本发明涉及一种高生物炭含量母粒及其加工工艺，属于高分子化合物的组合物
技术领域：
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背景技术：
：已知的可降解塑料材料，因含有聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃成份，以致废弃后降解不彻底，“白色污染”问题未得到完全解决，生活中大量的塑料垃圾给环境造成了很大压力。而有的高聚物如聚乙烯虽然属于高生物成分物质，但其无法实现生物降解，如何使高聚物兼具生物降解与高生物炭含量，是本申请所要解决的技术问题。基于此，做出本申请。技术实现要素：针对现有可降解塑料产品所存在的上述缺陷，本申请首先提供一种具有高生物炭含量的母粒。为实现上述目的，本申请采取的技术方案如下：一种高生物炭含量母粒，由淀粉、生物聚乙烯、偶联剂、生物增塑剂(环氧脂肪酸甲酯，是由废弃油脂即大豆酸化油加工而成的环氧增塑剂)、润滑剂、抗氧剂和降解添加剂构成，上述各组分中，淀粉质量百分比为35-50％，生物聚乙烯质量百分比为30-40％，偶联剂质量百分比为1.8-8％，生物增塑剂质量百分比为7-20％，其余为润滑剂、抗氧剂、降解添加剂。进一步的，作为优选：所述的高生物炭含量母粒的生物炭含量不低于65％。在母粒构成中，淀粉和生物聚乙烯是主要构成组分，两者均属于生物成分，其总和在60％以上，有效保证了生物炭含量。所述的偶联剂为钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂的一种或其组合，偶联剂是母粒成型的一个关键因素，在高生物炭含量母粒的形成中，偶联剂使淀粉与生物聚乙烯链段连接并延长，有利于提高母粒的加工性能，而当偶联剂选用钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂的一种或其组合时，填料得到活化处理，从而提高填充量，减少树脂用量，降低制品成本，同时改善加工性能，增加了制品光泽，提高了质量，为链增长提供了良好的促进条件，且热稳定性好，吹膜时不起泡，填料易于分散，机械性能好，并可降低复合材料熔融粘度，改善加工性能，减少机械磨损，提高生产率；可提高复合材料热稳定性，表面光洁度，尺寸稳定性；可提高填充量，减少树脂用量，降低成本。所述的润滑剂选用单甘脂、硬脂酸类、聚乙烯蜡的任一种或多种的组合，润滑剂有利于提高加工性能，通过增加物料的润滑性能，实现增强塑化程度、提高塑料制品的韧性和表面光滑度的效果。更优选的，所述的润滑剂的质量百分比为1-8％。所述的抗氧剂选用三[2，4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯，四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯中的任一种或多种的组合，抗氧剂能有效地防止复合物在长期老化过程中的热氧化降解，同时还起到高效的加工稳定作用，改善复合物在高温加工条件下的耐变色性。更优选的，所述的抗氧剂质量百分比为0.01-1％。本申请中，偶联剂为淀粉和生物聚乙烯的链增长促进成分，是链增长的必要因素，因此，在母粒构成中，淀粉、生物聚乙烯和偶联剂的配伍与选择非常关键；抗氧剂、生物增塑剂和润滑剂则作为成型的助剂，有效地改善并提高其成型效果。同时，本申请还提供了一种具有上述特征高生物炭含量母粒的加工工艺，先将高混热锅温度升至100-120℃时，将淀粉和偶联剂置于高混热锅中，在2000-3000rpm转速下启动搅拌，在该高速搅拌过程中要密切观察物料混合状态，物料的颜色，水蒸气挥发情况及物料在锅内旋转，翻滚情况，当物料温度升至85-95℃时，淀粉中的水份开始挥发出来，物料粘度增加，控制屏上电流指针逐渐上升时，必须转为低速搅拌，从而确保在原料不分解的前提下完成除湿；继续向高混热锅中添加生物聚乙烯和抗氧剂等物料，转速降低并调整至700-2000rpm，充分搅拌均匀并溶合，同时密切注意物料运行情况，防止物料因摩擦生热，温度急速升高，物料融化，粘在锅内，搅拌浆抱死；将物料转入冷锅，室温条件下物料自然降温，加入生物增塑剂，在300-400rpm转速下处理15-20min时间后，熔融共混、挤出成型。进一步的，作为优选：所述的除湿完毕时，物料含水率控制在1.5％以下，淀粉是母粒的基础成分，其含水率会直接影响到后续的链增长、混合均匀度以及挤出成型效果，淀粉与偶联剂进行预混合，除湿将物料含水率控制在1.5％以下，淀粉整体呈白色均匀的颗粒状，且淀粉以及偶联剂均处于未分解状态，既不影响其作用效果，又有利于生物聚乙烯的添加，确保淀粉、生物聚乙烯与偶联剂的充分、均匀混合，避免因湿度过高所引起的结块，当生物聚乙烯、抗氧剂加入后，高速转动下，与淀粉、偶联剂充分搅拌均匀、溶合，形成颗粒状。附图说明图1为本申请的加工流程示意图。具体实施方式实施例1-12：不同物料配比母粒的加工本实施例高生物炭含量母粒生产由配料、原料预混、除湿、热混、冷混以及挤出、冷却、成型、检验包装等步骤组成，具体过程说明如下：①配料：配料如表1所示。表1配料表(单位，％<质量百分比>)其中，淀粉可选用食用玉米淀粉(食品级(一等品)，滨州金汇玉米开发有限公司)或食用玉米淀粉(食品级(一等品)，诸城兴贸玉米开发有限公司)；生物聚乙烯选用gm9450fSlh218Stn7006(巴西(Braskem)布拉斯科公司)；偶联剂可选用三硬酯酸钛酸异丙酯(型号NDZ-130，南京曙光化工集团有限公司)或三硬酯酸钛酸异丙酯的复配物(型号NDZ-131，南京曙光化工集团有限公司)；生物增塑剂选用环保增塑剂JD86(浙江嘉澳环保科技股份有限公司)或柠檬酸三乙酯lm-07(江苏雷蒙化工科技有限公司)；润滑剂可选用聚乙烯蜡(ceralene6801，东莞市汉维科技股份有限公司)、单甘脂(浙江物美生物科技有限公司)或硬脂酸(浙江物美生物科技有限公司)；抗氧剂可选用抗氧剂(Irganox1010，广州和氏璧化工材料有限公司)或抗氧剂(Irgafos168，广州和氏璧化工材料有限公司)；降解添加剂可选用d2w氧化式生物降解添加剂(冬科降解塑料制品(上海)有限公司)或TDPATM助剂氧化式降解添加剂(EPI环保技术有限公司)。操作人员根据《生产任务单》的要求，严格按材料编号及配方要求配料，并进行复查。②原料预混、除湿：将按要求配比的淀粉、偶联剂等倒入高混热锅。高混热锅温度达到设定温度110℃时，先在700rpm转速下低速启动，加入淀粉后搅拌至物料的含水率在1.5％以下，且必需保持原材料不分解，物料成白色均匀的颗料状。③高速热混：继续向锅内加生物聚乙烯树脂、生物增塑剂等其它物质，启动高速旋转按钮，使锅中物料在2500rpm转速下高速运行，充分搅拌均匀、溶合，成为颗粒状，当物料温度升至85-95℃时，淀粉中的水份开始挥发出来，物料粘度增加，控制屏上电流指针逐渐上升时，此时，转入低速冷混。④低速冷混：将上述处理后的物料转放入冷锅，加入生物增塑剂，并在室温下自然冷却，冷却过程中控制转速为300-400rpm，低速冷混处理15-20min后，转至下一道工序使用。⑤熔融共混、挤出、成型：先喂料定量输入，物料挤压输送后熔融塑化、真空排气、混合压缩，再将熔体输送至挤出装置计量挤出，挤出成母粒，通过吹膜印刷制袋，制得高生物炭含量的塑料袋。上述工序中用到的设备：步骤②、③中的高混热锅以及步骤④中的冷锅为淀粉降解材料专用高速混合机组，型号KRL2*300/1000，生产厂家为南京鼎天机械制造有限责任公司。步骤⑤中的熔融共混、挤出成型采用淀粉降解材料专用双螺杆挤出造粒机组，型号为D75/48-1300，生产厂家为南京鼎天机械制造有限责任公司；吹膜印刷制袋采用降解薄膜吹印生产线和降解塑料袋制袋机等，型号为SJ55×32-1100，生产厂家为上海塑缘机电设备有限公司。以ASTMD6866对上述制备的生物塑料中的生物炭含量(即生物基)进行测试定，测试结果参见表1所示。表2不同实施状态下成品性能测试汇总表生物碳含量，％拉伸强度，MPa降解速率，％(80day)实施例164.532040实施例269.7722.243实施例374.8624.445实施例469.8522.348实施例574.9324.553实施例679.7226.758实施例774.9724.860实施例879.7727.162实施例984.8829.864实施例1079.8927.765实施例1184.9230.268实施例1289.813270通过表2可以看出，在加工过程中，生物碳含量主要源于淀粉和生物聚乙烯，随着两者总和的递增，生物碳含量也逐渐增加，忽略加工过程中的误差，生物碳含量基本与两者的总和持平；在加工过程中，通过实施例1-3、实施例4-6、实施例7-9、实施例10-12四组组内数据的对比可以看出，生物聚乙烯含量越高，则拉伸强度越好，相应的膜胶袋拉伸强度随着生物聚乙烯含量的递增逐渐增大，膜胶袋拉伸强度在20-32MPa；而实施例1-3、实施例4-6、实施例7-9、实施例10-12四组组间数据的对比可以看出，随着淀粉含量的递增，降解越来越快，降解速率为40-70％(以80天为准)；通过表1与表2的对照可以看出，当生物碳含量介于60-90％，拉伸强度与降解速率均可达到较佳，尤其是当淀粉和生物聚乙烯的添加量之和介于70-85％之间时，各物料之间的相互配伍性、拉伸强度、降解速率均处于最佳状态。对比例1：偶联剂、抗氧剂、降解添加剂的影响表3配料表(单位，％<质量百分比>)表4不同实施状态下成品性能测试汇总表当淀粉和生物聚乙烯的添加量之和过低时，结合对比例1-5，淀粉和生物聚乙烯的添加量之和低于60％，加工过程中生物炭损耗较多，生物碳含量偏低，而物料中生物增塑剂、偶联剂等含量较高，虽然降解速率不低，但物料加工成型性不好，相应的拉伸强度偏低；而当淀粉和生物聚乙烯的添加量之和过高时，结合对比例11和对比例12，虽然生物碳含量较高，但因部分助剂如润滑剂、抗氧剂无法添加，物料的整体性能不佳，同样淀粉和生物聚乙烯添加水平下，对比例11和对比例12的拉伸强度反而没有增加，而其降解添加剂的添加量偏高，才能满足降解的需求；结合实施例3、5、7和对比例6-8在不添加降解添加剂的情况下，虽然生物炭含量和拉伸强度可满足需求，但降解几乎无法实现。当前第1页1 2 3