專利名稱：一種可降解材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可降解材料，具體為一種可降解塑料及其制備方法。
背景技術(shù)：
目前由于鋼材的緊缺以及物價(jià)攀升等因素的影響，工業(yè)行業(yè)就在著手尋找可以替代金屬的新材料。全新的功能性塑料零部件突破了傳統(tǒng)金屬零件的劣勢，塑料材料成為替代金屬零部件的首選。在能源行業(yè)中，由于金屬零部件在使用過程中存在負(fù)面影響，使得生產(chǎn)成本和效率都不理想。具體細(xì)節(jié)如下，該金屬部件的功能主要為:在管道施工中起到密封作用的圓球，該施工過程只需要3-5個(gè)小時(shí)，施工完成后，金屬球已經(jīng)沒有任何存在意義，但是金屬球在管道中已經(jīng)無法取出，這樣會直接影響后面的生產(chǎn)效率和產(chǎn)能。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明開發(fā)了一種新型可降解材料。用該種降解材料制成的高分子塑料球，能夠保證3-5個(gè)小時(shí)施工要求，并且完全能達(dá)到和金屬球一樣的功能一在高溫(80-100°C)，高壓70Mpa的條件下，塑料球尺寸不變，不破損，來滿足施工工程的所有技術(shù)指標(biāo)要求。而在5個(gè)小時(shí)以后，塑料球可以慢慢溶解在水中，最終在200小時(shí)左右可以完全溶解，從而使得在管道中沒有障礙，使得生產(chǎn)效率和產(chǎn)能得到極大提升。本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)問題的至少之一。為此，本發(fā)明的一個(gè)方面提供一種可
降解材料，由下述重量份數(shù)的原料制成:
成分 a 10-40%
成分 b 15-55%
成分 c 10-60%
成分d 5-30%
成分e 2-20%
成分 f 2-20%。其中，a，b，c三組分為材料的基體樹脂本分。d，e，f為重要的添加劑成分。上述可降解材料成分中還可以包括但不限于常用的抗氧劑，比如酚類A0-72，芳胺類A0-40，3，亞磷酸酯類TS-2等。熱穩(wěn)定劑，比如有機(jī)錫類，或稀土類復(fù)合穩(wěn)定劑等。相容劑，比如甲基丙烯?；惞柰榛衔?，鋯酸酯類等。內(nèi)潤滑劑，比如氧化PE蠟，微晶蠟等。外潤滑劑，比如多元醇酯，金屬皂等。結(jié)晶促進(jìn)劑，比如雙(4-叔丁基苯甲酸)羥基鋁。成核劑，比如磷酸鈉類的NAlI。高分子嫁接劑，比如N，N- 二環(huán)己基-2-6-萘二羧酰胺。

成分a具有很好的加工性能，機(jī)械性能，與其它成分有很好的相容性。在該配方體系中起到保證材料的抗沖擊強(qiáng)度和初期尺寸穩(wěn)定性以及表面硬度。成分b具有良好的親水性，有優(yōu)異的彈性。在該配方體系中，與a，c兩組分具有良好的相容性，使得材料在水中具有優(yōu)異的溶解性。成分c在厭氧和需氧的環(huán)境中，都可以被水或微生物分解，同時(shí)加工性能好，耐熱性能優(yōu)異。在該配方體系中，具有良好的生物，水等自然環(huán)境降解功能，同時(shí)提高材料使用的溫度，在100度以上。成分d是改善材料的分子鏈柔順性，增加了分子鏈的移動(dòng)性、降低了配方中高分子材料分子鏈的結(jié)晶度，提高該配方體系中材料的可塑性，改善材料的加工性能。成分e在材料降解過程中起到誘發(fā)，促進(jìn)降解等作用，能夠控制和調(diào)節(jié)降解誘導(dǎo)期時(shí)間，由于e的加入，不會降低材料本身的機(jī)械性能和加工性能。成分f為無機(jī)粉體材料，無機(jī)粒子如同剛性鏈條一樣對材料起著增強(qiáng)作用，同時(shí)與基體樹脂有很好的界面連接性能。在配方中起到提高材料剛性，使材料的收縮率更低、硬度、抗沖擊性能和強(qiáng)度等性能得到提高。根據(jù)本發(fā)明的具體示例，其中成分a為三醋酸纖維素(TAF)、乙酸丁酸纖維素(CAB)或乙酸丙酸纖維素(CAP)中的一種或一種以上的混合物。根據(jù)本發(fā)明的具體示例，其中成分b為聚醋酸乙烯酯(PVAc)或聚乙烯醇縮丁醛(PVB)中的一種或一種以上的混合物。根據(jù)本發(fā)明的具體示例，其中成分c為聚己內(nèi)酯(PCL)、聚3-羥基烷酸酯(PHA)或脂肪族聚碳酸酯 (PPC)中的一種或一種以上的混合物。根據(jù)本發(fā)明的具體示例，其中成分d為聚己二酸-1，4- 丁二醇酯或甘油三乙酸乙酯中的一種或一種以上的混合物。根據(jù)本發(fā)明的具體示例，其中成分e為十八酸內(nèi)酯或失水山梨醇油酸酯中的一種或一種以上的混合物。根據(jù)本發(fā)明的具體示例，其中成分f為納米級凹凸棒粘土或超細(xì)蒙脫土中的一種或一種以上的混合物。根據(jù)本發(fā)明的具體示例，其中成分f為微納米纖維狀鎂鋁硅酸或超細(xì)晶須碳酸鈣中的一種或一種以上的混合物。本發(fā)明同時(shí)提供上述可降解材料的制備方法，其特征在于，A、將成分d和成分e按照比例放入密閉容器，混合均勻；B、將成分a，成分b，成分c按照比例放入高速攪拌機(jī)，將三種原料混合均勻，隨后加入步驟A中的混合液，攪拌，混合均勻后放置24小時(shí)，得到分散均勻的復(fù)合材料基體；C、將混合后的成分a,成分b,成分c,成分d,成分e混合物放入同向雙螺桿擠出機(jī)，設(shè)定操作條件，同時(shí)投入成分f的比份；D、步驟C中混合物和成分f在高溫下完成混合化粘接成鏈節(jié)合成處理，然后在設(shè)備中完成六種原料的反應(yīng)擠出過程。E、對擠出交聯(lián)粒條進(jìn)行冷卻處理；F、將冷卻料條通過風(fēng)干機(jī)裝置進(jìn)行吹切處理；G、通過高速切粒機(jī)對成條粒切粒處理，完成該高分子合金材料的生產(chǎn)。根據(jù)本發(fā)明的具體示例，其中步驟B中高速攪拌機(jī)的操作參數(shù)為溫度在20°C，轉(zhuǎn)速小于50轉(zhuǎn)/分鐘。
根據(jù)本發(fā)明的具體示例，其中步驟B中加入步驟A中的混合液的方式為滴加，具體為緩慢從加料口加入混合均勻的步驟A中混合液，滴加速度在每分鐘10滴，在45分鐘內(nèi)滴加完成，然后調(diào)節(jié)攪拌速度至80轉(zhuǎn)/分鐘。進(jìn)一步的，在步驟B之后還可以，通過成核劑(比如磷酸鈉類的NA11)和高分子嫁接劑(N，N- 二環(huán)己基-2-6-萘二羧酰胺)處理步驟B中復(fù)合材料基體，使其分子鏈節(jié)激活，以便基體與無機(jī)填料更好地粘接。根據(jù)本發(fā)明的具體示例，其中步驟C中雙螺桿擠出機(jī)的操作參數(shù)中溫度為:170/190/190/210/220/220/200°C，擠出機(jī)機(jī)頭壓力為 45、65、75MPa，螺桿轉(zhuǎn)速為 80-120 轉(zhuǎn)/分鐘，真空泵壓力在0.03Mpa^0.05Mpa,喂料頻率在12 20赫茲之間。其中170/190/190/210/220/220/200°C為擠出機(jī)加工過程中擠出機(jī)設(shè)備中各段溫度范圍:一段:170°C，二段:190°C，三段:190°C，四段:210°C，五段:220°C，六段:220°C。機(jī)頭口模段:200°C，各段的溫度應(yīng)盡可能穩(wěn)定，且總的停留時(shí)間少于15min。進(jìn)一步的，所述步驟D中反應(yīng)溫度為50_100°C。根據(jù)本發(fā)明的具體示例，其中步驟E中冷卻處理包括但不限于通過儲滿常溫水的水槽裝置冷卻。本發(fā)明的材料的各項(xiàng)性能可替代金屬制品滿足各行業(yè)的要求，在期望的保存期內(nèi)性能不變，而使用后，在水中、在細(xì)菌存在的微生物環(huán)境下或其它自然環(huán)境條件下能分解成對環(huán)境無害的物質(zhì)。該材料的主要技術(shù)特點(diǎn):1、該材料可 以在一定時(shí)間范圍內(nèi)保持極高的機(jī)械強(qiáng)度，可以完全替代金屬材料。這個(gè)時(shí)間長短可以通過原料比例來調(diào)節(jié)，一般可以控制在1-24個(gè)小時(shí)。2、該材料在一定時(shí)間范圍內(nèi)在高溫，高壓環(huán)境中穩(wěn)定性好，在80°C，70Mpa的水環(huán)境中，保持初始的強(qiáng)度和剛性，不變形，不破損。3、在一定時(shí)間范圍外該材料可以迅速溶解，在水中的溶解速度按照產(chǎn)品最終的使用壽命要求，可以通過調(diào)整原料比例來實(shí)現(xiàn)，一般可以在150-1000小時(shí)內(nèi)。4、對環(huán)境友好，該材料中所有組分不含重金屬，溶解后可全部分解成小分子化合物，并最終完全降解變成二氧化碳(CO2)或/和甲烷(CH 4)、水(H2O )及其所含元素的礦化無機(jī)鹽等物質(zhì)，98%以上并被周圍的自然環(huán)境所吸收，對環(huán)境友好。該材料具有與金屬相當(dāng)?shù)臋C(jī)械性能，耐磨，耐腐蝕性好，重量輕，價(jià)格相對低，可加工到復(fù)雜形狀，可以隨時(shí)溶解和分解。本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，下列實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，而不應(yīng)視為限定本發(fā)明的范圍。實(shí)施例一成分a， 三醋酸纖維素(TAF)IO00
成分b， 聚醋酸乙烯酯(PVAc)15%
成分C， 聚ε-己內(nèi)酯(PCL)10%
成分d， 聚己二酸-1,4-丁二醇酯30%
成分e， 十八酸內(nèi)酯20%
成分f， 納米級凹凸棒粘土15°/。以上原料為市場上銷售的工業(yè)化產(chǎn)品，f產(chǎn)品的粒徑大小為l-1000nm。1，將成分d和成分e按照比例先后放入密閉容器，保證混合均勻。2，將成分a，成分b，成分c按照比例對應(yīng)的重量放入100L的高速攪拌機(jī)，溫度設(shè)定在20°C，轉(zhuǎn)速在低速下旋轉(zhuǎn)(轉(zhuǎn)速小于50)，使得三種原料混合均勻，隨后緩慢從加料口加入混合均勻的d，e混合液，滴加速度在每分鐘10滴，保證在45分鐘內(nèi)滴加完成。然后加攪拌加速到中速(80左右)，混合均勻后放置24小時(shí)，得到混合分散均勻的復(fù)合材料基體。3，通過成核劑和高分子嫁接劑處理復(fù)合材料基體，使其分子鏈節(jié)激活，以便基體與無機(jī)填料更好地粘接。4，將混合后的a，b，c，d，e混合物放入同向雙螺桿擠出機(jī)(機(jī)器型號，長徑比為45:1),設(shè)定機(jī)器溫度為:170/190/190/210/220/220/200°C，壓力在 45、65、75.速度為中速。
·
5，真空泵壓力控制在0.03Mpa^0.05Mpa之間，喂料頻率控制在12 20赫茲之間。6，同時(shí)打開側(cè)喂料裝置，按照配方中f的投料比，控制好側(cè)喂料送料速度。7，對前面復(fù)合材料和無機(jī)填料進(jìn)行高溫熔混合化粘接成鏈節(jié)合成處理，在設(shè)備中完成六種原料的反應(yīng)擠出過程。8，對擠出交聯(lián)粒條通過降溫水槽裝置，進(jìn)行冷卻處理。9，將冷卻料條通過風(fēng)干機(jī)裝置進(jìn)行吹切處理。10，通過高速切粒機(jī)對成條粒切粒處理.完成該高分子合金材料的生產(chǎn)。實(shí)施例二
成分a， 乙酸丁酸纖維素(CAB)22%
成分b， 聚乙烯醇縮丁醛(PVB)30%
成分C， 聚3-羥基烷酸酯(PHA)20%
成分d， 甘油三乙酸乙酯15%
成分e， 失水山梨醇油酸酯8%
成分f， 超細(xì)蒙脫土5%制備步驟如實(shí)施例一實(shí)施例三成分a， 乙酸丙酸纖維素(CAP)20%
成分b， 聚乙烯醇(PVOH)31%
成分C， 脂肪族聚碳酸酯(PPC)40%
成分d， 乙二醇5%
成分e， 油酸乙酯2%
成7刀f， 微納米纖維狀鎂鋁硅酸2%制備步驟如實(shí)施例一實(shí)施例四材料溶解性能對于在水中的溶解速度舉例:(在自然界的水中，測試方法見標(biāo)準(zhǔn)ASTM D5210)A:b:c的比例為22:30:20時(shí)，溶解速度如下:5-36小時(shí)，溶解掉30%37-96小時(shí)，溶解掉55%97-144 小時(shí)，溶解掉 75%`
145-192 小時(shí)，溶解掉 100%如果配方比例不同，其溶解速度可以有很多種變化方式。在微生物細(xì)菌中分解速度舉例:(是在厭氧生物降解下，方法采用城市污泥的ASTMD5271-2002 標(biāo)準(zhǔn))30 天降解 20%50 天降解 45%120 天降解 100%材料機(jī)械性能數(shù)據(jù):在95°C下可以長期使用，熱變形溫度142-160° (測試方法:ASTM D648)拉伸強(qiáng)度98-110MPa(測試方法:ASTM D638)彎曲強(qiáng)度168_178Mpa(測試方法:ASTM D790)彎曲模量6300_7200Mpa(測試方法:ASTM D790)懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度 120-150J/m(測試方法:ASTM D790)洛氏硬度 R-120(測試方法:ASTM D785)。
權(quán)利要求
1.一種可降解材料，其特征在于，由下述重量份數(shù)的原料制成: 成分 a 10-40%成分 b 15-55% 成分 c 10-60% 成分d 5 jU%成分e 2-20% 成分 f 2-20%。
2.如權(quán)利要求1所述的可降解材料，其特征在于，成分a為三醋酸纖維素(TAF)、乙酸丁酸纖維素(CAB)或乙酸丙酸纖維素(CAP)中的一種或一種以上的混合物。
3.如權(quán)利要求1所述的可降解材料，其特征在于，成分b為聚醋酸乙烯酯(PVAc)或聚乙烯醇縮丁醛(PVB)中的一種或一種以上的混合物。
4.如權(quán)利要求1所述的可降解材料，其特征在于，成分c為聚￡-己內(nèi)酯(？(^)、聚3-羥基烷酸酯(PHA)或脂肪族聚碳酸酯(PPC)中的一種或一種以上的混合物。
5.如權(quán)利要求1所述的可降解材料，其特征在于，成分d為聚己二酸-1，4-丁二醇酯或甘油三乙酸乙酯中的一種或一種以上的混合物。
6.如權(quán)利要求1所述的可降解材料，其特征在于，成分e為十八酸內(nèi)酯或失水山梨醇油酸酯中的一種或一種以上的混合物。
7.如權(quán)利要求1所述的可降解材料，其特征在于，成分f為納米級凹凸棒粘土或超細(xì)蒙脫土中的一種或一種以上的混合物。
8.—種如權(quán)利要求1-7所述的可降解材料的制備方法，其特征在于， A、將成分d和成分e按照比例放入密閉容器，混合均勻； B、將成分a，成分b，成分c按照比例放入高速攪拌機(jī)，將三種原料混合均勻，隨后加入步驟A中的混合液，攪拌，混合均勻后放置24小時(shí)，得到分散均勻的復(fù)合材料基體； C、將混合后的成分a,成分b,成分c,成分d,成分e混合物放入同向雙螺桿擠出機(jī)，設(shè)定操作條件，同時(shí)投入成分f的比份； D、步驟C中混合物和成分f在高溫下完成混合化粘接成鏈節(jié)合成處理，然后在設(shè)備中完成六種原料的反應(yīng)擠出過程。
E、對擠出交聯(lián)粒條進(jìn)行冷卻處理； F、將冷卻料條通過風(fēng)干機(jī)裝置進(jìn)行吹切處理； G、通過高速切粒機(jī)對成條粒切粒處理，完成該高分子合金材料的生產(chǎn)。
9.如權(quán)利要求8所述的可降解材料的制備方法，其特征在于，步驟B中加入步驟A中的混合液的方式為滴加，具體為緩慢從加料口加入混合均勻的步驟A中混合液，滴加速度在每分鐘10滴，在45分鐘內(nèi)滴加完成，然后調(diào)節(jié)攪拌速度至80轉(zhuǎn)/分鐘。
10.如權(quán)利要求8所述的可降解材料的制備方法，其特征在于，雙螺桿擠出機(jī)的操作參數(shù)中溫度為:170/190/190/210/220/220/ 200°C，擠出機(jī)機(jī)頭壓力為45、65、75MPa，螺桿轉(zhuǎn)速為80-120轉(zhuǎn)/分鐘，真空泵壓力在0.03Mpa 0.05Mpa,喂料頻率在12 20赫茲之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可降解材料及其制備方法。由下述重量份數(shù)的原料制成成分a 10-40%，成分b 15-55%，成分c 10-60%，成分d 5-30%，成分e 2-20%，成分f 2-20%。該材料的各項(xiàng)性能可替代金屬制品滿足各行業(yè)的要求，在期望的保存期內(nèi)性能不變，而使用后，在水中、在細(xì)菌存在的微生物環(huán)境下或其它自然環(huán)境條件下能分解成對環(huán)境無害的物質(zhì)。
文檔編號C08L69/00GK103232618SQ20131017773
公開日2013年8月7日 申請日期2013年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月14日
發(fā)明者張哲 申請人:青島科凱達(dá)橡塑有限公司