一種生物基聚烯烴復合材料及其制備方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及生物基高分子材料技術(shù)領域，尤其是涉及一種通過添加改性藍藻制備聚烯烴復合材料。
【背景技術(shù)】
[0002]塑料制品己被廣泛應用于國民經(jīng)濟的各個部門，這主要是由于其具有重量輕、機械性能良好、耐水耐化學腐蝕、外形美觀、制造安裝方便以及價格低廉等優(yōu)點；據(jù)統(tǒng)計，每年世界的塑料總產(chǎn)量近I億噸，這大約占三大合成材料總量的75%以上，與鋼鐵的體積產(chǎn)量比達到92%。然而，傳統(tǒng)塑料的化學穩(wěn)定性很好，在自然界中幾乎不能被降解，當塑料工業(yè)發(fā)展到一定程度時，被拋棄的塑料垃圾就越來越多，幾乎到了隨處可見的程度，因此，塑料本身存在的隱患逐漸暴露出來；比如在我國，一次性包裝塑料材料如以1/3計，每年就會有70多萬噸的塑料垃圾產(chǎn)生，同時，由于缺乏有效的回收與處理系統(tǒng)、相關的專項管理法規(guī)及經(jīng)濟政策，致使“白色污染”成為世界性的環(huán)境保護和社會問題。
[0003]治理“白色污染”的一條有效途徑是開發(fā)可生物降解塑料，它能從根源上解決問題，因此越來越受重視。可生物降解塑料在使用時具有優(yōu)良性能，廢棄后又能被微生物完全分解，最終被分解成對自然界中碳素循環(huán)的一個組成部分的高分子材料。其優(yōu)點主要有:可通過堆肥，最終回歸大地；減少隨意丟棄對野生動物造成的危害；分解時體積逐漸減小，減輕垃圾填埋場的壓力；焚燒時發(fā)熱量低，對環(huán)境和人類的危害小。然而真正意義的可降解塑料如聚乳酸、聚羥基脂肪酸酯、聚丁二酸丁二醇酯和聚己二酸/對苯二甲酸丁二酯等價格較貴且性能較傳統(tǒng)塑料，如聚丙烯和聚乙烯有一定差距，限制了其大規(guī)模開發(fā)和應用。用植物淀粉、植物蛋白質(zhì)等可降解材料填充改性高分子材料制備得到部分降解的復合材料受到世界各國的重視，該方法符合資源節(jié)約、成本經(jīng)濟、環(huán)境保護的理念；然而，植物來源的淀粉和蛋白質(zhì)，如玉米淀粉、大豆粉和大豆分離蛋白等用作復合材料的填充劑會導致食品價格上漲，影響動物飼料市場，而且占用更多的農(nóng)業(yè)耕地。
[0004]隨著經(jīng)濟和人口的快速增長，水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象日益嚴重，藍藻水華現(xiàn)象頻頻發(fā)生，太湖、滇池、巢湖等淡水湖泊每年都有數(shù)次的藍藻爆發(fā)，每天有數(shù)千噸的藍藻需要處理，藍藻含有較豐富蛋白質(zhì)、多糖等天然高分子聚合物，因此可以用作為填充劑，代替淀粉制備復合材料;Mark Ashton Zeller等人公開了將可食用微藻(螺旋藻和小球藻)與高密度聚乙烯共混熱壓制備熱塑性復合組合物的方法，然而通過簡單的共混藻在高密度聚乙烯中的分散性差，并且高密度聚乙烯和微藻之間難以產(chǎn)生較強的界面粘合力，因而影響復合材料的力學性能；另一方面，采用甘油作為增塑劑所制得的熱塑性復合組合物具有一定吸水性，且小分子增塑劑容易迀移從而影響復合材料的性能(Journal of Applied PolymerScience, 130:3263 - 3275，2013)。公開號CN104114689A的中國發(fā)明專利申請公開了一種藻類熱塑性塑料，將壓榨出油后的小球藻屬和原藻屬乙?；玫綗崴苄圆牧希撬玫脑迳镔|(zhì)蛋白質(zhì)含量低于15%，且濕法改性采用大量的?；噭┰黾恿松a(chǎn)成本。此外，使用的增塑劑不能和微藻生物質(zhì)之間產(chǎn)生化學鍵，同樣存在著增塑劑迀移的可能性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明提供一種生物基聚烯烴復合材料及其制備方法。本發(fā)明復合材料各組分相容性好，力學性能優(yōu)異，具有非常廣闊的應用前景；本發(fā)明不僅可以降低對石油基材料的依賴，減少“白色污染”，更為水華爆發(fā)期間提出一種藍藻變害為寶的處理方法，有利于保護生態(tài)環(huán)境。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]—種生物基聚烯烴復合材料，所述復合材料包含原料及各原料的重量份數(shù)為:改性藍藻30?60份，聚烯烴25?40份，反應型增塑劑5?20份，增容劑5?10份、潤滑劑I?5份，抗氧化劑0.1?0.5份。
[0008]所述改性藍藻的制備方法為:
[0009](I)將新鮮藍藻微波烘干至含水量I?10 %后，粉碎至80?200目，制得藍藻粉末；
[0010](2)稱取500?100g藍藻粉末，5?10g改性劑，充分混合均勻后加入到反應釜中，油浴加熱到70?90°C，20?50轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下攪拌，反應I?3h后，出料；所述改性劑為乙酸酐、馬來酸酐、琥珀酸酐、正辛酰氯中的一種或多種；
[0011](3)用丙酮洗去未參加反應的改性劑，重復3次，置于80?200°C烘箱中烘至恒重得到改性藍藻。
[0012]所述藍藻為微囊藻、魚腥藻、螺旋藻、節(jié)旋藻、擬項圈藻、腔球藻、尖頭藻、顫藻、片藻、席藻、節(jié)球藻、小球藻中的一種或多種。
[0013]所述藍藻所含蛋白質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)不低于30%。
[0014]所述聚烯烴為低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、均聚聚丙烯、共聚聚丙烯中的一種或多種。
[0015]所述反應型增塑劑為環(huán)氧大豆油、環(huán)氧玉米油、環(huán)氧葵花籽油、環(huán)氧菜籽油中的一種或多種。
[0016]所述增容劑為乙烯-乙酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-乙烯醇共聚物中的一種或多種。
[0017]所述潤滑劑為硬脂酸、乙撐雙硬脂酸酰胺中的一種或兩種混合物；所述抗氧化劑為抗氧化劑1010。
[0018]—種生物基聚烯烴復合材料的制備方法，包括如下步驟:
[0019](I)將改性藍藻30?60份，聚烯烴25?40份，反應型增塑劑5?20份，增容劑5?10份、潤滑劑I?5份，抗氧化劑0.1?0.5份置于高速攪拌機中混合均勾；
[0020](2)通過同向雙螺桿擠出機擠出造粒，制得所述生物基聚烯烴復合材料；熔融共混溫度為90?190 °C，螺桿轉(zhuǎn)速為200?600轉(zhuǎn)/分鐘。
[0021]本發(fā)明有益的技術(shù)效果在于:
[0022]1、本發(fā)明復合材料通過對有害藍藻進行干法改性制成高分子材料的填充劑，為藻華爆發(fā)期間藍藻變廢為寶的提供了一種切實可行的處理方法，有利于保護生態(tài)環(huán)境。
[0023]2、本發(fā)明復合材料采用藍藻為原料，該原料簡單易得，降低了本發(fā)明復合材料的制備成本，同時該復合材料力學性能優(yōu)異，可廣泛應用于農(nóng)業(yè)、包裝和環(huán)保等領域。
[0024]3、本發(fā)明制備過程中通過干法對藍藻進行改性，能夠有效降解藍藻生物質(zhì)中的藻毒素。
[0025]4、本發(fā)明制備過程中通過加入反應性型增塑劑使得改性藍藻和增塑劑之間產(chǎn)生化學鍵，降低了增塑劑迀移對復合材料力學性能的影響。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明進行具體描述。
[0027]實施例1
[0028]—種生物基聚烯烴復合材料，制備方法如下:
[0029](I)將新鮮微囊藻(蛋白質(zhì)含量為36% )微波烘干至含水量為10%后，粉碎至80目，制得微囊藻粉末；
[0030](2)稱取100g微囊藻粉末，50g乙酸酐，充分混合均勻后加入到反應釜中，油浴加熱到70°C，50轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下攪拌，反應3h后，出料；
[0031 ] (3)用丙酮洗去未參加反應的改性劑乙酸酐，重復3次，置于190