一种与垒土基质相融的生物降解聚酯材料的制备装置

技术领域

本发明涉及高分子复合材料技术领域，尤其涉及一种与垒土基质相融的生物降解聚酯材料的制备装置。

背景技术

近年来，随着社会经济的快速发展，高分子材料尤其是塑料薄膜的广泛使用给人们的生活带来了极大的便利。传统的塑料薄膜材料主要来自于石油，比如聚乙烯、聚丙烯等，这些塑料薄膜在使用过程中也带来了一系列的环境问题和能源问题。大量存在的塑料垃圾严重影响着人们的身体健康和生活环境，如一些农用土地因废弃地膜的影响而开始减产，废塑料引发的″白色污染″给环境造成严重危害。因此，随着不可再生的石油资源的日益减少以及人们对环保问题的高度关注，开发一种可完全生物降解的塑料薄膜材料成为全社会的研究热点；

聚乳酸(PLA)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚(对苯二甲酸丁二醇-CO-己二酸丁二醇)共聚酯(PBAT)、聚羟基烷酸酯(PHA)等都属于可生物降解聚酯材料，这类材料使用后能被自然界中微生物完全降解，最终形成CO

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在塑料薄膜难以降解的缺点，而提出的一种与垒土基质相融的生物降解聚酯材料。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

设计一种与垒土基质相融的生物降解聚酯材料，该材料由以下重量份的组分制成：可生物降解聚酯100份、增塑剂5-30份、无机填料25-200份、抗氧剂0.2-1份、淀粉40-60份、木质素20-30份、润滑剂0.8-2份；

所述可生物降解聚酯为聚乳酸和聚(对苯二甲酸丁二醇-CO-己二酸丁二醇)酯的一种或者混合物；所述增塑剂为二乙酰环氧植物油酸甘油酯，所述无机填料为碳酸钙、高岭土、滑石粉、钛白粉、云母、蒙脱土中的至少一种；所述木质素为有机溶剂木质素、硫酸盐木质素、碱抽提木质素、酶解木质素或造纸木质素中的任意一种；所述增塑剂为乙二醇、甘油、山梨醇中的任意一种或几种的组合。

本发明还提供一种与垒土基质相融的生物降解聚酯材料的制备工艺，包括如下步骤；

步骤1：对所述可生物降解聚酯和无机填料进行干燥处理，然后按照相应的重量份数将可生物降解聚酯、增塑剂、无机填料、抗氧剂、淀粉、木质素和润滑剂于常温下以200-250转/分的转速高速混合10-20分钟；

步骤2：将混合均匀的原料加入到双螺杆挤出机中熔融共混，经拉条切粒得增塑可生物降解聚酯材料；然后将得到的增塑可生物降解聚酯材料于70-90℃下真空干燥处理10-20小时；

步骤3：经干燥处理后的增塑可生物降解聚酯材料作为母料经单螺杆挤出机吹塑成膜，并依次经过熔融、塑化、增压、冷却、牵引和收卷得到所述的增塑可生物降解聚酯薄膜。

本发明还提供一种与垒土基质相融的生物降解聚酯材料的制备装置，包括安装支架，所述安装支架底部的一端固定安装有挤出机，所述挤出机的输出端挤出有管状塑膜，所述管状塑膜的外沿安装有夹持机构，所述夹持机构包括第一电机、往复螺杆、移动座、连接板、夹持件和第一带轮，所述第一电机固定安装在安装支架上，所述往复螺杆的数量为两个，两个所述往复螺杆平行分布在安装支架内侧、且与安装支架转动连接，所述第一电机的输出轴与相应的往复螺杆固定连接，所述移动座的数量为两个，两个所述移动座相互对称分布在往复螺杆上、且与往复螺杆螺纹连接，所述连接板的数量为两个，两个所述连接板分别固定安装在相应的移动座的内侧，所述第一带轮的数量为两个，两个所述第一带轮分别固定安装在相应的往复螺杆的外端，两个所述第一带轮之间通过皮带传动连接，所述夹持件的数量为两个，两个所述夹持件分别安装在相应的连接板的端部；

所述夹持件包括弧形夹板，所述弧形夹板的数量为两个，两个所述弧形夹板固定安装在相应的连接板上，两个所述弧形夹板的内侧均开设有多个安装槽，所述安装槽在弧形夹板内壁上均匀分布，所述安装槽内通过销轴转动安装有多个滚珠，所述滚珠沿着竖直方向在相应的安装槽内等距分布；

所述安装支架底部的另一端安装有冷却机构，所述冷却机构包括鼓风机、吹风管和风斗，所述鼓风机固定安装在安装支架上，所述鼓风机的出口端与吹风管固定连接，所述吹风管的出口端与风斗固定连接，所述风斗位于挤出机的出口端位置；

所述管状塑膜的外侧安装有切膜机构，所述切膜机构包括安装座，所述安装座的内侧安装有调节机构，所述调节机构包括气缸、齿条、第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮，所述气缸固定安装在安装座的外侧，所述气缸的输出端与齿条固定连接，所述第一齿轮通过销轴转动安装在安装座的内侧，所述齿条与第一齿轮相互啮合，所述第二齿轮位于第一齿轮的上方、且与第一齿轮同轴固定连接，所述第三齿轮通过销轴转动安装在安装座的内侧、且与第二齿轮相互啮合；

所述第二齿轮和第三齿轮的内侧均安装切膜组件，所述切膜组件包括连接座、刀具和第一导向轮，所述连接座与相应的第二齿轮、第三齿轮同轴连接，所述刀具固定安装在连接座的内侧，所述第一导向轮转动安装在连接座的外侧；所述安装座外侧的两端均转动安装有与第一导向轮相对应的第二导向轮，所述安装支架的内侧转动安装有两个相互对称的收卷轮。

优选的，所述安装支架的顶部安装有驱动机构，所述驱动机构包括环形卡座、棘轮、棘爪、转动座、连杆和偏心轮，所述环形卡座转动安装在安装支架内侧，所述环形卡座可与管状塑膜的顶端配合，所述棘轮与环形卡座同轴固定连接，所述转动座通过销轴转动安装在安装支架的顶部，所述转动座的一端通过销轴与棘爪转动连接，所述棘爪可与棘轮的齿槽配合，所述转动座的另一端通过销轴与连杆转动连接，所述偏心轮转动安装在安装支架的顶部，所述连杆远离转动座的一端与偏心轮的外沿通过销轴转动连接。

优选的，所述驱动机构还包括第二带轮、第三带轮和第二电机，所述第二带轮的数量为两个，两个所述第二带轮分别与相应的收卷轮同轴固定连接，所述第三带轮与环形卡座同轴固定连接，两个所述第二带轮与第三带轮之间通过皮带传动连接，所述第二电机固定安装在安装支架的内侧，所述第二电机的输出轴与偏心轮固定连接。

优选的，同一端的所述第一导向轮、第二导向轮和收卷轮位于同一水平面上，所述第一导向轮、第二导向轮和收卷轮可以传送薄塑膜。

优选的，所述往复螺杆两端的螺纹方向相反，两个所述移动座在往复螺杆可同时进行相向或者相背移动。

优选的，两个所述刀具可与管状塑膜相切，两个所述刀具可对管状塑膜进行切薄形成薄膜。

优选的，所述气缸的活塞杆可以带动齿条进行水平移动，所述齿条可以带动第一齿轮和第二齿轮转动，所述第二齿轮与第三齿轮转动方向相反。

优选的，所述偏心轮可以通过连杆带动转动座进行往复摆动，所述棘爪可以带动棘轮进行间歇性转动。

本发明提出的一种与垒土基质相融的生物降解聚酯材料，有益效果在于：通过木质素与淀粉之间的氢键作用和酯化反应，防止淀粉返生，两者复合制成的母粒可以促进淀粉在可降解聚酯中的分散性，最终使得复合的生物降解聚酯材料具有良好的加工性能和力学性能，同时具有更好的降解速率；

本发明提出的一种与垒土基质相融的生物降解聚酯材料的制备工艺，有益效果在于：整个过程的制备流程简单，制备的聚酯薄膜的质量更好；

本发明提出的一种与垒土基质相融的生物降解聚酯材料的制备装置，有益效果在于：

1、通过第一电机的驱动使得往复螺杆转动，从而使得两个移动座进行相向或者相背移动，也就可以使得两个弧形夹板对管状塑膜进行定位夹持，此时管状塑膜与弧形夹板内侧的滚珠进行接触，由于滚珠与管状塑膜的接触面积小，而且两者时间是滚动摩擦，管状塑膜可以顺利的导出，同时也避免了半熔融管状塑膜冷却粘附在滚珠上，保证了管状塑膜的完整性，大大提高了薄膜的质量；

2、鼓风机可以将冷风从风斗导出，从而对挤出机挤出的管状塑膜进行快速降温，避免熔融的管状塑膜粘附在弧形夹板的内壁上；

3、通过第二电机驱动偏心轮匀速转动，从而使得连杆带动转动座进行往复摆动，也就使得棘爪与棘轮间歇性配合，进而使得棘轮带动环形卡座间歇性转动，也就使得管状塑膜间歇性转动进行薄切，由于第二带轮与第三带轮之间通过皮带传动，所以卷轮与管状塑膜同步转动，最终实现同步薄切和收卷，从而保证薄切后的薄膜能够完全收卷到卷轮上。

附图说明

图1为本发明提出的一种与垒土基质相融的生物降解聚酯材料的制备工艺的流程图；

图2为本发明提出的一种与垒土基质相融的生物降解聚酯材料的制备装置的结构示意图一；

图3为本发明提出的一种与垒土基质相融的生物降解聚酯材料的制备装置的结构示意图二；

图4为本发明提出的一种与垒土基质相融的生物降解聚酯材料的制备装置的夹持机构的结构示意图；

图5为本发明提出的一种与垒土基质相融的生物降解聚酯材料的制备装置的夹持件的结构示意图；

图6为本发明提出的一种与垒土基质相融的生物降解聚酯材料的制备装置的冷却机构的结构示意图；

图7为本发明提出的一种与垒土基质相融的生物降解聚酯材料的制备装置的切膜机构的结构示意图；

图8为本发明提出的一种与垒土基质相融的生物降解聚酯材料的制备装置的切膜组件的结构示意图；

图9为本发明提出的一种与垒土基质相融的生物降解聚酯材料的制备装置的调节机构的结构示意图；

图10为本发明提出的一种与垒土基质相融的生物降解聚酯材料的制备装置的驱动机构的结构示意图；

图11为本发明提出的一种与垒土基质相融的生物降解聚酯材料的制备装置的驱动机构的结构示意图。

图中：安装支架1、挤出机2、管状塑膜3、夹持机构4、第一电机41、往复螺杆42、移动座43、连接板44、夹持件45、弧形夹板451、安装槽452、滚珠453、第一带轮46、冷却机构5、鼓风机51、吹风管52、风斗53、切膜机构6、安装座61、切膜组件62、连接座621、刀具622、第一导向轮623、调节机构63、气缸631、齿条632、第一齿轮633、第二齿轮634、第三齿轮635、第二导向轮64、驱动机构7、环形卡座71、棘轮72、棘爪73、转动座74、连杆75、偏心轮76、第二带轮77、第三带轮78、第二电机79、收卷轮8。

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。

实施例1：

一种与垒土基质相融的生物降解聚酯材料，该材料由以下重量份的组分制成：可生物降解聚酯100份、增塑剂30份、无机填料25份、抗氧剂0.2份、淀粉60份、木质素20份、润滑剂2份；

可生物降解聚酯为聚乳酸和聚(对苯二甲酸丁二醇-CO-己二酸丁二醇)酯的一种或者混合物；增塑剂为二乙酰环氧植物油酸甘油酯，无机填料为碳酸钙、高岭土、滑石粉、钛白粉、云母、蒙脱土中的至少一种；木质素为有机溶剂木质素、硫酸盐木质素、碱抽提木质素、酶解木质素或造纸木质素中的任意一种；增塑剂为乙二醇、甘油、山梨醇中的任意一种或几种的组合。

本发明通过木质素与淀粉之间的氢键作用和酯化反应，防止淀粉返生，两者复合制成的母粒可以促进淀粉在可降解聚酯中的分散性，最终使得复合的生物降解聚酯材料具有良好的加工性能和力学性能，同时具有更好的降解速率。

参照图1，一种与垒土基质相融的生物降解聚酯材料的制备工艺，包括如下步骤；

步骤1：对所述可生物降解聚酯和无机填料进行干燥处理，然后按照相应的重量份数将可生物降解聚酯、增塑剂、无机填料、抗氧剂、淀粉、木质素和润滑剂于常温下以200转/分的转速高速混合20分钟；

步骤2：将混合均匀的原料加入到双螺杆挤出机中熔融共混，经拉条切粒得增塑可生物降解聚酯材料；然后将得到的增塑可生物降解聚酯材料于70℃下真空干燥处理20小时；

步骤3：经干燥处理后的增塑可生物降解聚酯材料作为母料经单螺杆挤出机吹塑成膜，并依次经过熔融、塑化、增压、冷却、牵引和收卷得到所述的增塑可生物降解聚酯薄膜。

实施例2：

一种与垒土基质相融的生物降解聚酯材料，该材料由以下重量份的组分制成：可生物降解聚酯120份、增塑剂5份、无机填料200份、抗氧剂1份、淀粉40份、木质素30份、润滑剂0.8份；

参照图1，一种与垒土基质相融的生物降解聚酯材料的制备工艺，包括如下步骤；

步骤1：对所述可生物降解聚酯和无机填料进行干燥处理，然后按照相应的重量份数将可生物降解聚酯、增塑剂、无机填料、抗氧剂、淀粉、木质素和润滑剂于常温下以250转/分的转速高速混合10分钟；

步骤2：将混合均匀的原料加入到双螺杆挤出机中熔融共混，经拉条切粒得增塑可生物降解聚酯材料；然后将得到的增塑可生物降解聚酯材料于90℃下真空干燥处理10小时；

步骤3：经干燥处理后的增塑可生物降解聚酯材料作为母料经单螺杆挤出机吹塑成膜，并依次经过熔融、塑化、增压、冷却、牵引和收卷得到所述的增塑可生物降解聚酯薄膜。

整个过程的制备流程简单，制备的聚酯薄膜的质量更好。

实施例3：

实施例3是对实施例2的改进，在挤出机将半熔融状态的塑膜挤出后形成管状的塑膜，此时需要对管状进行定位夹持，现有技术的定位夹持时没有对半熔融状态的塑膜进行快速降温，从而使得半熔融状态的塑膜容易粘附在夹持板上，进而导致塑膜的完整性被破坏；另外，在切膜和收卷过程中，刀具将管状的塑膜切成薄膜时后通过收卷轮进行收卷，但是，现有技术的收卷轮与切膜过程时独立的驱动装置，无法实现同步，容易出现收卷轮转速过快或者过慢导致薄膜断裂和堆积的问题。

参照图2-11，一种与垒土基质相融的生物降解聚酯材料的制备装置，包括安装支架1，安装支架1底部的一端固定安装有挤出机2，挤出机2的输出端挤出有管状塑膜3，管状塑膜3的外沿安装有夹持机构4，夹持机构4包括第一电机41、往复螺杆42、移动座43、连接板44、夹持件45和第一带轮46，第一电机41固定安装在安装支架1上，往复螺杆42的数量为两个，两个往复螺杆42平行分布在安装支架1内侧、且与安装支架1转动连接，第一电机41的输出轴与相应的往复螺杆42固定连接，移动座43的数量为两个，两个移动座43相互对称分布在往复螺杆42上、且与往复螺杆42螺纹连接，连接板44的数量为两个，往复螺杆42两端的螺纹方向相反，两个移动座43在往复螺杆42可同时进行相向或者相背移动；两个连接板44分别固定安装在相应的移动座43的内侧，第一带轮46的数量为两个，两个第一带轮46分别固定安装在相应的往复螺杆42的外端，两个第一带轮46之间通过皮带传动连接，夹持件45的数量为两个，两个夹持件45分别安装在相应的连接板44的端部；

夹持件45包括弧形夹板451，弧形夹板451的数量为两个，两个弧形夹板451固定安装在相应的连接板44上，两个弧形夹板451的内侧均开设有多个安装槽452，安装槽452在弧形夹板451内壁上均匀分布，安装槽452内通过销轴转动安装有多个滚珠453，滚珠453沿着竖直方向在相应的安装槽452内等距分布；

通过第一电机41的驱动使得往复螺杆42转动，从而使得两个移动座43进行相向或者相背移动，也就可以使得两个弧形夹板451对管状塑膜3进行定位夹持，此时管状塑膜3与弧形夹板451内侧的滚珠453进行接触，由于滚珠453与管状塑膜3的接触面积小，而且两者时间是滚动摩擦，管状塑膜3可以顺利的导出，同时也避免了半熔融管状塑膜3冷却粘附在滚珠453上，保证了管状塑膜3的完整性，大大提高了薄膜的质量。

安装支架1底部的另一端安装有冷却机构5，冷却机构5包括鼓风机51、吹风管52和风斗53，鼓风机51固定安装在安装支架1上，鼓风机51的出口端与吹风管52固定连接，吹风管52的出口端与风斗53固定连接，风斗53位于挤出机2的出口端位置；鼓风机51可以将冷风从风斗53导出，从而对挤出机2挤出的管状塑膜3进行快速降温，避免熔融的管状塑膜3粘附在弧形夹板451的内壁上。

管状塑膜3的外侧安装有切膜机构6，切膜机构6包括安装座61，安装座61的内侧安装有调节机构63，调节机构63包括气缸631、齿条632、第一齿轮633、第二齿轮634和第三齿轮635，气缸631固定安装在安装座61的外侧，气缸631的输出端与齿条632固定连接，第一齿轮633通过销轴转动安装在安装座61的内侧，齿条632与第一齿轮633相互啮合，第二齿轮634位于第一齿轮633的上方、且与第一齿轮633同轴固定连接，第三齿轮635通过销轴转动安装在安装座61的内侧、且与第二齿轮634相互啮合；气缸631的活塞杆可以带动齿条632进行水平移动，齿条632可以带动第一齿轮633和第二齿轮634转动，第二齿轮634与第三齿轮635转动方向相反；

通过气缸631使得齿条632移动，从而使得第一齿轮633和第二齿轮634转动，由于第二齿轮634与第三齿轮635相互啮合，第二齿轮634与第三齿轮635反向转动使得切膜组件62对管状塑膜3进行贴合，保证管状塑膜3的薄切厚度。

第二齿轮634和第三齿轮635的内侧均安装切膜组件62，切膜组件62包括连接座621、刀具622和第一导向轮623，连接座621与相应的第二齿轮634、第三齿轮635同轴连接，刀具622固定安装在连接座621的内侧，两个刀具622可与管状塑膜3相切，两个刀具622可对管状塑膜3进行切薄形成薄膜；第一导向轮623转动安装在连接座621的外侧；安装座61外侧的两端均转动安装有与第一导向轮623相对应的第二导向轮64，安装支架1的内侧转动安装有两个相互对称的收卷轮8；同一端的第一导向轮623、第二导向轮64和收卷轮8位于同一水平面上，第一导向轮623、第二导向轮64和收卷轮8可以传送薄塑膜；通过刀具622薄切的塑膜通过第一导向轮623、第二导向轮64传送到收卷轮8上进行收卷。

安装支架1的顶部安装有驱动机构7，驱动机构7包括环形卡座71、棘轮72、棘爪73、转动座74、连杆75、偏心轮76、第二带轮77、第三带轮78和第二电机79，环形卡座71转动安装在安装支架1内侧，环形卡座71可与管状塑膜3的顶端配合，棘轮72与环形卡座71同轴固定连接，转动座74通过销轴转动安装在安装支架1的顶部，转动座74的一端通过销轴与棘爪73转动连接，棘爪73可与棘轮72的齿槽配合转动座74的另一端通过销轴与连杆75转动连接，偏心轮76转动安装在安装支架1的顶部，连杆75远离转动座74的一端与偏心轮76的外沿通过销轴转动连接，偏心轮76可以通过连杆75带动转动座74进行往复摆动，棘爪73可以带动棘轮72进行间歇性转动；第二带轮77的数量为两个，两个第二带轮77分别与相应的收卷轮8同轴固定连接，第三带轮78与环形卡座71同轴固定连接，两个第二带轮77与第三带轮78之间通过皮带传动连接，第二电机79固定安装在安装支架1的内侧，第二电机79的输出轴与偏心轮76固定连接。

通过第二电机79驱动偏心轮76匀速转动，从而使得连杆75带动转动座74进行往复摆动也就使得棘爪73与棘轮72间歇性配合，进而使得棘轮72带动环形卡座71间歇性转动，也就使得管状塑膜3间歇性转动进行薄切，由于第二带轮77与第三带轮78之间通过皮带传动，所以卷轮8与管状塑膜3同步转动，最终实现同步薄切和收卷，从而保证薄切后的薄膜能够完全收卷到卷轮8上。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。