材料为主要原料，经造粒、脱水冷却、干燥制得可生物降解颗粒；或再经密炼、开炼、油压发泡制得可生物降解发泡材料。该可生物降解材料由可生物降解的玉米纤维为主要原料，改变了传统塑料材料对石油的依赖，可改善塑料和橡胶材料在燃烧过程中易产生有毒、难闻气味的问题，同时，该可生物降解材料具有良好的抗静电、止滑及亲肤性能，降解后对植物和土壤均无不利的影响，可取代EVA、PVC、橡胶及其他材料用于制成鞋类、地垫、玩具、箱包及各种塑料产品，具有良好的应用前景。

权利要求

1.一种可生物降解发泡材料的制备方法，其特征在于：以玉米纤维和塑胶材料为主要原料，经造粒、脱水冷却、干燥制得可生物降解颗粒，再经密炼、开炼、油压发泡制得可生物降解发泡材料；

所述主要原料的重量百分数为：玉米纤维60~70%，塑胶材料30~40%，两者的重量百分数之和为100%；

所述塑胶材料包括弹性体、聚丙烯；

其具体包括以下步骤：

1）造粒：将玉米纤维和塑胶材料混匀后，利用双螺杆造粒机进行造粒；

2）脱水冷却：将造好的颗粒脱水、甩干、风冷后搅拌30分钟混匀；

3）干燥：将冷却后的颗粒于100~120℃烘烤30~40分钟；

4）密炼：将干燥后的颗粒投入密炼机中，加入玉米纤维重量1.8-2.2%的助剂混炼10~12分钟，混炼时于不同温度下打开机盖进行翻料，全过程共翻料6次；

5）开炼：将18寸开炼机的温度设定为110℃，打薄2次，使其厚度为0.5 mm，然后放入16寸开炼机进行出片，出片规格为900×380×1.5 mm；

6）油压发泡：将制好的片料放入油压机进行硫化发泡，发泡结束后自然冷却，制得所述可生物降解发泡材料；

步骤4）所述翻料的步骤为：100℃下第一次翻料，105℃下第二次翻料，110℃下第三次翻料，112℃下第四次翻料；115℃下第五次翻料，118℃下第六次翻料；最后于120℃下出料。

2.根据权利要求1所述可生物降解发泡材料的制备方法，其特征在于：步骤6）中油压机的温度设定为160~170℃；发泡时间为16~20分钟。

3.根据权利要求1所述可生物降解发泡材料的制备方法，其特征在于：所得可生物降解发泡材料经进一步加工制备成鞋类、地垫、玩具、箱包。

说明书

一种可生物降解材料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于材料技术领域，具体涉及一种可生物降解材料及其制备方法。

背景技术

[0002] 传统塑料因其质轻价廉、耐油防水等优点，占据了日常塑料消费的主要市场份额。然而，废弃的塑料材料在自然条件下不可降解，造成了严重的环境污染，此外，传统塑料材料以不可再生的石化资源为原料，而石化资源的大量消耗又造成了全球能源危机。因此，为解决环境污染及资源短缺的严重问题，研究开发可降解的新材料成为20世纪70年代以来的重要课题。

[0003] 纤维素作为地球上含量最大的天然高分子，其来源丰富，是一种具有巨大发展潜力的化工原料。其中，玉米纤维是以玉米等淀粉为原料，经发酵转化成乳酸再聚合制成的合成纤维，其生产完全不使用石油等化工原料，且以其制得的产品在废弃后可被自然界中的微生物分解为水、二氧化碳及无机小分子，不会造成环境污染；此外，玉米纤维轻柔、透气，加工的产品具有良好的亲肤性能。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种可生物降解材料及其制备方法，是以玉米纤维为主要原料制成一种可生物降解颗粒或一种可生物降解发泡材料，其具有良好的抗静电、止滑及亲肤性能，且其降解后对环境无害。

[0005] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

[0006] 一种可生物降解材料是以玉米纤维和塑胶材料为主要原料，经造粒、脱水冷却、干燥制得可生物降解颗粒；或再经密炼、开炼、油压发泡制得可生物降解发泡材料。

[0007] 所述主要原料的重量百分数为：玉米纤维60~70%，塑胶材料30~40%，两者的重量百分数之和为100%；

[0008] 所述塑胶材料包括弹性体、聚丙烯（PP）。

[0009] 所述可生物降解颗粒的制备方法包括以下步骤：

[0010] 1）造粒：将玉米纤维和塑胶材料经高速混合机混匀后，利用双螺杆造粒机进行造粒；

[0011] 2）脱水冷却：将造好的颗粒脱水、甩干、风冷后放入搅拌桶中搅拌30分钟混匀；

[0012] 3）干燥：将冷却后的颗粒于100~120℃烘烤30~40分钟制得所述可生物降解颗粒。

[0013] 步骤1）双螺杆造粒机的前5段温度设定为140℃，后5段温度设定为120℃。

[0014] 所得可生物降解颗粒经常规射出注塑工艺进一步加工，可制成各种可生物降解塑料制品

[0015] 所述可生物降解发泡材料的制备方法包括以下步骤：

[0016] 1）造粒：将玉米纤维和塑胶材料经高速混合机混匀后，利用双螺杆造粒机进行造粒；

[0017] 2）脱水冷却：将造好的颗粒脱水、甩干、风冷后放入搅拌桶中搅拌30分钟混匀；

[0018] 3）干燥：将冷却后的颗粒于100~120℃烘烤30~40分钟；

[0019] 4）密炼：将干燥后的颗粒投入密炼机中，加入玉米纤维重量1.8-2.2%的助剂混炼10~12分钟，混炼时于不同温度下打开机盖进行翻料，全过程共翻料6次，使物料更均匀地混合，以使物料性能发挥到最佳效果；

[0020] 5）开炼：将18寸开炼机的温度设定为110℃，打薄2次，使其厚度为0.5 mm，然后放入16寸开炼机进行出片，出片规格为900×380×1.5 m/m；

[0021] 6）油压发泡：将制好的片料油压机进行硫化发泡，发泡结束后自然冷却，制得所述可生物降解发泡材料。

[0022] 步骤4）中密炼机的温度设定为110℃；由于混炼时物料温度不断上升，需于不同温度下打开机盖进行翻料，以使物料通气，其翻料步骤为：第6分钟100℃下第一次翻料，第7分钟105℃下第二次翻料，第8分钟110℃下第三次翻料，第8.5分钟112℃下第四次翻料，第9分钟115℃下第五次翻料，第9.5分钟118℃下第六次翻料；最后于120℃下出料。

[0023] 步骤6）中油压机的温度设定为160~170℃；发泡时间为16~20分钟.[0024] 所得可生物降解材料可依据客人要求制成不同规格的板片，再经进一步加工制备成鞋类、地垫、玩具、箱包。

[0025] 本发明的显著优点在于：

[0026] （1）本发明采用可生物降解的玉米纤维为主要原料，改变了传统塑料材料对石油的依赖，可减少生产过程中能源的消耗，减少温室气体的排放，并且可改善塑料和橡胶材料在燃烧过程中易产生有毒、难闻气味的问题。

[0027] （2）将本发明所制得的可生物降解材料掩埋于潮湿并具有微生物的土壤中，30天后产生霉菌，6个月后可降解100%，且无有害物质释放，对植物和土壤均无不利的影响，其降解后还可堆肥再循环使用。

[0028] （3）本发明所制得的可生物降解材料的表面阻抗为1.21×107Ω，表明具有较好的抗静电功能，可用于电子行业所需的抗静电鞋及其它产品的制备。其磨擦系数试验结果为：干式动态0.75，静态0.78；湿式动态0.88，静态0.91，已接近橡胶的止滑效果，且玉米纤维为碳水化合物的聚合物，可使制成的可生物降解材料具有良好的亲肤性能，非常适用于制备鞋类、地垫、玩具等各种可生物降解制品。

[0029] （4）本发明所制得的可生物降解材料可取代EVA、PVC、三聚氰胺、橡胶及其他材料，具有良好的应用前景。

附图说明

[0030] 图1为本发明可生物降解发泡材料的结果图，其中图A为降解前，图B为降解30天后。

具体实施方式

[0031] 为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。

[0032] 所用玉米纤维购自于台湾宇辉生物科技股份有限公司。

[0033] 实施例1

[0034] 一种可生物降解材料的制备方法包括以下步骤：

[0035] 1）造粒：将21 kg玉米纤维和9 kg PP经高速混合机混匀后，利用双螺杆造粒机进行造粒；双螺杆造粒机的前5段温度设定为140℃，后5段温度设定为120℃；

[0036] 2）脱水冷却：将造好的颗粒脱水、甩干、风冷后放入搅拌桶中搅拌30分钟混匀；

[0037] 3）干燥：将冷却后的颗粒于110℃烘烤35分钟，得到可生物降解颗粒；

[0038] 4）注塑：将所得可生物降解颗粒经常规射出注塑工艺加工，制成可生物降解塑料盒。

[0039] 实施例2

[0040] 一种可生物降解材料的制备方法包括以下步骤：

[0041] 1）造粒：将18 kg玉米纤维和12 kg弹性体经高速混合机混匀后，利用双螺杆造粒机进行造粒，双螺杆造粒机的前5段温度设定为140℃，后5段温度设定为120℃；

[0042] 2）脱水冷却：将造好的颗粒脱水、甩干、风冷后放入搅拌桶中搅拌30分钟混匀；

[0043] 3）干燥：将冷却后的颗粒于100℃烘烤40分钟；

[0044] 4）密炼：将密炼机的温度设定为110℃，然后将干燥后的颗粒投入密炼机中，加入0.32 kg助剂混炼10分钟，混炼时于不同温度下打开机盖进行翻料，全过程共翻料6次，其过程如下：

[0045]

[0046] 5）开炼：将18寸开炼机的温度设定为110℃，打薄2次，使其厚度为0.5 mm，然后放入16寸开炼机进行出片，出片规格为900×380×1.5 m/m；

[0047] 6）油压发泡：将制好的片料放入油压机进行硫化发泡，油压机的温度设定为160℃，发泡时间为16 min，发泡结束后自然冷却，制得可生物降解发泡片材。

[0048] 实施例3

[0049] 一种可生物降解材料，其制备方法包括以下步骤：

[0050] 1）造粒：将14 kg玉米纤维和6 kg弹性体经高速混合机混匀后，利用双螺杆造粒机进行造粒，双螺杆造粒机的前5段温度设定为140℃，后5段温度设定为120℃；

[0051] 2）脱水冷却：将造好的颗粒脱水、甩干、风冷后放入搅拌桶中搅拌30分钟混匀；

[0052] 3）干燥：将冷却后的颗粒于120℃烘烤30分钟；

[0053] 4）密炼：将密炼机的温度设定为110℃，然后将干燥后的颗粒投入密炼机中，加入0.31 kg助剂混炼12分钟，混炼时于不同温度下打开机盖进行翻料，全过程共翻料6次，其过程如下：

[0054]

[0055] 5）开炼：将18寸开炼机的温度设定为110℃，打薄2次，使其厚度为0.5 mm，然后放入16寸开炼机进行出片，出片规格为900×380×1.5 m/m；

[0056] 6）油压发泡：将制好的片料放入油压机进行硫化发泡，油压机的温度设定为170℃，发泡时间为20分钟，发泡结束后自然冷却，制得可生物降解发泡片材。

[0057] 测定试验

[0058] 1. 燃烧试验

[0059] 将实施例2制得的可生物降解发泡片材与传统EVA发泡材料分别取少量进行燃烧试验，传统EVA发泡材料燃烧后会产生刺鼻的气味，且燃烧物为黑色，而本发明可生物降解发泡片材燃烧后无明显气味，燃烧物为白色粉末。

[0060] 2. 物理性能试验

[0061] 将实施例2制得的可生物降解发泡片材分别进行表面阻抗及摩擦系数的测定，得到本发明可生物降解发泡片材的表面阻抗为1.21×107Ω；磨擦系数试验结果为：干式动态0.75，静态0.78；湿式动态0.88，静态0.91，说明本发明可生物降解发泡片材具有较好的抗静电功能及止滑效果，适用于鞋类、地垫等产品的制备。

[0062] 3. 降解试验

[0063] 将实施例2制得的可生物降解发泡片材掩埋于潮湿并具有微生物的土壤中进行降解试验，结果表明该可生物降解发泡片材掩埋30天后产生霉菌（如图1所示），6个月后降解100%，且无有害物质释放，对植物和土壤均无不利的影响。

[0064] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。