[发明专利]一种可降解的低毒性文具及其制备方法

说明书

本发明公开一种可降解的低毒性文具及其制备方法，该方法包括：提供纳米级木质素颗粒和PLA；通过制备方法得到共混材料；将共混材料制成可降解的低毒性文具。本发明的原材料可以从农业残留物中提取且成本低廉，制成的产品可降解，实现了废物和资源的循环利用，相比传统的文具及其制备工艺更加低碳环保。

技术领域

本发明涉及复合材料领域，具体涉及一种可降解的低毒性文具及其制备方法。

背景技术

由于中小学大量使用各种品牌中性笔、自动铅笔等，教育年龄的人群每年产生大量塑料垃圾。当前市场上绝大多数塑料文化用品都是不可降解的产品。

当前可降解塑料有聚乳酸，生物降解PET，聚丁烯琥珀酸酯/已酸酯、聚羟基丁酸酯/戊酸酯、聚乙烯琥珀酸酯、聚酯酸胺和聚已内酯/混合物；淀粉和其混合物等，这些可降解材料普遍具有成本高物理性能差的特点，但是该类型可降解塑料的缺点是，物理性能差，价格高，降解时对环境要求高，为了便于制造，需要使用多种塑化剂，塑化剂普遍具有人体和环境毒性。

市场中普通文具，需要廉价的主要材料，，例如笔身等使用的PET塑料价格6.6K元/吨。而可降解聚乳酸PLA价格21K元/吨至43.3K元/吨。且PLA的物理化学性质较差，凝固后强度低，熔融状态粘性大流动性差，熔点低，在使用中手感会变软发黏，使用者普遍不愿意使用聚乳酸产品。加入各种添加剂改善物理性质则需要大量使用有高毒性的添加剂。

在正常使用寿命周期中，笔身坚固耐用，手感舒适，抗水抗汗的性质，同时要保证被废弃后能够快速降解，降解环境适用范围广，适应我国绝大部分地区，降解产物对环境无害。

综上，为了上述性质及降低成本，我们需要生产一种可降解，不需使用塑化剂，低成本，物理化学性能良好的产品

发明内容

本发明公开了一种可降解的低毒性文具的制备方法，其包括下列步骤：

提供纳米级木质素颗粒和PLA；

通过制备方法得到共混材料；

将共混材料制成可降解的低毒性文具。

木质素是由3种苯丙烷单元通过醚键和碳碳键相互连接形成的具有三维网状结构的生物高分子，含有丰富的芳环结构、脂肪族和芳香族羟基以及醌基等活性基团。

在植物界中，木质素是储量仅次于纤维素的第二大生物质资源。作为典型的生物质材料，木质素是芳香族化合物中少有的可再生资源之一。木质素作为植物界继纤维素之后第二大资源的生物质材料，全球每年产量约5000万吨，其中源自农业残留物的木质素约占10％～20％，源自森林生物质材料的木质素约占20％～30％，来源甚广且产量巨大。木质素具有非晶态无序结构，苯丙烷是其基本的结构单元，其源自3种芳香醇前体，分别是β-香豆醇、松柏醇和芥子醇，分别对应3类木质素，即对羟苯基木质素、紫丁香基木质素和愈创木基木质素。

其中，纳米级木质素颗粒的直径小于1微米；所述纳米级木质素颗粒的颗粒形状为球形或椭圆形，所述球形或椭圆形的最大长径比不超过4。该形状颗粒能够有效降低混合原材料在注塑成型设备内的胶结作用，降低材料混合加热后的结团，结块现象，保证材料输送通常管线不被堵塞。

进一步地，为利用水分子活化其官能团，所述纳米级木质素颗粒的含量在70％～95％，且颗粒含水量小于5％且大于1％。

PLA又称为聚乳酸，是以乳酸为主要原料聚合得到的聚酯类聚合物，是一种新型的生物降解材料。聚乳酸的热稳定性好，加工温度170～230℃，有好的抗溶剂性，可用多种方式进行加工，如挤压、纺丝、双轴拉伸，注射吹塑。由聚乳酸制成的产品除能生物降解外，生物相容性、光泽度、透明性、手感和耐热性好。其物理性能和力学性能如下：

密度：1.25-1.28g/cm3

熔点：176℃