CN119161619A - 一种可生物降解环保塑料生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可生物降解环保塑料生产工艺，包括：a)原料选择，选取特定比例的聚乳酸和玉米淀粉混合物；b)将a)中的聚乳酸和玉米淀粉按重量比混合均匀；c)在b)中混合物中加入特定比例的生物基增塑剂；d)对c)中混合物进行挤出造粒处理；e)将d)所得颗粒进行注塑成型制备成所需形状；f)在e)成型过程中控制温度与压力参数；g)对f)中制备的产品进行表面改性处理以增强其耐候性；h)在g)处理后的产品表面涂覆一层生物基保护膜；i)对h)中涂覆产品进行老化试验以验证其在使用期内的稳定性及废弃后的降解性能。通过本发明的方法制备的可生物降解环保塑料，在保证使用期内的稳定性和耐用性的同时，还能在废弃后快速降解，减少环境污染。
Description
技术领域
本发明属于废物处理技术领域，具体涉及一种可生物降解环保塑料生产工艺。
背景技术
随着环境保护意识的提高，传统的石油基塑料因其难以降解而受到越来越多的限制。目前，市场上出现了一种可生物降解的环保塑料，主要由聚乳酸(PLA)和玉米淀粉等天然成分制成。这种材料不仅在生产过程中减少了对环境的影响，而且在废弃后能够在自然环境中较快地降解，减少了环境污染。
现有的可生物降解环保塑料生产工艺大致包括以下几个步骤：首先，选择聚乳酸和玉米淀粉作为主要原料，并按一定比例混合；接着，在混合物中加入适量的生物基增塑剂以改善材料的柔韧性和加工性能；然后，将混合好的物料通过挤出造粒工艺制成颗粒；随后，利用注塑成型技术将颗粒加工成所需的成品；最后，对成型的产品进行表面改性处理，并涂覆一层生物基保护膜以提高其耐候性。
尽管现有的生产工艺已经取得了一定的效果，但仍存在一个重要的技术问题：即如何确保材料在使用期内具有足够的稳定性，同时又能在废弃后迅速且完全地生物降解。传统的做法往往难以兼顾这两方面的需求，特别是在表面改性处理和保护膜涂覆之后，产品的降解性能可能会受到影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可生物降解环保塑料生产工艺，通过优化原料配比、改进增塑剂添加方法、严格控制挤出造粒及注塑成型的温度和压力参数，并引入高效的表面改性技术和生物基保护膜涂覆工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种可生物降解环保塑料生产工艺，包括：a)原料选择，选取特定比例的聚乳酸和玉米淀粉混合物；b)将a)中的聚乳酸和玉米淀粉按重量比混合均匀；c)在b)中混合物中加入特定比例的生物基增塑剂；d)对c)中混合物进行挤出造粒处理；e)将d)所得颗粒进行注塑成型制备成所需形状；f)在e)成型过程中控制温度与压力参数；g)对f)中制备的产品进行表面改性处理以增强其耐候性；h)在g)处理后的产品表面涂覆一层生物基保护膜；i)对h)中涂覆产品进行老化试验以验证其在使用期内的稳定性及废弃后的降解性能。
优选的，在步骤a)中，特定比例为聚乳酸与玉米淀粉的质量比为X:Y，其中X范围为60至80，Y范围为20至40，并且满足公式X+Y＝100；
在混合原料前，先将聚乳酸预热至温度T1，T1为50℃至70℃；在预热后的聚乳酸与玉米淀粉按照质量比X:Y混合；将混合物通过双螺杆挤出机进行混炼，设定挤出机的加工温度T2，T2为170℃至190℃；在混炼过程中，控制螺杆转速S保持在30至50rpm。
优选的，在步骤b)中，重量比为聚乳酸与玉米淀粉的质量比Z:W，其中Z范围为60至80，W范围为20至40，并且满足公式Z+W＝100；
使用高速混合机将聚乳酸与玉米淀粉在转速R1下混合，R1为1000至1500rpm，在混合过程中，持续时间为T3，T3为5至10分钟；
混合完成后，将混合物冷却至室温T4，T4不超过25℃；将冷却后的混合物通过筛网分级，筛网孔径D为0.5至1.0毫米，以去除未混合均匀的大颗粒。
优选的，在步骤c)中，特定比例为生物基增塑剂与混合物的重量比A:B，其中A范围为5至15，B范围为85至95，并且满足公式A+B＝100；
在混合物中加入重量比A:B的生物基增塑剂，A取值范围为5至15，然后将其在温度T5下加热，T5为60℃至80℃；
在加热过程中，持续搅拌时间T6，T6为10至20分钟，直至增塑剂完全融入混合物；完成后，将所得混合物冷却至室温T7，T7不超过25℃。
优选的，在步骤d)中，挤出造粒处理中，挤出机螺杆转速V范围为20至40rpm，挤出温度T8范围为170℃至190℃，并且满足公式T8-T9≥20℃，其中T9为冷却段温度；
将d)中混合物送入挤出机，设置螺杆转速V为20至40rpm；在挤出过程中，控制挤出温度T8保持在170℃至190℃；在挤出温度条件下，确保冷却段温度T9低于T8至少20℃；完成后，对挤出的条状物料进行切粒，得到粒径D1为2至5毫米的颗粒。
优选的，在步骤e)中，注塑成型中，模具温度T10范围为40℃至60°C，注射压力P1范围为60至80MPa，并且满足公式P1×T10≤4500；
将颗粒放入注塑机，设置模具温度T10为40℃至60℃，设定注射压力P1为60至80MPa；在注射压力条件下，控制保压时间T11为10至30秒；完成后，冷却产品至室温T12，T12不超过25℃，以完成成型。
优选的，在步骤f)中，控制温度与压力参数中，模具温度T13范围为40°C至60℃，注射压力P2范围为60至80MPa，并且满足公式T13×P2≤4800；
在成型过程中，设定模具温度T13为40℃至60℃，设定注射压力P2为60至80MPa；
在注射压力条件下，控制保压时间T14为10至30秒；在保压时间内，确保冷却水流量F1为1至2升/分钟；在冷却水流量条件下，待产品冷却至室温T15，T15不超过25℃，以完成成型。
优选的，在g)中，表面改性处理中，涂层厚度L范围为0.1至0.3毫米，涂层液浓度C范围为5至10％，并且满足公式C×L≤3；
准备浓度C为5至10％的涂层液，用于g)中产品的表面处理；
将中制备的产品浸入涂层液中，浸泡时间T16为5至10分钟，在浸泡完成后，取出产品并放置于温度T17为50℃至70℃的烘箱中干燥；
在干燥过程中，控制干燥时间T18为30至60分钟，在干燥时间结束后，测量涂层厚度L为0.1至0.3毫米。
优选的，在步骤h)中，涂覆一层生物基保护膜中，保护膜溶液浓度M范围为3至8％，涂覆后膜厚N范围为0.05至0.1毫米，并且满足公式M×N≤0.4；
准备浓度M为3至8％的生物基保护膜溶液，采用喷涂法将溶液均匀喷洒于步骤g)处理后的产品表面；在喷涂后，控制干燥温度T19为50℃至70°C，使膜层固化；在干燥温度条件下，保持干燥时间T20为20至40分钟；
在干燥时间结束后，测量膜厚N为0.05至0.1毫米。
优选的，在步骤i)中，老化试验中，光照强度I范围为500至1000l ux，湿度H范围为60至80％，并且满足公式I×H≤80000；
将步骤h)中涂覆产品上放置光照强度I为500至1000l ux的光源；在光照条件下，控制环境湿度H为60至80％；在光照和湿度条件下，持续暴露时间T21为30至60天；
在中暴露时间结束后，评估产品的物理性能变化ΔP，ΔP为暴露前后物理性能的差异；在评估后，将样品置于生物降解环境下，控制温度T22为25°C至35℃，湿度H维持不变，监测其降解速率R，R表示单位时间内质量损失百分比。
本发明的技术效果和优点：本发明提出的一种可生物降解环保塑料生产工艺，与现有技术相比，具有以下优点：
1、原料配比优化：通过精确控制聚乳酸(PLA)与玉米淀粉的重量比，使得最终产品在力学性能和生物降解性之间达到了平衡。具体而言，通过控制聚乳酸与玉米淀粉的重量比，既能保证材料的机械强度，又能确保其良好的生物降解性能。
2、增塑剂添加方法改进：在混合物中加入特定比例的生物基增塑剂，不仅能改善材料的柔韧性，还增强了其加工性能。通过调整增塑剂的比例，可以在不牺牲材料降解性的前提下，提高其成型性能。
3、挤出造粒及注塑成型参数控制：通过对挤出造粒和注塑成型过程中的温度和压力参数进行精细控制，可以确保材料在成型过程中结构均匀、无缺陷，从而提高产品的稳定性和耐用性。
4、表面改性处理：采用特定的表面改性处理技术，如通过喷涂特定浓度的改性液，并在适宜的温度下干燥，显著提高了产品的耐候性和抗老化性能，延长了产品的使用寿命。
5、生物基保护膜涂覆：在表面改性处理后，通过喷涂一层薄薄的生物基保护膜，既保护了产品免受环境因素的影响，又不会妨碍其生物降解过程，这一步骤确保了产品在使用期内具有良好的稳定性，同时在废弃后能迅速降解。
附图说明
图1为本发明可生物降解环保塑料生产工艺的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。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。
本发明提供了一种可生物降解环保塑料生产工艺，通过优化原料配比、改进增塑剂添加方法、严格控制挤出造粒及注塑成型的温度和压力参数，并引入高效的表面改性技术和生物基保护膜涂覆工艺。通过本发明的方法制备的可生物降解环保塑料，在保证使用期内的稳定性和耐用性的同时，还能在废弃后快速降解，减少环境污染，达到更好的环保效果。
实施例1
如图1所示，本实施例中的可生物降解环保塑料生产工艺，包括如下步骤：
a)原料选择，选取特定比例的聚乳酸和玉米淀粉混合物；进一步的特定比例为聚乳酸与玉米淀粉的质量比为X:Y，其中X为60，Y为40，并且满足公式X+Y＝100；
具体步骤为：在混合原料前，先将聚乳酸预热至温度T1，T1为50℃至70℃，预热可以提高聚乳酸的流动性，便于后续混合；在预热后的聚乳酸与玉米淀粉按照质量比X:Y混合，混合应在高速混合机中进行，以确保原料均匀分散；将混合物通过双螺杆挤出机进行混炼，设定挤出机的加工温度T2，T2为170℃；在混炼过程中，控制螺杆转速S保持在30rpm。
通过预热聚乳酸并在高速混合机中按特定比例混合，确保了聚乳酸与玉米淀粉的均匀分布，从而提高了材料的整体性能。设定合适的挤出温度T2和螺杆转速S，可以确保材料在挤出过程中均匀熔融和混合，避免了局部过热导致的材料分解，同时也保证了挤出物的稳定性和一致性。
通过控制聚乳酸与玉米淀粉的质量比X:Y，可以在保持材料良好生物降解性能的同时，提高其机械强度和韧性，使其在使用期内具有更好的稳定性。合理的预热温度T1和螺杆转速S设置，不仅提高了材料的加工性能，还提升了生产效率，降低了能耗。通过上述步骤，制得的可生物降解环保塑料在力学性能和生物降解性之间取得了良好的平衡，能够在使用期内保持稳定的性能，并在废弃后迅速降解，减少了环境污染。
通过以上具体实施方式，本发明有效地解决了现有技术中材料在使用期内稳定性和废弃后降解性能难以兼顾的问题，实现了既环保又实用的可生物降解环保塑料生产工艺。
b)将a)中的聚乳酸和玉米淀粉按重量比混合均匀；进一步的，重量比为聚乳酸与玉米淀粉的质量比Z:W，其中Z为60，W为40，并且满足公式Z+W＝100；
具体步骤为：使用高速混合机将聚乳酸与玉米淀粉在转速R1下混合，R1为1000，高速混合有助于提高原料之间的接触面积，确保两种材料均匀分散，在混合过程中，持续时间为T3，T3为5分钟，较长的混合时间有助于确保所有颗粒都能充分接触并混合均匀；混合完成后，将混合物冷却至室温T4，T4不超过25℃，冷却可以防止混合物因高温而导致的性能下降或变质；将冷却后的混合物通过筛网分级，筛网孔径D为0.5毫米，以去除未混合均匀的大颗粒。筛网分级可以确保最终混合物中没有较大的未混合颗粒，提高材料的一致性和均匀性。
通过使用高速混合机并在适当的转速范围内进行混合，确保了聚乳酸与玉米淀粉的均匀分散，提高了材料的一致性。这种均匀性对于后续加工步骤至关重要，可以避免因混合不均造成的质量问题。
通过控制聚乳酸与玉米淀粉的质量比Z:W为60:40，可以优化材料的力学性能。聚乳酸提供了良好的机械强度，而玉米淀粉则增加了材料的生物降解性能。混合过程中的温度控制(冷却至室温T4不超过25℃)有助于防止材料在高温下发生性能变化或变质，确保了材料在后续加工中的稳定性和可靠性。
通过筛网分级，可以去除未混合均匀的大颗粒，进一步提高材料的均匀性和一致性。这有助于在后续加工中避免因颗粒不均导致的缺陷，如成型时的空隙或裂纹。
通过以上具体实施方式，本发明有效地解决了现有技术中材料混合不均的问题，确保了最终产品在使用期内的稳定性和废弃后的降解性能，实现了既环保又实用的可生物降解环保塑料生产工艺。
c)在b)中混合物中加入特定比例的生物基增塑剂，增塑剂的添加量直接影响到材料的柔韧性和加工性能；进一步的，特定比例为生物基增塑剂与混合物的重量比A:B，其中A为5，B为95，并且满足公式A+B＝100；
具体步骤为：在混合物中加入重量比A:B的生物基增塑剂，A取值范围为5，然后将其在温度T5下加热，加热有助于增塑剂在混合物中的均匀分布，从而提高材料的柔韧性，T5为60℃；在加热过程中，持续搅拌时间T6，T6为10分钟，直至增塑剂完全融入混合物，持续搅拌有助于增塑剂在整个混合物中的均匀分散，避免局部聚集；完成后，将所得混合物冷却至室温T7，T7不超过25℃。冷却可以确保材料在后续加工中的稳定性和一致性。
通过添加特定比例的生物基增塑剂，可以显著提高材料的柔韧性，使得最终产品在使用过程中不易断裂，增强了其耐用性。在加热和搅拌的过程中，增塑剂均匀分布在混合物中，提高了材料的流动性和加工性能。这有助于在后续的挤出造粒和注塑成型过程中获得更好的成型效果。通过在特定温度T5下加热并持续搅拌时间T6，可以确保增塑剂完全融入混合物，避免因加热不足或过度导致的材料性能下降。持续搅拌和冷却处理(冷却至室温T7不超过25℃)可以进一步提高材料的均匀性和一致性，避免了因增塑剂分布不均造成的质量问题。
通过以上具体实施方式，本发明有效地解决了现有技术中增塑剂添加不均的问题，确保了最终产品在使用期内的稳定性和废弃后的降解性能，实现了既环保又实用的可生物降解环保塑料生产工艺。
d)对c)中混合物进行挤出造粒处理；进一步的，挤出造粒处理中，挤出机螺杆转速V为20rpm，挤出温度T8范围为170℃，并且满足公式T8-T9≥20℃，其中T9为冷却段温度；
具体步骤为：将d)中混合物送入挤出机，设置螺杆转速V为20rpm，适中的螺杆转速可以确保物料在挤出过程中均匀受力，避免因转速过高或过低导致的物料不均匀或过热现象；在挤出过程中，控制挤出温度T8保持在170°C，较高的挤出温度有助于物料的充分熔融，提高其流动性和均匀性，从而获得一致的挤出效果；在挤出温度条件下，确保冷却段温度T9低于T8至少20°C，适当的冷却段温度可以迅速固化挤出的物料，防止其在后续处理过程中发生变形或粘连；完成后，对挤出的条状物料进行切粒，得到粒径D1为2毫米的颗粒。均匀的粒径有助于后续的注塑成型和其他加工步骤，提高成品的质量和一致性。
通过设置螺杆转速V为20rpm，确保了物料在挤出过程中均匀受力，避免了因转速过高导致的物料剪切损伤或因转速过低导致的物料不完全熔融。控制挤出温度T8为170℃，可以确保物料在挤出过程中充分熔融，提高其流动性和均匀性。这有助于获得一致的挤出效果，减少因温度控制不当导致的材料缺陷。通过确保冷却段温度T9低于T8至少20℃，可以迅速固化挤出的物料，防止其在后续处理过程中发生变形或粘连。这有助于提高挤出物料的稳定性和一致性。通过切粒处理得到粒径D1为2毫米的颗粒，可以确保后续加工步骤中的均匀性和一致性。均匀的粒径也有利于提高注塑成型等后续工艺的加工性能。
通过以上具体实施方式，本发明有效地解决了现有技术中挤出造粒过程中物料受力不均、熔融不良等问题，确保了最终产品在使用期内的稳定性和废弃后的降解性能，实现了既环保又实用的可生物降解环保塑料生产工艺。
e)将d)所得颗粒进行注塑成型制备成所需形状；进一步的，注塑成型中，模具温度T10为40℃，注射压力P1范围为60MPa，并且满足公式P1×T10≤4500；
具体步骤为：将颗粒放入注塑机，设置模具温度T10为40℃，适当的模具温度有助于材料在模具内的均匀流动和成型。设定注射压力P1为60，较高的注射压力可以确保材料能够迅速填满模具，提高成型件的密度和表面质量；在注射压力条件下，控制保压时间T11为10秒，保压时间的控制有助于确保材料在模具内充分压实，减少内部空洞和表面缺陷。完成后，冷却产品至室温T12，T12不超过25℃，以完成成型。冷却可以确保产品在脱模时具有足够的硬度，避免因温度过高导致的变形。
通过控制模具温度T10为40℃，可以确保材料在模具内均匀流动，避免因温度过高或过低导致的成型缺陷。适当的模具温度有助于提高成型件的表面光洁度和尺寸精度。通过设定注射压力P1为60MPa，并且满足公式P1×T10≤4500，可以确保材料在高压下迅速填满模具，提高成型件的密度。这有助于减少内部空洞，提高产品的机械性能。通过控制保压时间T11为10秒，可以确保材料在模具内充分压实，减少内部空洞和表面缺陷。适当的保压时间有助于提高产品的均匀性和稳定性。通过将成型的产品冷却至室温T12，T12不超过25℃，可以确保产品在脱模时具有足够的硬度，避免因温度过高导致的变形或损坏。冷却过程还可以减少产品的内应力，提高其长期稳定性。
f)在e)成型过程中控制温度与压力参数；进一步的，控制温度与压力参数中，模具温度T13范围为40℃，注射压力P2范围为60，并且满足公式T13×P2≤4800；
具体步骤为：在成型过程中，设定模具温度T13为40℃，适当的模具温度可以确保材料在模具内的均匀流动和填充，避免因温度过高或过低导致的成型缺陷，设定注射压力P2为60；在注射压力条件下，控制保压时间T14为10；在保压时间内，确保冷却水流量F1为1升/分钟；在冷却水流量条件下，待产品冷却至室温T15，T15不超过25℃，以完成成型。
通过控制模具温度T13为40℃，可以确保材料在模具内均匀流动和填充，避免因温度过高或过低导致的成型缺陷。适当的模具温度有助于提高成型件的表面光洁度和尺寸精度。
通过设定注射压力P2为60MPa，并且满足公式T13×P2≤4800，可以确保材料在高压下迅速填满模具，提高成型件的密度。这有助于减少内部空洞，提高产品的机械性能。
通过控制保压时间T14为10秒，可以确保材料在模具内充分压实，减少内部空洞和表面缺陷。适当的保压时间有助于提高产品的均匀性和稳定性。
通过控制冷却水流量F1为1升/分钟，可以确保材料在模具内快速散热，避免因冷却不足导致的变形或缺陷。这有助于提高产品的尺寸稳定性和表面质量。
通过将成型的产品冷却至室温T15，T15不超过25℃，可以确保产品在脱模时具有足够的硬度，避免因温度过高导致的变形或损坏。冷却过程还可以减少产品的内应力，提高其长期稳定性。
通过以上具体实施方式，本发明有效地解决了现有技术中注塑成型过程中材料流动不均、成型件内部空洞、表面缺陷等问题，确保了最终产品在使用期内的稳定性和废弃后的降解性能，实现了既环保又实用的可生物降解环保塑料生产工艺。
g)对f)中制备的产品进行表面改性处理以增强其耐候性；进一步的，表面改性处理中，涂层厚度L为0.1毫米，涂层液浓度C为510％，并且满足公式C×L≤3；
具体步骤为：准备浓度C为5的涂层液，用于g)中产品的表面处理，适当的涂层液浓度可以确保涂层在产品表面均匀分布，增强其耐候性；将中制备的产品浸入涂层液中，浸泡时间T16为5分钟，在浸泡时间内，确保产品表面充分吸收涂层液，形成均匀的涂层，在浸泡完成后，取出产品并放置于温度T17为50℃的烘箱中干燥，适当的干燥温度可以加速涂层的固化，避免涂层在后续处理中脱落；在干燥过程中，控制干燥时间T18为30分钟，适当的干燥时间可以确保涂层完全固化，形成坚固的表面层，在干燥时间结束后，测量涂层厚度L为0.1毫米。通过控制涂层厚度，可以确保产品表面具有良好的耐候性，延长其使用寿命。
通过在产品表面形成一层厚度为0.1毫米的涂层，可以显著提高产品的耐候性。这层涂层可以抵抗紫外线照射、水分侵蚀等环境因素，延长产品的使用寿命。通过控制涂层液浓度C为5，可以确保涂层在产品表面均匀分布，避免因涂层液浓度过高或过低导致的不均匀或脱落现象。适当的浓度有助于提高涂层的附着力和稳定性。通过设定浸泡时间T16为5，可以确保产品表面充分吸收涂层液，形成均匀的涂层。这有助于提高产品的外观质量和耐久性。通过在温度T17为50℃的烘箱中干燥，可以加速涂层的固化过程，减少因固化不足导致的涂层软化或脱落。适当的干燥温度有助于提高涂层的稳定性和耐久性。通过控制干燥时间T18为30分钟，可以确保涂层完全固化，形成坚固的表面层。这有助于提高产品的表面硬度和耐磨性。
通过以上具体实施方式，本发明有效地解决了现有技术中表面改性处理过程中涂层不均匀、耐候性差等问题，确保了最终产品在使用期内的稳定性和废弃后的降解性能，实现了既环保又实用的可生物降解环保塑料生产工艺。
h)在g)处理后的产品表面涂覆一层生物基保护膜；进一步的，涂覆一层生物基保护膜中，保护膜溶液浓度M范围为3％，涂覆后膜厚N范围为0.05毫米，并且满足公式M×N≤0.4；
具体步骤为：准备浓度M为3％的生物基保护膜溶液，适当的溶液浓度可以确保膜层在产品表面均匀分布，形成稳定的保护层，采用喷涂法将溶液均匀喷洒于步骤g)处理后的产品表面，喷涂时应确保喷嘴距离产品表面适当，以形成均匀的膜层；在喷涂后，控制干燥温度T19为50℃，使膜层固化；在干燥温度条件下，保持干燥时间T20为20分钟；在干燥时间结束后，测量膜厚N为0.05毫米。通过控制膜厚，可以确保产品表面具有良好的保护性能。
通过在产品表面涂覆一层厚度为0.05毫米的生物基保护膜，可以显著提高产品的表面保护性能。这层膜可以抵抗外界环境因素的影响，如紫外线、水分侵蚀等，延长产品的使用寿命。通过控制保护膜溶液浓度M为3％，可以确保膜层在产品表面均匀分布，避免因溶液浓度过高或过低导致的膜层不均匀或脱落。适当的溶液浓度有助于提高膜层的附着力和稳定性。
采用喷涂法将溶液均匀喷洒于产品表面，可以确保膜层在产品表面均匀分布。这有助于提高产品的外观质量和表面保护性能。通过在干燥温度T19为50℃的条件下进行干燥，可以加速膜层的固化过程，减少因固化不足导致的膜层软化或脱落。适当的干燥温度有助于提高膜层的稳定性和耐久性。通过控制干燥时间T20为20分钟，可以确保膜层完全固化，形成坚固的保护层。这有助于提高产品的表面硬度和耐磨性。
i)对h)中涂覆产品进行老化试验以验证其在使用期内的稳定性及废弃后的降解性能；进一步的，老化试验中，光照强度I范围为500l ux，湿度H范围为60％，并且满足公式I×H≤80000；
具体步骤为：将步骤h)中涂覆产品上放置光照强度I为500l ux的光源，适当的光照强度可以模拟自然环境中的日照条件，测试产品的耐候性；在光照条件下，控制环境湿度H为60％；在光照和湿度条件下，持续暴露时间T21为30天，较长的暴露时间可以模拟产品在自然环境中的长期使用情况，评估其耐久性；在中暴露时间结束后，评估产品的物理性能变化ΔP，ΔP为暴露前后物理性能的差异；在评估后，将样品置于生物降解环境下，控制温度T22为25℃，湿度H维持不变，监测其降解速率R，R表示单位时间内质量损失百分比。通过监测降解速率，可以评估产品的生物降解性能。
通过在光照强度I为500l ux和湿度H为60％的条件下进行老化试验，可以验证产品在使用期内的耐候性。适当的光照和湿度条件可以模拟自然环境中的日照和潮湿情况，确保产品在户外使用时具有良好的稳定性和耐久性。
通过评估暴露前后产品的物理性能变化ΔP，可以量化产品在光照和湿度条件下的性能变化。这有助于识别产品在使用期内可能出现的性能退化情况，并采取相应措施加以改进。
通过控制光照强度I和湿度H，并满足公式I×H≤80000，可以确保试验条件的合理性，避免因条件过于苛刻或宽松导致的测试结果偏差。适当的试验条件有助于准确评估产品的耐候性。
通过在温度T22为25℃和湿度H维持不变的生物降解环境下监测降解速率R，可以验证产品的生物降解性能。这有助于确保产品在废弃后能够迅速降解，减少环境污染。
实施例2
一种可生物降解环保塑料生产工艺，包括：a)原料选择，选取特定比例的聚乳酸和玉米淀粉混合物；b)将a)中的聚乳酸和玉米淀粉按重量比混合均匀；c)在b)中混合物中加入特定比例的生物基增塑剂；d)对c)中混合物进行挤出造粒处理；e)将d)所得颗粒进行注塑成型制备成所需形状；f)在e)成型过程中控制温度与压力参数；g)对f)中制备的产品进行表面改性处理以增强其耐候性；h)在g)处理后的产品表面涂覆一层生物基保护膜；i)对h)中涂覆产品进行老化试验以验证其在使用期内的稳定性及废弃后的降解性能。
优选的，在步骤a)中，特定比例为聚乳酸与玉米淀粉的质量比为X:Y，其中X为80，Y为20，并且满足公式X+Y＝100；
在混合原料前，先将聚乳酸预热至温度T1，T1为70℃；在预热后的聚乳酸与玉米淀粉按照质量比X:Y混合；将混合物通过双螺杆挤出机进行混炼，设定挤出机的加工温度T2，T2为190℃；在混炼过程中，控制螺杆转速S保持在50rpm。
优选的，在步骤b)中，重量比为聚乳酸与玉米淀粉的质量比Z:W，其中Z为80，W为20，并且满足公式Z+W＝100；
使用高速混合机将聚乳酸与玉米淀粉在转速R1下混合，R1为1500rpm，在混合过程中，持续时间为T3，T3为10分钟；
混合完成后，将混合物冷却至室温T4，T4不超过25℃；将冷却后的混合物通过筛网分级，筛网孔径D为1.0毫米，以去除未混合均匀的大颗粒。
优选的，在步骤c)中，特定比例为生物基增塑剂与混合物的重量比A:B，其中A为15，B为85，并且满足公式A+B＝100；
在混合物中加入重量比A:B的生物基增塑剂，A取值范围为15，然后将其在温度T5下加热，T5为80℃；
在加热过程中，持续搅拌时间T6，T6为20分钟，直至增塑剂完全融入混合物；完成后，将所得混合物冷却至室温T7，T7不超过25℃。
优选的，在步骤d)中，挤出造粒处理中，挤出机螺杆转速V为40rpm，挤出温度T8为190℃，并且满足公式T8-T9≥20℃，其中T9为冷却段温度；
将d)中混合物送入挤出机，设置螺杆转速V为40rpm；在挤出过程中，控制挤出温度T8保持在190℃；在挤出温度条件下，确保冷却段温度T9低于T8至少20℃；完成后，对挤出的条状物料进行切粒，得到粒径D1为5毫米的颗粒。
优选的，在步骤e)中，注塑成型中，模具温度T10范围为60℃，注射压力P1范围为80MPa，并且满足公式P1×T10≤4500；
将颗粒放入注塑机，设置模具温度T10为60℃，设定注射压力P1为80MPa；在注射压力条件下，控制保压时间T11为30秒；完成后，冷却产品至室温T12，T12不超过25℃，以完成成型。
优选的，在步骤f)中，控制温度与压力参数中，模具温度T13为60℃，注射压力P2为80MPa，并且满足公式T13×P2≤4800；
在成型过程中，设定模具温度T13为60℃，设定注射压力P2为80MPa；
在注射压力条件下，控制保压时间T14为30秒；在保压时间内，确保冷却水流量F1为2升/分钟；在冷却水流量条件下，待产品冷却至室温T15，T15不超过25℃，以完成成型。
优选的，在g)中，表面改性处理中，涂层厚度L为0.3毫米，涂层液浓度C为10％，并且满足公式C×L≤3；
准备浓度C为10％的涂层液，用于g)中产品的表面处理；
将中制备的产品浸入涂层液中，浸泡时间T16为5至10分钟，在浸泡完成后，取出产品并放置于温度T17为70℃的烘箱中干燥；
在干燥过程中，控制干燥时间T18为60分钟，在干燥时间结束后，测量涂层厚度L为0.3毫米。
优选的，在步骤h)中，涂覆一层生物基保护膜中，保护膜溶液浓度M为8％，涂覆后膜厚N为0.1毫米，并且满足公式M×N≤0.4；
准备浓度M为8％的生物基保护膜溶液，采用喷涂法将溶液均匀喷洒于步骤g)处理后的产品表面；在喷涂后，控制干燥温度T19为70℃，使膜层固化；在干燥温度条件下，保持干燥时间T20为40分钟；
在干燥时间结束后，测量膜厚N为0.1毫米。
优选的，在步骤i)中，老化试验中，光照强度I为1000l ux，湿度H为80％，并且满足公式I×H≤80000；
将步骤h)中涂覆产品上放置光照强度I为1000l ux的光源；在光照条件下，控制环境湿度H为80％；在光照和湿度条件下，持续暴露时间T21为60天；
在中暴露时间结束后，评估产品的物理性能变化ΔP，ΔP为暴露前后物理性能的差异；在评估后，将样品置于生物降解环境下，控制温度T22为35°C，湿度H维持不变，监测其降解速率R，R表示单位时间内质量损失百分比
实施例3
一种可生物降解环保塑料生产工艺，包括：a)原料选择，选取特定比例的聚乳酸和玉米淀粉混合物；b)将a)中的聚乳酸和玉米淀粉按重量比混合均匀；c)在b)中混合物中加入特定比例的生物基增塑剂；d)对c)中混合物进行挤出造粒处理；e)将d)所得颗粒进行注塑成型制备成所需形状；f)在e)成型过程中控制温度与压力参数；g)对f)中制备的产品进行表面改性处理以增强其耐候性；h)在g)处理后的产品表面涂覆一层生物基保护膜；i)对h)中涂覆产品进行老化试验以验证其在使用期内的稳定性及废弃后的降解性能。
优选的，在步骤a)中，特定比例为聚乳酸与玉米淀粉的质量比为X:Y，其中X为70，Y为30，并且满足公式X+Y＝100；
在混合原料前，先将聚乳酸预热至温度T1，T1为60℃；在预热后的聚乳酸与玉米淀粉按照质量比X:Y混合；将混合物通过双螺杆挤出机进行混炼，设定挤出机的加工温度T2，T2为180℃；在混炼过程中，控制螺杆转速S保持在40rpm。
优选的，在步骤b)中，重量比为聚乳酸与玉米淀粉的质量比Z:W，其中Z范围为70，W范围为30，并且满足公式Z+W＝100；
使用高速混合机将聚乳酸与玉米淀粉在转速R1下混合，R1为1200rpm，在混合过程中，持续时间为T3，T3为7分钟；
混合完成后，将混合物冷却至室温T4，T4不超过25℃；将冷却后的混合物通过筛网分级，筛网孔径D为0.7毫米，以去除未混合均匀的大颗粒。
优选的，在步骤c)中，特定比例为生物基增塑剂与混合物的重量比A:B，其中A为10，B为90，并且满足公式A+B＝100；
在混合物中加入重量比A:B的生物基增塑剂，A取值范围为10，然后将其在温度T5下加热，T5为70℃；
在加热过程中，持续搅拌时间T6，T6为15分钟，直至增塑剂完全融入混合物；完成后，将所得混合物冷却至室温T7，T7不超过25℃。
优选的，在步骤d)中，挤出造粒处理中，挤出机螺杆转速V范围为30rpm，挤出温度T8范围为180℃，并且满足公式T8-T9≥20℃，其中T9为冷却段温度；
将d)中混合物送入挤出机，设置螺杆转速V为30rpm；在挤出过程中，控制挤出温度T8保持在180℃；在挤出温度条件下，确保冷却段温度T9低于T8至少20℃；完成后，对挤出的条状物料进行切粒，得到粒径D1为3毫米的颗粒。
优选的，在步骤e)中，注塑成型中，模具温度T10范围为50℃，注射压力P1范围为70MPa，并且满足公式P1×T10≤4500；
将颗粒放入注塑机，设置模具温度T10为50℃，设定注射压力P1为70MPa；在注射压力条件下，控制保压时间T11为20秒；完成后，冷却产品至室温T12，T12不超过25℃，以完成成型。
优选的，在步骤f)中，控制温度与压力参数中，模具温度T13范围为50°C，注射压力P2范围为70MPa，并且满足公式T13×P2≤4800；
在成型过程中，设定模具温度T13为50℃，设定注射压力P2为70MPa；
在注射压力条件下，控制保压时间T14为20秒；在保压时间内，确保冷却水流量F1为2升/分钟；在冷却水流量条件下，待产品冷却至室温T15，T15不超过25℃，以完成成型。
优选的，在g)中，表面改性处理中，涂层厚度L范围为0.2毫米，涂层液浓度C范围为7％，并且满足公式C×L≤3；
准备浓度C为7％的涂层液，用于g)中产品的表面处理；
将中制备的产品浸入涂层液中，浸泡时间T16为7分钟，在浸泡完成后，取出产品并放置于温度T17为60℃的烘箱中干燥；
在干燥过程中，控制干燥时间T18为40分钟，在干燥时间结束后，测量涂层厚度L为0.2毫米。
优选的，在步骤h)中，涂覆一层生物基保护膜中，保护膜溶液浓度M范围为5％，涂覆后膜厚N范围为0.07毫米，并且满足公式M×N≤0.4；
准备浓度M为5％的生物基保护膜溶液，采用喷涂法将溶液均匀喷洒于步骤g)处理后的产品表面；在喷涂后，控制干燥温度T19为60℃，使膜层固化；在干燥温度条件下，保持干燥时间T20为30分钟；
在干燥时间结束后，测量膜厚N为0.07毫米。
优选的，在步骤i)中，老化试验中，光照强度I范围为700l ux，湿度H范围为70％，并且满足公式I×H≤80000；
将步骤h)中涂覆产品上放置光照强度I为700l ux的光源；在光照条件下，控制环境湿度H为70％；在光照和湿度条件下，持续暴露时间T21为50天；
在中暴露时间结束后，评估产品的物理性能变化ΔP，ΔP为暴露前后物理性能的差异；在评估后，将样品置于生物降解环境下，控制温度T22为30°C，湿度H维持不变，监测其降解速率R，R表示单位时间内质量损失百分比。
为了验证本发明中可生物降解环保塑料生产工艺的有效性，我们进行了详细的实验记录，并总结如下实验数据：
1、原料配比：
聚乳酸(PLA)与玉米淀粉的质量比：70:30。
2、预热与混合：
聚乳酸预热温度T1：60℃。
高速混合机转速R1：1200rpm。
混合时间T3：8分钟。
冷却后的混合物温度T4：23℃。
筛网孔径D：0.8毫米。
3、增塑剂添加：
生物基增塑剂与混合物的重量比A:B：10:90。
加热温度T5：70℃。
搅拌时间T6：15分钟。
冷却后的混合物温度T7：23℃。
4、挤出造粒：
螺杆转速V：30rpm。
挤出温度T8：180℃。冷却段温度T9：160℃。颗粒粒径D1：3毫米。
5、注塑成型：
模具温度T10：50℃。注射压力P1：70MPa。保压时间T11：20秒。室温T12：22℃。
6、表面改性处理：
涂层液浓度C：7％。
浸泡时间T16：8分钟。烘箱干燥温度T17：60℃。干燥时间T18：45分钟。涂层厚度L：0.2毫米。
7、生物基保护膜涂覆：保护膜溶液浓度M：5％。
干燥温度T19：60℃。干燥时间T20：30分钟。膜厚N：0.07毫米。
8、老化试验：
光照强度I：800l ux。环境湿度H：70％。
暴露时间T21：45天。物理性能变化ΔP：10％。温度T22：30℃。
降解速率R：2％/周。
对比例数据
为了对比本发明工艺与传统工艺的效果，我们同样记录了对比例的数据：1、原料配比：
聚乳酸(PLA)与玉米淀粉的质量比：70:30。(与实验组相同)
2、预热与混合：
聚乳酸预热温度T1：未预热。
高速混合机转速R1：800rpm。
混合时间T3：5分钟。
冷却后的混合物温度T4：25℃。(与实验组相同)
筛网孔径D：未使用筛网。
3、增塑剂添加：
生物基增塑剂与混合物的重量比A:B：未添加增塑剂。
4、挤出造粒：
螺杆转速V：20rpm。
挤出温度T8：160℃。
冷却段温度T9：140℃。
颗粒粒径D1：4毫米。
5、注塑成型：
模具温度T10：40℃。
注射压力P1：60MPa。
保压时间T11：10秒。
室温T12：22℃。(与实验组相同)
6、表面改性处理：
涂层液浓度C：未进行表面改性处理。
生物基保护膜涂覆：
保护膜溶液浓度M：未进行涂覆处理。
7、老化试验：
光照强度I：800l ux。(与实验组相同)
环境湿度H：70％。(与实验组相同)
暴露时间T21：45天。(与实验组相同)
物理性能变化ΔP：25％。(显著大于实验组)
温度T22：30℃。(与实验组相同)
降解速率R：0.5％/周。(显著小于实验组)
对比效果
通过对比实验组与对比例的数据，我们可以得出以下结论：
物理性能变化：
实验组的物理性能变化ΔP为10％，而对比例的物理性能变化ΔP达到了25％。这表明，本发明工艺在提高产品的物理稳定性方面具有明显优势。
降解速率：
实验组的降解速率R为2％/周，而对比例的降解速率R仅为0.5％/周。这表明，本发明工艺在提高产品的生物降解性能方面也具有明显优势。
加工性能与一致性：
实验组在挤出造粒和注塑成型过程中，由于采用了优化的加工参数(如螺杆转速、挤出温度等)，颗粒粒径更加均匀，成品质量更高。而对比例由于缺乏这些优化措施，导致成品质量较低。
表面改性与保护膜涂覆：
实验组进行了表面改性处理和生物基保护膜涂覆，提高了产品的耐候性和抗老化性能。而对比例未进行这些处理，导致产品在老化试验中的性能下降更为明显。
综上所述，本发明提供的可生物降解环保塑料生产工艺在提高产品的物理性能稳定性、生物降解性能以及加工性能等方面均有显著提升，具有明显的优越性。
综合评估稳定性与降解性能：通过结合耐候性试验和生物降解性能监测，可以综合评估产品在使用期内的稳定性和废弃后的降解性能。这有助于确保产品在实际应用中的可靠性和环保性。
最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种可生物降解环保塑料生产工艺，其特征在于，包括：a)原料选择，选取特定比例的聚乳酸和玉米淀粉混合物；b)将a)中的聚乳酸和玉米淀粉按重量比混合均匀；c)在b)中混合物中加入特定比例的生物基增塑剂；d)对c)中混合物进行挤出造粒处理；e)将d)所得颗粒进行注塑成型制备成所需形状；f)在e)成型过程中控制温度与压力参数；g)对f)中制备的产品进行表面改性处理以增强其耐候性；h)在g)处理后的产品表面涂覆一层生物基保护膜；i)对h)中涂覆产品进行老化试验以验证其在使用期内的稳定性及废弃后的降解性能。
2.根据权利要求1的一种可生物降解环保塑料生产工艺，其特征在于：在步骤a)中，特定比例为聚乳酸与玉米淀粉的质量比为X:Y，其中X范围为60至80，Y范围为20至40，并且满足公式X+Y＝100；
在混合原料前，先将聚乳酸预热至温度T1，T1为50℃至70℃；在预热后的聚乳酸与玉米淀粉按照质量比X:Y混合；将混合物通过双螺杆挤出机进行混炼，设定挤出机的加工温度T2，T2为170℃至190℃；在混炼过程中，控制螺杆转速S保持在30至50rpm。
3.根据权利要求2的一种可生物降解环保塑料生产工艺，其特征在于：在步骤b)中，重量比为聚乳酸与玉米淀粉的质量比Z:W，其中Z范围为60至80，W范围为20至40，并且满足公式Z+W＝100；
使用高速混合机将聚乳酸与玉米淀粉在转速R1下混合，R1为1000至1500rpm，在混合过程中，持续时间为T3，T3为5至10分钟；
混合完成后，将混合物冷却至室温T4，T4不超过25℃；将冷却后的混合物通过筛网分级，筛网孔径D为0.5至1.0毫米，以去除未混合均匀的大颗粒。
4.根据权利要求3的一种可生物降解环保塑料生产工艺，其特征在于：在步骤c)中，特定比例为生物基增塑剂与混合物的重量比A:B，其中A范围为5至15，B范围为85至95，并且满足公式A+B＝100；
在混合物中加入重量比A:B的生物基增塑剂，A取值范围为5至15，然后将其在温度T5下加热，T5为60℃至80℃；
在加热过程中，持续搅拌时间T6，T6为10至20分钟，直至增塑剂完全融入混合物；完成后，将所得混合物冷却至室温T7，T7不超过25℃。
5.根据权利要求4的一种可生物降解环保塑料生产工艺，其特征在于：在步骤d)中，挤出造粒处理中，挤出机螺杆转速V范围为20至40rpm，挤出温度T8范围为170℃至190℃，并且满足公式T8-T9≥20℃，其中T9为冷却段温度；
将d)中混合物送入挤出机，设置螺杆转速V为20至40rpm；在挤出过程中，控制挤出温度T8保持在170℃至190℃；在挤出温度条件下，确保冷却段温度T9低于T8至少20℃；完成后，对挤出的条状物料进行切粒，得到粒径D1为2至5毫米的颗粒。
6.根据权利要求5的一种可生物降解环保塑料生产工艺，其特征在于：在步骤e)中，注塑成型中，模具温度T10范围为40℃至60℃，注射压力P1范围为60至80MPa，并且满足公式P1×T10≤4500；
将颗粒放入注塑机，设置模具温度T10为40℃至60℃，设定注射压力P1为60至80MPa；在注射压力条件下，控制保压时间T11为10至30秒；完成后，冷却产品至室温T12，T12不超过25℃，以完成成型。
7.根据权利要求6的一种可生物降解环保塑料生产工艺，其特征在于：在步骤f)中，控制温度与压力参数中，模具温度T13范围为40℃至60℃，注射压力P2范围为60至80MPa，并且满足公式T13×P2≤4800；
在成型过程中，设定模具温度T13为40℃至60℃，设定注射压力P2为60至80MPa；
在注射压力条件下，控制保压时间T14为10至30秒；在保压时间内，确保冷却水流量F1为1至2升/分钟；在冷却水流量条件下，待产品冷却至室温T15，T15不超过25℃，以完成成型。
8.根据权利要求7的一种可生物降解环保塑料生产工艺，其特征在于：在g)中，表面改性处理中，涂层厚度L范围为0.1至0.3毫米，涂层液浓度C范围为5至10％，并且满足公式C×L≤3；
准备浓度C为5至10％的涂层液，用于g)中产品的表面处理；
将中制备的产品浸入涂层液中，浸泡时间T16为5至10分钟，在浸泡完成后，取出产品并放置于温度T17为50℃至70℃的烘箱中干燥；
在干燥过程中，控制干燥时间T18为30至60分钟，在干燥时间结束后，测量涂层厚度L为0.1至0.3毫米。
9.根据权利要求1的一种可生物降解环保塑料生产工艺，其特征在于：在步骤h)中，涂覆一层生物基保护膜中，保护膜溶液浓度M范围为3至8％，涂覆后膜厚N范围为0.05至0.1毫米，并且满足公式M×N≤0.4；
准备浓度M为3至8％的生物基保护膜溶液，采用喷涂法将溶液均匀喷洒于步骤g)处理后的产品表面；在喷涂后，控制干燥温度T19为50℃至70°C，使膜层固化；在干燥温度条件下，保持干燥时间T20为20至40分钟；
在干燥时间结束后，测量膜厚N为0.05至0.1毫米。
10.根据权利要求9的一种可生物降解环保塑料生产工艺，其特征在于：在步骤i)中，老化试验中，光照强度I范围为500至1000lux，湿度H范围为60至80％，并且满足公式I×H≤80000；
将步骤h)中涂覆产品上放置光照强度I为500至1000lux的光源；在光照条件下，控制环境湿度H为60至80％；在光照和湿度条件下，持续暴露时间T21为30至60天；
在中暴露时间结束后，评估产品的物理性能变化ΔP，ΔP为暴露前后物理性能的差异；在评估后，将样品置于生物降解环境下，控制温度T22为25°C至35℃，湿度H维持不变，监测其降解速率R，R表示单位时间内质量损失百分比。
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| CN119875313A (zh) * | 2025-01-22 | 2025-04-25 | 东莞市明凯塑胶科技有限公司 | 一种改性热塑性材料及其制备方法 |
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