CN106046832B - 一种耐水轻质可生物降解花盆材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐水轻质可生物降解花盆材料及其制备方法。该花盆材料，包括基体和涂覆在所述基体表面的防水树脂，所述的基体包括按重量份计的以下原料：天然有机填料60份、淀粉40份、增粘剂2.5~7.5份。该花盆材料的制备方法是先将淀粉制成淀粉胶，然后将淀粉胶与增粘剂混合，再将上述混合物与天然有机填料用双辊开炼机上混炼、用平板硫化机中热压成型得到基体材料，最后涂覆防水树脂。采用本发明制备的耐水轻质可生物降解花盆材料具有价廉、质轻、外观易美化等优点，该方法简单易行，成本低。

Description

一种耐水轻质可生物降解花盆材料及其制备方法
技术领域
本发明属于材料工程领域，具体涉及一种耐水轻质可生物降解花盆材料及其制备方法。
背景技术
天然有机填料泛指利用植物(农作物)的果实或废弃物制成的粉状、纤维状填充物质(即填料)，如木粉、秸秆、谷糠、麻纤维、棉纤维、甘蔗纤维等。此类填料来源于自然界中的可再生资源，是对农作物废弃物或其他经济性不强的植物的进一步利用，故具有价廉环保的优点。
淀粉也是天然有机物质，主要存在于植物的种子、块根和块茎中，如马铃薯淀粉、红薯淀粉、玉米淀粉、小麦淀粉、豌豆淀粉等。淀粉的改性方法可以分为化学和物理改性两大类。化学改性包括氧化改性、酯化改性、交联改性、接枝改性等，其中交联改性是常用的化学改性方法之一。通过交联反应可提高淀粉胶的粘接强度、耐水性和防腐性能。工业用淀粉胶通常以玉米淀粉为原料。
聚乙烯醇(PVA)是较少的可溶于水并被生物降解的乙烯聚合物之一。研究表明，在受PVA污染的自然环境中存在着能降解PVA的微生物，并从中提取出了PVA降解酶。PVA在细菌和酶的作用下，46天可降解75％。PVA可以作为织物处理剂、乳化剂、纸张涂层剂、粘合剂、胶水等使用。
市场上销售的花盆材料主要有陶瓷、塑料、木材等。陶瓷花盆图案多样，但重量较大搬运不便，价格也较高；塑料花盆价格便宜，但透气性不好，也很难降解，对环境造成污染。木制花盆虽然轻便，但原料来源受限且制作工序繁琐。开发质轻、价廉且可生物降解的材料制作花盆具有较大的经济效益及环保价值。
目前，用于制备轻质环保花盆的材料可分为全降解型和部分降解型两类材料，全降解型材料主要以聚乳酸、聚乙烯醇等可生物降解树脂为基体，以淀粉等天然有机物质为填料制备，这类材料制备的花盆可完全降解、质轻，但由于聚乳酸、聚乙烯醇用量较多，导致花盆的成本较高。而部分降解型材料主要以聚烯烃类塑料的新料或回收料为基体，以天然有机物质为填料制备，这类材料制备的花盆具有普通塑料花盆的优点，但由于聚烯烃类塑料不具有生物降解性，故这类花盆仅具有部分降解性，且可降解程度强烈依赖于天然有机物质的添加量。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种价廉、质轻、外观易美化的耐水轻质可生物降解花盆材料及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种耐水轻质可生物降解花盆材料，其特征在于，包括基体和涂覆在所述基体表面的防水树脂，所述的基体包括按重量份计的以下原料：稻糠粉60份、淀粉40份、增粘剂2.5～7.5份；所述的天然有机填料为稻糠粉、木粉或秸秆粉。稻糠粉等天然有机填料具有可生物降解性和质轻的优点，是制备轻质可降解花盆材料的主要成分。淀粉用于制备淀粉胶，淀粉胶对天然有机填料起粘结作用，从而与天然有机填料共同构成材料本体。
其中，所述的增粘剂为PVA(聚乙烯醇)；所述的防水树脂可以选用价格较低且防水性好的线型酚醛树脂，其用量根据涂覆面积、涂覆厚度来确定。
所述的天然有机填料的粒径为20～80目。粒度过大，会使基体不牢固，易碎；粒度过小，则也会增加基体的重量和原料消耗，也会增加降解的时间。
一种上述耐水轻质可生物降解花盆材料的制备方法，包括以下步骤：
1)对淀粉进行交联改性，制成淀粉胶。
2)将增粘剂与淀粉胶混合均匀，形成混匀料。
3)将天然有机填料与混匀料在双辊开炼机上混炼，得到混炼料；所述双辊开炼机的前、后辊温度分别为75℃、70℃。
4)将混炼料放于溢式压模中，在平板硫化机中热压成型，得到基体材料。
5)将线型酚醛树脂配成质量分数为9％-11％的乙醇溶液，并涂覆于基体材料表面，再置于130℃的烘箱中干燥30min，即得到耐水轻质可生物降解花盆材料。
其中，步骤4)中所述的热压成型的热压温度为115℃、热压压力为8MPa。
而步骤1)所述的交联改性可以这样操作：将淀粉、交联剂、糊化剂和蒸馏水于70℃下混合并搅拌20min，使其充分反应，直至形成胶糊状；其中，淀粉、交联剂、糊化剂的质量比为1000：3：10；而蒸馏水的使用量可以使淀粉、交联剂、糊化剂恰好形成胶糊状即可。
其中，所述的交联剂选用硼砂，所述的糊化剂选用氢氧化钠。
通过步骤1)制得淀粉胶作为主粘结剂，并在步骤2)中添加增黏剂，从而增加淀粉胶的粘结性；通过步骤3)、步骤4)使淀粉胶与天然有机填料混合均匀并热压形成材料本体；为增加材料的耐水性，需要通过步骤5)对材料作表面防水处理，从而获得耐水轻质可生物降解花盆材料。
与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、价廉、全降解。本发明采用价格低廉的淀粉及稻糠粉等可完全生物降解的天然有机物为主要原料，制备的花盆材料成本远低于以聚乳酸、聚乙烯醇等可生物降解树脂为基体的材料。
2、兼顾了材料密度与力学性能要求。由本发明采用的原料不难看出，制备的花盆材料重量比陶瓷材料轻；添加少量PVA树脂做增粘剂可以改善材料的强度；材料表面涂覆了线型酚醛树脂，在增加了材料耐水性的同时，也使材料表面硬度提高较多。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例一
采用如下方法制备耐水轻质可生物降解花盆材料：
称取40g玉米淀粉，将其与0.12g硼砂(交联剂)、0.4g氢氧化钠(糊化剂)、适量的蒸馏水(蒸馏水的量以保证淀粉、交联剂、糊化剂刚好形成胶糊状为准)等在70℃下混合反应20min形成淀粉胶。称取2.5gPVA树脂，将其与淀粉胶混合均匀。称取60g稻糠粉，并与淀粉胶和PVA的混合物在双辊开炼机上混炼，双辊前、后辊温度分别为75℃、70℃。将混炼好的物料放于溢式压模中，在平板硫化机中热压成型，热压温度为115℃，热压压力8MPa。测试相关力学性能及吸水率。
称取40g玉米淀粉，将其与0.12g硼砂(交联剂)、0.4g氢氧化钠(糊化剂)、适量的蒸馏水(蒸馏水的量以保证淀粉、交联剂、糊化剂刚好形成胶糊状为准)等在70℃下混合反应20min形成淀粉胶。称取2.5gPVA树脂，将其与淀粉胶混合均匀。称取60g稻糠粉，并与淀粉胶和PVA的混合物在双辊开炼机上混炼，双辊前、后辊温度分别为75℃、70℃。将混炼好的物料放于溢式压模中，在平板硫化机中热压成型，热压温度为115℃，热压压力8MPa。将称好的线型酚醛树脂配成质量分数为9％-11％的乙醇溶液，涂覆于花盆材料表面，并放置在130℃的烘箱中干燥30min。测试相关力学性能及吸水率。
在涂覆酚醛树脂前、后的材料的力学性能及吸水率对比如表1所示：
表1实施例一涂覆酚醛树脂前、后的材料的力学性能及吸水率对比表
拉伸强度/MPa 冲击强度/KJ/㎡ 硬度/HD 吸水率/％
酚醛树脂涂覆前 6.82 1.38 58 38
酚醛树脂涂覆后 6.88 1.43 80 13
通过力学性能及吸水率指标可以看出涂覆酚醛树脂后材料的拉伸强度和冲击强度与涂覆前相差不大，而材料的表面硬度明显提高且吸水率大幅下降。
实施例二
采用如下方法制备耐水轻质可生物降解花盆材料：
称取40g玉米淀粉，将其与0.12g硼砂(交联剂)、0.4g氢氧化钠(糊化剂)、适量的蒸馏水(蒸馏水的量以保证淀粉、交联剂、糊化剂刚好形成胶糊状为准)等在70℃下混合反应20min形成淀粉胶。称取5gPVA树脂，将其与淀粉胶混合均匀。称取60g稻糠粉，并与淀粉胶和PVA的混合物在双辊开炼机上混炼，双辊前、后辊温度分别为75℃、70℃。将混炼好的物料放于溢式压模中，在平板硫化机中热压成型，热压温度为115℃，热压压力8MPa。测试相关力学性能及吸水率。
称取40g玉米淀粉，将其与0.12g硼砂(交联剂)、0.4g氢氧化钠(糊化剂)、适量的蒸馏水(蒸馏水的量以保证淀粉、交联剂、糊化剂刚好形成胶糊状为准)等在70℃下混合反应20min形成淀粉胶。称取5gPVA树脂，将其与淀粉胶混合均匀。称取60g稻糠粉，并与淀粉胶和PVA的混合物在双辊开炼机上混炼，双辊前、后辊温度分别为75℃、70℃。将混炼好的物料放于溢式压模中，在平板硫化机中热压成型，热压温度为115℃，热压压力8MPa。将称好的线型酚醛树脂配成质量分数为9％-11％的乙醇溶液，涂覆于花盆材料表面，并放置在130℃的烘箱中干燥30min。测试相关力学性能及吸水率。
在涂覆酚醛树脂前、后的材料的力学性能及吸水率对比如表2所示：
表2实施例二涂覆酚醛树脂前、后的材料的力学性能及吸水率对比表
拉伸强度/MPa 冲击强度/KJ/㎡ 硬度/HD 吸水率/％
酚醛树脂涂覆前 4.94 1.62 62 41
酚醛树脂涂覆后 4.86 1.57 81 11
通过力学性能及吸水率指标可以看出涂覆酚醛树脂后材料的拉伸强度和冲击强度与涂覆前相差不大，而材料的表面硬度明显提高且吸水率大幅下降。
实施例三
采用如下方法制备耐水轻质可生物降解花盆材料：
称取40g玉米淀粉，将其与0.12g硼砂(交联剂)、0.4g氢氧化钠(糊化剂)、适量的蒸馏水(蒸馏水的量以保证淀粉、交联剂、糊化剂刚好形成胶糊状为准)等在70℃下混合反应20min形成淀粉胶。称取7.5gPVA树脂，将其与淀粉胶混合均匀。称取60g稻糠粉，并与淀粉胶和PVA的混合物在双辊开炼机上混炼，双辊前、后辊温度分别为75℃、70℃。将混炼好的物料放于溢式压模中，在平板硫化机中热压成型，热压温度为115℃，热压压力8MPa。测试相关力学性能及吸水率。
称取40g玉米淀粉，将其与0.12g硼砂(交联剂)、0.4g氢氧化钠(糊化剂)、适量的蒸馏水(蒸馏水的量以保证淀粉、交联剂、糊化剂刚好形成胶糊状为准)等在70℃下混合反应20min形成淀粉胶。称取7.5gPVA树脂，将其与淀粉胶混合均匀。称取60g稻糠粉，并与淀粉胶和PVA的混合物在双辊开炼机上混炼，双辊前、后辊温度分别为75℃、70℃。将混炼好的物料放于溢式压模中，在平板硫化机中热压成型，热压温度为115℃，热压压力8MPa。将称好的线型酚醛树脂配成质量分数为9％-11％的乙醇溶液，涂覆于花盆材料表面，并放置在130℃的烘箱中干燥30min。测试相关力学性能及吸水率。
在涂覆酚醛树脂前、后的材料的力学性能及吸水率对比如表3所示：
表3实施例三涂覆酚醛树脂前、后的材料的力学性能及吸水率对比表
拉伸强度/MPa 冲击强度/KJ/㎡ 硬度/HD 吸水率/％
酚醛树脂涂覆前 7.06 1.90 64 42
酚醛树脂涂覆后 7.10 1.94 82 10
通过力学性能及吸水率指标可以看出涂覆酚醛树脂后材料的拉伸强度和冲击强度与涂覆前相差不大，而材料的表面硬度明显提高且吸水率大幅下降。
实施例四
采用如下方法制备耐水轻质可生物降解花盆材料，其中，淀粉选用玉米淀粉，天然有机填料分别选用稻糠粉、木粉和秸秆粉：
称取40g玉米淀粉，将其与0.12g硼砂(交联剂)、0.4g氢氧化钠(糊化剂)、适量的蒸馏水(蒸馏水的量以保证淀粉、交联剂、糊化剂刚好形成胶糊状为准)等在70℃下混合反应20min形成淀粉胶。称取7.5gPVA树脂，将其与淀粉胶混合均匀。称取60g稻糠粉，并与淀粉胶和PVA的混合物在双辊开炼机上混炼，双辊前、后辊温度分别为75℃、70℃。将混炼好的物料放于溢式压模中，在平板硫化机中热压成型，热压温度为115℃，热压压力8MPa。将称好的线型酚醛树脂配成质量分数为9％-11％的乙醇溶液，涂覆于花盆材料表面，并放置在130℃的烘箱中干燥30min。测试相关力学性能及吸水率。
称取40g玉米淀粉，将其与0.12g硼砂(交联剂)、0.4g氢氧化钠(糊化剂)、适量的蒸馏水(蒸馏水的量以保证淀粉、交联剂、糊化剂刚好形成胶糊状为准)等在70℃下混合反应20min形成淀粉胶。称取7.5gPVA树脂，将其与淀粉胶混合均匀。称取60g木粉，并与淀粉胶和PVA的混合物在双辊开炼机上混炼，双辊前、后辊温度分别为75℃、70℃。将混炼好的物料放于溢式压模中，在平板硫化机中热压成型，热压温度为115℃，热压压力8MPa。将称好的线型酚醛树脂配成质量分数为9％-11％的乙醇溶液，涂覆于花盆材料表面，并放置在130℃的烘箱中干燥30min。测试相关力学性能及吸水率。
称取40g玉米淀粉，将其与0.12g硼砂(交联剂)、0.4g氢氧化钠(糊化剂)、适量的蒸馏水(蒸馏水的量以保证淀粉、交联剂、糊化剂刚好形成胶糊状为准)等在70℃下混合反应20min形成淀粉胶。称取7.5gPVA树脂，将其与淀粉胶混合均匀。称取60g秸秆粉，并与淀粉胶和PVA的混合物在双辊开炼机上混炼，双辊前、后辊温度分别为75℃、70℃。将混炼好的物料放于溢式压模中，在平板硫化机中热压成型，热压温度为115℃，热压压力8MPa。将称好的线型酚醛树脂配成质量分数为9％-11％的乙醇溶液，涂覆于花盆材料表面，并放置在130℃的烘箱中干燥30min。测试相关力学性能及吸水率。
以上制得的三种材料力学性能及吸水率如下表所示：
表4三种材料的力学性能及吸水率对比表
通过力学性能及吸水率指标对比可以看出天然有机填料种类对材料的拉伸强度及冲击强度有一定影响，对材料的表面硬度和吸水率影响不大。
本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (3)

1.一种耐水轻质可生物降解花盆材料，其特征在于，包括基体和涂覆在所述基体表面的防水树脂，所述的基体包括按重量份计的以下原料：天然有机填料60份、淀粉40份、增粘剂2.5~7.5份；所述的天然有机填料为稻糠粉、木粉或秸秆粉，所述的增粘剂为PVA，所述的防水树脂为线型酚醛树脂；
对所述淀粉进行交联改性，改性方法为：将淀粉、硼砂、氢氧化钠和蒸馏水于70℃下混合并搅拌20min，使其充分反应，直至形成胶糊状；其中，淀粉、硼砂、氢氧化钠的质量比为1000：3：10。
2.一种如权利要求1所述的耐水轻质可生物降解花盆材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）对淀粉进行交联改性，制成淀粉胶；
交联改性的操作为：将淀粉、硼砂、氢氧化钠和蒸馏水于70℃下混合并搅拌20min，使其充分反应，直至形成胶糊状；其中，淀粉、硼砂、氢氧化钠的质量比为1000：3：10；
2）将增粘剂与淀粉胶混合均匀，形成混匀料；
3）将天然有机填料与混匀料在双辊开炼机上混炼，得到混炼料；所述双辊开炼机的前、后辊温度分别为75℃、70℃；
4）将混炼料放于溢式压模中，在平板硫化机中热压成型，得到基体材料；
5）将线型酚醛树脂配成质量分数为9%-11%的乙醇溶液，并涂覆于基体材料表面，再置于130℃的烘箱中干燥30min，即得到耐水轻质可生物降解花盆材料。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤4）中所述的热压成型的热压温度为115℃、热压压力为8MPa。
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