CN113004686A - 一种尼龙生物质复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种尼龙生物质复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种尼龙生物质复合材料及其制备方法。本发明采用塑化淀粉、活性贝壳粉或改性竹粉为生物质材料，并加入加工助剂(滑石粉、碳酸钙、聚乙烯蜡和柠檬酸三丁酯)，与尼龙6混匀后通过双螺杆挤出机挤出，切粒和干燥，得到尼龙复合材料。该复合材料解决了塑料基材与生物基填充物表面相容性差的问题，具有复合材料力学性能好，减少碳排放量，加速生物降解和成本低的优势。

Description

一种尼龙生物质复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料领域，特别涉及一种尼龙生物质复合材料及其制备方法。
背景技术
尼龙是分子主链上含有酰胺基团重复结构单元的线型热塑性聚合物，具有强韧耐磨、耐疲劳、耐油、无毒等优良特性，广泛应用于汽车、电子和机械设备等行业。但是由于尼龙含有极性大酰胺基团，导致其具有容易亲水、吸水等缺点，通常情况下，沸水煮透的尼龙6含水量可达10％以上。
尼龙(PA)6是一种最常用的工程塑料，已广泛应用于汽车、机械、电器等行业。由于PA6存在尺寸稳定性和加工性能差等缺点，在实际应用中一般都用无机填料填充，以克服PA6存在尺寸稳定性和加工性能差等缺点，并且在一定程度上降低了成本。PA填充改性使用的无机填料主要有：碳酸钙、硅酸钙、高岭土等，但是PA6塑料基材与无机填充物表面相容性差，同时也影响复合材料的力学性能，不适合大量使用。
鉴于上述问题，本发明在填料填充剂的选择上应用生物基材料(塑化淀粉、活性贝壳粉或改性竹粉)，即能使复合材料力学性能好，又能减少碳排放量，还具有加速生物降解和成本低的优势。
发明内容
本发明提供一种尼龙生物质复合材料及其制备方法。本发明采用塑化淀粉、活性贝壳粉或改性竹粉为生物质材料，并加入加工助剂(滑石粉、碳酸钙、聚乙烯蜡和柠檬酸三丁酯)，与尼龙6混匀后通过双螺杆挤出机挤出，切粒和干燥，得到尼龙复合材料。该复合材料解决了塑料基材与生物基填充物表面相容性差的问题，具有复合材料力学性能好，减少碳排放量，加速生物降解和成本低的优势。
本发明的技术方案是：一种尼龙生物质复合材料，其特征是，它由下述重量份的原料制成，尼龙6 400-600份；生物质材料(塑化淀粉、活性贝壳粉或改性竹粉)200-300份；加工助剂50-100份。
其中，加工助剂的组分及重量比为：滑石粉25～35份、碳酸钙40～60份、聚乙烯蜡15～25份和柠檬酸三丁酯25～35份。优选为：滑石粉30份、碳酸钙50份、聚乙烯蜡20份和柠檬酸三丁酯30份。
其中，塑化淀粉是由下述方法制成：将淀粉、铝酸钠和水经混合、干燥后，再加入甘油和聚乙二醇经高混、干燥、造粒制得，其中淀粉、铝酸钠、水、甘油和聚乙二醇的重量比为250：1-2：25-35：50-60：10-30，优选重量比为250：1.5：30：55：20。
其中，活性贝壳粉为：采用苹果酸的乙醇溶液活化贝壳粉，乙醇挥发后得到活性贝壳粉。其中贝壳粉与苹果酸的质量比为100：4-6，优选100：5。
其中，改性竹粉是由下述方法制成：取脱水干燥后的竹粉，加入铝酸酯偶联剂、甘油和硅烷偶联剂混合后加入高速混料机中搅拌后，再加入硬脂酸混料，得改性竹粉。其中竹粉、铝酸酯偶联剂、甘油和硅烷偶联剂、硬脂酸的质量比为30：1-3：2-4：2-4：0.3-0.5，优选质量比为30：2：3：3：0.4。优选的，所述高速混料机的温度为100±10℃，转速为1000-1500r/min，混合搅拌5-15min。
进一步的，本发明还公开了上述尼龙生物质复合材料的制备方法，其特征是，将尼龙6和加工助剂加入到高速搅拌机中，混合均匀后再加入生物质材料，再次混合均匀后从侧喂料料斗加入双螺杆挤出机中，混合原料通过双螺杆挤出机挤出，切粒和干燥，得到尼龙复合材料。
进一步的，所述双螺杆挤出机从进料段到机头的第一温度段至第八温度段的温度设定分别为200-230℃，195-230℃，195-230℃，185-230℃，185-230℃，175-210℃，175-210℃，175-210℃，模头的温度为195-230℃。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明利用尼龙6与塑化淀粉、活性贝壳粉或改性竹粉等生物质材料共混，塑料基材与填充物表面的相容性优异，制得力学性能优异的尼龙生物质复合材料。在此基础上，其流动性比普通尼龙6更好，且加工温度比普通尼龙6更低，在保证材料力学性能和耐热性的条件下，最大化地增加了生物质的填充量，提高了材料的降解效率，降低了材料成本。
(2)本发明尼龙生物质复合材料可经过注射、挤出等现有成型方法制备各种电器配件、音响配件、容器、制件等，应用范围广。
(3)本发明尼龙生物质复合材料能被土壤中的微生物分解和吸收，减少碳排放量，对环境污染小，具有良好的环境效益和社会价值。
具体实施方式
本发明结合实例对本发明更进一步说明：
实施例1：塑化淀粉的制备：
将铝酸钠15克溶于300ml水中，再加入2500克淀粉，干燥后加甘油550克和聚乙二醇-400 200克，高混30min，混匀，干燥，造粒，造粒温度90-125℃，得塑化淀粉3265克。
实施例2：活性贝壳粉制备：
经过100目筛网获得贝壳粉体。将苹果酸100克与900毫升乙醇混合制备出浓度约为10％的混合溶液，将贝壳粉2000克与混合溶液混合，搅拌1小时。在室温下置于真空箱中，使乙醇挥发，获得苹果酸活化的贝壳粉2100克。
实施例3：改性竹粉制备：
取脱水干燥后的竹粉3000g，将铝酸酯偶联剂200g、甘油300g和硅烷偶联剂300g混合后加入高速混料机中，所述高速混料机温度为100℃，转速为1200r/min，混合搅拌10min后，加入硬脂酸40g，再混料20min，得改性竹粉3840克。
实施例4：加工助剂制备：
将滑石粉300克，碳酸钙500克，聚乙烯蜡200克，柠檬酸三丁酯300克加入混料机中混合均匀，得加工助剂1300克。
实施例5：制备尼龙淀粉复合材料
将尼龙6 400克和加工助剂50克加入到高速搅拌机中，混合均匀后再加入塑化淀粉200克到高速搅拌机中，混合均匀后从侧喂料料斗加入双螺杆挤出机中，混合原料通过双螺杆挤出机挤出，切粒和干燥，得到尼龙淀粉复合材料。双螺杆挤出机从进料段到机头的第一温度段至第八温度段的温度设定分别为200℃，200℃，200℃，200℃，220℃，200℃，200℃，180℃，模头的温度为200℃。
实施例6：制备尼龙淀粉复合材料
将尼龙6 600克和加工助剂80克加入到高速搅拌机中，混合均匀后再加入塑化淀粉250克到高速搅拌机中，混合均匀后从侧喂料料斗加入双螺杆挤出机中，混合原料通过双螺杆挤出机挤出，切粒和干燥，得到尼龙淀粉复合材料。双螺杆挤出机从进料段到机头的第一温度段至第八温度段的温度设定分别为200℃，200℃，210℃，210℃，210℃，200℃，200℃，200℃，模头的温度为210℃。
实施例7：制备尼龙淀粉复合材料
将尼龙6 500克和加工助剂70克加入到高速搅拌机中，混合均匀后再加入活化贝壳粉300克到高速搅拌机中，混合均匀后从侧喂料料斗加入双螺杆挤出机中，混合原料通过双螺杆挤出机挤出，切粒和干燥，得到尼龙贝壳粉复合材料。双螺杆挤出机从进料段到机头的第一温度段至第八温度段的温度设定分别为210℃，220℃，230℃，230℃，230℃，210℃，210℃，200℃，模头的温度为230℃。
实施例8：制备尼龙淀粉复合材料
将尼龙6 550克和加工助剂60克加入到高速搅拌机中，混合均匀后再加入活化贝壳粉200克到高速搅拌机中，混合均匀后从侧喂料料斗加入双螺杆挤出机中，混合原料通过双螺杆挤出机挤出，切粒和干燥，得到尼龙贝壳粉复合材料。双螺杆挤出机从进料段到机头的第一温度段至第八温度段的温度设定分别为210℃，220℃，230℃，230℃，230℃，210℃，210℃，200℃，模头的温度为230℃。
实施例9：制备尼龙淀粉复合材料
将尼龙6 460克和加工助剂70克加入到高速搅拌机中，混合均匀后再加入改性竹粉200克到高速搅拌机中，混合均匀后从侧喂料料斗加入双螺杆挤出机中，混合原料通过双螺杆挤出机挤出，切粒和干燥，得到尼龙竹粉复合材料。双螺杆挤出机从进料段到机头的第一温度段至第八温度段的温度设定分别为210℃，210℃，210℃，210℃，230℃，210℃，210℃，200℃，模头的温度为210℃。
实施例10：制备尼龙淀粉复合材料
将尼龙6 500克和加工助剂60克加入到高速搅拌机中，混合均匀后再加入改性竹粉250克到高速搅拌机中，混合均匀后从侧喂料料斗加入双螺杆挤出机中，混合原料通过双螺杆挤出机挤出，切粒和干燥，得到尼龙竹粉复合材料。双螺杆挤出机从进料段到机头的第一温度段至第八温度段的温度设定分别为210℃，210℃，210℃，210℃，230℃，210℃，210℃，200℃，模头的温度为210℃。
将实施例5-10制得的可尼龙生物质复合材料通过注射机成型加工为测试样条，并对其进行了力学性能测试，结果下表1所示。
表1：实施例5-10制备的尼龙淀粉复合材料注射机成型加工为测试样的产品性能
Figure BDA0002963884730000041
其中，拉伸强度、断裂伸长率根据GB/T1040.1-2018塑料拉伸性能的测定进行测试的。弯曲强度、弯曲模量是根据GB/T9341-2000塑料弯曲性能测试方法进行测试的。非缺口冲击强度是根据GBT1843-2008塑料悬臂梁冲击强度的测定标准进行测试的。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域的技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种尼龙生物质复合材料，其特征是，它由下述重量份的原料制成，尼龙6 400-600份；生物质材料200-300份；加工助剂50-100份；所述生物质材料为塑化淀粉、活性贝壳粉或改性竹粉。
2.如权利要求1所述的一种尼龙生物质复合材料，其特征是，所述加工助剂的组分及重量比为：滑石粉25～35份、碳酸钙40～60份、聚乙烯蜡15～25份和柠檬酸三丁酯25～35份。
3.如权利要求1所述的一种尼龙生物质复合材料，其特征是，所述塑化淀粉是由下述方法制成：将淀粉、铝酸钠和水经混合、干燥后，再加入甘油和聚乙二醇经高速混合、干燥、造粒制得，其中淀粉、铝酸钠、水、甘油和聚乙二醇的重量比为250：1-2：25-35：50-60：10-30。
4.如权利要求1所述的一种尼龙生物质复合材料，其特征是，所述活性贝壳粉为：采用苹果酸的乙醇溶液活化贝壳粉，乙醇挥发后得到活性贝壳粉，其中贝壳粉与苹果酸的质量比为100：4-6。
5.如权利要求1所述的一种尼龙生物质复合材料，其特征是，所述改性竹粉是由下述方法制成：取脱水干燥后的竹粉，加入铝酸酯偶联剂、甘油和硅烷偶联剂混合后加入高速混料机中搅拌后，再加入硬脂酸混料，得改性竹粉；所述竹粉、铝酸酯偶联剂、甘油和硅烷偶联剂、硬脂酸的质量比为30：1-3：2-4：2-4：0.3-0.5。
6.如权利要求5所述的一种尼龙生物质复合材料，其特征是，所述高速混料机的温度为100±10℃，转速为1000-1500r/min，混合搅拌5-15min。
7.权利要求1-6中任一项所述的尼龙生物质复合材料的制备方法，其特征是，将尼龙6和加工助剂加入到高速搅拌机中，混合均匀后再加入生物质材料，再次混合均匀后从侧喂料料斗加入双螺杆挤出机中，混合原料通过双螺杆挤出机挤出，切粒和干燥，得到尼龙复合材料。
8.如权利要求7所述的尼龙生物质复合材料的制备方法，其特征是，所述双螺杆挤出机从进料段到机头的第一温度段至第八温度段的温度设定分别为200-230℃，195-230℃，195-230℃，185-230℃，185-230℃，175-210℃，175-210℃，175-210℃，模头的温度为195-230℃。
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