CN104194289B - 生物基生物分解塑料袋材料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生物基生物分解塑料袋材料，属于高分子材料技术领域。本发明所述的生物基生物分解塑料袋材料，由以下质量百分比的组分制成：5-25％聚乳酸、43-48％聚对苯二甲酸-共-丁二酸丁二醇酯、15-30％聚3-羟基丁酸酯4羟基丁酸酯、0-30％木薯淀粉、1-2％生物基耦合剂、0.5-2％反应型增容剂、0.5-1％生物基爽滑剂。本发明选择了三种已经产业化的生物分解塑料，而且这三种材料均可以达到部分生物基或完全生物基，PLA为刚性材料，PBST为柔性材料，P3HB-4HB硬度、强度、韧性居中；在此基础上可以再引入非粮作物木薯淀粉，既可以降低成本，而且热塑性的淀粉变成无定型结构，利于提高薄膜的撕裂强度。

Description

生物基生物分解塑料袋材料

技术领域

本发明涉及一种生物基生物分解塑料袋材料，属于高分子材料技术领域。

发明内容

塑料的发明还不到100年，如果说当时人们为它们的诞生欣喜若狂，而现在人们却不得不为处理这些充斥在生活各个角落，给人类生存环境带来极大威胁的东西而煞费苦心了。目前，全世界塑料年产量为1亿吨，如果按每年15％的塑料废弃量计算，全世界年塑料废弃量就是1500万吨，中国的年塑料废弃量在100万吨以上，废弃塑料在垃圾中的比例占到40％，这样大量的废弃塑料作为垃圾被埋在地下，无疑给环境带来了极大的危害。

而且，普通塑料大多由石化原料制得，塑料的膨胀式应用，使得石油被急速开采而被利用来生产塑料，资源的不可再生和能源的不可持续发展，很快便引发“能源危机”。

生物来源的生物基塑料、生物分解塑料应运而生，分别解决了材料的可再生/可持续发展问题以及“白色污染”问题，生物基生物分解塑料是解决塑料可再生以及废弃物对环境污染的有效途径。

塑料袋的确给我们生活带来了方便，但是这一时的方便却带来长久的危害。普通塑料袋埋在地下200年也不会腐烂降解，大量的塑料袋废弃物填埋在地下，会破坏土壤的通透性，使土壤板结，影响植物的生长。

目前，全球各地已开始推行强制性法规，逐步立法禁止使用非降解塑料制品，尤其是塑料袋。意大利于2010年12月22日通过塑料袋禁令，禁止使用一次性聚乙烯基零售手提袋，成为欧盟境内第一个禁用塑料袋的国家，从2011年1月1日起在全国施行。2008年6月1日起，中国也出台了“限塑令”，即《关于限制生产销售使用塑料购物袋的通知》，在全国范围内也将禁止生产、销售、使用厚度小于0.025毫米的塑料购物袋(超薄塑料购物袋)，并实行塑料购物袋有偿使用制度。2014年2月7日吉林省出台《吉林省禁止生产销售和提供一次性不可降解塑料购物袋、塑料餐具规定》，自2015年1月1日起施行。

关于生物分解塑料袋的报道较少，CN102050260A报道了一种氧化生物降解塑料袋及其制备方法，但其原料组成为40％低密度聚乙烯、12％茂金属线性聚乙烯、45％玉米淀粉糊化改性母粒、3％过氢氧化物母粒，可以看出塑料袋的基础材料仍为聚乙烯，该材料并非真正意义上的生物分解。

目前，国际上公认的生物分解标准为EN13432和ASTMD6400，符合这些标准的生物分解材料有聚对苯二甲酸-共-丁二酸丁二醇酯(PBST)、聚乳酸(PLA)、聚羟基烷酸酯(PHAs)等。该发明利用生物基的生物分解塑料替代传统的聚乙烯材料，通过耦合、反应型增容以及润滑等手段，得到一种适于塑料袋的生物基生物分解材料，而且耦合剂、爽滑剂也是生物基材料，该材料制备的塑料袋，不仅达到普通塑料袋的性能，而且完全生物分解，利于解决白色污染的问题，具有重大的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种生物基生物分解塑料袋材料，其具有撕裂强度强、成本低、完全生物降解的特点。

本发明所述的生物基生物分解塑料袋材料，由以下质量百分比的组分制成：

5-25％聚乳酸、43-48％聚对苯二甲酸-共-丁二酸丁二醇酯、15-30％聚3-羟基丁酸酯4羟基丁酸酯、0-30％木薯淀粉、1-2％生物基耦合剂、0.5-2％反应型增容剂、0.5-1％生物基爽滑剂。

其中：

所述的聚乳酸为生物基乳酸经聚合反应得到，聚乳酸熔点160-170℃，熔指≤10g/10min(MFR，2.16kg，190℃)。

所述的聚对苯二甲酸-共-丁二酸丁二醇酯的共聚单体对苯二甲酸、丁二酸或丁二醇中至少一种原料为生物基，经聚合反应得到共聚酯，其熔点115-125℃，熔指≤6g/10min(MFR，2.16kg，190℃)。

所述的聚3-羟基丁酸酯4羟基丁酸酯是利用生物基原料通过生物技术制造的共聚物，其熔点120-130℃，熔指≤15g/10min(MFR，2.16kg，190℃)。

所述的木薯淀粉为非粮淀粉，目数80目，水份≤14％。

所述的生物基耦合剂为环氧脂肪酸甲酯，它是以天然植物油为原料，经环氧化、酯化等一系列工艺得到的生物基环保增塑剂，该材料上的羧基被酯化成酯基，从而不会出现羧基造成聚酯降解的现象，而且分子链上含有大量的环氧基，在热和剪切的作用下，引发三种不同聚酯材料以及淀粉上羟基的反应，从而达到分子级的相容。

所述的反应型增容剂为异氰酸酯三聚体。为了进一步提高三种聚酯材料以及淀粉相互间的相容性，引入了反应型增容剂，异氰酸酯三聚体，由于它有三个异氰酸酯活性官能团，因此与聚酯分子或淀粉分子链上的羟基反应活性很高，而且还能形成一定的支化结构，从而利于进一步提高分子间的相容性。

所述的异氰酸酯三聚体优选4,4`-二苯基甲烷二异氰酸酯三聚体、异佛尔酮二异氰酸酯三聚体、六亚甲基二异氰酸酯三聚体或甲苯二异氰酸酯三聚体。

所述的生物基爽滑剂为生物基蜡中的一种或多种，所述的生物基蜡为巴西棕榈蜡、蜂蜡、树蜡、木蜡或米糠蜡。作为塑料袋，除了机械强度外，还要考虑其开口性或爽滑度等实用性能，本发明中，塑料袋的爽滑度由生物基爽滑剂实现，主要选择生物基蜡，包括巴西棕榈蜡、蜂蜡、树蜡、木蜡、米糠蜡等，不再使用石油基蜡或合成化合物，如石蜡、聚乙烯蜡、芥酸酰胺等。

所述生物基生物分解塑料袋材料中生物基质量含量>60％。

本发明所用的物质均为市售产品。

本发明涉及的塑料袋材料不仅完全生物降解，而且生物基含量>60％，聚乳酸(PLA)和聚3-羟基丁酸酯4羟基丁酸酯(P3HB-4HB)都已是完全生物基材料，聚对苯二甲酸-共-丁二酸丁二醇酯(PBST)的三种共聚单体也在逐步开发生物基产品，目前生物基丁二酸已经规模化生产，生物基丁二醇和生物基对苯二甲酸技术也已经在积极的开发中。

本发明涉及生物基生物降解塑料袋材料，可利用普通PE吹膜机吹膜以及利用普通PE制袋机制成各种塑料袋(购物袋、垃圾袋、食品袋、点断连卷袋等)，无需对吹膜机和制袋机进行改造，制得的塑料袋具有优异的承重性能、热封性能、撕裂性能。

本发明的有益效果如下：

本发明选择三种已经产业化的生物分解塑料，而且这三种材料均可以达到部分生物基或完全生物基，聚乳酸为刚性材料，聚对苯二甲酸-丁二酸-丁二醇共聚酯为柔性材料，聚3-羟基丁酸酯-4羟基丁酸酯共聚物硬度、强度、韧性居中；在此基础上可以再引入非粮作物木薯淀粉，既可以降低成本，而且热塑性的淀粉变成无定型结构，利于提高薄膜的撕裂强度；同时添加上生物基耦合剂、反应型增容剂、生物基爽滑剂，提高了分子间的相容性及材料的爽滑度。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明做进一步描述。实施例中熔指单位为g/10min，测试条件：190℃，2.16kg。吹膜机和制袋机均选择普通PE的吹膜机和制袋机，未经任何改造。

实施例1

将5％PLA(熔指：10)、48％PBST(生物基丁二酸，熔指：4.8)、15％P3HB-4HB(熔指：15)、30％木薯淀粉、1％环氧脂肪酸甲酯、0.5％4,4`-二苯基甲烷二异氰酸酯三聚体、0.5％巴西棕榈蜡依次加入到高速混合机中，混合均匀后，加入到同向平行双螺杆挤出机中塑化挤出造粒得到塑料颗粒，再依次由吹膜机吹膜和制袋机制袋，得到购物袋(背心袋)，规格：0.025*530*(260+60*2)mm，参照GB29649，袋子生物基含量63.5％，参照GB21661标准，袋子承重5kg，参照QB2358，袋子封合强度7.5N/15mm，参照QB1130袋子横向直角撕裂强度为135KN/m、纵向直角撕裂强度为122KN/m。

实施例2

将25％PLA(熔指：4.5)、43％PBST(生物基丁二酸和丁二醇，熔指：6)、30％P3HB-4HB(熔指：10.3)、1％环氧脂肪酸甲酯、0.5％异佛尔酮二异氰酸酯三聚体、0.25％巴西棕榈蜡、0.25％蜂蜡依次加入到高速混合机中，混合均匀后，加入到同向平行双螺杆挤出机中塑化挤出造粒得到塑料颗粒，再依次由吹膜机吹膜和制袋机制袋，得到购物袋(背心袋)，规格：0.035*650*(320+80*2)mm，参照GB29649，袋子生物基含量78％，参照GB21661标准，袋子承重10kg，参照QB2358，袋子封合强度10.8N/15mm，参照QB1130袋子横向直角撕裂强度为157KN/m、纵向直角撕裂强度为131KN/m。

实施例3

将10％PLA(熔指：3.2)、46％PBST(生物基丁二醇，熔指：2.8)、20％P3HB-4HB(熔指：4.8)、20％木薯淀粉、2％环氧脂肪酸甲酯、1％六亚甲基二异氰酸酯三聚体、1％树蜡依次加入到高速混合机中，混合均匀后，加入到同向平行双螺杆挤出机中塑化挤出造粒得到塑料颗粒，再依次由吹膜机吹膜和制袋机制袋，得到食品袋(平口袋)，规格：0.025*550*260mm，参照GB29649，袋子生物基含量64.5％，参照QB2358，袋子封合强度7.8N/15mm，参照QB1130袋子横向直角撕裂强度为113KN/m、纵向直角撕裂强度为127KN/m。

实施例4

将16.25％PLA(熔指：6.7)、45％PBST(生物基对苯二甲酸，熔指：3.5)、25％P3HB-4HB(熔指：7.5)、10％木薯淀粉、1.5％环氧脂肪酸甲酯、1.5％甲苯二异氰酸酯三聚体、0.5％蜂蜡、0.25％米糠蜡依次加入到高速混合机中，混合均匀后，加入到同向平行双螺杆挤出机中塑化挤出造粒得到塑料颗粒，再依次由吹膜机吹膜和制袋机制袋，得到垃圾袋(点断连卷八折袋)，规格：0.015*550*(150+70*2)mm，参照GB29649，袋子生物基含量76％，参照GB24454标准，袋子拉紧绳拉伸力45N，参照QB2358，袋子封合强度7.1N/15mm，参照QB1130袋子横向直角撕裂强度为131KN/m、纵向直角撕裂强度为135KN/m。

实施例5

将20％PLA(熔指：5.5)、47.5％PBST(生物基对苯二甲酸、生物基丁二酸、生物基丁二醇，熔指：4.2)、15％P3HB-4HB(熔指：12.8)、15％木薯淀粉、1％环氧脂肪酸甲酯、1％六亚甲基二异氰酸酯三聚体、0.5％树蜡依次加入到高速混合机中，混合均匀后，加入到长径比48同向平行双螺杆挤出机中塑化挤出造粒得到塑料颗粒，再依次由吹膜机吹膜和制袋机制袋，得到插边平口袋，规格：0.020*450*(260+70*2)mm，参照GB29649，袋子生物基含量99％，参照QB2358，袋子封合强度8.5N/15mm，参照QB1130袋子横向直角撕裂强度为149KN/m、纵向直角撕裂强度为127KN/m。

Claims (8)

1.一种生物基生物分解塑料袋材料，其特征在于由以下质量百分比的组分制成：

5-25%聚乳酸、43-48%聚对苯二甲酸-共-丁二酸丁二醇酯、15-30%聚3-羟基丁酸酯4-羟基丁酸酯、0-30%木薯淀粉、1-2%生物基耦合剂、0.5-2%反应型增容剂、0.5-1%生物基爽滑剂；所述生物基耦合剂为环氧脂肪酸甲酯；所述反应型增容剂为异氰酸酯三聚体。

2.根据权利要求1所述的生物基生物分解塑料袋材料，其特征在于：聚乳酸为生物基乳酸经聚合反应得到，聚乳酸熔点160-170℃，熔指≤10g/10min。

3.根据权利要求1所述的生物基生物分解塑料袋材料，其特征在于：聚对苯二甲酸-共-丁二酸丁二醇酯的共聚单体对苯二甲酸、丁二酸或丁二醇中至少一种原料为生物基，聚对苯二甲酸-共-丁二酸丁二醇酯熔点115-125℃，熔指≤6g/10min。

4.根据权利要求1所述的生物基生物分解塑料袋材料，其特征在于：聚3-羟基丁酸酯4-羟基丁酸酯熔点120-130℃，熔指≤15g/10min。

5.根据权利要求1所述的生物基生物分解塑料袋材料，其特征在于：木薯淀粉为非粮淀粉，目数80目，水份≤14%。

6.根据权利要求1所述的生物基生物分解塑料袋材料，其特征在于：生物基爽滑剂为生物基蜡中的一种或多种。

7.根据权利要求6所述的生物基生物分解塑料袋材料，其特征在于：生物基蜡为巴西棕榈蜡、蜂蜡、树蜡、木蜡或米糠蜡。

8.根据权利要求1-7任一所述的生物基生物分解塑料袋材料，其特征在于：所述生物基生物分解塑料袋材料中生物基质量含量>60%。