可降解美植袋用复合材料的制备方法 |
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| 申请号 | CN201610920965.1 | 申请日 | 2016-10-21 | 公开(公告)号 | CN107033582A | 公开(公告)日 | 2017-08-11 |
| 申请人 | 广西师范学院; | 发明人 | 刘钰馨; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种可降解美植袋用 复合材料 的制备方法，包括以下步骤：步骤一、将 植物 油 脂和环糊精按体积/ 质量 比为3:1～2mL/g混合后，得到油状混合物；步骤二、将二异氰酸酯溶于 甲苯 中，按二异氰酸酯中的异氰酸酯基与 淀粉 中的羟基的摩尔比为2～4:1，加入淀粉，搅拌反应，得到聚 氨 酯预聚体；步骤三、按聚氨酯预聚体中的异氰酸酯基与油状混合物中的羟基的摩尔比为1:1.2～2.0，在1～2h内向聚氨酯预聚体中滴加油状混合物，反应完后，得到改性淀粉；步骤四、将改性淀粉、纳米 二 氧 化 硅 和聚乙烯醇 水 溶液混合，之后加入 增塑剂 和交联剂，密炼。本明发制备的复合材料耐水性强，可塑性较好，可 生物 降解 ，对农艺行业、应用化工等领域有很大的促进作用。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种可降解美植袋用复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 可降解美植袋用复合材料的制备方法技术领域[0001] 本发明涉及一种复合材料。更具体地说，本发明涉及一种可降解美植袋用复合材料的制备方法。 背景技术[0002] 随着时代的发展和社会进步，可持续发展和环境保护越来越受到人们的重视，石油基塑料的不可再生和不可生物降解等特性而带来的环境污染、能源紧缺等一系列问题也越来越严重，“白色污染”已成为各方关注的焦点。 [0003] 淀粉来源广泛、价格低廉、可再生、对环境污染小、可完全降解的特点引起研究者的广泛关注，有研究者针对淀粉的力学、耐热等性能进行改善，取得了一定成果。淀粉基聚合物的降解可分为两个过程：(1)淀粉被真菌、细菌等微生物侵袭，逐渐消失，在聚合物中形成多孔破坏结构，机械强度下降，增大了聚合物的表面积，从而有利于进一步自然分解。(2)淀粉降解触发促氧化剂和自氧化剂的作用，能切断高分子长链，使高分子的相对分子质量变小，直到聚合物的相对分子质量小到可被微生物代谢的程度，最后生成水和二氧化碳等小分子化合物，进入大自然的循环。因此，淀粉材料的降解过程对环境是零污染的。 [0004] 目前，农作、园艺种苗或育苗的栽培，如花卉、蔬菜、种苗、水稻等，大部分都需将种子植入以塑料植入育苗杯或盘内，或是以插枝的方式植入育苗杯或盘内，待种子发芽后或插枝的种苗成长至一定程度后，再将幼苗或种苗移出，重新植入苗圃或另一育苗杯中，依此方式移植，不仅浪费人力而且可能因为人为操作不当，导致移植的幼苗或种苗受损而死亡，如此一来，经长时间栽培的苦心就白费，如果对经济价值高的作物来说，就造成巨大的浪费。因此，过去美植袋存在的问题：(1)采用陶瓷制作：产品重，不方便运输，易碰坏。(2)塑料美植袋：废弃后不易回收，对环境造成污染。(3)种苗移植的过程需要将种苗拔出，容易碰损种苗的根茎和叶子，降低种苗的存活率；而破坏美植袋，对环境造成污染。(4)近年研发的可降解美植袋，强度不足，降解时间控制不佳。因此，为了解决上述问题，通过降解美植袋的研制和应用，使产品具有如下优点：(1)原料来源、加工生产过程无污染；(2)产品力学性能、耐光、耐热、耐水性能好；(3)产品具有完全降解性，且可根据使用条件进行不同阶段的可控降解，自然分解成有机肥，不仅实现对植物的养分补充，而且对环境不造成污染；(4)产品可在农艺用育苗、育种、栽培器皿等方面使用。将淀粉基聚合物作为制备美植袋的材料，可使美植袋具有重量轻和可降解等优点。 [0005] 我国在20世纪90年代初就开展了全淀粉基热塑性塑料(TPS)的研究。但仍然存在着力学性能不如通用塑料，耐水性和可塑性较差等问题，要想作为美植袋用复合材料，还需要对其进一步改性。 发明内容[0006] 本发明的目的是提供一种可降解美植袋用复合材料的制备方法，制备时先将淀粉进行改性，使得制备的复合材料耐水性强，可塑性较好，可生物降解，对农艺行业、应用化工等领域有很大的促进作用。 [0007] 为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种可降解美植袋用复合材料的制备方法，包括以下步骤： [0010] 步骤三、将所述聚氨酯预聚体降温至20～40℃后，按聚氨酯预聚体中的异氰酸酯基与所述油状混合物中的羟基的摩尔比为1:1.2～2.0，在1～2h内向所述聚氨酯预聚体中滴加所述油状混合物，滴加完后，继续反应20～40min，得到改性淀粉，备用； [0011] 步骤四、将20～40重量份的所述改性淀粉、20～50重量份的纳米二氧化硅和30～40重量份的聚乙烯醇水溶液在高速混合机中高速混合10～20min，之后加入30～40重量份的增塑剂和0.2～0.5重量份的交联剂，在密炼机中搅拌10～20min，即得所述可降解美植袋用复合材料。 [0012] 优选的是，所述的可降解美植袋用复合材料的制备方法中，所述二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、六甲基二异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯中的任意一种或几种。 [0014] 优选的是，所述的可降解美植袋用复合材料的制备方法中，所述纳米二氧化硅的粒径为10～50nm。 [0015] 优选的是，所述的可降解美植袋用复合材料的制备方法中，所述聚乙烯醇水溶液的质量分数为3～15％。 [0016] 优选的是，所述的可降解美植袋用复合材料的制备方法中，所述步骤三中，得到改性淀粉后，通过减压蒸馏除去甲苯。 [0017] 优选的是，所述的可降解美植袋用复合材料的制备方法中，所述增塑剂为乙二醇、丙三醇、水、聚乙二醇和聚丙二醇中的任意一种或几种。 [0018] 优选的是，所述的可降解美植袋用复合材料的制备方法中，所述交联剂为柠檬酸三丁酯、三甲氧基硅烷、聚乙二醇、聚丙二醇、三羟甲基丙烷和季戊四醇中的任意一种或几种。 [0019] 本发明至少包括以下有益效果： [0020] 本发明以天然的植物油脂、环糊精和淀粉为原料，植物油脂、环糊精和淀粉分子链上有羟基，先将二异氰酸酯中的异氰酸酯基与淀粉中的羟基反应，生成聚氨酯预聚体，再将聚氨酯预聚体与将植物油脂和环糊精反应，进一步扩大了聚氨酯的分子量，提高了聚氨酯改性淀粉的强度，且植物油脂和环糊精分子链上含有疏水基团，能进一步提高改性淀粉的疏水性能。 [0021] 本发明将改性淀粉与纳米二氧化硅、聚乙烯醇水溶液进一步混合，因改性淀粉上还含有部分羟基，能进一步地与纳米二氧化硅、聚乙烯醇上的羟基形成氢键，提高了相容性。 [0022] 本发明制备的复合材料耐水性强，可塑性较好，可生物降解，对农艺行业、应用化工等领域有很大的促进作用。 [0023] 本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。 具体实施方式[0025] 需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。 [0026] 实施例1 [0027] 一种可降解美植袋用复合材料的制备方法，包括以下步骤： [0028] 步骤一、将植物油脂和环糊精按体积/质量(即植物油的体积与环糊精的质量)比为3:1mL/g，在70℃下混合后，搅拌3min，得到油状混合物，备用； [0029] 步骤二、在氮气保护下，将二异氰酸酯溶于甲苯中，按二异氰酸酯中的异氰酸酯基与淀粉中的羟基的摩尔比为2:1，缓慢加入淀粉，在温度为40℃下，搅拌反应1h，得到聚氨酯预聚体，备用； [0030] 步骤三、将所述聚氨酯预聚体降温至20℃后，按聚氨酯预聚体中的异氰酸酯基与所述油状混合物中的羟基的摩尔比为1:1.2，在1h内向所述聚氨酯预聚体中滴加所述油状混合物，滴加完后，继续反应20min，得到改性淀粉，备用； [0031] 步骤四、将20重量份的所述改性淀粉、20重量份的纳米二氧化硅和30重量份的聚乙烯醇水溶液在高速混合机中高速混合10min，之后加入30重量份的增塑剂和0.2重量份的交联剂，在密炼机中搅拌10min，即得所述可降解美植袋用复合材料。 [0032] 所述的可降解美植袋用复合材料的制备方法中，所述二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯。 [0033] 所述的可降解美植袋用复合材料的制备方法中，所述植物油脂为蓖麻油。 [0034] 所述的可降解美植袋用复合材料的制备方法中，所述纳米二氧化硅的粒径为10nm。 [0035] 所述的可降解美植袋用复合材料的制备方法中，所述聚乙烯醇水溶液的质量分数为3％。 [0036] 所述的可降解美植袋用复合材料的制备方法中，所述步骤三中，得到改性淀粉后，通过减压蒸馏除去甲苯。 [0037] 所述的可降解美植袋用复合材料的制备方法中，所述增塑剂为乙二醇。 [0038] 所述的可降解美植袋用复合材料的制备方法中，所述交联剂为柠檬酸三丁酯。 [0039] 实施例2 [0040] 一种可降解美植袋用复合材料的制备方法，包括以下步骤： [0041] 步骤一、将植物油脂和环糊精按体积/质量比为3:2mL/g，在100℃下混合后，搅拌5min，得到油状混合物，备用； [0042] 步骤二、在氮气保护下，将二异氰酸酯溶于甲苯中，按二异氰酸酯中的异氰酸酯基与淀粉中的羟基的摩尔比为4:1，缓慢加入淀粉，在温度为70℃下，搅拌反应3h，得到聚氨酯预聚体，备用； [0043] 步骤三、将所述聚氨酯预聚体降温至40℃后，按聚氨酯预聚体中的异氰酸酯基与所述油状混合物中的羟基的摩尔比为1:2.0，在2h内向所述聚氨酯预聚体中滴加所述油状混合物，滴加完后，继续反应40min，得到改性淀粉，备用； [0044] 步骤四、将40重量份的所述改性淀粉、50重量份的纳米二氧化硅和40重量份的聚乙烯醇水溶液在高速混合机中高速混合20min，之后加入40重量份的增塑剂和0.5重量份的交联剂，在密炼机中搅拌20min，即得所述可降解美植袋用复合材料。 [0045] 所述的可降解美植袋用复合材料的制备方法中，所述二异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯。 [0046] 所述的可降解美植袋用复合材料的制备方法中，所述植物油脂为腰果油。 [0047] 所述的可降解美植袋用复合材料的制备方法中，所述纳米二氧化硅的粒径为50nm。 [0048] 所述的可降解美植袋用复合材料的制备方法中，所述聚乙烯醇水溶液的质量分数为15％。 [0049] 所述的可降解美植袋用复合材料的制备方法中，所述步骤三中，得到改性淀粉后，通过减压蒸馏除去甲苯。 [0050] 所述的可降解美植袋用复合材料的制备方法中，所述增塑剂为丙三醇。 [0051] 所述的可降解美植袋用复合材料的制备方法中，所述交联剂为三甲氧基硅烷。 [0052] 实施例3 [0053] 一种可降解美植袋用复合材料的制备方法，包括以下步骤： [0054] 步骤一、将植物油脂和环糊精按体积/质量比为3:1.5mL/g，在85℃下混合后，搅拌3～5min，得到油状混合物，备用； [0055] 步骤二、在氮气保护下，将二异氰酸酯溶于甲苯中，按二异氰酸酯中的异氰酸酯基与淀粉中的羟基的摩尔比为3:1，缓慢加入淀粉，在温度为50℃下，搅拌反应2h，得到聚氨酯预聚体，备用； [0056] 步骤三、将所述聚氨酯预聚体降温至30℃后，按聚氨酯预聚体中的异氰酸酯基与所述油状混合物中的羟基的摩尔比为1:1.6，在1.5h内向所述聚氨酯预聚体中滴加所述油状混合物，滴加完后，继续反应30min，得到改性淀粉，备用； [0057] 步骤四、将30重量份的所述改性淀粉、35重量份的纳米二氧化硅和35重量份的聚乙烯醇水溶液在高速混合机中高速混合15min，之后加入35重量份的增塑剂和0.3重量份的交联剂，在密炼机中搅拌15min，即得所述可降解美植袋用复合材料。 [0058] 所述的可降解美植袋用复合材料的制备方法中，所述二异氰酸酯为六甲基二异氰酸酯。 [0059] 所述的可降解美植袋用复合材料的制备方法中，所述植物油脂为腰果酚。 [0060] 所述的可降解美植袋用复合材料的制备方法中，所述纳米二氧化硅的粒径为30nm。 [0061] 所述的可降解美植袋用复合材料的制备方法中，所述聚乙烯醇水溶液的质量分数为9％。 [0062] 所述的可降解美植袋用复合材料的制备方法中，所述步骤三中，得到改性淀粉后，通过减压蒸馏除去甲苯。 [0063] 所述的可降解美植袋用复合材料的制备方法中，所述增塑剂为聚乙二醇。 [0064] 所述的可降解美植袋用复合材料的制备方法中，所述交联剂为聚丙二醇。 [0065] 试验1 [0067] 其中，拉伸强度、断裂伸长率、吸水率按GB测试标准进行测试，降解性能使用土埋法进行测试，测试3个月后的降解失重率。实施例1～3制备的可降解美植袋用复合材料的各项性能见表1。 [0068] 表1实施例1～3制备的可降解美植袋用复合材料的各项性能 [0069]测试项目 实施例1 实施例2 实施例3 拉伸强度/MPa 32.3 42.1 35.7 断裂伸长率/％ 250 340 320 96h吸水率/％ 3.5 3.0 3.3 三个月降解失重率/％ 79.5 82.1 81.3 [0070] 由表1可知，实施例1～3制备的可降解美植袋用复合材料的拉伸强度和断裂伸长率较高，说明材料具有良好的韧性；吸水率较低，说明材料具有较好的耐水性；三个月降解失重率高，说明材料具有良好的降解性能。 |
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