一种生物质基热塑性弹性母料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于属生物可降解材料(新材料)领域，具体涉及一种生物质基热塑性弹性母料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]目前我国生产热塑性弹性体的材料主要是二大类，其中一大类如:苯乙烯-丁二烯(SHS、SEBS等)系列；另一大类为聚氯乙烯(PVC等)系列。
[0003]由于生产热塑性弹性体需要消耗大量石油，造成地球上有限能源的过度使用危机，同时在PVC弹性体生产应用方面，又给人类生存环境带来严重危害。据相关资料显示，生产PVC过程中需大量使用增塑剂等有害溶剂(如邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯等)，这些溶剂生成的有害气体进入大气层，造成环境污染，危险生命健康。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种生物质基热塑性弹性母料，采用生物粉、生物油脂和植物纤维等生物质基材料为主要原料制备弹性体材料，制备的生物质基热塑性弹性母料具有较好的生物可降解性，且成本低，安全无害，适合推广应用。
[0005]为实现上述目的，本发明采用的技术方案为:一种生物质基热塑性弹性母料，各原料所占重量份数为:生物粉50-70份、生物油脂5-10份、植物纤维3-8份、聚氨酯8_20份、皮壳胶4-10份、增容增塑剂8-20份、接枝偶联剂0.5?5份、功能性助剂0.5-5份。
[0006]上述方案中，所述生物粉为动物骨粉(猪、牛、羊骨粉)、贝壳粉、生物磷灰粉、红薯粉、木薯粉中的一种或几种按任意比例混合。
[0007]上述方案中，所述生物油脂为猪油、牛油、羊油、棕榈油、大豆环烷油、糠油、棉籽油中的一种或几种按任意比例混合。
[0008]上述方案中，所述皮壳胶为动物皮骨胶(猪、牛、羊的皮骨胶)或植物皮壳胶(豆角、瓜果或棉籽壳的皮壳胶)中的一种或二者按任意比例混合。
[0009]上述方案中，所述植物纤维为棕榈、麻、茅草、植物杆径渣中的一种或几种按任意比例混合。
[0010]上述方案中，所述的聚氨酯为聚氨基甲酸酯(TPU)。
[0011]上述方案中，所述增容增塑剂为乙二醇、柠檬酸酯、甘油、聚乙二醇、聚丙二醇、三乙酸甘油酯、硬脂酸、单硬脂酸甘油脂中的一种或几种按任意比例混合。
[0012]上述方案中，所述接枝偶联剂为马来酸酐、马来酸酐接枝相容剂POE、钛酸酯、硅烷类偶联剂中的一种或几种按任意比例混合，可选用3-巯丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷等。
[0013]上述方案中，所述功能性助剂为表面活性剂、防虫剂、防腐剂、热稳定剂、增白助剂中的一种或几种按任意比例混合。
[0014]上述方案中，所述表面活性剂为脂肪酸盐、磺酸盐、硫酸酯盐和磷酸酯盐类表面活性剂中的一种或几种按任意比例混合，可选用乙氧基化烷醇酰胺、烷醇酰胺磷酸酯、烷醇酰胺硼酸酯、烷醇酰胺硫酸酯、三烷基亚磷酸酯、磷酸三酯等；防虫剂为芳樟油、杀虫菊中的一种或二者按任意比例混合；防腐剂为甲壳素、苦瓜素、果胶中的一种或几种按任意比例混合；热稳定剂为2，6-叔丁基-4-甲基苯酚、3，5- 二叔丁基-4-羟基苯丙酸十八酯、二巯基醋酸异辛酯、亚磷酸三苯酯、亚磷酸三壬基苯酯中的一种或几种按任意比例混合；增白助剂为轻质碳酸钙、钛白粉中的一种或二者按任意比例混合。
[0015]上述一种生物质基热塑性弹性母料的制备方法，包括以下步骤:
[0016]I)原料的称取:
[0017]按配比称取各原料，各原料所占重量百份数为:生物粉50-70份、生物油脂5-10份、植物纤维3-8份、聚氨酯8-20份、皮壳胶4-10份、增容增塑剂8-20份、接枝偶联剂0.5?5份、功能性助剂0.5-5份；
[0018]2)生物粉脱水预处理:
[0019]将生物粉置于带加温隔层的真空反应釜中，调速为高速档进行搅拌，并打开真空系统，控制釜内压力0.06Mpa以下，温度逐步升高至105-125°C，持续28-30分钟后冷却至50°C，出料备用，所得脱水生物粉的含水量为1%以下；
[0020]3)植物纤维和增容增塑剂预处理:
[0021]将植物纤维置于纤维微细粉碎机中进行初步粉碎，再将破碎料置于超微粉体机中，细化至1000目过筛备用；
[0022]将增容增塑剂置于可温控的搅拌罐中，搅拌10-15分钟并逐步升温至80_95°C，备用；
[0023]4)皮壳胶、植物纤维的增容增塑:
[0024]将皮壳胶、植物纤维和增容增塑剂依次置于带加温隔层的反应釜中共混反应，其中动植物皮壳和纤维类材料的重量与增容增塑剂的质量比例为1: (0.7-1);共混反应温度为80-95°C，反应时间为1.8-2小时，去除所得物料内的水分，得油性胶糊状共混体，备用；
[0025]5)生物粉、皮壳胶、纤维改性:
[0026]在高速混合机中，加入步骤2)所得脱水生物粉、开启混合机，控制混合温度为70-80°C，加入步骤3所得的油性胶糊状共混体与生物粉发生混合反应，加入生物油脂，控制反应温度为100-120°C，反应时间为0.9-lh，得砂粒状共容料I，出料备用；
[0027]此过程中，在高速混合机的高速剪切力作用下，生物粉和生物油脂与油性胶糊状共混体中富余的增容增塑剂反应，对生物粉材料进行预增塑，并与植物纤维共容；
[0028]6)共容料与聚氨酯相容
[0029]将步骤5)所得砂粒状共容料I与聚氨酯置于具有高、中、低三档的恒温复合混合机中，开启混合机调节为低速档，加入接枝偶联剂，混合温度控制在70-80°C，混合时间为10分钟；待接枝偶联剂添加完毕后，调节混合机转速为高速档，并控制材料温度上升至90-120°C，此阶段混合时间为10-15分钟；最后将混合机速度调节到低速档，混合温度降至70°C以下，加入功能助剂，此阶段混合时间为5-10分钟，得砂粒状共容料II ；
[0030]此过程中，物料在高温混合过程中受高温及高剪切力的作用，生物粉类材料分子结构排列无序化，具有热塑性能并与聚氨酯相容；
[0031]上述具有高、中、低三档的恒温复合混合机，其高速档的速度为2400转/分钟，中速档的速度为900转/分钟，低速档的速度为120转/分钟；
[0032]7)共容料混炼捏合
[0033]将步骤6)所得的砂粒状共容料II置于恒温加热型捏合机中，控制材料温度为110-145?，捏合10-15分钟，得混炼料；此过程中，对捏合温度与时间的控制应注意聚氨酯的软化温度，以物料刚刚预塑化而积聚成直径l_3mm小球状即可，不得过度捏合以免物料完全塑化成团；
[0034]此过程中，聚氨酯与步骤6)所得砂粒状共容料II均具备热塑性能，高温下两相逐渐塑化形成半熔融体，捏合机互相配合和旋转的Z形叶片产生强烈的混炼、捏合作用，两相熔体的剪切作用不断将对方交联的网络打破，使材料中不再存在整体的两相网络，而是剪切破坏生成的许多小分体网络连续地分散于混合体系中，使所得材料达到共容性；
[0035]由于步骤7)捏合过程中，材料熔体粘度增大，转矩升高，故需使用低速高负荷的捏合机进行材料共容；而在步骤6)中，由于聚氨酯及功能性助剂的添加比例较低，无法在低速的捏合机中完成均质分散，故需使用高速混合机进行材料的共容；同时由于各物料间的相互接枝偶联不同，上述步骤必须分步、分设备进行；
[0036]8)挤出制粒
[0037]将步骤7)所得的混炼料通过自动定量喂料装置均匀地加入到长径比为(15-40):1的单或双螺杆挤出机中挤出、制粒，得所述生物质基热塑性弹性母料；
[0038]在螺杆挤出过程中，共容混炼料再次被加压熔融压缩，并在剪切力的作用下强化相互贯穿的网络结构，形成新的聚合物；
[0039]挤出工艺条件为:进料口温度:20-80 °C，输送段温度:60-120 °C，熔融段温度:140-160°C，剪切压缩段温度