5双螺杆挤出机设计说明

1第1章绪论1.1可降解地膜概述可降解地膜是一种新型的环保可降解的新型地膜，是今后我国地膜产业的发展趋势，也是发展可持续性农业的必要前提。由于农用地膜的使用，有效的控制了土壤的温度和湿度，减少了水分和营养物的流失，促进了农作物的高产和稳产，从而增加了农业生产效益。这些地膜碎片可在土壤中形成阻隔层，使土壤中的水、气、肥等流动受阻，造成土壤结构板结，严重危害生态环境，造成白色污染。随着人类社会对环境问题认识水平的不断深化，解决废弃地膜造成的“白色污染”建立环境友好性社会，建立人与环境的良性互动，唯一的办法就是推广应用可降解地膜。1.2淀粉原料比选植物淀粉包括玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉、豌豆淀粉、小麦淀粉等。淀粉极其衍生物具有成膜性，当淀粉糊在光滑的平面上干燥时，就会形成淀粉膜。一般马铃薯淀粉膜和木薯淀粉膜比谷物淀粉所成的膜强度、柔韧性、透明性和光泽都好；谷物淀粉在干燥过程中会发生凝沉，膜的性质会有所下降。与此同时，变性淀粉的成膜性和所成膜的性质比未变性淀粉好。经过合适的改性之后，膜的强度、柔韧性、透明性和光泽都有所提高，且能与天然或人工聚合物更好的融合，从而使膜的张力性、塑性及生物降解性等性质大大提高。可用作淀粉膜的变性淀粉的种类有酸变性淀粉、氧化淀粉、糊精、和交联淀粉等。改性包括物理改性和化学改性。酸变性淀粉：酸变性淀粉是用酸处理一般淀粉乳，使之改性后得到的变性淀粉。属于可溶性淀粉。用酸处理后的淀粉，凝胶性增强，凝胶强度增高(酸变性玉米淀粉为最)，冷黏度与热黏度的比值增大。将1%～3%的盐酸溶液加入40%左右的淀粉乳中，在低于糊化温度(25～55℃)下保持搅拌10h以上，达到要求的黏度后用碱中和、过滤、清洗、干燥而成。在纺织工业中用作上浆剂、织物整理剂，造纸工业中用于压光和施胶，改进纸的抗磨性和印刷性。酸变性玉米适用于软糖果制造。且其在薄膜强度上，淀粉比原淀粉低得多，因此它们可在更高的浓度下烧煮成浆，只需吸收或蒸发少量水分，它们的薄膜可更快的烘干，从而可供快速粘合之用。氧化淀粉：氧化淀粉是淀粉在酸、碱、中性介质中与氧化剂作用，使淀粉氧化而得到的一种变性淀粉。氧化淀粉使淀粉糊化温度降低，热糊粘度变小而热稳定性增加，产品颜色洁白，糊透明，成膜性好，抗冻融性好，是低粘度高浓度的增稠剂，广泛应用于纺织、造纸、食品及精细化工行业。氧化淀粉膜的薄膜性能为用次氯酸盐氧化淀粉能形成强韧、清晰、连续的薄膜，它们比酸变性淀粉或原淀粉的薄膜更均匀，收缩及燥裂的可能性更小，薄膜也更易溶于水。交联淀粉以淀粉为原料,以三氯氧磷、三偏磷酸钠、己二酸、六偏磷酸盐为交联剂，氢氧化钠为催化剂，对淀粉进行交联，交联后的淀粉其透光率降低，耐酸碱性、耐机械加工，耐剪切性增强，凝胶性能提高，但吸水能力减弱。2最终根据文献总结的数据如下：玉米淀粉马铃薯淀粉小麦淀粉木薯淀粉世界产量（万吨）1700200120150在25%RH和20°时水分13191313类脂物（%干基）0.80.10.90.1蛋白质（%干基）0.350.10.40.1灰分（%干基）0.10.350.20.1直链淀粉含量（%干基）28212817直链淀粉平均聚合度DP930490013002600平均DP重量24006400—6700支链淀粉含量（%干基）72797283胶化温度（°c）62-7256-6658-6459-69粘度平均值（Bu）60030003001000膨胀力（95°C）2411532171溶解度（%95°C）25824148临界浓度4.40.15.01.4糊的粘性中等非常高低高3蒸煮后，每份同样粘度与水结合份数15241320糊的特征短长短长糊的透明度不透明非常透明模糊不透明十分透明抗剪切中等低中低低凝沉性高中高低膜的透明度低高低高膜强度低高低高柔韧性低高低高膜溶解性低高低高由于本地主产淀粉材料为马铃薯与玉米淀粉，切马铃薯淀粉的透明度，膜强度，柔韧性，膜溶解性均高于马铃薯，且具有胶化温度低等多种优点，故选择马铃薯为主要淀粉原料制备母粒。1.3母粒制备工艺比选母粒（英文名称Masterbatches）全名塑料母粒，别名母料是20世纪80年代发展站起来的一种塑料加工助剂，它是由超量的化学助剂、载体树脂和分散剂等所组成。母粒是把超常量的颜料（染料）均匀载附于树脂中而得到的聚集体。母粒是指在塑料加工成型过程中，为了操作上的方便，将所需要的各种助剂、填料与少量载体树脂先进行混合混炼，经过挤出机等设备计量、混合、熔融、挤出、切粒等加工过程制得的颗粒料，称为母粒。母粒由载体树脂、各种填料和各种助剂组成的。母粒中助剂的限度或填料的含量比实际塑料制品中的需要量要高数倍至十几倍。在成型加工过程中，必须根据母粒中有关组分的含量和实际制品中需要加入的量，调节母粒与基体树脂的配比。母粒通常可以分为普通填充母粒（简称填充母粒）和功能性母粒，如色母粒、防雾滴母粒等4传统塑料母粒加工方法按工艺路线可分为两辊开炼法、密炼法、挤出法三种。本设计采用挤出法制备母粒。1.4可降解地膜材料聚羟基脂肪酸脂（PHA）：利用多种可生物降解碳源发酵而成，该材料易加工，强度高，具有良好耐热，耐油，耐水性。缺点是材料较脆，不适合单独制膜，常与聚乳酸进行熔融共混制膜，但由于微生物发酵制得，生产效率低。聚己内酯（PCL）：通过己内酯的开环聚合得到的生物降解聚合材料，具有良好的生物降解性能与生物相容性能，力学环境优良如有很高的柔韧性，易于挤出吹膜，当熔点较低，130°C以上时熔体变粘，强度变低，吹膜加工难度增大，一般通过添加热塑性淀粉或其他生物聚合材料加工。聚乳酸（PLA）：是最早研究也是最成熟的材料，来源于生物质资源，有农产品发酵制得的乳酸囗单体材料制备，具有良好的生物降解性能与生物相容性能，拉伸强度，拉升规模大，但断裂生长率极低，一般通过添加塑性剂或与柔性聚合物共混的方式增加其性能。聚丁二酸丁二醇酯（PBS）：具备优良的热稳定性，结晶性，力学性能性的生物可降解脂肪族聚酯材料，且具有和聚乙烯相似的加工性能，，拉伸强度，断裂伸长率很大，但缺陷是抗撕裂性能较差，通常通过共聚，共混或者辐射交联的方法提升抗撕裂性能。脂肪-芳香族共聚脂：聚己二酸丁二醇脂-对苯二甲酸丁酯（PBTA），力学性能适中，热稳定性良好，价格较低，柔软度好，运用广泛，结晶性能和热性能克通过共聚酯的组成改变。聚丁二酸丁二醇脂-对苯二甲酸丁酯（PBST）：研究起步较晚，该原料中的丁二酸可通过生物质资源发酵得到，对石油依赖性较小，具有良好的热学力学性能。市场上商品化材料一般为PBTA与PLA或PBS共混物。1.5母粒制备过程1.一种双降解淀粉母粒，其特征在于，其包括以下组分及其重量份数：原淀粉60～75份；基体15～30份；润滑剂2～5份；憎水处理剂2～5份；光降解剂1～3份。专利号：CN201110141266.42.一种含淀粉母粒，其特征在于，包括以下重量份的成分：淀粉45～60份，聚丙烯10～15份，甲醛1～3份，润滑剂1～5份，氧化铝1～5份。专利号：CN201410115851.03.一种全生物降解的塑料淀粉母粒，包括以下重量份的各组分组成：淀粉60-75份、载体20-30份、相容剂1-5份、润滑剂1-5份、改性剂1-5份和降解促进剂1-5份。专利号：CN200810183538.54.一种全生物降解接枝淀粉母粒，其特征在于：由如下重量百分比成分接枝、混合造粒而成：玉米原淀粉45～80％聚丁二酸丁二醇酯(PBS)10～30％增韧剂：天然橡胶(NR)2～4％引发剂：二异丙苯过氧化物(DCP)0.1～0.2％接枝剂：顺丁烯5二酸酐(MA)0.45～0.8％增塑剂：单硬酯酸甘油酯(GMS)1～8％活性剂：硬脂酸(HSt)0.5～1％内外润滑剂：低分子腊和石腊3～10％专利号：CN200610025008.95.一种淀粉基可降解农用地膜，其特征在于，该淀粉基可降解农用地膜由按重量100份计的以下组份混合吹膜而成：植物淀粉45～55份；碳酸钙1～4份；含环氧基的有机硅丙烯酸树脂10～15份；环氧大豆油1～3份；聚乙烯蜡1～4份；二氧化钛1～3份；聚乙烯20～30份；马来酸酐接枝改性聚乙烯5～15份；光降解母粒0.3～1.0份；吸湿母粒0～1.5份。专利号：CN201410209313.86.一种由纳米贝壳粉负载交联淀粉改性的低密度聚乙烯降解地膜，其特征在于，该地膜由以下重量份的原料制成：低密度聚乙烯40-50、交联淀粉5-6、微粉硅胶0.6-0.8、大豆分离蛋白粉1-2、纳米贝壳粉10-12、固含量为20-25%的硅溶胶10-12、乙烯-丙烯酸共聚物5-8、羟甲基壳聚糖1-1.5、烷基糖苷0.1-0.2、硅烷偶联剂0.1-0.2、水25-30。专利号：CN201510442358.47.一种由纳米蒙脱土负载交联淀粉改性的磁性低密度聚乙烯降解地膜，其特征在于，该地膜由以下重量份的原料制成：低密度聚乙烯40-50、交联淀粉6-8、纳米蒙脱土8-10、魔芋葡甘露聚糖1-2、纳米四氧化三铁0.6-0.8、固含量为20-25%的硅溶胶10-12、乙烯-丙烯酸共聚物4-5、羟甲基壳聚糖0.2-0.3、烷基糖苷0.1-0.2、硅烷偶联剂0.1-0.2、水25-30。专利号：CN201510442357.X8.一种由纳米硅藻土负载交联淀粉改性的低密度聚乙烯易氧化降解地膜，其特征在于，该地膜由以下重量份的原料制成：低密度聚乙烯40-50、交联淀粉6-8、纳米硅藻土8-10、过氧化钙0.01-0.02、固含量为20-25%的硅溶胶10-12、乙烯-丙烯酸共聚物4-5、羟甲基壳聚糖1-1.5、烷基糖苷0.1-0.2、硅烷偶联剂0.1-0.2、水25-30。专利号：CN201510442356.59.一种由纳米沸石负载交联淀粉改性的低密度聚乙烯降解地膜，其特征在于，该地膜由以下重量份的原料制成：低密度聚乙烯40-50、交联淀粉6-8、腐植酸2-3、鼠李糖脂0.1-0.2、纳米沸石8-12、固含量为20-25%的硅溶胶10-12、乙烯-丙烯酸共聚物4-5、羟甲基壳聚糖1-1.5、烷基糖苷0.1-0.2、硅烷偶联剂0.1-0.2、碳酸氢钠适量、水25-30。专利号：CN201510442348.010.一种由纳米二氧化钛负载交联淀粉改性的低密度聚乙烯降解地膜，其特征在于，该地膜由以下重量份的原料制成：低密度聚乙烯40-50、交联淀粉6-9、纳米二氧化钛8-10、聚丙烯酸钠1-2、固含量为20-25%的硅溶胶10-12、乙烯-丙烯酸共聚物4-5、羟甲基壳聚糖1-1.5、烷基糖苷0.1-0.2、硅烷偶联剂0.1-0.2、水30-35。专利号：CN201510442347.611.一种由纳米海泡石负载交联淀粉改性的能吸附重金属的低密度聚乙烯降解地膜，其特征在于，该地膜由以下重量份的原料制成：低密度聚乙烯40-50、交联淀粉6-8、纳米海泡石8-12、乙二胺二琥珀酸三钠0.01-0.02、固含量为20-25%的硅溶胶10-12、乙烯-丙烯酸共聚物4-5、羟甲基壳聚糖1-1.5、烷基糖苷0.1-0.2、硅烷偶联剂0.1-0.2、水25-35专利号：CN201510442384.712.一种由粉煤灰负载交联淀粉改性的低密度聚乙烯降解地膜，其特征在于，该地膜由以下重量份的原料制成：低密度聚乙烯40-50、交联淀粉5-8、粉煤灰6-8、纳米氧化锌1-2、聚乙烯醇2-3、固含量为20-25%的硅溶胶10-12、乙烯-丙烯酸共聚物4-5、羟甲基壳聚糖0.4-0.5、烷基糖苷0.1-0.2、硅烷偶联剂0.1-0.2、水30-35。专利号：CN201510442354.613.一种由纳米蛭石负载交联淀粉改性的低密度聚乙烯降解地膜，其特征在于，该6地膜由以下重量份的原料制成：低密度聚乙烯40-50、交联淀粉6-8、纳米蛭石粉8-10、葡萄糖0.1-0.2、硬脂酸锌0.01-0.02、硫酸铈0.01-0.02、固含量为20-25%的硅溶胶10-12、乙烯-丙烯酸共聚物4-5、羟甲基壳聚糖1-1.5、烷基糖苷0.1-0.2、