用于可降解一次性餐具的聚丙烯改性材料及其制备方法 【技术领域】
本发明涉及聚丙烯材料，尤其涉及一种用于可降解一次性餐具的聚丙烯改性材料及其制备方法。
背景技术
淀粉基生物降解塑料是当今开发最多的一类生物降解塑料，按其淀粉含量的不同可以分为淀粉填充塑料和全淀粉塑料，全淀粉塑料全部以淀粉为原料制成的塑料，利用化学手段使淀粉分子结构变异，使淀粉具有热塑性，再辅以少量可降解助剂加工制成。
所谓的淀粉填充塑料是指将淀粉添加到一些非降解性树脂中，在通用加工设备上加工制得的塑料。在一定条件下，这类材料中的淀粉能够在能分泌酶的微生物作用下分解，同时其他组分分裂为碎片。但是在这类将淀粉作为填充剂的生物降解材料中，由于亲水性淀粉和疏水性高聚物的相容性差，且淀粉成型困难，导致淀粉填充塑料的机械性能差，因此也限制了淀粉在制品中的含量，使制品的可降解性不尽如人意。
【发明内容】
本发明的目的是克服现有可降解一次性餐具强度不够的缺点，提供一种用于高强度可降解一次性餐具的聚丙烯改性材料及其制备方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
用于可降解一次性餐具的聚丙烯改性材料，特点是包含以下成分及重量比：聚丙烯：10～20％，玉米淀粉母粒：50～70％，硫酸钙晶须：10～20％，聚丙烯接枝马来酸酐：5～10％，聚乙烯蜡：0.5～1％，抗氧剂：0.3～0.6％，润滑剂：0.2～0.6％。
进一步的，上述用于可降解一次性餐具的聚丙烯改性材料，其组分为：聚丙烯：20％，玉米淀粉母粒：50％，硫酸钙晶须：20％，聚丙烯接枝马来酸酐：8％，聚乙烯蜡：1％，抗氧剂：0.5％，润滑剂：0.5％。
更进一步的，上述用于可降解一次性餐具的聚丙烯改性材料，所述聚丙烯熔体流动速率＞45g/10min，拉伸强度＞35MPa，弯曲模量＞1500MPa；所述的玉米淀粉母粒中玉米淀粉的质量分数为55％；所述的硫酸钙晶须的长径比大于30，直径为2～5μm；所述聚丙烯接枝马来酸酐共聚物中马来酸酐的接枝率为1％，熔体流动速率大于80g/10min；所述的抗氧剂为抗氧剂1010与抗氧剂168的复配物；所述的润滑剂为乙撑双硬脂酰胺；所述的聚乙烯蜡相对分子质量为5000，软化温度为55℃。
本发明用于可降解一次性餐具的聚丙烯改性材料的制备方法，包括以下步骤：
①原料混合均匀：按照配比将聚丙烯、玉米淀粉母粒、聚丙烯接枝马来酸酐共聚物、聚乙烯蜡、抗氧剂和润滑剂在高速混合机混合均匀；
②硫酸钙晶须加料：硫酸钙晶须在双螺杆挤出机侧向喂料口添加；
③在双螺杆挤出机内混炼：将步骤①得到的混合物加入双螺杆挤出机内混炼；双螺杆挤出机在170～220℃之间；混合物在双螺杆挤出机中的总停留时间为3～8min，双螺杆挤出机转速在300～350r.min-1；
④将得到的物料挤出后冷却、切粒，即得到用于可降解一次性餐具的聚丙烯改性料。
再进一步地，上述用于可降解一次性餐具的聚丙烯改性材料的制备方法，首先，将20份聚丙烯、50份玉米淀粉母粒、8份聚丙烯接枝马来酸酐、1份聚乙烯蜡、0.5份抗氧剂、0.5份乙撑双硬脂酰胺在混合机中混合均匀；20份硫酸钙晶须从双螺杆挤出机的侧向喂料口添加；然后，将混合物在双螺杆挤出机中混炼，双螺杆每段的温度分别为：T1＝170℃，T2＝180℃，T3＝190℃，T4＝205℃，T5＝210℃，T6＝220℃，双螺杆挤出机转速为r＝350r.min-1，最后，挤出、冷却、切粒即得到用于可降解一次性餐具的聚丙烯改性材料。
本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：
①采用玉米淀粉母粒填充聚丙烯，使玉米淀粉均匀分散在聚丙烯基体中，随着玉米淀粉的生物降解，聚丙烯改性料崩解成碎片，使聚丙烯改性料具有一定程度的可降解性；
②采用硫酸钙晶须对玉米淀粉/聚丙烯改性，提高复合材料的强度；
③采用聚丙烯接枝马来酸酐共聚物作为增容剂，提高玉米淀粉、硫酸钙晶须与基体树脂的相容性，使硫酸钙晶须的增强作用充分发挥；
④采用侧向喂料添加硫酸钙晶须，减少硫酸钙晶须在螺杆中的停留时间，使硫酸钙晶须的长径比得以保持，有利于发挥硫酸钙晶须的增强作用。
【具体实施方式】
为了解决淀粉填充塑料机械性能差的不足，本发明采用硫酸钙晶须填充改性淀粉/聚丙烯塑料，同时添加一定量的聚丙烯接枝马来酸酐，提高淀粉与聚丙烯的相容性，提高制品的机械性能。
用于可降解一次性餐具的聚丙烯改性料，成分重量比为：聚丙烯：10～20％，玉米淀粉母粒：50～70％，硫酸钙晶须：10～20％，聚丙烯接枝马来酸酐：5～10％，聚乙烯蜡：0.5～1％，抗氧剂：0.3～0.6％，润滑剂：0.2～0.6％。优选配方为：聚丙烯：20％；玉米淀粉母粒：50％；硫酸钙晶须：20％；聚丙烯接枝马来酸酐：8％；聚乙烯蜡：1％；抗氧剂：0.5％；润滑剂0.5％。
其中，聚丙烯熔体流动速率＞45g/10min，拉伸强度＞35MPa，弯曲模量＞1500MPa；玉米淀粉母粒中玉米淀粉的质量分数为55％；硫酸钙晶须的长径比大于30，直径为2～5μm；聚丙烯接枝马来酸酐共聚物中马来酸酐的接枝率为1％，熔体流动速率大于80g/10min；抗氧剂为抗氧剂1010与抗氧剂168的复配物；润滑剂为乙撑双硬脂酰胺；聚乙烯蜡相对分子质量为5000，软化温度为55℃。
具体的制备工艺为：①原料混合均匀：按照配比将聚丙烯、玉米淀粉母粒、聚丙烯接枝马来酸酐共聚物、聚乙烯蜡、抗氧剂和润滑剂在高速混合机混合均匀；②硫酸钙晶须加料：硫酸钙晶须在双螺杆挤出机侧向喂料口添加；③在双螺杆挤出机内混炼：将步骤①得到地混合物加入双螺杆挤出机内混炼；双螺杆挤出机在170～220℃之间；混合物在双螺杆挤出机中的总停留时间为3～8min，双螺杆挤出机转速在300～350r.min-1；④将得到的物料挤出后冷却、切粒，即得到用于可降解一次性餐具的聚丙烯改性料。
采用具有生物降解性的玉米淀粉作为填充料，当玉米淀粉含量达到一定值时，随着玉米淀粉降解，复合材料的其他成分分裂为碎片，从而具有一定程度的可降解性。但是由于玉米淀粉较难加工且与聚丙烯基体的相容性差，导致复合材料的强度较低，因此，本发明使用硫酸钙晶须作为增强材料，聚丙烯接枝马来酸酐作为相容剂，提高复合材料的机械性能。
实施例1：
将20份聚丙烯、50份玉米淀粉母粒、8份聚丙烯接枝马来酸酐共聚物、1份聚乙烯蜡、0.5份抗氧剂和0.5份乙撑双硬脂酰胺在高速混合机中混合均匀，20份硫酸钙晶须从双螺杆挤出机的侧向喂料加入，然后将共混物在双螺杆挤出机中混炼，双螺杆挤出机各段的温度设定为T1＝170℃，T2＝180℃，T3＝190℃，T4＝205℃，T5＝210℃，T6＝220℃，双螺杆挤出机转速为350r/min。挤出造粒，最终得到用于高强度可降解一次性餐具的聚丙烯改性料。
实施例2：
将15份聚丙烯、60份玉米淀粉母粒、5份聚丙烯接枝马来酸酐共聚物、0.8份聚乙烯蜡、0.3份抗氧剂和0.6份润滑剂在高速混合机中混合均匀，18.3份硫酸钙晶须从双螺杆挤出机的侧向喂料加入，然后将共混物在双螺杆挤出机中混炼，双螺杆挤出机每段的温度设定为T1＝170℃，T2＝190℃，T3＝195℃，T4＝200℃，T5＝205℃，T6＝210℃，双螺杆挤出机的转速为300r/min。最后挤出造粒，最终得到用于高强度可降解一次性餐具的聚丙烯改性料。
实施例3：
将10份聚丙烯、70份玉米淀粉母粒、8.6份聚丙烯接枝马来酸酐共聚物、0.5份聚乙烯蜡、0.6份抗氧剂和0.3份润滑剂在高速混合机中混合均匀，10份硫酸钙晶须从双螺杆挤出机的侧向喂料加入，然后将共混物在双螺杆挤出机中混炼，双螺杆挤出机每段的温度设定为T1＝170℃，T2＝180℃，T3＝190℃，T4＝200℃，T5＝205℃，T6＝220℃，双螺杆挤出机转速为320r/min。最后挤出造粒，最终得到用于高强度可降解一次性餐具的聚丙烯改性料。
实施例4：
将20份聚丙烯、53.7份玉米淀粉母粒、10份聚丙烯接枝马来酸酐共聚物、0.7份聚乙烯蜡、0.4份抗氧剂和0.2份润滑剂在高速混合机中混合均匀，15份硫酸钙晶须从双螺杆挤出机的侧向喂料加入，然后将共混物在双螺杆挤出机中混炼，双螺杆挤出机每段的温度设定为T1＝170℃，T2＝180℃，T3＝190℃，T4＝205℃，T5＝210℃，T6＝220℃，双螺杆挤出机转速为320r/min。最后，挤出造粒，最终得到用于高强度可降解一次性餐具的聚丙烯改性料。
实施例5：
将13份聚丙烯、65份玉米淀粉母粒、7份聚丙烯接枝马来酸酐共聚物、1分聚乙烯蜡、0.6份抗氧剂和0.4份润滑剂在高速混合机中混合均匀，13份硫酸钙晶须从双螺杆挤出机的侧向喂料加入，然后将共混物在双螺杆挤出机中混炼，双螺杆挤出机每段的温度设定为T1＝170℃，T2＝180℃，T3＝190℃，T4＝195℃，T5＝200℃，T6＝210℃，双螺杆挤出机转速为310r/min。最后，挤出造粒，最终得到用于高强度可降解一次性餐具的聚丙烯改性料。
将以上实施例所得产品干燥后注塑成标准样条，按国家标准测试其性能，结果如表1所示。
表1 实施例测试结果
从上述性能测试结果可看出，材料性能非常优异。
综上所述，本发明采用玉米淀粉母粒填充聚丙烯，使玉米淀粉均匀分散在聚丙烯基体中，随着玉米淀粉的生物降解，聚丙烯改性料崩解成碎片，使聚丙烯改性料具有一定程度的可降解性；采用硫酸钙晶须对玉米淀粉/聚丙烯改性，提高复合材料的强度；采用聚丙烯接枝马来酸酐共聚物作为增容剂，提高玉米淀粉、硫酸钙晶须与基体树脂的相容性，使硫酸钙晶须的增强作用充分发挥；采用侧向喂料添加硫酸钙晶须，减少硫酸钙晶须在螺杆中的停留时间，使硫酸钙晶须的长径比得以保持，有利于发挥硫酸钙晶须的增强作用。
以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。