一种高阻燃、可降解工程塑料及其制备方法和应用与流程

本技术涉及可降解材料，尤其涉及一种高阻燃、可降解工程塑料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、由于人们对工业高度发达的负面影响预料不够，预防不利，导致了全球性的三大危机：资源短缺、环境污染、生态破坏。其中环境污染问题尤为严重，且首当其冲的就是塑料污染。

2、近年来用生物可降解塑料替代传统塑料被认为是应对塑料污染危机的有效途径。因此，迫切需要开发并推广环保可生物降解材料来缓解当前的环境压力。而淀粉则被认为是其中最有前途的生物可降解材料。淀粉类农副产品来源广泛、产量高、成本低通过，合理地利用可以替代传统石油能源。但是，淀粉颗粒是部分结晶结构，分子间氢键的作用力较强，当其受到热和力同时作用时，流动性极差，加工成型困难。并且，采用淀粉制备淀粉基塑料与传统塑料相比，其力学性能、热稳定性能及耐水性能等仍需要提高。

3、目前已有将可降解材料应用于农业器具中的先例。如可降解秸秆花盆，这种花盆在育苗完成后，可随花卉一起种植到土壤中，花盆经生物分解后又是一种优质肥料，同时还可避免花卉成长过程中的移栽所造成的根系损伤，节省时间，提高园艺种植的效率(参考文献：[1]滕翠青,杨军.一次性可降解秸秆花盆的研制[j].中小企业科技,2003(01):23.)。但该花盆的降解周期较长，60天内仅能部分分解，不适用于生长周期短的农作物。也有人采用可降解材料制作更加容易分解的纸质花盆，采用废旧纸浆作材料，加入防水剂，通过成型机利用真空吸水原理经网模抽真空成型，烘干后表面喷涂生物蜡制成，盆栽一次性使用后可自行降解，减少了瓦砾垃圾(文献参考：[2].可降解纸质花盆[j].资源开发与市场,2000(05):319.)。但该种纸质花盆，力学性能和阻燃性能仍有待提高。

4、因此，目前亟需一种力学性能好、降解速度快、阻燃性能好的可生物降解的工程塑料以适应农业器具的使用要求。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种可降解工程塑料及其制备方法和应用，该可降解工程塑料兼具优异的生物降解性能、力学性能和阻燃性能。

2、一方面，本技术提供了一种可降解工程塑料的制备方法，所述方法包括如下步骤：

3、步骤一、将淀粉与水均匀混合，加入复合酶制剂，进行糊化处理，获得糊化淀粉；所述复合酶制剂包括植酸酶和/或酸性磷酸酶；

4、步骤二、将所述糊化淀粉加入三聚磷酸钠，交联，获得改性淀粉；

5、步骤三、向所述改性淀粉中加入醇类增塑剂、阻燃剂、表面活性剂混合均匀，熔融共混、挤出造粒，干燥即得可降解工程塑料；所述醇类增塑剂为环氧脂肪酸甲酯；所述阻燃剂选自间苯二酚双[二(2,6-二甲基苯基)磷酸酯]、对苯二酚双(二苯基磷酸酯)、间苯二酚双(二苯基磷酸酯)、磷酸苯基(二叔丁基苯基)酯、双酚a双(二苯基磷酸酯)中的一种或多种；所述表面活性剂为烷基糖苷。

6、进一步的，所述淀粉选自豌豆淀粉、玉米淀粉、小麦淀粉、绿豆淀粉中的一种或多种；优选的，豌豆淀粉；

7、更优选的，所述步骤一中，淀粉与水的质量比为1：(1-10)。

8、更优选的，淀粉与水的质量比为1:5。

9、在一种优选的实施方式中，淀粉与水的料液比为1g：5ml。

10、进一步的，所述复合酶制剂由质量比为1:(1-5)的植酸酶和酸性磷酸酶组成；

11、优选的，以质量百分比计，所述复合酶制剂的加入量为1％-5％；

12、优选的，所述糊化处理，处理温度为30℃-60℃，ph为4-6，转速为100-300rpm，处理时间为0.1-1h。

13、优选的，所述复合酶制剂由质量比为1:1的植酸酶和酸性磷酸酶组成。

14、在一种优选的实施方式中，所述复合酶制剂是酶活为3千-3万u/g的液体酶制剂。

15、在一种优选的实施方式中，所述复合酶制剂的加入量为基于淀粉质量的1％-5％。

16、更优选的，所述复合酶制剂的加入量为2％。

17、更优选的，所述糊化处理，处理温度为55℃，ph为5，转速为200rpm，处理时间为0.5h。

18、进一步的，所述步骤二中，以质量百分比计，所述三聚磷酸钠的加入量为10％-20％；

19、优选的，所述交联，交联温度为37℃-50℃，交联时间为1-5h。

20、在一种优选的实施方式中，所述三聚磷酸钠的加入量为基于糊化淀粉质量的10％-20％。

21、优选的，所述三聚磷酸钠的加入量为15％。

22、更优选的，交联温度为40℃，交联时间为3h。

23、进一步的，所述改性淀粉、醇类增塑剂、阻燃剂、表面活性剂的质量比为1:(0.1-0.3):(0.5-0.6):(0.03-0.04)；

24、优选的，所述阻燃剂包括质量比为1:(1-2):(1-2):(1-2):(1-2)的间苯二酚双[二(2,6-二甲基苯基)磷酸酯]、对苯二酚双(二苯基磷酸酯)、间苯二酚双(二苯基磷酸酯)、磷酸苯基(二叔丁基苯基)酯、双酚a双(二苯基磷酸酯)。

25、更优选的，所述改性淀粉、醇类增塑剂、阻燃剂、表面活性剂的质量比为54:16:28:2。

26、更优选的，所述阻燃剂包括质量比为1:1:2:1:1的间苯二酚双[二(2,6-二甲基苯基)磷酸酯]、对苯二酚双(二苯基磷酸酯)、间苯二酚双(二苯基磷酸酯)、磷酸苯基(二叔丁基苯基)酯、双酚a双(二苯基磷酸酯)。

27、在一种优选的实施方式中，所述步骤三中，将改性豌豆淀粉、环氧脂肪酸甲酯、阻燃剂、烷基糖苷以质量比为54:16:28:2混合；阻燃剂由质量比为1:1:2:1:1的间苯二酚双[二(2,6-二甲基苯基)磷酸酯]、对苯二酚双(二苯基磷酸酯)、间苯二酚双(二苯基磷酸酯)、磷酸苯基(二叔丁基苯基)酯、双酚a双(二苯基磷酸酯)组成。

28、进一步的，所述步骤三中，所述熔融，温度为150℃-170℃；

29、优选的，所述混合为转速1000-2000rpm条件下混合10-20min。

30、优选的，所述熔融，温度为160℃。

31、更优选的，所述混合为1500rpm条件下混合15min。

32、在一种优选的实施方式中，一种可降解工程塑料的制备方法包括如下步骤：

33、步骤一、将豌豆淀粉与水以质量比1：(1-10)均匀混合，以质量百分比计，加入基于豌豆淀粉质量1％-5％的复合酶制剂，进行糊化处理，复合酶由质量比为1:(1-5)的植酸酶和酸性磷酸酶组成，处理温度为30℃-60℃，ph为4-6，100-300rpm，处理时间0.1-1h，获得糊化豌豆淀粉；

34、步骤二、将所述糊化豌豆淀粉冷却至37℃-50℃后，加入糊化豌豆淀粉质量10％-20％的三聚磷酸钠，使其37℃-50℃交联1-5h，获得改性豌豆淀粉；

35、步骤三，向所述改性豌豆淀粉中加入环氧脂肪酸甲酯、阻燃剂、烷基糖苷以质量比为1:(0.1-0.3):(0.5-0.6):(0.03-0.04)混合，高速混合机中1000-2000rpm混合10-20min，混合均匀，在双螺杆挤出机中，150℃-170℃进行熔融共混挤出造粒，干燥后制得可降解工程塑料。

36、阻燃剂由质量比为1:(1-2):(1-2):(1-2):(1-2)的间苯二酚双[二(2,6-二甲基苯基)磷酸酯]、对苯二酚双(二苯基磷酸酯)、间苯二酚双(二苯基磷酸酯)、磷酸苯基(二叔丁基苯基)酯、双酚a双(二苯基磷酸酯)组成。

37、另一方面，本技术还提供了一种如上述的方法制备的可降解工程塑料。

38、另一方面，本技术还提供了如上述的方法制备的可降解工程塑料或如上述的可降解工程塑料在农业领域中的应用。

39、进一步的，所述应用为可降解工程塑料在制备农业器具中的应用。

40、进一步的，所述农业器具包括穴盘、育苗盘和/或花盆。

41、在一种优选的实施方式中，所述农业器具用于种植玉米。

42、在一种优选的实施方式中，所述穴盘、育苗盘和/或花盆可用于种植植物幼苗。在植物幼苗需移栽入田间时，无需剥离穴盘与幼苗，可直接将幼苗和穴盘一同栽入土壤中，避免了移栽过程中因剥离幼苗和穴盘容易造成幼苗根部损伤的问题，并且能够伴随植物的生长快速降解在田间，不影响植物后期生长发育，大大提高了生产操作效率。

43、本发明具有如下有益效果：

44、1、本技术中首次采用三聚磷酸钠与豌豆淀粉进行交联改性，获得了崩解率高的改性豌豆淀粉材料；

45、2、本技术中采用(植酸酶和酸性磷酸酶)酶解预糊化豌豆淀粉的方法，进一步提高了改性豌豆淀粉材料在土壤中的分解率，使其兼具高分解率和高崩解率的优异的生物降解性能，使其能够广泛的应用于绿色环保用具中，尤其是制备的玉米穴盘，使用时能够将玉米与该材料制备的穴盘一同移栽入土壤，避免了普通移栽时因剥离植株与穴盘造成的植株根部损伤，并且该穴盘能够随玉米的生长快速在土壤中分解，不影响玉米后期生长发育；

46、3、本技术还提供了一种全部采用无毒无害可降解成分制备的可降解工程塑料，该可降解工程塑料在保证其生物降解性能的同时，还具有较好的力学性能和阻燃性能，能够满足农业领域日常种植需求和防火需要。