可降解PET材料及其制备方法，及其应用与流程

本发明属于可降解材料
技术领域：
，具体涉及一种可降解pet材料。
背景技术：
：塑料制品及合成橡胶制品在工业上被大批量生产，并且同时被广泛地用于日常生活和工业领域中。许多塑料制品或合成橡胶制品在自然环境中不降解或降解时间过长，因此，造成越来越严重的环境污染。在众多塑料制品或合成橡胶制品中，pet制品是其中生产量较大的生活用品。近几年，中国每年生产大量的pet塑料制品，是世界上pet消耗较大的国家之一。根据数据显示，塑料制品及合成橡胶制品所需要降解时间长。所以通过各种技术和手段去解决这些不环保的行为就成了一种pet设计领域的全新趋势，当生态与技术相结合、与创意相碰撞，就成了解决人们生活所需的可观资源，而不是造成垃圾围城困境的难题。而环保理念的注入可能也会为制鞋领域的未来。pet主要用于矿泉水瓶、纤维，少量用于薄膜和工程塑料。pet纤维主要用于纺织工业，如纱线、布料、衣服及针织鞋面。pet薄膜主要用于电气绝缘材料，如电容器、电缆绝缘、印刷电路布线基材，电极槽绝缘等。但目前，pet制品多为难降解材料，在丢弃后，容易造成材料堆积、环境污染，因此，亟需发明一种可降解且降解速度快的pet材料。技术实现要素：本发明目的在于提供一种降解速度快，降解率高，成本低的可降解pet材料。为实现上述目的，本发明提供一种可降解pet材料，以重量份计，包括：pet基材80～95份，生物膨胀剂0.01～5份，谷氨酸组合物0.1～3份和生物复合酶0.1～3份，所述谷氨酸组合物包含谷氨酸、戊二酸和聚乳酸，所述生物复合酶为氧化还原酶、转移酶、水解酶、裂解酶和连接酶中的一种或多种。较佳地，所述可降解pet材料还包含木质素和/或载体树脂，以重量份计，所述木质素的含量为0.5～1份，所述载体树脂的含量为1～3份。木质素在pet材料制品中，可显著提高pet材料的力学性能，且木质素价格低廉，可降低生产成本。本发明中木质素与pet基材混合，木质素是生物可降解材料，随着木质素的降解，可降解pet材料的比表面积逐渐增大，从而有效提高本发明中可降解pet材料的降解率。载体树脂有利于各个组份的均匀混合，可加快本发明中可降解pet材料的生物降解。较佳地，所述pet基材包括原料聚对苯二甲酸乙二醇酯、二元醇、醋酸锌、苯酐、顺酐、交联剂、阻燃剂和引发剂，以重量份计，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯的含量为15～40份，所述二元醇的含量为30～50份，所述醋酸锌的含量为0.05～1份，所述苯酐的含量为8～15份、所述顺酐的含量为10～25份，所述交联剂的含量为20～30份，所述阻燃剂的含量为1～2份，所述引发剂的含量为0.01～1份。本发明中提供的可降解pet材料具有较强的稳定性、耐磨性和柔韧性，在生产pet制品中具有重要的应用价值，如纺织品、电容器、印刷线路板基材等。其中，阻燃剂价格低廉、性质稳定、不挥发且抑烟效果好；苯酐、顺酐可增强材料的柔韧性，将其用于纺织品，有助于提高纺织品的舒适度。本申请中提供的可降解pet材料可用于多种生活用品的生产，这些制品不仅使用性能佳，且可降解，不易造成环境污染。较佳地，所述交联剂为苯乙烯。较佳地，所述阻燃剂选自氢氧化铝阻燃剂、氢氧化镁阻燃剂和红磷阻燃剂中的一种或多种。较佳地，所述引发剂为过氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈、过硫酸钾、过硫酸钠和过硫酸铵中的至少一种。本发明的pet基材，其中，醋酸锌是作为催化剂使用，以降解聚对苯二甲酸乙二醇酯生成对苯二甲酸和乙二醇。将二元醇引入聚对苯二甲酸乙二醇酯的大分子链中，可以使得聚对苯二甲酸乙二醇酯原有的结构得到改变，以降低聚对苯二甲酸乙二醇酯的结晶能力，提高大分子链的柔顺性，苯酐和顺酐的加入也可以起到增韧的作用，而通过添加阻燃剂，可以提高阻燃性能。本发明还提供一种上述可降解pet材料的制备方法，称取配方量的所述pet基材、生物膨胀剂、谷氨酸组合物和生物复合酶于密炼机中混合密炼，其中，所述生物膨胀剂、所述谷氨酸组合物和所述生物复合酶在混合密炼过程中加入，密炼结束后挤出造粒，制得所述可降解pet材料。本发明还提供一种上述可降解pet材料在pet制品中的应用。与现有技术相比，本发明提供的可降解pet材料，当将pet材料填埋后，其中含有的谷氨酸组合物和生物复合酶能够吸引土壤中的微生物附着于可降解pet材料，当材料周围的微生物达到一定数量时，周围的ph值会受微生物影响，将周围的氧转化为二氧化碳和水。随着填埋后土壤温度的升高，材料内部的生物膨胀剂受外界条件影响，使材料中分子变大，分子外层越来越薄，与此同时，微生物菌群汲取材料中的谷氨酸组合物以及酶为养分，分泌出的酶或酸性物质将大分子逐渐分解为小分子，直接降解过程结束。本发明提供的可降解pet材料，降解速度快，降解效率高，具有很高的社会效益和经济效益。附图说明图1为本发明可降解pet材料的生物降解过程示意图；图2为本发明可降解pet材料土壤测试结果。具体实施方式为更好地说明本发明的目的、技术方案和有益效果，下面将结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明。需说明的是，下述实施所述方法是对本发明做的进一步解释说明，不应当作为对本发明的限制。本发明提供一种可降解pet材料，以重量份计，包括pet基材55～95份，具体可以为55份、57份、59份、60份、63份、65份、67份、70份、75份、80份、90份和95份；生物膨胀剂0.01～5份，具体可以为0.01份、0.5份、1份、1.2份、1.5份、2份、2.2份、2.7份、3份、4份、4.5份、5份；谷氨酸组合物0.1～3份，具体可以为0.1份、0.5份、0.55份、0.6份、0.7份、0.75份、0.8、1份、1.5份、2份、2.5份、3份；生物复合酶0.1～3份，具体可以为0.1份、0.5份、0.55份、1份、1.5份、1.75份、2份、2.5份、2.8份、3份。谷氨酸组合物包含谷氨酸、戊二酸和聚乳酸，谷氨酸参与微生物体内的众多反应，是微生物代谢的重要营养物质，可吸引土壤中的微生物聚集。生物复合酶包含氧化还原酶、转移酶、水解酶、裂解酶、连接酶中的一种或多种。生物复合酶促进自然界中物质的分解代谢，其中，氧化还原酶催化氧化还原反应，转移酶催化化学功能团转移，水解酶催化水解反应，裂解酶催化增加双键反应，异构酶催化异构反应，连接酶催化使用atp形成新建。生物复合酶为蛋白质，在某些情况下可水解为氨基酸，作为营养物质被吸收利用。pet基材由以下原料制得，以重量份计，包括聚对苯二甲酸乙二醇酯15～40份，具体可以为15份、18份、20份、22份、25份、30份、33份、35份、40份；二元醇30～50份，具体可以为30份、32份、35份、37份、40份、43份、45份、48份、50份；醋酸锌0.05～1份，具体可以为0.05份、0.06份、0.07份、0.08份、0.09份、1份；苯酐8～15份，具体可以为8份、10份、12份、13份、15份；顺酐10～25份，具体可以为10份、12份、13份、15份、20份、22份、25份；交联剂20～30份，具体可以为20份、22份、24份、25份、27份、29份、30份；阻燃剂1～2份，具体可以为1份、1.2份、1.3份、1.5份、1.7份、2份；引发剂0.01～1份，具体可以为0.01份、0.02份、0.03份、0.05份、0.07份、1份。二元醇优选为乙二醇，阻燃剂优选为氢氧化镁，引发剂优选为过氧化苯甲酰，pet基材的具体制备方法包括以下步骤：(1)称料：按配方量称取所述pet基材中的各个原料；(2)液体投料：将二元醇中的液体成分抽到聚合反应釜中；(3)固体投料：将聚对苯二甲酸乙二醇酯、苯酐、顺酐、阻燃剂、二元醇中的固体，按配方量投入聚合反应釜；(4)投料完毕后，升温至180℃～220℃，在催化剂醋酸锌的作用下聚对苯二甲酸乙二醇酯常压解聚生成对苯二甲酸和乙二醇；(5)对苯二甲酸、顺酐与二元醇经酯化、缩聚反应生成低分子量聚酯树脂溶液和水；(6)降温后的低分子量聚酯树脂溶液经放料管进入溶解釜，再加入交联剂、引发剂制得pet基材。下面将结合具体实施例进一步详细说明。实施例1本实施例中可降解pet材料包括以重量份计的pet基材95份，生物膨胀剂1.9份，谷氨酸组合物0.1份，生物复合酶3份。将pet基材称好于密炼机中混合密炼，再将生物膨胀剂、谷氨酸组合物和生物复合酶在混合密炼过程中加入，密炼温度为140℃，密炼结束后，经挤出机挤出造粒，制得本实施例中的可降解pet材料。在本实施例中，pet基材的原料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯29.45份，二元醇30份，醋酸锌1份，交联剂20份，苯酐8份、顺酐10份，阻燃剂1.5份，引发剂0.05份。二元醇为乙二醇，交联剂为苯乙烯，阻燃剂为氢氧化镁，引发剂为过氧化苯甲酰，本实施例中pet基材的具体制备方法包括以下步骤：(1)称料：按配方量称取所述pet基材中的各个原料；(2)液体投料：将二元醇中的液体成分抽到聚合反应釜中；(3)固体投料：将聚对苯二甲酸乙二醇酯、苯酐、顺酐、阻燃剂、二元醇中的固体，按配方量投入聚合反应釜；(4)投料完毕后，升温至180℃～220℃，在催化剂醋酸锌的作用下聚对苯二甲酸乙二醇酯常压解聚生成对苯二甲酸和乙二醇；(5)对苯二甲酸、顺酐与二元醇经酯化、缩聚反应生成低分子量聚酯树脂溶液和水；(6)降温后的低分子量聚酯树脂溶液经放料管进入溶解釜，再加入苯乙烯、引发剂制得pet基材。实施例2本实施例中可降解pet材料包括pet基材85份，生物膨胀剂5份，谷氨酸组合物3份，生物复合酶3份，木质素1份，载体树脂3份。将上述原料按份称好于密炼机中混合密炼，其中，pet基材、木质素和载体树脂在混合密炼前加入密炼机中，生物膨胀剂、谷氨酸组合物和生物复合酶在混合密炼过程中加入，密炼温度为140℃，密炼结束后，经挤出机挤出造粒，制得本实施例中的可降解pet材料。实施例3至实施例5的组分含量请参见表1，所有实施例中pet基材的原料和制备方法都相同。对比例1至对比例3的组分含量见表1。对比例1至对比例3的pet材料的制备方法同实施例1。表1各实施例及对比例组分含量表组分实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5对比例1对比例2对比例3pet基材958591.988.490959595生物膨胀剂1.95553.2--22谷氨酸组合物0.133322--3生物复合酶330.10.1333--木质素--1--0.50.8------载体树脂--3--31------对上述实施例和对比例中的pet材料制作成pet制品，并按astm-d5511标准进行降解率测试，结果如表2所示。表2各实施例及对比例降解率测试结果实施例降解率％实施例125.2实施例255.6实施例328.3实施例432实施例560.1对比例15对比例24.5对比例35表2为上述各个pet制品填埋于模拟垃圾土壤填埋环境1288天后，各个pet制品的降解率测试结果。从测试结果中可以看出，添加木质素和载体树脂有助于提高本发明中可降解pet材料的降解率。实施例5中生产的pet制品在降解后的成分，结果如表3所示。表3实施例5降解结果降解后成分含量总气体体积(ml)19400.8ch4含量(％)60ch4体积(ml)11634.0ch4质量(g)8.31co2含量(％)27.6co2体积(ml)5347.8co2质量(g)10.5测试样品质量(g)20理论样品质量(g)12.4生物降解质量(g)9.10降解率(％)60.1本发明中的可降解pet材料填埋后可降解为甲烷和二氧化碳，甲烷可作为新型能源再生利用。此外，astme1963的测试中，分别记录了在普通的土壤中种植的玉米种子，及填埋有可降解pet材料土壤中的大豆种子生长情况进行记录。从数据中得出，大豆种子的生长情况良好，并未受任何影响。结果可参见图2，图中backgroud为普通土壤，pet为填埋有可降解pet材料的土壤。本发明提供的可降解pet材料制得的pet制品，性能优异，具有实用价值。需要说明的是，本发明中提供的可降解pet材料可用于制作矿泉水瓶、纺织制品、杯垫、pet制品、包装桶、电子产品保护套等多种生活用品。本发明提供的可降解pet材料，当将pet材料在厌氧条件或者垃圾场填埋后，其中含有的谷氨酸组合物和生物复合酶能够吸引土壤中的微生物附着于可降解pet材料，当材料周围的微生物达到一定数量时，周围的ph值会受微生物影响，将周围的氧转化为二氧化碳和水。随着填埋后土壤温度的升高，材料内部的生物膨胀剂受外界条件影响，使材料中分子变大，分子外层越来越薄，与此同时，微生物菌群汲取材料中的谷氨酸组合物以及酶为养分，分泌出的酸性物质将大分子逐渐分解为小分子，直接降解过程结束，具体降解过程请参见图1。本发明提供的可降解pet材料，降解速度快，降解效率高，增加成本低具有很高的社会效益和经济效益。最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。当前第1页12