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CN116178887B - 一种可降解快递袋材料及其制备方法 - Google Patents

一种可降解快递袋材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可降解快递袋材料及其制备方法,属于可降解高分子材料技术领域,具体的快递袋材料包括如下按重量份数计算的组分:2,2‑双(P‑氨基苯氧基)乙醚20‑40份,4,4’‑二氨基二苯并冠醚5‑15份,多聚甲醛(PFA)25‑45份、N‑甲基吡咯烷酮10‑20份,聚己内酯2‑5份,填料母粒5‑15份,润滑剂0.5‑1.5份。采用该组分制备的可降解快递袋综合利用了不同天然可降解材料,以及不同树脂原料的特性,同时含有柔性乙二醚和刚性苯环结构特征的环状和非环状结构芳香二胺,即4,4’‑二氨基二苯并冠醚和2,2‑双(P‑氨基苯氧基)乙醚,将两者分别与多聚甲醛反应制备新型的PHT树脂,再通过预制填料母粒,使其同时具有较好的力学性能和降解性能,制作工艺简单;与传统快递袋相比,在相同成本的条件下,明显增加可降解性,是一种资源节约,环境友好型产品。

Description

一种可降解快递袋材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及可降解高分子材料技术领域,具体涉及一种可降解快递袋材料及其制备方法和应用。
背景技术
随着人们生活方式、消费理念、支付手段的更新和升级,网购不再是城市里年轻人的主场,在智能手机的普及和新的社交电商的推动下,线上市场在中国已经充分下沉到农村乡镇,这也成为电商行业新的增长点和必争之地,各个年龄段都能享受到科技带来的便利,老年人在网上也能方便地购买到自己心仪的商品。
全球每年生产超过三亿吨的塑料制品,大部分在一年内就被废弃,这些材料的不可降解性以及焚烧过程中会产生有毒气体,需要环境友好的可降解新材料,通过先进的固废管理办法实现资源绿色化。欧洲、美国、日本这些发达对于自然界中不可降解或难以降解的塑料制品,已开始采取局部禁用和强制收取污染费等法规和措施来减少污染。但这种可降解塑料填料与聚合物之间相容性较差,表面存在裂纹及孔洞,会影响塑料产品的韧性及拉伸强度等力学性能。专利202010372818.1《一种聚乙烯基降解塑料及其制备方法》采用聚乙烯,淀粉,助降解剂,促降剂,改性剂,塑化剂及润滑剂、抗氧剂和钛白粉构成,机械性能无法达到国家标准快递包装袋要求。现有技术中无法同时满足快递袋具有较好可降解性及耐冲击、耐撕裂等机械性能。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题,本发明的目的是提供一种可降解快递袋材料及其制备方法和应用。
为实现上述发明目的,本发明采用的技术方案如下:
一种可降解快递袋材料,其特征在于,包括如下按重量份数计算的组份:2,2-双(P-氨基苯氧基)乙醚20-40份,4,4’-二氨基二苯并冠醚5-15份,多聚甲醛(PFA)25-45份、N-甲基吡咯烷酮10-20份,聚己内酯2-5份,填料母粒5-15份,润滑剂0.5-1.5份;
其中,填料母粒包括如下按重量份数计算的组份:碳酸钙10-25份,滑石粉5-20份,山茶果皮粉10-20份,低密度聚乙烯10-20份。
作为优选方案,2,2-双(P-氨基苯氧基)乙醚质量分数为90%-98%。
作为优选方案,所述4,4’-二氨基二苯并冠醚质量分数为90%-98%。
作为优选方案,所述润滑剂为硬脂酸、硬脂酸酯、油酸酰胺、棕榈酸、乙撑双硬脂酰胺中的一种或几种。
作为优选方案,所述相容剂为甲基丙烯酸缩水甘油酯。
作为优选方案,所述多聚甲醛质量分数为92%-95%。
本发明还提供了上述的一种可降解快递袋材料的制备方法,包括以下步骤:
S1、取定量多聚甲醛加入NMP和水的混合溶剂(水含量为12-15vol%)中,混合物升温至80-85℃使多聚甲醛解聚为甲醛澄清液;
S2、将以上澄清液降温并转移到45-55℃油浴锅中恒温;
S3、于甲醛溶液中加入5mol%的2,2-双(P-氨基苯氧基)乙醚或4,4’-二氨基二苯并冠醚单体,在45-55℃下搅拌反应10-15min,制备获得预聚物混合物;
S4、将预聚物混合物倾倒在四氟乙烯制成的模具中,置于45-55℃鼓风干燥箱中20-30h,随后经130-150℃保温5-7h,以尽可能除去溶剂,得到固化形态混合物;
S5、称取配方量的碳酸钙、滑石粉、山茶果皮粉、低密度聚乙烯经过高速共混机混匀后,经挤出机挤出造粒,制备得到填充母粒
S6、根据配方组份称量混合物、聚己内酯、填料母粒、润滑剂、相容剂,将组份物料投入混合机中混合均匀,在温度为130-160℃,将混合后的物料投入挤出机,挤出、冷却、造粒;
S7、将步骤S6所得粒子加入吹膜机,升温至150-170℃吹膜,冷却后加入制袋机制成可降解快递袋材料。
与现有技术相比,本发明具有如下显著性有益效果:
1.以2,2-双(P-氨基苯氧基)乙醚和4,4’-二氨基二苯并冠醚两种具有“刚柔并济”结构特征的单体制备获得含环状和非环状结构单元的新型可降解材料材料。制备工艺探索显示,两种可降解快递袋材料环状与非环状结构单元影响HT交联结构的形成,体现出更高的热降解稳定性、亲水性,其更易在无机酸液中降解,同时其刚性结构单元可赋予材料较好的拉伸强度、疏水性和更好的耐有机溶剂性能。
2.填料母粒以低密度聚乙烯为载体,与基体树脂具有良好的相容性,填料母粒均匀分散于复合材料中,在一定程度上增加了材料间隙,山茶果皮粉有助于诱导微生物的侵入,被环境中的微生物降解后会导致复合材料表面的缺陷和破坏,有助于微生物或酶与复合材料中的聚合物直接作用,将聚合物分解或氧化降解成小分子,直到完全降解生成二氧化碳和水。山茶果皮粉成本低,且实现废物资源循环再利用,使此产品在销售市场中具有更高的竞争力。
附图说明
图1是本发明制备的可降解快递袋材料的合成路线图;
图2是本发明制备的可降解快递袋材料的横截面电镜图(实施例1);
图3是本发明制备的可降解快递袋材料的横截面电镜图(对比例2);
图4是本发明制备的可降解快递袋材料的各实施例性能测试结果。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例,对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
2,2-双(P-氨基苯氧基)乙醚与4,4’-二氨基二苯并冠醚两种二胺与甲醛的缩聚反应本质上是氨基与甲醛的加成缩合过程,其反应如图1(a)(b)所示,在40-60℃反应的预聚阶段,形成了半缩醛胺动态共价适应性网络结构(HDCNs),在130-150℃和后续的高温固化过程,溶剂NMP被蒸发,动态共价网络脱水可形成六氢三嗪(HT)环得到PHT树脂。
实施例1
一种可降解快递袋,包括以下组份物质(kg):
2,2-双(P-氨基苯氧基)乙醚30,4,4’-二氨基二苯并冠醚15,多聚甲醛(PFA)30、N-甲基吡咯烷酮14,聚己内酯5,填料母粒10,润滑剂1。
以上配方可用以生产可降解快递袋,所述一种可降解快递袋的制作方法如下:
S1、取上述配比多聚甲醛加入NMP和水的混合溶剂(水含量为12-vol%)中,混合物升温至80℃使多聚甲醛解聚为甲醛澄清液;
S2、将以上澄清液降温并转移到50℃油浴锅中恒温;
S3、于甲醛溶液中加入5mol%的2,2-双(P-氨基苯氧基)乙醚或4,4’-二氨基二苯并冠醚单体,在50℃下搅拌反应12min,制备获得预聚物混合物;
S4、将预聚物混合物倾倒在四氟乙烯制成的模具中,置于50℃鼓风干燥箱中24h,随后经150℃保温6h,以尽可能除去溶剂,得到固化形态混合物;
S5、称取配方量的碳酸钙、滑石粉、山茶果皮粉、低密度聚乙烯经过高速共混机混匀后,经挤出机挤出造粒,制备得到填充母粒;
S6、根据配方组份称量混合物、聚己内酯、填料母粒、润滑剂、相容剂,将组份物料投入混合机中混合均匀,在温度为150℃,将混合后的物料投入挤出机,挤出、冷却、造粒;
S7、将步骤S6所得粒子加入吹膜机,升温至160℃吹膜,冷却后加入制袋机制成可降解快递袋材料。
实施例2
一种可降解快递袋,包括以下组份物质(kg):
2,2-双(P-氨基苯氧基)乙醚20,4,4’-二氨基二苯并冠醚15,多聚甲醛(PFA)35、N-甲基吡咯烷酮14,聚己内酯5,填料母粒10,润滑剂1
以上配方可用以生产可降解快递袋,其制备过程与实施例1相同,此处不再赘述。
实施例3
一种可降解快递袋,包括以下组份物质(kg):
2,2-双(P-氨基苯氧基)乙醚40,4,4’-二氨基二苯并冠醚10,多聚甲醛(PFA)25、N-甲基吡咯烷酮12,聚己内酯2,填料母粒10,润滑剂1
以上配方可用以生产可降解快递袋,其制备过程与实施例1相同,此处不再赘述。
对比例1
一种可降解快递袋,包括以下组份物质(kg):
2,2-双(P-氨基苯氧基)乙醚30,4,4’-二氨基二苯并冠醚15,多聚甲醛(PFA)30、N-甲基吡咯烷酮14,聚己内酯5,填料母粒10,润滑剂1
以上配方可用以生产可降解快递袋,与实施例1不同的是,其制备过程中S4仅置于50℃鼓风干燥箱中24h,其余与实施例1相同,此处不再赘述。
对比例2
一种可降解快递袋,包括以下组份物质(kg):
4,4’-二氨基二苯并冠醚45,多聚甲醛(PFA)30、N-甲基吡咯烷酮14,聚己内酯5,填料母粒10,润滑剂1
以上配方可用以生产可降解快递袋,其制备过程与实施例1相同,此处不再赘述。
对比例3
一种可降解快递袋,包括以下组份物质(kg):
2,2-双(P-氨基苯氧基)乙醚45,多聚甲醛(PFA)30、N-甲基吡咯烷酮14,聚己内酯5,填料母粒10,润滑剂1
以上配方可用以生产可降解快递袋,其制备过程与实施例1相同,此处不再赘述。
性能测试
将本发明实施例及对比例制得的可降解快递袋进行以下性能测试,测试结果见图4:
1、拉伸强度的测定:按照国家标准《塑料拉伸性能的测定》(GB\T1040.3)。
2、断裂伸长率测定:按照国家标准《塑料拉伸性能的测定》(GB/T1040.1)。
3、直角撕裂力的测定:按照国家标准《塑料直角撕裂性能试验方法》(GB\T1130)。
4、失重率测定:经光照后制品土埋120天前后的质量进行对比,计算失重率。
从以上结果实施例1-3可知,本发明制备的可降解快递袋120天之后其失重率均达到75%以上,相较于传统的快递袋有了明显的提高,如实施例1制备的可降解材料拉伸强度可达到36.5MPa,直角撕裂力达到5.6N,力学性能优于国家标准(GB\T16606.3-2018)快递封装用品对快递袋的性能要求。另外,通过对比例1可知,未进行保温h,以尽可能除去溶剂,得到固化形态混合物,其制备的制品力学性能及可降解性能均有所下降。
对比例2在不添加2,2-双(P-氨基苯氧基)乙醚的情况下,由于复合材料相容性不好,材料力学性能较差,无法满足快递袋的应用需求。同理对比例3的失重率较实施例1-3都有所下降,不能达到本发明的效果。
最后需要在此指出的是:以上仅是本发明的部分优选实施例,不能理解为对本发明保护范围的限制,本领域的技术人员根据本发明的上述内容做出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种可降解快递袋材料,其特征在于,包括如下按重量份数计算的组份:2,2-双(P-氨基苯氧基)乙醚20-40份,4,4’-二氨基二苯并-18-冠醚-6 5-15份,多聚甲醛(PFA)25-45份、N-甲基吡咯烷酮10-20份,聚己内酯2-5份,填料母粒5-15份,润滑剂0.5-1.5份,还包括相容剂;
其中,填料母粒包括如下按重量份数计算的组份:碳酸钙10-25份,滑石粉5-20份,山茶果皮粉10-20份,低密度聚乙烯10-20份;
以及可降解快递袋材料的制备方法,包括以下步骤:
S1、取定量多聚甲醛加入NMP和水的混合溶剂中,其中水含量为12-15 vol%,混合物升温至80-85℃使多聚甲醛解聚为甲醛澄清液;
S2、将以上澄清液降温并转移到45-55 ℃油浴锅中恒温;
S3、于甲醛溶液中加入5mol%的2,2-双(P-氨基苯氧基)乙醚和4,4’-二氨基二苯并-18-冠醚-6单体,在45-55 ℃下搅拌反应10-15 min,制备获得预聚物混合物;
S4、将预聚物混合物倾倒在四氟乙烯制成的模具中,置于45-55 ℃鼓风干燥箱中20-30h,随后经130-150 ℃保温5-7 h,以尽可能除去溶剂,得到固化形态混合物;
S5、称取配方量的碳酸钙、滑石粉、山茶果皮粉、低密度聚乙烯经过高速共混机混匀后,经挤出机挤出造粒,制备得到填充母粒;
S6、根据配方组份称量混合物、聚己内酯、填料母粒、润滑剂、相容剂,将组份物料投入混合机中混合均匀,在温度为130-160℃,将混合后的物料投入挤出机,挤出、冷却、造粒;
S7、将步骤S6所得粒子加入吹膜机,升温至150-170℃吹膜,冷却后加入制袋机制成可降解快递袋材料。
2.根据权利要求1所述的一种可降解快递袋材料,其特征在于:所述2,2-双(P-氨基苯氧基)乙醚质量分数为90%-98%。
3.根据权利要求1所述的一种可降解快递袋材料,其特征在于:所述4,4’-二氨基二苯并-18-冠醚-6质量分数为90%-98%。
4.根据权利要求1所述的一种可降解快递袋材料,其特征在于:所述润滑剂为硬脂酸、硬脂酸酯、油酸酰胺、棕榈酸、乙撑双硬脂酰胺中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种可降解快递袋材料,其特征在于:所述相容剂为甲基丙烯酸缩水甘油酯。
6.根据权利要求1所述的一种可降解快递袋材料,其特征在于:所述多聚甲醛质量分数为92%-95%。
7.权利要求1-6任一权利要求所述的一种可降解快递袋材料在快递包装行业中的应用。
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