一种凹凸棒石基生物可降解塑料的制备方法

摘要

本发明属于生物降解塑料领域，公开了一种天然凹凸棒石负载生物高分子材料、光催化材料制备凹凸棒石基生物可降解塑料的方法。以天然凹凸棒石进行功能化处理作为载体，运用物理/化学方法吸附生物高分子材料、光催化材料，制备改性凹凸棒石复合粉体，将改性凹凸棒石复合粉体与生物可降解塑料粉料共混制备改性母料，通过加工成型制备出成本低、力学性能好、降解率高的凹凸棒石基生物可降解塑料。本方法制得的凹凸棒石基生物可降解塑料具有良好的力学性能、成本低、生物分解率高等特点，可应用代替传统不可降解塑料，为解决白色污染问题提供一条新途径。

说明书

技术领域

本发明属于生物可降解塑料领域，更具体地，涉及一种凹凸棒石基生物可降解塑料的制备方法。

背景技术

凹凸棒石是一种具有独特层链状的含水富镁铝硅酸盐矿物，可作为针状或纤维状纳米填料。其单晶内部孔道结构和巨大的比面积，赋予其优异的吸附功能，被广泛用于吸附剂、催化剂及载体等用途，同时成本低廉，吸附性能好。生物高分子材料作为天然高分子，具有无毒、来源广、价格低廉，可被微生物降解等特点。在限塑令的背景下，近年来生物可降解塑料产能扩张迅速，生物可降解塑料具有巨大的发展前景，但是目前生物可降解塑料价格昂贵，就聚乳酸(PLA)就高达26000-30000元/吨。因而解决传统生物可降解塑料生产成本高、力学性能不佳的缺点。开发出一种新型生物可降解塑料，为治理“白色污染”开辟了一条新途径具有重要的研究的意义。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，本发明的提供一种凹凸棒石基生物可降解塑料的制备方法。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种凹凸棒石基生物降解塑料的制备方法，包括以下操作步骤：

(1)对天然凹凸棒石进行功能化改性处理以提高其对生物高分子材料、光催化材料的吸附性；

(2)将步骤(1)所制得功能化改性凹凸棒石通过物理/化学吸附的方法负载生物高分子材料、光催化材料，获得生物高分子材料/光催化材料/改性凹土复合材料，再进行干燥、焙烧、活化、研磨、过筛等工序处理，即得到功能化改性凹土复合粉体；

(3)将步骤(2)所制得的功能化改性凹土复合粉体与生物可降解塑料粉料共混制备生物降解改性母料；

(4)将步骤(3)所得到的改性生物降解改性母料通过加工成型制备出新型生物可降解塑料。

进一步的，步骤(1)中所述的天然凹凸棒石的粒度为1～500μm。

进一步的，步骤(1)中所述的功能化改性处理方法为热活化、有机改性处理、无机改性处理、酸化处理和碱化处理、煅烧处理、氯胺和碳铵等溶液处理中的一种或两种以上。

进一步的，步骤(2)中所述的生物高分子材料为脱氧核糖核酸、核糖核酸、蛋白质、聚氨基酸、纤维素、淀粉、壳聚糖、黄原胶、有机聚氧酯、聚硫酯、无机聚酯、天然橡胶、古塔波胶、木质素、腐殖酸中的一种或两种以上。

进一步的，步骤(2)中所述的光催化材料为二氧化钛、氧化锌、氧化锡、二氧化锆、硫化镉一种或两种以上。

进一步的，步骤(2)中所述的干燥温度为50-300℃。

进一步的，步骤(3)中所述的共混制备方法为机械共混物、化学共混物、胶乳共混物和溶液共混物以上的一种或两种以上。

进一步的，步骤(4)中所述的加工成型方法为注塑成形、挤出成型、压制成形、吹塑成形、浇铸成形、气辅成形以上的一种或两种以上。

进一步的，所述的生物可降解塑料为聚乳酸(PLA)、聚3-羟基烷酸酯(PHA)、聚ε-己内酯(PCL)、聚酯类-PBS/PBSA、脂肪族芳香族共聚酯、聚乙烯醇(PVA)、二氧化碳共聚物、脂肪族聚碳酸酯(PPC)中的一种或两种以上。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明以凹凸棒石进行功能化改性用来吸附生物高分子材料、光催化材料，生物高分子材料/光催化材料/改性凹土复合粉体与生物可降解塑料粉料共混制备生物降解改性母料，通过加工成型制备出凹凸棒石基生物可降解塑料。该凹凸棒石基生物可降解塑料力学性能、热学性能好，相对生物分解率高。

2.本发明由于功能化凹凸棒石内吸附了生物高分子材料可以起到缓释淀粉的作用，解决成品在储存时期就出现降解的问题。凹凸棒石负载少量光催化材料，塑料产品废弃后，在太阳光的作用下，加快塑料的降解时间，同时在潮湿环境下，生物高分子材料很快被细菌降解，缩短降解时间，加快物质循环。

3.本发明合成简单、副产物少、反应效率高。

附图说明

图1为本发明的天然凹凸棒石的SEM图像；

图2为本发明的中凹凸棒石表面改性负载过程示意图；

图3为本发明的凹凸棒石基生物可降解塑料的制备过程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明的方法进行实例描述，对本发明实例中的技术方案进行描述，显然，所述的实例仅仅是本发明一部分实例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

实施例1

1.将凹凸棒石与3-氨丙基三乙氧基硅烷1:100倒入烧杯中，50℃下搅拌6小时后经过滤、干燥、研磨后得功能化改性凹凸棒石；将10.0g功能化改性凹凸棒石、1g淀粉生物高分子材料、1gTiO2光催化材料加入到50ml去离子水中搅拌混合60min后真空抽滤，将得到的滤渣真空干燥箱下干燥12h得到淀粉/TiO2/改性凹土复合材料，研磨、过筛等工序处理，即得到功能化改性凹土复合粉体。

2.将得到的功能化改性凹土复合粉体10g与100g聚乳酸高聚物材料；将100gPLA加入密炼机中预混2min，然后加入10g功能化改性凹土复合粉体共混5min，制得10％的生物降解改性母料。

3.将制得的10％的生物降解改性母料进入到注塑机中，经过135r/min挤出造粒。

4.将粒料分别在鼓风机内80℃下干燥3-4h，接着加入注射成型机内进行注射成型。

5.将步骤(3)所得到的改性生物降解改性母料通过加工成型制备出新型生物可降解塑料。

6.测试所得生物可降解塑料的生物相对分解率90％，拉伸性能72Mpa，冲击强度为36kJ/m2，在生物降解领域有着可观的应用前景。

图1为本发明的天然凹凸棒石的扫描电镜图片。可以看出天然凹凸棒石里面有很多孔道，可以判定其具有一定的吸负载性。

图2为本发明的中凹凸棒石表面改性负载过程示意图。其中，(1)为对将其表面羟基化过程，(2)为负载淀粉生物高分子材料和TiO2光催化材料的结构示意图。

图3为本发明的凹凸棒石基生物降解塑料的制备过程示意图，过程依次表示为：凹凸棒石黏土改性引入氨基，在加入淀粉和TiO2，让改性凹凸棒石对其进行吸附负载制备淀粉/TiO2/改性凹土复合粉体，接着和PLA高聚物粉体进行共混、挤出成型。

实施例2

1.将凹凸棒石经2.5mol/L盐酸酸化处理后经过滤、干燥、研磨后得功能化改性凹凸棒石；将10.0g功能化改性凹凸棒石、1g纤维素生物高分子材料、1g氧化锡光催化材料加入到50ml去离子水中搅拌混合60min后真空抽滤，将得到的滤渣真空干燥箱下干燥12h得到纤维素/氧化锡/改性凹土复合材料，研磨、过筛等工序处理，即得到功能化改性凹土复合粉体。

2.将得到的功能化改性凹土复合粉体10g与100g聚乳酸高聚物材料；将100gPLA加入密炼机中预混2min，然后加入10g功能化改性凹土复合粉体共混5min，制得10％的生物降解改性母料。

3.将制得的10％的生物降解改性母料进入到注塑机中，经过135r/min挤出造粒。

4.将粒料分别在鼓风机内80℃下干燥3-4h，接着加入注射成型机内进行注射成型。

5.将步骤(3)所得到的改性生物降解改性母料通过加工成型制备出新型生物可降解塑料。

6.测试所得生物可降解塑料的生物相对分解率90％，拉伸性能72Mpa，冲击强度为36kJ/m

实施例3

1.将凹凸棒石经150℃热处理后经研磨后得功能化改性凹凸棒石；将5g功能化改性凹凸棒石、1g木质素生物高分子材料、1g氧化锌光催化材料加入到100ml去离子水中搅拌混合60min后真空抽滤，将得到的滤渣真空干燥箱下干燥12h得到木质素/氧化锌/改性凹土复合材料，研磨、过筛等工序处理，即得到功能化改性凹土复合粉体。

2.将得到的功能化改性凹土复合粉体10g与100gPVA加入烧杯中。加入蒸馏水,在磁力搅拌下室温搅拌6h～24h,待溶液呈均相透明后,真空脱泡。

3.将改性凹土/聚合物溶液倒入模具中,室温自然蒸发24h,除去大量的水。再在50℃干燥24h,之后在100℃真空干燥24h。最后切粒,得到生物降解改性母料,干燥保存。

4.将粒料分别在鼓风机内80℃下干燥3-4h，接着加入注射成型机内进行注射成型。

5.测试所得生物可降解塑料的生物相对分解率90％，120MPa,断裂伸长率为21％，在生物降解领域有着可观的应用前景。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合和简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。