專利名稱：一種超細生物粉末填充母料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超細生物粉末填充母料及其制備方法。本發(fā)明母料主要應(yīng)用于各類樹脂的填充改性，利于超細生物粉末在樹脂中的充分分散，可直接與各類樹脂混合后加 工成型。該發(fā)明母料的功效為降低產(chǎn)品成本，改善生產(chǎn)環(huán)境，減少石油基樹脂消耗，提高產(chǎn) 品中生物質(zhì)含量，降低二氧化碳的排放量，增加綠色環(huán)保成分。樹脂填充本發(fā)明母料后，當(dāng) 含量在30%以下時對樹脂機械性能影響較小。
背景技術(shù)：
資源和環(huán)境問題是人類社會發(fā)展面臨的兩大挑戰(zhàn)，也是塑料工業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展 的兩大瓶頸。傳統(tǒng)的樹脂大都以石油為原料合成，消耗大量的石油資源。而石油為不可再 生資源，總有耗盡的一天。如何減少石油的消耗速度是本發(fā)明專利的主要目的。本發(fā)明中 超細生物粉末在制品中含量可達27 % 77 %左右，可節(jié)省27 % 77 %的石油基樹脂，而超 細生物粉末為可循環(huán)再生資源，取之不盡用之不竭，而且焚燒時二氧化碳的排放量僅為石 油基樹脂的20%左右。目前市場上涉及超細植物粉母料的專利為空白，與其接近的專利都為無機物填充 母料，不具有生物質(zhì)材料，其次是載體樹脂完全采用石油基合成樹脂為主要原料，不具有環(huán) 保性能，具體列舉如下1,02131310. 5 一種聚烯烴填充母料及其生產(chǎn)方法2、86107768聚烯烴改性填充母料及其制造方法3、88101604以鋁體系偶聯(lián)劑為改性劑的新型填充母料4、87107742. 6高壓聚乙烯填充母料5,88106061. 5玻璃微珠塑料填充母料及其加工工藝6、89105786. 2 一種聚烯烴填充改性母料及其生產(chǎn)方法7,98120630. 1聚烯烴填充母料及其生產(chǎn)工藝8、01107047. 1聚烯烴填充母料及其制備方法9,200510025550. X碳酸鈣填充母料及其生產(chǎn)工藝10、200510010542. 8聚丙烯樹脂專用填充母料11,200610119119. 6黑色塑料用填充母料及其制備方法12,200810141355. 7透明增強填充母料技術(shù)內(nèi)容本發(fā)明的目的在于解決超細生物粉末直接用于生產(chǎn)時環(huán)境污染問題和在樹脂中 的分散問題。本發(fā)明的目的還在于降低產(chǎn)品成本，提高了塑料制品的生物質(zhì)含量，并賦予其低 碳環(huán)保性能。本發(fā)明的另一目的在于公開了上述超細生物粉末填充母料及其制備方法。本發(fā)明的填充母料主要由以下幾種材料構(gòu)成載體樹脂、超細生物粉末、相容劑、分散劑、表面處理劑、潤滑劑、無機填料、熱穩(wěn)定劑、抗氧劑及其它助劑。本發(fā)明所述材料構(gòu)成中載體包括各類聚合物如蠟類、EVA、PE(包括VLDPE、 ULDPE)、PP、PVC, PS、ABS、PET、TPU、PMMA, SBS、PLA、PHA, PBS、PBAT, PPC, PCL 等一種或兩種 以上的組合物，優(yōu)選完全降解類聚合物PLA、PHA, PBS、PBAT, PPC、PCL其中的一種或兩種及 兩種以上混合物，載體含量一般在20 % 70 %。本發(fā)明所述材料構(gòu)成中的超細生物粉末為天然植物的桿、葉、果實及果殼等如秸 稈粉、稻殼粉、木粉及竹粉等，動物的殼、蹄、骨、角、毛等如羽毛粉、骨粉、貝殼粉等，粒度達 到300目以上，超細生物粉末含量一般在27% 77%。本發(fā)明所述材料構(gòu)成中的相容劑是指聚合物的官能團接枝產(chǎn)物，具體如馬來酸酐 接枝聚乙烯、馬來酸酐接枝聚丙烯、馬來酸酐接枝ΡΗΑ、馬來酸酐接枝PBS等，相容劑的含量 一般在 10%。本發(fā)明所述材料構(gòu)成中的分散劑是指聚乙烯蠟、聚丙烯蠟、氧化聚乙烯蠟、EVA蠟 等，目的是提高超細植物粉在樹脂中的分散均勻性，分散劑的含量一般在 10%。本發(fā)明所述材料構(gòu)成中的表面處理劑是指偶聯(lián)劑，偶聯(lián)劑包括鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁 酸酯偶聯(lián)劑、鋁鈦復(fù)合偶聯(lián)劑、硅烷偶聯(lián)劑。主要是為了提高超細植物粉與載體樹脂之間的 界面結(jié)合力，表面處理劑的含量一般在0. 05% 0. 5%。本發(fā)明所述材料構(gòu)成中的潤滑劑是指白油、石蠟、硬脂酸、硬脂酰胺、油酸酰胺、芥 酸酰胺中的一種或幾種的組合物，潤滑劑的含量一般在0. 5% 2%。本發(fā)明所述材料構(gòu)成中的填充劑是指碳酸鈣、滑石粉、硫酸鋇等無機填料的一種 或幾種組合物。所選的粉體細度應(yīng)大于325目，優(yōu)選1250目的粉體。無機填料的含量一般 在0% 30%本發(fā)明所述材料構(gòu)成中的熱穩(wěn)定劑是指有機錫類、金屬皂類復(fù)配物如鈣/鋅等， 優(yōu)選復(fù)配物為本發(fā)明的熱穩(wěn)定劑，含量一般在0. 2 % 2 %左右。本發(fā)明所述材料構(gòu)成中的抗氧劑是指主抗氧劑和輔助抗氧劑復(fù)配使用，如抗氧劑 1010/168，含量為 0. 0. 5%ο本發(fā)明所述材料構(gòu)成中的其它助劑是指成核劑、擴鏈劑、光亮劑、增白劑、增塑劑、 除味劑、防粘劑其中的一種或兩種及兩種以上的組合物。含量一般在0% 2%。根據(jù)制品對填充母料不同要求，在本發(fā)明體系中構(gòu)成填充母料的各種組分基本配 比為載體20% 70%，超細生物粉末27% 77%，相容劑 10%，分散劑 10%， 表面處理劑0. 05 % 0. 5 %，潤滑劑0. 5 % 2 %，填充劑0 % 30 %，熱穩(wěn)定劑0. 2 % 2%，抗氧劑0. 0.5%，其它助劑0% 2%。本發(fā)明的填充母粒是通過下述方法制備的1.對于需要加入的填充劑需進行預(yù)處理，處理方法是按配方準(zhǔn)確稱量填充劑投入 到高速混合中，在不于于60°C情況下高速混合烘干處理，干燥好后轉(zhuǎn)入低速并加入相應(yīng)的 表面處理劑，在40 50°C左右下再進行高速混合處理3 15分鐘，處理好后放入低混機中 冷卻混合待用。2.按配方稱量配方中其他組分投入到高速混合機中高速混合，溫度控制在50 60°C，高速混合時間大約為5 20分鐘，使超細生物粉末完全分散開。3.本發(fā)明的混煉塑化造粒方式有兩種
一種是經(jīng)高速混合機將配方中各組分混合均勻，混合溫度不高于60°C，混合時間 約為2 8分鐘，然后將混合好的物料投入到雙螺桿擠出機中在70 150°C溫度下混煉塑 化造粒，雙螺桿的轉(zhuǎn)速控制在每分鐘80 500轉(zhuǎn)。另一種是將配方中個組分一同投入到密煉機/單螺桿擠出機中，在70 150°C下 用密煉機混煉塑化，混煉時間在5 20分鐘，然后采用單螺桿擠出機在60 130°C下擠出 造粒，即得到本發(fā)明所述的全降解基色母料。本發(fā)明所述的造粒方式可以是水冷拉條造粒、水環(huán)造粒、水下造?；蚰ッ鏌崆性?粒。對于需要水冷的粒子應(yīng)進行干燥，干燥溫度為60 70°C，干燥時間以水分含量低于 0. 5%為標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明所述雙螺桿擠出機采用積木式同向平行雙螺桿，雙螺桿長徑比以大于 28 1，不宜超過48 1為宜，最好選擇40 1.以免物料在螺桿內(nèi)長時間受熱而致分解。本發(fā)明所述密煉機/單螺桿擠出機，其中密煉機采用加壓式密煉機，單螺桿擠出 機長徑比不宜不大于20 1，選擇8 1或是10 1即可，螺桿宜采漸變形螺桿為好，以減 少因材料被強制剪切而降解的可能性。應(yīng)用實例如下實例一配方(單位為kg)P34HB(4HB 含量 10% ) 40超細生物粉40Ca/Zn1碳酸鈣12. 5酞酸酯0. 5馬來酸酐接枝PHA 5石蠟0. 510100.21680. 3制備方法采用雙螺桿混煉擠出造粒，方法如下將高速混合機溫度升高到110°C，然后將稱量好的碳酸鈣投入高速混合機中高速 混合，借助碳酸鈣與高速混合機內(nèi)壁之間的摩擦，，使碳酸鈣的溫度達到100°c以上，約2 3min后投入計量好的酞酸酯偶聯(lián)劑，進行高速攪拌混合，混合溫度110°C，處理時間為5分 鐘，然后再轉(zhuǎn)入低速冷卻混合，處理好的物料放出待用。然后再依次投入已計量好的P34HB、鈣/鋅穩(wěn)定劑、1010、168、馬來酸酐接枝PHA和 石蠟在高速下混合一到三分鐘，然后轉(zhuǎn)入低速冷卻攪拌混合，放出配混好的物料。將混配好 的物料加入到雙螺桿的料斗中通過雙螺桿的混煉塑化然后擠出造粒。選用的雙螺桿擠出機 螺桿長徑比為36 1，螺桿直徑為675，雙螺桿加工溫度從加料段到機頭設(shè)置依次為80°C -100 °C -110°C -120°C -125°C -130°C -130°C _135°C -130°C，其中后兩區(qū)為機頭溫度，前面六段 為機身溫度。螺桿轉(zhuǎn)速為120轉(zhuǎn)/分鐘。造粒采用水環(huán)造粒方式，然后進行干燥冷卻即可。實例二P34HB(4HB 含量 10% ) 20
PBS20超細生物粉40Ca/Zn1硫酸鋇10馬來酸酐接枝PBS5氧化聚乙烯蠟2石蠟1. 510100. 21680. 3以上材料采用密煉機/單螺桿擠出機進行制備，具體方法如下將以上物料按配方稱量好后一并投入到密煉機中在不高于150度溫度情況下進 行混煉塑化，混煉時間以物料塑化完全為準(zhǔn)，在此期間至少要三次以上進行排氣和對物料 進行翻轉(zhuǎn)。使各種物料充分混合均勻并塑化完全然后投入到單螺桿擠出機中進行造粒，單 螺桿擠出機溫度控制在70 130度即可，然后對造好的粒子進行篩分就得到本發(fā)明超細生 物粉末填充母料。把該母料按一定比例與被填充成型(如PHA、PBS、PLA等)進行簡單混 合后，即可直接用于生產(chǎn)各種產(chǎn)品。
權(quán)利要求
一種超細生物粉末填充母料及其制備方法，其特征在于一種超細生物粉末填充母料可直接與樹脂混合加工，提高化學(xué)塑料制品的生物質(zhì)含量，賦予其低碳環(huán)保性能。該母料主要由以下幾種材料構(gòu)成載體樹脂、超細生物粉末、相容劑、分散劑、表面處理劑、潤滑劑、無機填料、熱穩(wěn)定劑、抗氧劑及其它助劑。該母料可采用雙螺桿擠出機或密煉機/單螺桿擠出機兩種不同工藝技術(shù)路線來實現(xiàn)。
2.如權(quán)利要求1所述超細生物粉末填充母料構(gòu)成，其特征在于構(gòu)成該發(fā)明的填充母 料具體配比為載體20% 70%，超細生物粉末27% 77%，相容劑 10%，分散劑 1 % 10 %，表面處理劑0. 05 % 0. 5 %，潤滑劑0. 5 % 2 %，填充劑0 % 30 %，熱穩(wěn)定劑 0. 2% 2%，抗氧劑0. 1% 0. 5%，其它助劑0% 2%。
3.如權(quán)利要求1所述載體樹脂包括各類聚合物如蠟類、EVA、PE(包括VLDPE、ULDPE)、 PP、PVC, PS、ABS、PET、TPU、PMMA, SBS、PLA、PHA, PBS、PBAT, PPC, PCL 等一種或兩種以上的 組合物。
4.如權(quán)利要求3所述載體樹脂，優(yōu)選完全降解類聚合物PLA、PHA,PBS、PBAT, PPC、PCL 和低熔點材料如蠟類、EVA、VLDPE、ULDPE、LDPE、LLDPE、LLDPE、PP中的一種或兩種及兩種以 上混合物。
5.如權(quán)利要求4所述載體樹脂，更進一步的優(yōu)選完全降解類聚合物PLA、PHA,PBS、 PBAT, PPC、PCL中的一種或兩種及兩種以上的混合物。
6.如權(quán)利1所述超細生物粉末為動植物兩類，天然植物的桿、葉、果實及果殼等如秸稈 粉、稻殼粉、木粉及竹粉等，動物的殼、蹄、骨、角、毛等如羽毛粉、骨粉及貝殼粉等，用閃爆法 等方法處理后粒度達到300目以上。
7.如權(quán)利要求1所述相容劑是指聚合物的官能團接枝產(chǎn)物，具體如馬來酸酐接枝聚乙 烯、馬來酸酐接枝聚丙烯、馬來酸酐接枝PHA、馬來酸酐接枝PBS等。
8.如權(quán)利要求1所述超細生物粉末填充母料的制備方法，可采用雙螺桿擠出機或密煉 機/單螺桿擠出機兩種不同工藝技術(shù)路線來實現(xiàn)，其特征在于雙螺桿擠出機工藝路線是 已經(jīng)處理好的物料與其它所有物料通過高速混合機混合均勻后由雙螺桿擠出機完成混煉 塑化擠出造粒；密煉機/單螺桿擠出機工藝路線是已經(jīng)處理好的物料與其它所有物料一同 投入到密煉機中在完成混合的同時也一并完成混煉塑化，再由單螺桿擠出機擠出造粒。
9.如權(quán)利要求8所述超細生物粉末填充母料的制備方法，其特征在于兩種方法都包 括了如下幾個步驟(1)稱量稱量載體樹脂、超細生物粉末、相容劑、分散劑、表面處理劑、潤滑劑、無機填 料、熱穩(wěn)定劑、抗氧劑及其它助劑。(2)無機粉體的處理將稱量好的無機粉體及相應(yīng)表面處理劑在高速混合機中進行處 理，如果不需要加入無機粉體的母料則不需要此步驟。(3)混合是將處理過的無機粉體和稱量好的載體樹脂、超細生物粉末、相容劑、分散 齊IJ、潤滑劑、熱穩(wěn)定劑、抗氧劑及其它助劑進行混合。(4)混煉塑化將步驟(3)的混合物料通過雙螺桿擠出機或密煉機/單螺桿擠出機進 行混煉塑化并擠出。(5)造粒將步驟(4)通過機頭擠出的物料制成顆粒。(6)干燥對于步驟(5)水冷造的粒子進行干燥處理。
10.如權(quán)利要求9所述超細生物粉末填充母料制備方法，其特征在于所述步驟(2)高 速混合處理溫度為80 120°C，時間為3 15分鐘；步驟(3)高速混合溫度不高于120°C， 混合時間為2 8分鐘；步驟(4)雙螺桿擠出機溫度控制在70 150°C，雙螺桿轉(zhuǎn)速控制 在每分鐘80 500轉(zhuǎn)；密煉機/單螺桿擠出機的溫度控制密煉機溫度為70 150°C，單 螺桿擠出機溫度為60 150°C ；步驟(5)造粒方式是水冷拉條造粒、水環(huán)造粒、水下造粒或 磨面熱切造粒中的一種。并優(yōu)選磨面熱切造粒，其次是水冷拉條造粒、水環(huán)造粒、水下造粒； 步驟(6)干燥溫度為60 120°C，干燥時間以水份含量低于0. 5%為標(biāo)準(zhǔn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超細生物粉末填充母料及其制備方法，其特征在于利于超細生物粉末在樹脂中易分散，并改善車間生產(chǎn)環(huán)境，降低產(chǎn)品成本，同時提高塑料制品的生物質(zhì)含量，并賦予其低碳環(huán)保性能。母料包括載體指樹脂如蠟類、EVA、PE、PP、PS、PLA、PHA、PBS、PBAT、PPC、PCL等的一種或兩種及兩種以上組合物，超細生物粉末指300目以上的動、植物粉末，以及其它助劑等。母料配比為載體20％～70％，超細生物粉末27％～77％，相容劑1％～10％，分散劑1％～10％，表面處理劑0.05％～0.5％，潤滑劑0.5％～2％，填充劑0％～30％，熱穩(wěn)定劑0.2％～2％，抗氧劑0.1％～0.5％，其它助劑0％～2％。本發(fā)明的母料采用雙螺桿擠出機或密煉機/單螺桿擠出機混煉塑化、擠出、造粒而成。
文檔編號C08L91/06GK101805523SQ201010144898
公開日2010年8月18日 申請日期2010年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月6日
發(fā)明者王文廣 申請人:王文廣