一种高强度改性材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及塑料制品制备技术领域，具体涉及一种高强度改性材料及其制备方法。一种高强度改性塑料，包括以下以重量份计的原料：秸秆原料80‑120份、核桃壳粉15‑30份、云母粉1‑5份、抗氧化剂0.5‑2份、阻燃剂0.5‑2份、增韧剂1‑5份、稳定剂1‑5份、氧化钛0.1‑0.5份；所述秸秆原料由如下方法制备而成：将干燥秸秆粉碎获得秸秆粉，使用中性蛋白酶酶解处理所述秸秆粉，获得所述秸秆原料。本方案解决了使用秸秆为主要原料的改性塑料拉伸强度有限的技术问题，可以应用于改性秸秆塑料的生产实践中，对秸秆资源进行了综合利用。

【技术实现步骤摘要】
一种高强度改性材料及其制备方法
本专利技术涉及塑料制品制备
，具体涉及一种高强度改性材料及其制备方法。
技术介绍
秸秆是成熟农作物茎叶(穗)部分的总称，通常指小麦、水稻、玉米、薯类、油菜、棉花、甘蔗和其它农作物(通常为粗粮)在收获籽实后的剩余部分。农作物光合作用的产物有一半以上存在于秸秆中，秸秆富含有机质等，粗纤维含量高，并含有木质素等，是一种具有多用途的可再生的生物资源。随着农业生产的发展，粮食产量大幅提高，秸秆数量也多，使农村中有大量富余秸秆。现在以秸秆作为原材料制备塑料制品已经越来越普及，秸秆能做成杯子、碗和垃圾桶等多种日常生活用品，秸秆塑料制品更符合当下低碳环保和绿色消费的理念。虽然综合利用秸秆制备秸秆塑料制品具有非常深远的意义，但是秸秆在秸秆制成的塑料制品中如果含量过高，则会出现秸秆纤维之间的交联强度不高的问题，这样会导致含有秸秆的改性材料的拉伸强度较低的问题。
技术实现思路
本专利技术意在提供一种高强度改性材料及其制备方法，用以解决了使用秸秆为主要原料的改性材料拉伸强度有限的技术问题。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种高强度改性材料，包括以下以重量份计的原料：秸秆原料80-120份、核桃壳粉15-30份、云母粉1-5份、抗氧化剂0.5-2份、阻燃剂0.5-2份、增韧剂1-5份、稳定剂1-5份、氧化钛0.1-0.5份；所述秸秆原料由如下方法制备而成：将干燥的秸秆粉碎获得秸秆粉，使用中性蛋白酶酶解处理所述秸秆粉，获得所述秸秆原料。本方案的原理及优点是：在本方案中的改性材料的主要成分是秸秆，由于其含量较高，直接使用秸秆来制备秸秆塑料获得的产品在强度上有所缺陷。在本方案中，对秸秆进行了酶解处理，使得秸秆中的部分蛋白酶解。专利技术人经长期研究发现，在双螺杆机挤出成型的过程中，秸秆中的部分蛋白的存在会影响秸秆的纤维素和木质素等材料与原料在双螺杆挤出机中的交联和结合。因此，在本方案中先使用中性蛋白酶来处理秸秆粉，获得的酶解后的秸秆原料用于改性材料的制备可显著增强改性材料的拉伸强度。另外，专利技术人曾尝试过多种不同的蛋白酶来对秸秆进行预处理，结果发现中性蛋白酶的效果最佳。专利技术人分析产生上述现象的原因在于不同蛋白酶对蛋白的切割的位点和形式具有差异，导致了其他蛋白酶不能有效地酶解可能会影响塑料强度的蛋白类物质。针对本方案，中性蛋白酶显示了对秸秆处理的有效性，使用中性蛋白酶酶解处理秸秆粉获得的秸秆原料可增强塑料的拉伸强度。本方案使用秸秆作为改性材料的主要原料，对秸秆资源进行了综合利用，不仅达到了废弃物回收利用的效果，令秸秆有了新用途，同时也起到了绿色环保的作用。含秸秆的塑料可变废为宝，为农作物秸秆的处理找到了一条新的出路，有助于减少粮食作物丰收时期焚烧秸秆的现象。进一步，所述中性蛋白酶结合在壳聚糖上。直接使用中性蛋白酶处理秸秆粉，由于秸秆粉中存在一定的可能影响酶活的杂质，不利于酶的活性中心与底物结合，导致催化效率下降，不能够充分将秸秆中影响塑料质量的蛋白分解去除。将中性蛋白酶固定在壳聚糖上，可以一定程度上维持酶的活性并且使得酶的活性中心更好地暴露给底物，实现了更好的催化酶解的作用。进一步，所述改性材料的拉伸强度大于35MPa。采用本方案制备的改性材料拉伸强度在35MPa以上，可以满足对塑料强度的需求。进一步，所述秸秆为玉米秸秆、小麦秸秆、稻谷秸秆、花生秸秆和绿豆秸秆中的一种或多种。上述种类的秸秆为田间常见的类型，本方案可对其进行综合处理回收利用。进一步，所述抗氧化剂为叔丁基对苯二酚、丁基羟基茴香醚和二丁基羟基甲苯中的一种或多种；所述阻燃剂为四溴联苯醚、五溴联苯醚、六溴联苯醚、八溴联苯醚和十溴联苯醚中的一种或多种；所述增韧剂为羧基丁腈橡胶、聚乙烯醇缩丁醛和聚醚砜中的一种或多种；所述稳定剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸钾和硬脂酸镁的一种或多种。采用上述氧化剂、阻燃剂、增韧剂、稳定剂等可以有效提升改性材料的各项性能。进一步，一种高强度改性材料的制备方法包括以下步骤：(1)秸秆原料的制备：将中性蛋白酶固定在壳聚糖上，获得固化酶；将秸秆粉碎后获得秸秆粉，将所述固化酶分散于水中获得酶悬液，使用所述酶悬液酶解处理秸秆粉，获得秸秆原料；(2)改性材料的制备：将秸秆原料、核桃壳粉、云母粉、氧化剂、阻燃剂、增韧剂、稳定剂和氧化钛按比例混合，获得原料混合物；将原料混合物注入双螺杆挤出机中，挤出造粒，获得母粒。采用上述技术方案，先将中性蛋白酶固定在壳聚糖上，然后使用中性蛋白酶对秸秆粉中的部分蛋白，然后用获得的桔梗原料来制备本方案的改性材料。进一步，所述固化酶由如下方法制备：使用戊二醛对壳聚糖进行改性处理，然后将中性蛋白酶固定在改性后的壳聚糖上。通过戊二醛可以使得蛋白类物质连接在壳聚糖上。进一步，在所述固化酶中，壳聚糖和中性蛋白酶的质量比为1:1；在酶悬液中，固化酶的浓度为6g/100ml；使用所述酶悬液酶解处理秸秆粉的方法为：每100g秸秆粉加入100ml酶悬液，然后37℃和pH为7的条件下恒温反应4h，然后过滤取固相，所述固相经水洗和干燥后，获得秸秆原料。采用上述参数条件，可以使中性蛋白酶对秸秆粉进行充分的酶解反应，以去除部分蛋白类物质，增强改性材料的拉伸强度。进一步，在挤出造粒的过程中，双螺杆挤出机的参数设定为：温度为170-260℃；螺杆回转速度为100-200rpm，喂料速度为40-60g/min。采用上述的挤出条件，可制备获得各项性质满足需求的改性材料。进一步，将步骤(2)中获得的母粒置于100℃的环境中，真空干燥12-24h，获得成品。通过干燥处理，脱去改性材料中的水分，获得强度等指标满足需求的成品。具体实施方式下面通过具体实施方式进一步详细说明：具体实施方式撰写建议如下，主要分为实施例、对比例和实验例：实施例1：制备本方案的改性材料的原料(以质量份计)为：秸秆原料100份、核桃壳粉(粒径80-100目)20份、云母粉(CAS:12001-26-2)3份、叔丁基对苯二酚1份、四溴联苯醚1份、羧基丁腈橡胶(CAS：25265-19-4)3份、硬脂酸钙3份、氧化钛0.2份。将上述原料放入搅拌机中混合，搅拌速度为80rpm，搅拌混合60min，获得混合原料。将原料混合物注入双螺杆挤出机中，挤出造粒，获得母粒。根据需要可将母粒制备成片材后压延或者直接注射成型得到餐具。其中，双螺杆挤出机的参数设定为：温度为200℃，螺杆回转速度为130rpm，喂料速度为45g/min，物料在双螺杆挤出机出口处被剪成直径3mm，长5mm的母粒，再将母粒置于在100℃的温度条件下真空干燥20h。可以根据需要将制备获得的母粒制备成片材后压延成型或者直接注射成型得到餐具。为了检测本方案获得的材料的各项参数性质，使用挤压机将母粒挤压成为测试样片，参照标准GB1040-79测量样片的拉伸强度(tensilestrength，在拉伸试验中，试样直至断裂为止所承受的最大拉伸应力)。统计了三本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强度改性材料，其特征在于：包括以下以重量份计的原料：秸秆原料80-120份、核桃壳粉15-30份、云母粉1-5份、抗氧化剂0.5-2份、阻燃剂0.5-2份、增韧剂1-5份、稳定剂1-5份、氧化钛0.1-0.5份；所述秸秆原料由如下方法制备而成：将干燥的秸秆粉碎获得秸秆粉，使用中性蛋白酶酶解处理所述秸秆粉，获得所述秸秆原料。/n

【技术特征摘要】
1.一种高强度改性材料，其特征在于：包括以下以重量份计的原料：秸秆原料80-120份、核桃壳粉15-30份、云母粉1-5份、抗氧化剂0.5-2份、阻燃剂0.5-2份、增韧剂1-5份、稳定剂1-5份、氧化钛0.1-0.5份；所述秸秆原料由如下方法制备而成：将干燥的秸秆粉碎获得秸秆粉，使用中性蛋白酶酶解处理所述秸秆粉，获得所述秸秆原料。


2.根据权利要求1所述的一种高强度改性材料，其特征在于：所述中性蛋白酶结合在壳聚糖上。


3.根据权利要求2所述的一种高强度改性材料，其特征在于：所述改性材料的拉伸强度大于35MPa。


4.根据权利要求3所述的一种高强度改性材料，其特征在于：所述秸秆为玉米秸秆、小麦秸秆、稻谷秸秆、花生秸秆和绿豆秸秆中的一种或多种。


5.根据权利要求4所述的一种高强度改性材料，其特征在于：所述抗氧化剂为叔丁基对苯二酚、丁基羟基茴香醚和二丁基羟基甲苯中的一种或多种；所述阻燃剂为四溴联苯醚、五溴联苯醚、六溴联苯醚、八溴联苯醚和十溴联苯醚中的一种或多种；所述增韧剂为羧基丁腈橡胶、聚乙烯醇缩丁醛和聚醚砜中的一种或多种；所述稳定剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸钾和硬脂酸镁的一种或多种。


6.根据权利要求5所述的一种高强度改性材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)秸秆原料的制备：将中性蛋白酶固定在壳聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜红亮，屈朝辉，赵晨曦，
申请(专利权)人：山西富淇科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山西;14