專利名稱：采用天然秸稈加工全降解可回收塑料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于塑料生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種采用天然秸稈加工全降解可回收塑料的方法。背景技術(shù)：
隨著塑料工業(yè)的發(fā)展，塑料在日常生活中的應(yīng)用范圍越發(fā)廣泛，使用量越發(fā)巨大，由于這些塑料多為不可降解材料，在消耗大量石油資源的同時(shí)，生產(chǎn)的廢棄物也會(huì)造成巨大的污染。我國(guó)是世界上最大的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)國(guó)，每年要生產(chǎn)各類作物秸稈7億噸，其中有約40% 未得到有效地處理和利用。合理有效的利用開發(fā)生物質(zhì)秸稈資源對(duì)節(jié)能、環(huán)保潛力巨大，在能源、資源日趨嚴(yán)峻的今天，使秸稈變廢為寶、化害為利，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益更是不可低估。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種操作簡(jiǎn)便、生產(chǎn)連續(xù)的采用天然秸稈加工全降解可回收塑料的方法。本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
一種采用天然秸稈加工全降解可回收塑料的方法，以天然秸稈為原料，主要包括如下步驟
(1)將秸稈干燥后粉碎成l(T20mm長(zhǎng)的碎段；
(2)采用高壓蒸汽閃爆系統(tǒng)和溫度、壓力調(diào)控系統(tǒng)，將粉碎后的秸稈變?yōu)樾鯛罾w維；
(3)將干燥處理后的絮狀纖維放置在高速攪拌機(jī)中，加入助劑進(jìn)行攪拌、混合處理，助劑為淀粉和塑料增韌劑的混合物；
(4)將混合處理后的物料加入鋯類偶聯(lián)劑，溫度控制在9(TlO(rC進(jìn)行耦合處理，進(jìn)一步破壞半纖維素和木質(zhì)素；
(5)往耦合處理后的物料中添加聚丁二酸丁二醇酯和聚乳酸，送入混合攪拌機(jī)中進(jìn)行共混捏合，在125 士 5 °C下直接生產(chǎn)出生物質(zhì)全降解樹脂材料。將粉碎的天然秸稈放入已升溫的閃爆器重，關(guān)閉閃爆器，系統(tǒng)迅速升溫，壓力增強(qiáng)，待閃爆器壓力恒定后，按預(yù)定的時(shí)間保壓，并隔離閃爆器，而后突然打開與排汽管相連的球形閥泄壓，實(shí)現(xiàn)閃爆；閃爆后纖維素借助壓差打入旋風(fēng)分離，并收集到銅網(wǎng)內(nèi)，卸料后進(jìn)行干燥處理，使處理后的秸稈外觀明顯改變，梗狀物減少，大部分都變成絮狀物，膨松柔軟，促使纖維素細(xì)胞撕裂，細(xì)胞壁輸送，從而改變了秸稈中粗纖維的整體結(jié)構(gòu)和分子鏈的構(gòu)造，纖維素分子斷裂，木質(zhì)素熔化，有利于微生物降解并提高了與其他物料的相溶性能。本發(fā)明的更優(yōu)方案為
步驟(3)中，所述助劑為木薯淀粉和塑料增韌劑EPA的混合物，絮狀纖維與木薯淀粉、 EPA的重量配比為100:18. 75:0. 8，高速攪拌處理時(shí)間為7分鐘；木薯淀粉可起到植物纖維見的粘合作用，同時(shí)可降低成本，EPA是一種環(huán)保塑料增韌劑，可以將普通塑料轉(zhuǎn)化為生物可降解塑料，可提高抗沖擊強(qiáng)度和熱熔體流動(dòng)性能，是以生物分解技術(shù)為基礎(chǔ)的塑料添加劑，主要制程原理是在不分解的合成高分子中添加一種可分解的天然高分子，可達(dá)到100% 自然降解。步驟(4)中，鋯類偶聯(lián)劑的添加量為物料重量的0. 5%，耦合處理時(shí)間為15分鐘；偶聯(lián)劑可被處理表面與聚合物具有良好的親和性，以提高填充和增強(qiáng)該醒悟的加工性能和制品的物理機(jī)械性能，偶聯(lián)劑是具有兩性結(jié)構(gòu)的化合物，分子中的一部分基團(tuán)可與無(wú)機(jī)物表面的化學(xué)基團(tuán)反應(yīng)，形成牢固的化學(xué)鍵合，另一部分基團(tuán)則有親有機(jī)物性質(zhì)，可與聚合物分子反應(yīng)或物理纏繞，從而把兩類性質(zhì)不同的材料緊緊地結(jié)合在一起。鋯類偶聯(lián)劑是含鋁酸鋯的低分子量的無(wú)機(jī)聚合物，它不僅可以促進(jìn)不同物質(zhì)之間的粘合，而且可以改善復(fù)合材料體系的性能，特別是流變性能。由于鋯類偶聯(lián)劑分子中無(wú)機(jī)特性部分的比重比較大，具有更多的無(wú)機(jī)反應(yīng)點(diǎn)，因而可處理含有羥基的填料和比表面大的顏填料。并且可大幅度提高制品機(jī)械強(qiáng)度，顯著改善填料的分散性，降低填充體系的粘度，改善加工性能；由于鋯類系列偶聯(lián)劑具有高金屬性，因此具有較高的分解溫度，使改性填料更適用于高溫加工的制品。步驟(5)中，聚丁二酸丁二醇酯的添加量為物料重量的2. 2%，聚乳酸的添加量為物料重量的1. 8%，共混時(shí)間為10分鐘；聚丁二酸丁二醇酯，一種由丁二醇和丁二酸合成的聚酯加工而成的，可以通過(guò)石油資源或生物質(zhì)資源發(fā)酵得到的，可完全降解的脂肪族聚酯； 聚乳酸除能生物降解外，生物相容性、光澤度、透明性、手感和耐熱性好，還具有一定的耐菌性、阻燃性和抗紫外性。本發(fā)明采用專用設(shè)備加工，在特定的配方與工藝條件下，經(jīng)化學(xué)反應(yīng)及物理混煉一次性合成，產(chǎn)品可直接在通用塑料成型設(shè)備上生產(chǎn)各種不同用途的降解產(chǎn)品，各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。生物質(zhì)秸稈主要是由纖維素組成，隨著水分的喪失，秸稈內(nèi)物質(zhì)發(fā)生一系列的變化、細(xì)胞壁變厚老化，粗纖維增加，木質(zhì)素增多，天劫結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性決定了其直接唄微生物降解轉(zhuǎn)化是一個(gè)緩慢的過(guò)程，其效率和速度都難以進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)，因此，合理的預(yù)處理改性是秸稈纖維素轉(zhuǎn)化應(yīng)用的有效方法。本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，具有操作簡(jiǎn)便，過(guò)程連續(xù)，生產(chǎn)效率高且節(jié)省電力，噪音低，生產(chǎn)過(guò)程無(wú)三廢等特點(diǎn)，其原料廣泛，各種農(nóng)作物的秸稈、野草等天然秸稈資源均可利用，產(chǎn)品易加工，具有準(zhǔn)確的降解可控性和良好的降解效果，并可回收再利用，是目前一次性塑料產(chǎn)品的最好替代品。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例
以天然秸稈為原料，主要包括如下步驟
(1)將秸稈干燥后粉碎成l(T20mm長(zhǎng)的碎段；
(2)采用高壓蒸汽閃爆系統(tǒng)和溫度、壓力調(diào)控系統(tǒng)，將粉碎后的秸稈變?yōu)樾鯛罾w維；
(3)將干燥處理后的絮狀纖維放置在高速攪拌機(jī)中，加入助劑進(jìn)行攪拌、混合處理，助劑為淀粉和塑料增韌劑的混合物；所述助劑為木薯淀粉和塑料增韌劑EPA的混合物，絮狀纖維與木薯淀粉、EPA的重量配比為100:18. 75:0. 8，高速攪拌處理時(shí)間為7分鐘；
(4)將混合處理后的物料加入鋯類偶聯(lián)劑，溫度控制在9(TlO(rC進(jìn)行耦合處理，進(jìn)一步破壞半纖維素和木質(zhì)素；鋯類偶聯(lián)劑的添加量為物料重量的0. 5%，耦合處理時(shí)間為15分(5)往耦合處理后的物料中添加聚丁二酸丁二醇酯和聚乳酸，送入混合攪拌機(jī)中進(jìn)行共混捏合，在125士5°C下直接生產(chǎn)出生物質(zhì)全降解樹脂材料；聚丁二酸丁二醇酯的添加量為物料重量的2. 2%，聚乳酸的添加量為物料重量的1. 8%，共混時(shí)間為10分鐘。
本發(fā)明通過(guò)精心設(shè)計(jì)，利用熱力、機(jī)械以及催化劑的作用通過(guò)閃爆機(jī)完成連續(xù)進(jìn)料、連續(xù)閃爆，將滲進(jìn)植物組織內(nèi)部被壓縮的氣體釋放出來(lái)，實(shí)現(xiàn)用較少的能量將原料按目的分解，使處理后的秸稈外觀明顯改變，梗狀物減少，大部分都變成絮狀物，膨松柔軟，促使纖維素細(xì)胞撕裂，細(xì)胞壁疏松，從而改變了秸稈中粗纖維的整體結(jié)構(gòu)和分子鏈的構(gòu)造，纖維素分子斷裂，木質(zhì)素熔化，有利于微生物降解并提高了與其它物料的相溶性能。
利用電子顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，處理前秸稈細(xì)胞排列整齊，細(xì)胞結(jié)構(gòu)完整，細(xì)胞壁裹著細(xì)胞內(nèi)容物；處理后的秸稈細(xì)胞被破壞，細(xì)胞壁撕裂變?yōu)樾鯛罾w維，細(xì)胞間距拉大，輪廓模糊。由于運(yùn)行速度和內(nèi)摩擦力突然增大而產(chǎn)生的張力，使秸稈撕碎，乃至細(xì)胞游離，細(xì)胞壁疏松，細(xì)胞間木質(zhì)素分布狀態(tài)改變，密度增大，堆放體積減小，總表面積增大，與纖維素酶接觸面擴(kuò)大，使微生物對(duì)秸稈的侵蝕明顯提高。將處理后的秸稈放入攪拌機(jī)中進(jìn)行耦合處理， 進(jìn)一步破壞半纖維素和木質(zhì)素，通過(guò)復(fù)合反應(yīng)完成混合物料的共混，生產(chǎn)出生物質(zhì)降解塑料原料。
本發(fā)明的主要特點(diǎn)為(1)采用締合復(fù)合型塑化途徑，在特定配方及工藝條件下，經(jīng)專用設(shè)備一次性快速完成各步反應(yīng)，獲得質(zhì)地均勻、性能良好的生物質(zhì)降解樹脂；(2)將天然秸稈粉碎后通過(guò)閃爆技術(shù)使其變?yōu)樾鯛罾w維，加入適量的改性劑、助劑進(jìn)行攪拌、混合、耦合處理，采用復(fù)合合成技術(shù)工藝生產(chǎn)生物質(zhì)降解樹脂，該樹脂含降解物為 100%，可制作多種降解塑料產(chǎn)品；(3)該樹脂在不改變?cè)瓉?lái)塑料制品生產(chǎn)廠家設(shè)備的條件下，可采用原注塑、壓延拉等工藝生產(chǎn)出具有生物質(zhì)降解功能的多種塑料制品，可廣泛應(yīng)用于各種一次性板材、園林景區(qū)一次性用品以及一次性包裝等用品；(4)本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，具有操作家變，過(guò)程連續(xù)，生產(chǎn)效率高且節(jié)省電力，噪音低，生產(chǎn)過(guò)程無(wú)三廢等特點(diǎn)；(5)本技術(shù)原料廣泛，各種農(nóng)作物秸稈(如玉米、大豆、花生、馬鈴薯等天然植物秸稈)以及雜草等天然秸稈資源均可利用。
權(quán)利要求
1.一種采用天然秸稈加工全降解可回收塑料的方法，以天然秸稈為原料，其特征為，主要包括如下步驟(1)將秸稈干燥后粉碎成l(T20mm長(zhǎng)的碎段；(2)采用高壓蒸汽閃爆系統(tǒng)和溫度、壓力調(diào)控系統(tǒng)，將粉碎后的秸稈變?yōu)樾鯛罾w維；(3)將干燥處理后的絮狀纖維放置在高速攪拌機(jī)中，加入助劑進(jìn)行攪拌、混合處理，助劑為淀粉和塑料增韌劑的混合物；(4) 將混合處理后的物料加入鋯類偶聯(lián)劑，溫度控制在9(TlO(rC進(jìn)行耦合處理，進(jìn)一步破壞半纖維素和木質(zhì)素；(5)往耦合處理后的物料中添加聚丁二酸丁二醇酯和聚乳酸，送入混合攪拌機(jī)中進(jìn)行共混捏合，在125 士 5 °C下直接生產(chǎn)出生物質(zhì)全降解樹脂材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用天然秸稈加工全降解可回收塑料的方法，其特征在于 步驟(3)中，所述助劑為木薯淀粉和塑料增韌劑EPA的混合物，絮狀纖維與木薯淀粉、EPA的重量配比為100:18. 75:0. 8，高速攪拌處理時(shí)間為7分鐘。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用天然秸稈加工全降解可回收塑料的方法，其特征在于 步驟(4)中，鋯類偶聯(lián)劑的添加量為物料重量的0. 5%，耦合處理時(shí)間為15分鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用天然秸稈加工全降解可回收塑料的方法，其特征在于 步驟(5)中，聚丁二酸丁二醇酯的添加量為物料重量的2. 2%，聚乳酸的添加量< 為物料重量的1.8%，共混時(shí)間為10分鐘。
全文摘要
本發(fā)明屬于塑料生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，特別公開了一種采用天然秸稈加工全降解可回收塑料的方法。本發(fā)明采用專用設(shè)備加工，在特定的配方與工藝條件下，經(jīng)化學(xué)反應(yīng)及物理混煉一次性合成，產(chǎn)品可直接在通用塑料成型設(shè)備上生產(chǎn)各種不同用途的降解產(chǎn)品，各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，具有操作簡(jiǎn)便，過(guò)程連續(xù)，生產(chǎn)效率高且節(jié)省電力，噪音低，生產(chǎn)過(guò)程無(wú)三廢等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C08L67/04GK102504559SQ201110344660
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月4日
發(fā)明者萬(wàn)向毅, 劉豐田, 王保民 申請(qǐng)人:山東省塑料研究開發(fā)中心