本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种高强度环保塑胶材料及其制备方法。
背景技术：
随着经济的发展及人们生活水平的提高，家电、汽车、手机、pc、医疗器械等行业飞速发展，这些行业对塑胶材料的需求量越来越大，同时对塑胶件的性能要求也呈现出高端化、多样化、精密化的趋势。塑胶件的制备材料塑胶材料由于具有质量轻、强度大、价格低、易成型加工等优点成为金属材料的良替代品，被应用于日常生活中的各个领域，已经成为了生活的一部分。
随着塑胶材料的大量使用，传统塑胶材料的缺陷也逐渐凸显出来，如传统塑胶材料制品因其主要仰赖石化原料来源，生产过程中会产生大量温室气体，造成日益严重的全球气候变化问题。此外，塑胶材料废弃物的处理不当会造成多重的环境污染，由于使用周期短，处理这些废弃物需付出极高的环境与成本代价。除此之外，市面上的普通塑胶材料质量不稳定，抗老化性能并不佳，易发生发生龟裂，耐磨性、耐油性、抗氧化性、阻燃性能差，性脆，抗冲击强度低，由于分子链的刚性，易引起应力开裂。这些缺陷阻碍了塑胶材料的进一步发展。
中国发明专利cn106543482a公开了一种稳定的塑胶材料，按照重量份数计算，包括如下原料：二氧化硅10-20份、石英砂3-5份、甲基纤维素15-25份、热塑性聚氨酯树脂10-12份、氧化铝2-4份、偶联剂1-3份、云母粉3-5份、纳米碳酸钙6-8份、成核剂1-3份、复合稳定剂1-3份，本发明的稳定的塑胶材料就不要良好的稳定性，不易发生变质现象，同时具有一定的强度，使用范围广，对环境影响小。但是这种材料阻燃性能差，强度还有待进一步提高，组分多，易出现外渗现象，不适合大规模生产。
因此，开发一种高性能环保塑胶材料符合市场需求，对促进塑胶行业的发展，解决塑胶材料带来的白色污染问题具有积极作用。
技术实现要素：
为了克服现有技术中的缺陷，本发明提供一种高强度环保塑胶材料及其制备方法，该制备方法简单易行，原料易得，价格低廉，对设备要求不高，适合工业化生产；通过所述制备方法制备得到的高强度环保塑胶材料克服了传统塑胶材料性脆，抗冲击性能低，易引起应力开裂，耐磨性、耐油性、抗氧化性、阻燃性能差的不足，具有优异的力学强度、耐磨性、耐油性、抗氧化性和阻燃性能，化学稳定性好，使用安全环保。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是，一种高强度环保塑胶材料，由下述重量份的组分制成：端壳聚糖聚2,5-呋喃二羧酸1,3-金刚烷二醇酯100份、硅藻土5-10份、偶联剂1-3份、抗冲击改性剂1-3份、抗紫外老化剂1-3份。
优选地，所述抗冲击改性剂选自丙烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物中的一种或几种。
优选地，所述偶联剂选自硅烷偶联剂kh550、硅烷偶联剂kh560、硅烷偶联剂kh570中的一种或几种。
所述抗紫外老化剂选自水杨酸苯酯、2,4-二羟基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮中的一种或几种。
优选地，所述端壳聚糖聚2,5-呋喃二羧酸1,3-金刚烷二醇酯的制备方法，包括如下步骤：将2,5-呋喃二羧酸、1,3-金刚烷二醇加入高沸点溶剂中后，再向其中加二环己基碳二亚胺、4-二甲氨基吡啶，在氮气或惰性气体氛围下冰水浴条件下搅拌0.5-1小时，再在60-80℃下搅拌反应20-24小时，后加入壳聚糖，继续搅拌反应2-3小时，反应结束后，在水中沉出，并用二氯甲烷洗涤产物5-8次，再置于真空干燥箱中75-85℃下烘18-24小时，得到端壳聚糖聚2,5-呋喃二羧酸1,3-金刚烷二醇酯；
较佳地，步骤1)中所述2,5-呋喃二羧酸、1,3-金刚烷二醇、高沸点溶剂、二环己基碳二亚胺、4-二甲氨基吡啶、壳聚糖的质量比为1:(1-1.05):(5-10)(0.3-0.5):0.5:(0.2-0.4)。
优选地，所述高沸点溶剂选自二甲亚砜、n,n-二甲基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮中的一种或几种。
优选地，所述惰性气体选自氦气、氖气、氩气中的一种或几种。
优选地，所述高强度环保塑胶材料的制备方法，包括如下步骤：
s1、按比例将端壳聚糖聚2,5-呋喃二羧酸1,3-金刚烷二醇酯、硅藻土、偶联剂投入高速混合机中，混合至均匀，接着向高速混合机中投入抗冲击改性剂和抗紫外老化剂，再次混合均匀后，得到混合料；
s2、将经过步骤s1得到的混合料倒入双螺杆挤出机中挤出成型，得到高强度环保塑胶材料成品。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
1)本发明提供的高强度环保塑胶材料的制备方法，简单易行，原料易得，价格低廉，对设备要求不高，适合工业化生产。
2)本发明提供的高强度环保塑胶材料，克服了传统塑胶材料性脆，抗冲击性能低，易引起应力开裂，耐磨性、耐油性、抗氧化性、阻燃性能差的不足，具有优异的力学强度、耐磨性、耐油性、抗氧化性和阻燃性能，化学稳定性好，使用安全环保。
3)本发明提供的高强度环保塑胶材料，在分子主链引入金刚烷结构，有力保证了塑胶材料优异的力学性能，与2,5-呋喃二羧酸发生缩聚成酯反应，并用可生物降解的壳聚糖封端。一方面，能有效提高废弃塑胶材料的自降解能力，减少环境污染，使用更加绿色安全；另一方面，能有效提高塑胶材料的韧性、化学稳定性等性能。
4)本发明提供的高强度环保塑胶材料，各种成分协同作用，使得塑胶材料综合性能优异，添加剂添加量少，成分不复杂，有效避免了使用过程中黄变和外渗现象，降低了成本。
具体实施方式
为了使本技术领域人员更好地理解本发明的技术方案，并使本发明的上述特征、目的以及优点更加清晰易懂，下面结合实施例对本发明做进一步的说明。实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
本发明下述实施例中所使用的原料来自于上海泉昕进出口贸易有限公司。
实施例1
一种高强度环保塑胶材料，由下述重量份的组分制成：端壳聚糖聚2,5-呋喃二羧酸1,3-金刚烷二醇酯100份、硅藻土5份、硅烷偶联剂kh5501份、丙烯酸酯1份、水杨酸苯酯1份。
所述端壳聚糖聚2,5-呋喃二羧酸1,3-金刚烷二醇酯的制备方法，包括如下步骤：将2,5-呋喃二羧酸100g、1,3-金刚烷二醇100g加入二甲亚砜500g中后，再向其中加二环己基碳二亚胺30g、4-二甲氨基吡啶50g，在氮气氛围下冰水浴条件下搅拌0.5小时，再在60℃下搅拌反应20小时，后加入壳聚糖20g，继续搅拌反应2小时，反应结束后，在水中沉出，并用二氯甲烷洗涤产物5次，再置于真空干燥箱中75℃下烘18小时，得到端壳聚糖聚2,5-呋喃二羧酸1,3-金刚烷二醇酯；
所述高强度环保塑胶材料的制备方法，包括如下步骤：
s1、按比例将端壳聚糖聚2,5-呋喃二羧酸1,3-金刚烷二醇酯、硅藻土、硅烷偶联剂kh550投入高速混合机中，混合至均匀，接着向高速混合机中投入丙烯酸酯和水杨酸苯酯，再次混合均匀后，得到混合料；
s2、将经过步骤s1得到的混合料倒入双螺杆挤出机中挤出成型，得到高强度环保塑胶材料成品。
实施例2
一种高强度环保塑胶材料，由下述重量份的组分制成：端壳聚糖聚2,5-呋喃二羧酸1,3-金刚烷二醇酯100份、硅藻土7份、硅烷偶联剂kh5602份、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物2份、2,4-二羟基二苯甲酮2份。
所述端壳聚糖聚2,5-呋喃二羧酸1,3-金刚烷二醇酯的制备方法，包括如下步骤：将2,5-呋喃二羧酸100g、1,3-金刚烷二醇102g加入n,n-二甲基甲酰胺750g中后，再向其中加二环己基碳二亚胺35g、4-二甲氨基吡啶50g，在氦气氛围下冰水浴条件下搅拌0.7小时，再在65℃下搅拌反应21.5小时，后加入壳聚糖25g，继续搅拌反应2.3小时，反应结束后，在水中沉出，并用二氯甲烷洗涤产物6次，再置于真空干燥箱中78℃下烘20小时，得到端壳聚糖聚2,5-呋喃二羧酸1,3-金刚烷二醇酯；
所述高强度环保塑胶材料的制备方法，包括如下步骤：
s1、按比例将端壳聚糖聚2,5-呋喃二羧酸1,3-金刚烷二醇酯、硅藻土、硅烷偶联剂kh560投入高速混合机中，混合至均匀，接着向高速混合机中投入甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物和2,4-二羟基二苯甲酮，再次混合均匀后，得到混合料；
s2、将经过步骤s1得到的混合料倒入双螺杆挤出机中挤出成型，得到高强度环保塑胶材料成品。
实施例3
一种高强度环保塑胶材料，由下述重量份的组分制成：端壳聚糖聚2,5-呋喃二羧酸1,3-金刚烷二醇酯100份、硅藻土8份、硅烷偶联剂kh5702份、丙烯酸酯3份、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮2份。
所述端壳聚糖聚2,5-呋喃二羧酸1,3-金刚烷二醇酯的制备方法，包括如下步骤：将2,5-呋喃二羧酸100g、1,3-金刚烷二醇103g加入n-甲基吡咯烷酮800g中后，再向其中加二环己基碳二亚胺40g、4-二甲氨基吡啶50g，在氖气氛围下冰水浴条件下搅拌0.8小时，再在70℃下搅拌反应22小时，后加入壳聚糖30g，继续搅拌反应2.5小时，反应结束后，在水中沉出，并用二氯甲烷洗涤产物6次，再置于真空干燥箱中81℃下烘21小时，得到端壳聚糖聚2,5-呋喃二羧酸1,3-金刚烷二醇酯；
所述高强度环保塑胶材料的制备方法，包括如下步骤：
s1、按比例将端壳聚糖聚2,5-呋喃二羧酸1,3-金刚烷二醇酯、硅藻土、硅烷偶联剂kh570投入高速混合机中，混合至均匀，接着向高速混合机中投入丙烯酸酯3份和2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮，再次混合均匀后，得到混合料；
s2、将经过步骤s1得到的混合料倒入双螺杆挤出机中挤出成型，得到高强度环保塑胶材料成品。
实施例4
一种高强度环保塑胶材料，由下述重量份的组分制成：端壳聚糖聚2,5-呋喃二羧酸1,3-金刚烷二醇酯100份、硅藻土9份、偶联剂3份、抗冲击改性剂2份、抗紫外老化剂3份；所述抗冲击改性剂是丙烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物按质量比2:3混合而成；所述偶联剂是硅烷偶联剂kh550、硅烷偶联剂kh560、硅烷偶联剂kh570按质量比1:2:3混合而成的混合物；所述抗紫外老化剂是水杨酸苯酯、2,4-二羟基二苯甲酮按质量比3:5混合而成的混合物。
所述端壳聚糖聚2,5-呋喃二羧酸1,3-金刚烷二醇酯的制备方法，包括如下步骤：将2,5-呋喃二羧酸100g、1,3-金刚烷二醇104g加入n,n-二甲基甲酰胺900g中后，再向其中加二环己基碳二亚胺45g、4-二甲氨基吡啶50g，在氖气氛围下冰水浴条件下搅拌0.9小时，再在75℃下搅拌反应23小时，后加入壳聚糖35g，继续搅拌反应2.7小时，反应结束后，在水中沉出，并用二氯甲烷洗涤产物7次，再置于真空干燥箱中83℃下烘23小时，得到端壳聚糖聚2,5-呋喃二羧酸1,3-金刚烷二醇酯；
所述高强度环保塑胶材料的制备方法，包括如下步骤：
s1、按比例将端壳聚糖聚2,5-呋喃二羧酸1,3-金刚烷二醇酯、硅藻土、偶联剂投入高速混合机中，混合至均匀，接着向高速混合机中投入抗冲击改性剂和抗紫外老化剂，再次混合均匀后，得到混合料；
s2、将经过步骤s1得到的混合料倒入双螺杆挤出机中挤出成型，得到高强度环保塑胶材料成品。
实施例5
一种高强度环保塑胶材料，由下述重量份的组分制成：端壳聚糖聚2,5-呋喃二羧酸1,3-金刚烷二醇酯100份、硅藻土10份、硅烷偶联剂kh5603份、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物3份、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮3份。
所述端壳聚糖聚2,5-呋喃二羧酸1,3-金刚烷二醇酯的制备方法，包括如下步骤：将2,5-呋喃二羧酸100g、1,3-金刚烷二醇105g加入n-甲基吡咯烷酮1000g中后，再向其中加二环己基碳二亚胺50g、4-二甲氨基吡啶50g，在氮气氛围下冰水浴条件下搅拌1小时，再在80℃下搅拌反应24小时，后加入壳聚糖40g，继续搅拌反应3小时，反应结束后，在水中沉出，并用二氯甲烷洗涤产物8次，再置于真空干燥箱中85℃下烘24小时，得到端壳聚糖聚2,5-呋喃二羧酸1,3-金刚烷二醇酯；
所述高强度环保塑胶材料的制备方法，包括如下步骤：
s1、按比例将端壳聚糖聚2,5-呋喃二羧酸1,3-金刚烷二醇酯、硅藻土、硅烷偶联剂kh560投入高速混合机中，混合至均匀，接着向高速混合机中投入甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物和2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮，再次混合均匀后，得到混合料；
s2、将经过步骤s1得到的混合料倒入双螺杆挤出机中挤出成型，得到高强度环保塑胶材料成品。
对比例
本例提供一种高强度环保塑胶材料，制备方法及配方同中国发明专利201410164508.5实施例1。
对上述实施例1-5以及对比例高强度环保塑胶材料进行测试，测试方法及测试结果见表1。
表1塑胶材料性能检测结果
从上表可以看出，本发明公开的高强度环保塑胶材料相对现有技术中的塑胶材料，具有更优异的耐冲击性能、拉伸性能、耐磨性和抗紫外老化性能。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。