一种可降解的PP复合材料及其制备方法与流程

本技术涉及高分子材料，尤其涉及一种可降解的pp复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、塑料制品、橡胶制品和纤维制品在工业上被大批量生产，且同时被广泛地用于日常生活和工业领域中。许多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。

2、聚丙烯(polypropylene，简称pp)是一种半结晶的热塑性塑料。具有较高的耐冲击性，机械性质强韧，抗多种有机溶剂和酸碱腐蚀。在工业界有广泛的应用，是常见的高分子材料之一。主要用于各种长、短丙纶纤维的生产，用于生产聚丙烯编制袋、打包袋、注塑制品等用于生产电器、电讯、灯饰、照明设备、手机配件及保护套、电视机的阻燃零部件、包装材料。据统计：废旧料中聚丙烯(pp)所占比例约为20％，可见，废旧塑料中pp占有相当大的比例，所以聚丙烯材料的回收处理成了大家关注的热点。

3、因此如何更好的优化pp塑料的降解性能，从而减小环境污染，成为当前的研究热点。

技术实现思路

1、为了解决pp复合材料的可降解性问题，本技术提供了一种可降解的pp复合材料及其制备方法。

2、第一方面，本技术提供一种可降解的pp复合材料采用如下技术方案：

3、一种可降解的pp复合材料，包括以下质量份数的原料：pp 48-52份、茶纤维28-32份、无机粉18-22份、光敏剂0.8-1.2份、分解助剂1.5-1.8份、分散剂1.2-1.5份，其中，所述分解助剂为半乳糖、维生素e聚乙二醇琥珀酸酯、二异硬脂醇苹果酸酯按照质量比1:4-7:2-4的组合物。

4、通过采用上述技术方案，本技术通过选择适当的配方和合理的配比，这些组分的作用和协同作用使得获得的可降解的pp复合材料能够有较高的填充率、良好的强度和刚性，并且可快速完全降解，具有很好的环境友好性。pp：聚丙烯是一种具有良好的物理性能和热稳定性的塑料，用作基础材料可以提供材料的强度和韧性。茶纤维：茶纤维是从茶叶中提取的天然纤维，具有良好的填充性能和增强效果，能够提高材料的刚性、强度和可降解性。无机粉：无机粉是指无机物质的微细粉末，可以增加材料的硬度、耐磨性、耐高温性能及有利于pp复合材料的降解。光敏剂：光敏剂具有吸收光能并催化光化学反应的能力，催化分解助剂的光敏分解。分解助剂：分解助剂是使材料可降解的重要组分，协同光敏剂达到降解效果。其中，半乳糖、维生素e聚乙二醇琥珀酸酯和二异硬脂醇苹果酸酯的组合物能够提供有效的降解性能。分散剂：分散剂的作用是使各组分均匀分散在pp基体中，避免组分沉淀和凝结，保证材料的均一性和稳定性。这些组分的协同作用是：茶纤维和无机粉提供增强效果，提高材料pp复合材料的硬度、强度、耐磨性和可降解；光敏剂和分解助剂协同作用实现对材料的光敏分解，使pp复合材料能够在特定条件下快速降解；分散剂确保各组分均匀分散在基体中，提高pp复合材料的均一性和稳定性。综合起来，这些组分的作用和协同作用使得该材料能够有较高的填充率、良好的强度和刚性，并且在特定条件下可快速完全降解，具有很好的环境友好性，这一技术有助于减少塑料污染，提升材料的可持续性和环境友好性。

5、优选的，所述分解助剂为半乳糖、维生素e聚乙二醇琥珀酸酯、二异硬脂醇苹果酸酯按照质量比1:5:3的组合物。

6、通过采用上述技术方案，在可降解的pp复合材料中，分解助剂是其中一个重要的组分。具体来说，精准控制分解助剂组成物的比例，有利于加速降解速度、提高降解产物的溶解性、提高生物安全性以及促进材料的全程可降解。可以进一步提高材料的可降解性，推动可持续发展和环境保护。分解助剂由半乳糖、维生素e聚乙二醇琥珀酸酯和二异硬脂醇苹果酸酯按照质量比1:5:3的组合物构成，促进材料的降解和生物降解过程。首先，半乳糖是一种具有良好可降解性的天然多糖，能够为材料提供降解的起始因素，并促进降解过程的进行，它可以被生物酶降解为可溶性低聚糖，并最终转化为水和二氧化碳。维生素e聚乙二醇琥珀酸酯是一种生物降解性的聚合物，具有良好的稳定性和可降解性能，它可以通过水解反应将材料分解成多个小分子，从而加速材料的降解过程。二异硬脂醇苹果酸酯是一种具有良好可降解性的脂肪酸酯，能够分解成二异硬脂醇和苹果酸，它可以为材料提供降解的机理，并促进材料的生物降解。分解助剂各组分之间存在协同作用，通过不同的降解机制相互作用，从而加速材料的降解过程。具体来说，半乳糖、维生素e聚乙二醇琥珀酸酯和二异硬脂醇苹果酸酯的结合增加了材料的降解活性和速率。同时，它们还能够协同作用，进一步促进材料的降解，并提高降解产物的溶解性和生物安全性。利用分解助剂协同作用可以实现以下几个方面的优化：降解速度提高：分解助剂的加入可以引发材料的降解反应，并且协同作用可以加速降解速度。不同分解助剂的结合可以作用于不同的降解机制，从而实现更快的降解速度。降解产物的溶解性提高：分解助剂在降解过程中可以分解成小分子，这些小分子往往具有更好的溶解性和生物兼容性。因此，分解助剂的协同作用可以增加降解产物的溶解性，提高其在环境中的降解和分散性能。生物安全性提高：分解助剂在降解过程中可以将材料分解成具有良好可降解性和生物安全性的小分子。因此，分解助剂的协同作用可以降低材料降解产物对环境和生物的潜在危害。促进材料的全程可降解：分解助剂的协同作用可以通过多种降解机制相互作用，实现从材料的降解到最终的养分回收和环境友好的全程可降解。这有助于将材料的循环利用提升到更高的水平。

7、总之，分解助剂可降解的pp复合材料提供降解的重要因素，并通过不同的降解机制相互作用，加速材料的降解过程。其协同作用可以提高材料的降解活性和速率，提高降解产物的溶解性和生物安全性。

8、优选的，所述光敏剂为苯甲酰亚胺、二苯甲酮、硬脂酸铈、硬脂酸镍、十二烷基二茂铁按照质量百分比为5:1-4:1-3:2-4:2-5的组合物。

9、优选的，所述光敏剂为苯甲酰亚胺、二苯甲酮、硬脂酸铈、硬脂酸镍、十二烷基二茂铁按照质量百分比为5:2:2:3:3的组合物。

10、通过采用上述技术方案，光敏剂的作用是引发光照下的光敏反应。具体来说，苯甲酰亚胺和二苯甲酮是光敏剂，它们能够吸收光能并引发化学反应，苯甲酰亚胺和二苯甲酮在光照下会产生激发态的物质，这些激发态物质能够与硬脂酸铈和硬脂酸镍发生反应，生成更活跃的中间体，促进光敏反应的进行。硬脂酸铈和硬脂酸镍是催化剂，它们能够促进光敏反应的进行；十二烷基二茂铁是强化剂，它能够提高材料的光敏反应效果。这些光敏剂按照质量百分比为5:2:2:3:3的组合物能够协同作用，实现以下效果：引发光敏反应：光敏剂吸收光能后，可以引发与分解助剂相互作用，产生化学反应。这种反应可导致复合材料分解并逐步降解。加速分解过程：催化剂的存在可以加速光敏反应的进行，使分解过程更快、更彻底。硬脂酸铈和硬脂酸镍的催化作用可以降低反应的能量限制和活化能，促使分解助剂更容易发生反应，从而提高复合材料的降解速度。提高复合材料的稳定性：强化剂的存在可以增强光敏剂的光吸收能力，进一步提高材料的光敏反应效果。这样可以在较短的时间内引发更多的化学反应，并增强复合材料的分解性能。因此，这些光敏剂的组合物促进复合材料的降解，并且协同作用可以提高降解速度和效果，从而实现完全可降解的目标。

11、优选的，所述分散剂为聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种。

12、通过采用上述技术方案，在pp复合材料中，首先分散剂可以提高原料的分散性能，使得pp复合材料中的各种原料均匀分散在一起。由于茶纤维、无机粉等原料在复合材料中可能会出现团聚现象，分散剂可以有效地防止这种团聚，从而确保各种原料的均匀分散，提高材料的力学性能和加工性能。其次，分散剂可以提高pp复合材料与光敏剂之间的相容性。光敏剂在该复合材料中的作用是实现可降解性能，但光敏剂常常与pp不相容，容易出现相互分离的问题。通过添加分散剂，可以促进pp和光敏剂之间的相容性增强，防止相互分离，从而提高复合材料的可降解性能。最后，聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮和聚甲基丙烯酸甲酯它们还存在协同作用，相互增强它们的分散性能和相容性。这三种分散剂具有不同的物化性质和分散机理，它们的共同添加可以相互补充，并发挥出更好的效果。例如，聚乙烯醇具有较好的水溶性和高分子量，适用于提高原料的分散性能；聚乙烯吡咯烷酮具有较好的溶解性和胶凝性，有助于增强pp与光敏剂的相容性；聚甲基丙烯酸甲酯具有较好的溶解性和分散性，有助于提高茶纤维和无机粉等原料的分散性能。综上所述，聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮和聚甲基丙烯酸甲酯的作用是提高原料的分散性能和相容性，从而促进高填充完全可降解的pp复合材料的制备和性能的提升。分散剂可以使茶纤维和无机粉等原料均匀分散在pp基质中，提高材料的均一性和机械性能。分散剂的存在可以进一步增强光敏剂和其他原料的相容性，提高反应效率。

13、优选的，所述无机粉为氧化铝、氧化锌、碳酸钙中的一种或多种。

14、通过采用上述技术方案，在pp复合材料中，无机粉使用的是氧化铝、氧化锌和碳酸钙。这些无机粉的作用和协同作用如下：增强pp的力学性能：无机粉的添加可以增加复合材料的刚性和强度，提高其抗拉强度、冲击强度和弯曲强度等力学性能。提高材料的耐热性能：无机粉能够吸收和分散热量，有效提高复合材料的耐热性能，使其在高温环境下保持较好的物理和机械性能。无机粉能够与茶纤维等有机成分相互作用，增强它们之间的结合力和相容性，提高复合材料的界面粘结强度和耐用性。总之，无机粉的作用是提高pp复合材料的力学性能、耐热性能等，而它们与茶纤维等有机成分的协同作用则能够提高材料的界面粘结强度和整体性能。

15、优选的，所述茶纤维的制备方法，包括以下步骤：

16、s71、将茶叶浸泡在水中并搅拌，常温浸泡2-4小时，以促进树叶与水的充分接触；

17、s72、将浸泡好的茶叶进行清洗，去除残留的杂质和污垢；

18、s73、将清洗干净的茶叶置于煮沸的0.1 1.0wt％的碳酸钠水溶液中，煮30-60分钟；

19、s74、用高速搅拌器对茶叶进行分离，在80℃烘烤1 2小时、研磨和纤维化，获得茶纤维待用。

20、通过采用上述技术方案，茶纤维的制备方法工艺简单，成本低，适合于工业化制备。

21、第二方面，本技术提供一种可降解的pp复合材料的制备方法，采用如下的技术方案：一种可降解的pp复合材料的制备方法，采用上述的一种可降解的pp复合材料的原料，包括以下步骤：

22、s81按质量份数，将pp 48-52份、茶纤维28-32份、无机粉18-22份、光敏剂0.8-1.2份、分解助剂1.5-1.8份和分散剂1.2-1.5份，加入搅拌桶中进行搅拌，得到混合物；

23、s82将混合料加到双螺杆挤出机的料斗中，通过双螺杆挤出机挤出，剪切，造粒，即得可降解pp复合材料，双螺杆挤出机的螺杆直径62mm，螺杆的长径比为39:1，螺杆各区的温度为：第一区160-165℃，第二区165-170℃，第三区170-180℃，第四区180-190℃，第五区190-195℃，第六区195-200℃。

24、优选的，在步骤s81中，所述搅拌时间为5-10分钟。

25、通过采用上述技术方案，制备的可降解的pp复合材料，具有多重技术效果，包括高填充、完全可降解、环境友好、优良的物理性能等。这些技术效果使得该材料在可持续发展和环境保护方面具有重要的应用价值，并且能够满足市场对环境友好型材料的需求。

26、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

27、1、本技术通过选择适当的配方和合理的配比，利用光敏剂、分解助剂，获得的可降解的pp复合材料具有完全可降解、高填充、环境友好、优良的物理性能等，同时具有生产效率高、成本低、适合大批量生产等优势；应用于医疗、餐饮等行业；

28、2、完全可降解：pp复合材料中的成分，包括茶纤维、无机粉、光敏剂、分解助剂和分散剂，都是可降解的。这意味着材料在使用寿命结束后，可以被自然环境中的微生物分解，形成无污染的有机物质；

29、3、高填充：pp复合材料采用了茶纤维和无机粉作为填充剂，相对于传统的pp材料，填充剂含量更高，高填充能够显著提高材料的强度和刚度，同时降低成本；

30、4、环境友好：由于材料完全可降解，使用该复合材料制成的产品对环境负荷较小，可以减少塑料废弃物对自然环境和生态系统造成的影响。这符合当今社会对环境友好型材料的需求；5、材料优异的物理性能：通过添加茶纤维和无机粉作为填充剂，材料的强度和刚度得到显著提高，茶纤维作为一种天然纤维，具有较好的机械性能，能够增加材料的强度和耐磨性，无机粉具有较高的硬度和耐高温性能，能够增强材料的耐久性和耐热性。因此，该复合材料不仅具有较高的填充性能，还具备良好的物理性能。