CN102875853A - 一种可降解塑料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可降解塑料及其制备方法。一种可降解塑料，由超细化淀粉、超细化植物粉、合成降解树脂、合成树脂、增塑剂、助氧化剂、增容剂、润滑剂、光敏剂、热敏剂、降解控制剂组成。一种制备降解塑料的方法，包括以下步骤：将容器升温到70-80℃；将超细化淀粉和超细化植物粉放入容器中，分别加入增塑剂、助氧化剂、增容剂、降解控制剂、合成降解树脂，搅拌均匀；将合成树脂加入另一容器中，室温下依次加入光敏剂、热敏剂、润滑剂，搅拌均匀；将上述原料混合，各区温度控制在100-140℃之间，即可制成可降解塑料粒子。由本发明制作的可降解塑料制品，具有降解彻底，降解速度快，制作成本低等特点。

Description

一种可降解塑料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种可降解塑料及其制备方法。

背景技术

塑料在通常的自然环境条件下，其分子结构能保持二百年不变，随着塑料消耗量的逐年增加，特别是一次性塑料制品的大量使用，给环境造成了极大的危害。

目前，解决塑料污染环境有回收再利用、焚烧、填埋和使用可降解塑料等方法。焚烧会产生大量烟尘和有毒气体，会对大气造成二次污染，填埋后的塑料废弃物不能降解、占用土地会给环境土壤和地下水带来危害。回收需投入大量人力、物力，而且回收再利用率很低，也不能无限循环使用，最终仍然污染环境。所以最有效的途径是研制和生产、推广应用可降解塑料制品。

降解塑料可分为共聚物型和添加型两种，共聚物型是在合成时引入光敏剂，赋予材料具有光降解性能，添加型是在聚合物中外加光敏剂的方法制备光降解材料，有的还填充部分滑石粉、碳酸钙等材料。但这些材料只是进行光崩坏，埋土后不能降解，其降解结果只是将合成树脂由大块变成小块，很难取得令人满意的效果。依靠淀粉作为填充剂，并结合光降解技术制成光、生物降解塑料，但由于制品中淀粉含量低，属于淀粉填充型塑料，也不能完全降解，仍对环境有一定程度的污染。近几年来，人们采用合成的方法研制出多种可生物降解性材料，例如聚脂肪族聚酯、聚乳酸、微生物聚酯等等，但由于其合成难度大，成本高，很难在市场上大量推广应用。

发明内容

本发明提供的一种可降解塑料及其制备方法，克服了塑料降解不充分问题。

本发明的技术方案是：一种可降解塑料，由超细化淀粉、超细化植物粉、合成降解树脂、合成树脂、增塑剂、助氧化剂、增容剂、润滑剂、光敏剂、热敏剂、降解控制剂组成，各原料的重量百分比是超细化淀粉25％～33％，超细化植物粉10％～18％，合成降解树脂15％～45％，合成树脂10％～22％，增塑剂2％～12％，助氧化剂1％～5％，增容剂2％～5％，润滑剂0.3～4％，光敏剂0.01％～0.1％，热敏剂0.01％～0.1％，降解控制剂0.01％～0.1％。

超细化淀粉的粒度在1-10μm之间。

超细化植物粉，由植物纤维加工而成，粒度在1-10μm之间，可用棉花、玉米、高粱、谷物等秸秆经超细化处理制成。

合成降解树脂为聚乳酸或乙烯一丙烯酸共聚物（EAA）其中的一种或多种混合组成。

合成树脂为聚乙烯，由线型低密度聚乙烯、高密度聚乙烯或低密度聚乙烯其中的一种或多种混合组成。

增塑剂为多元醇，由甘油或山梨醇其中的一种或多种混合组成。

助氧化剂为长链脂肪酸，由硬脂酸、油酸或亚油酸其中的一种或多种混合组成。

增容剂为白油、植物油、矿物油、铝酸酯偶联剂其中的一种或多种混合组成。

润滑剂为聚乙烯蜡、油酸酰硬脂酸镁或硬脂酸钙其中的一种或多种混合组成。

光敏剂为芳香酮、芳香胺、二茂铁及其衍生物、脂肪酸铁或二乙基二硫代氨基甲酸铁的一种或多种混合组成。

热敏剂为脂肪酸的锰、油酸的锰、乙酰基丙酮锰或乙酰基丙酮钴的一种或多种混合组成。

降解控制剂为酚类抗氧剂，酚类抗氧剂为2,6-二叔-4-甲基对甲酚或β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）其中的一种或多种混合组成。

一种制备降解塑料的方法，包括以下步骤：

（1）将容器升温到70-80℃；将超细化淀粉和超细化植物粉放入容器中，搅拌3-7分钟；分二次加入增塑剂，然后加入助氧化剂、增容剂、降解控制剂、合成降解树脂，每次加料时间间隔3-5分钟，将原料搅拌均匀；

（2）将合成树脂加入另一容器中，室温下依次加入光敏剂、热敏剂、润滑剂，每次加料时间间隔3-7分钟，将原料搅拌均匀；

（3）将步骤（1）中制备的混合物加入步骤（2）制备的混合物中，搅拌混合均匀，在平行同相双螺杆挤出机上挤出造粒，双螺杆挤出机各区温度控制在100-140℃之间，即可制成可降解塑料粒子。

本发明制备的可降解塑料粒子，用来制作成可降解塑料袋或各种可降解塑料容器。

超细化淀粉和超细化植物粉分子中含有大量羟基，其邻近分子间往往以氢键相互作用而形成微晶结构的完整大颗粒，使其玻璃化转变温度高于分解温度。因此普通超细化淀粉和超细化植物粉不具有热塑加工性能，在应用前必须先对其进行改性处理。采用多元醇和长链脂肪酸对其表面处理，可以将超细化淀粉和超细化植物粉中的大量羟基进行烷基化和酯基化，削弱超细化淀粉和超细化植物粉分子间氢键的作用，使其易于无序化，明显提高其分散性。同时多元醇又是超细化淀粉和超细化植物粉的理想增塑剂，通过其与超细化淀粉和超细化植物粉主链上氢键的作用，插入超细化淀粉和超细化植物粉分子链的间隔中，使超细化淀粉和超细化植物粉分子链的微小热运动变得容易，在其分解温度前实现了微晶的熔融，从而使超细化淀粉和超细化植物粉具有了热加工性能。另外，长链脂肪酸能在自然环境中产生自由基，可以引发合成树脂高分子链断裂降解。

本发明制备的可降解塑料，以超细化淀粉和超细化植物粉作为主要生物降解成分，并将增塑剂、增容剂、助氧化剂、合成降解树脂、降解控制剂与超细化淀粉、超细化植物粉有机地结合起来，形成衍生物，作为生物降解剂，具有良好的生物降解性能，在自然条件下埋土30天后质量失重率≥20％，同时引入光降解技术和热氧化降解技术，使材料具有多种降解形式的协同作用，在一年内全部粉化，并最终能降解成二氧化碳和水及小分子化合物，而全部降解。

增塑剂主要是对淀粉和植物粉进行改性处理，使其具有热加工性能。

助氧化剂在自然环境下有助于引发合成树脂进行短链反应，同时也有助于淀粉和植物粉的表面改性，削若淀粉氢键的作用，使其易于无序化。

增容剂可增加淀粉与高聚物的相容性。

本发明制备的可降解塑料，以淀粉和植物粉为主要降解剂，在材料中生物可降解成分高达45％以上，大大地增强了材料的生物降解性能。同时将光降解和热氧化降解与生物降解有机地结合起来，使材料具有多重降解的协同效应，保证材料具有完全降解性能：材料中的淀粉和植物粉衍生物在土壤中可迅速被微生物分解，使合成树脂的母体变得疏松，增加了表面/体积比；同时，自然界中的光、热、氧可以激活光敏剂、热敏剂、助氧化剂等的各种降解功能，合成树脂进行的光氧化和自氧化的作用下产生高分子链断裂，分解成为低分量的化合物；由于淀粉和植物粉衍生物是土壤中微生物的理想繁衍源，使微生物很容易附着在其表面，这些低分子化合物可以进一步分解为小分子化合物，直到最终分解为二氧化碳和水等小分子化合物。

由本发明制作的可降解塑料制品，具有降解彻底，降解速度快，制作成本低等特点。

具体实施方式

实施例：

按以下重量百分比称取相应原料：

超细化淀粉：30；

超细化植物粉：15；

山梨醇：5（增塑剂）；

甘油：3（增塑剂）；

EAA乙烯-丙烯酸共聚物：18（合成降解树脂）；

豆油：1（增容剂）；

白油：0.5（增容剂）；

硬脂酸：0.6（助氧化剂）；

硬脂酸钙：0.7（润滑剂）；

铝酸酯偶联剂：1.47（增容剂）；

油酸：1.0（助氧化剂）；

二乙基二硫代氨基甲酸铁：0.06（光敏剂）；

聚乙烯蜡：0.8（润滑剂）；

乙酰基丙酮锰：0.8（热敏剂）；

2,6-二叔-4-甲基对甲酚：0.07（降解控制剂）；

线性低密度聚乙烯：7（合成树脂）；

高密度聚乙烯：8（合成树脂）；

低密度聚乙烯：7（合成树脂）。

将高速混合机升温到75±5℃，然后把超细化淀粉和超细化植物粉放入高混机中，高速搅拌3分钟，分二次分别加入山梨醇、甘油，然后再加入硬脂酸、油酸，铝酸酯偶联剂、白油、豆油、EAA、每次加料时间间隔5分钟，混合均匀制成淀粉和植物粉衍生物；

将线性低密度聚乙烯，高密度聚乙烯、低密度聚乙烯加入高速混合机，室温下依次加入二乙基二硫代氨基甲酸铁、乙酰苯丙酮锰、硬脂酸钙、聚乙烯蜡、2,6-二叔-4-甲基对甲酚，每次加料间隔3分钟，混合均匀成合成树脂混合物；

将淀粉和植物粉衍生物加入合成树脂混合物中，在室温下混合均匀，然后在长径比为60:1的平行同相双螺杆挤出机上挤出造粒，螺杆转速200-400转/分，各区温度设定：100℃，135℃，140℃，140℃，142℃，135℃，机头118℃，溶体挤出后用热切风冷或热切水冷、烘干方法造成粒，即制成淀粉型可降解塑料粒子。

应用上述可降解塑料粒子在长径比30:1，螺杆直径为45mm的吹膜机上吹宽度400mm，厚度0,025mm的膜，再经印刷、热合、冲裁制成可降解购物袋或垃圾袋。各种性能测试结果见表1：

表1：合成降解塑料性能测试表

该降解塑料如弃之户外，90天内可降解为粉末状，一年内全部降解。

Claims (2)

1.一种可降解塑料，由超细化淀粉、超细化植物粉、合成降解树脂、合成树脂、增塑剂、助氧化剂、增容剂、润滑剂、光敏剂、热敏剂、降解控制剂组成，各原料的重量百分比是超细化淀粉25%～33%，超细化植物粉10%～18%，合成降解树脂15%～45%，合成树脂10%～22%，增塑剂2%～12%，助氧化剂1%～5%，增容剂2%～5%，润滑剂0.3～4%，光敏剂0.01%～0.1%，热敏剂0.01%～0.1%，降解控制剂0.01%～0.1%；

所述超细化淀粉的粒度在1-10μm之间；

所述超细化植物粉，由植物纤维加工而成，粒度在1-10μm之间；

所述合成降解树脂为聚乳酸或乙烯一丙烯酸共聚物其中的一种或多种混合组成；

所述合成树脂为聚乙烯，由线型低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯其中的一种或多种混合组成；

所述增塑剂为多元醇，由甘油或山梨醇其中的一种或多种混合组成；

所述助氧化剂为长链脂肪酸，由硬脂酸、油酸或亚油酸其中的一种或多种混合组成；

所述增容剂为白油、植物油、矿物油、铝酸酯偶联剂其中的一种或多种混合组成；

所述润滑剂为聚乙烯蜡、油酸酰硬脂酸镁或硬脂酸钙其中的一种或多种混合组成；

所述光敏剂为芳香酮、芳香胺、二茂铁及其衍生物、脂肪酸铁或二乙基二硫代氨基甲酸铁的一种或多种混合组成；

所述热敏剂为脂肪酸的锰、油酸的锰、乙酰基丙酮锰或乙酰基丙酮钴的一种或多种混合组成；

所述降解控制剂为酚类抗氧剂，酚类抗氧剂为2,6-二叔-4-甲基对甲酚或β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）其中的一种或多种混合组成。

2.一种权利要求1所述可降解塑料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将容器升温到70-80℃；将超细化淀粉和超细化植物粉放入容器中，搅拌3-7分钟；分二次加入增塑剂，然后加入助氧化剂、增容剂、降解控制剂、合成降解树脂，每次加料时间间隔3-5分钟，将原料搅拌均匀；

（2）将合成树脂加入另一容器中，室温下依次加入光敏剂、热敏剂、润滑剂，每次加料时间间隔3-7分钟，将原料搅拌均匀；

（3）将步骤（1）中制备的混合物加入步骤（2）制备的混合物中，搅拌混合均匀，在平行同相双螺杆挤出机上挤出造粒，双螺杆挤出机各区温度控制在100-140℃之间，即可制成可降解塑料粒子。