CN107118428A - 一种高强度易降解聚乙烯塑料袋 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强度易降解聚乙烯塑料袋，按重量份计，由以下原料制成：线性低密度聚乙烯100份，改性超高分子量聚乙烯10‑15份，聚丙烯酸丁酯接枝纳米碳酸钙25‑35份，芦苇生物炭30‑40份，聚乳酸10‑15份，马铃薯淀粉5‑10份，葡萄糖3‑6份，木质纤维素气凝胶15‑25份，聚乙烯蜡1‑2份，硅烷偶联剂1‑2份。本发明制作成本低，整体强度好，耐温性能好，在自然环境中，可快速降解。
Description
技术领域
本发明涉及一种塑料袋，特别涉及一种高强度易降解聚乙烯塑料袋。
背景技术
塑料袋是人们生活的日常用品，一般采用聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等高分子化合物制成，中国每年都要消耗大量的塑料袋。但是由于塑料袋过度使用，且塑料袋的回收价值较低，造成塑料袋的回收工作不到位，造成资源的极大浪费。塑料袋的分子结构稳定，在自然环境下不易被微生物降解，长期积累下来，丢弃的塑料袋给环境造成巨大的污染，对人类生存环境造成了极大的伤害。
目前，中国塑料年产量为300万吨，消费量在600万吨以上。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，无疑给本来就缺乏的可耕种土地带来更大的压力。塑料在给人们的生活带来方便的同时，也给环境带来了难以收拾的后患，人们把塑料给环境带来的灾难称为“白色污染”。塑料袋的确给人们生活带来了方便，但是这一时的方便却带来长久的危害。目前尽管有关降解塑料的研究和报道较多，但许多具体问题不能解决，可降解塑料袋承重能力低，不能满足顾客多装东西和反复使用的要求，可降解塑料袋的成本较高，耐温性不好，降解性也不够好。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度易降解聚乙烯塑料袋，制作成本低，整体强度好，耐温性能好，在自然环境中，可快速降解。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种高强度易降解聚乙烯塑料袋，按重量份计，由以下原料制成：
线性低密度聚乙烯100份
改性超高分子量聚乙烯10-15份
聚丙烯酸丁酯接枝纳米碳酸钙25-35份
芦苇生物炭30-40份
聚乳酸10-15份
马铃薯淀粉5-10份
葡萄糖3-6份
木质纤维素气凝胶15-25份
聚乙烯蜡1-2份
硅烷偶联剂1-2份。
本发明针对易降解聚乙烯塑料袋强度不足的缺陷，在原料中加入改性超高分子量聚乙烯，超高分子量聚乙烯具有超强的耐磨性、自润滑性，强度比较高、化学性质稳定、抗老化性能强，在进一步改性之后能提高其强度，使得其只需要较少的用量就可以起到很好的增强性能，同时还能提高聚乙烯塑料袋的稳定性。
针对易降解聚乙烯塑料袋生产成本高的缺陷，添加芦苇生物炭，纳米碳酸钙等材料，芦苇生物炭来源广泛，制作容易，能极大降低生产成本。
针对聚乙烯塑料袋降解性能不佳的问题，采用芦苇生物炭、聚乳酸、马铃薯淀粉、葡萄糖及木质纤维素气凝胶的组合，由于芦苇生物炭、木质纤维素气凝胶的存在，能为微生物提供繁殖场所，增加微生物的活性，从而增加土壤环境中塑料的可降解性能，同时，又能增加土壤中的固碳能力。聚乳酸、马铃薯淀粉、木质纤维素气凝胶三者自身的降解性能也好，对环境友好。木质纤维素气凝胶与芦苇生物炭均为多孔材料，孔隙互补，更适合微生物繁殖，聚乳酸、马铃薯淀粉、葡萄糖可以为微生物繁殖时提供营养源，能加速微生物的繁殖，提高降解速度。木质纤维素气凝胶、芦苇生物炭还能提高聚乙烯塑料袋的耐温性能。
作为优选，所述改性超高分子量聚乙烯的制备方法如下：
（1）将纳米二氧化硅颗粒和钛酸酯偶联剂加入到搅拌釜中，超声分散20-30min，开启搅拌，升温至110-115℃，恒温搅拌8-10h，真空抽滤得到固体饼状物，然后将固体饼状物使用无水乙醇进行搅拌冲洗，干燥后得钛酸酯偶联剂改性纳米二氧化硅颗粒；
（2）将钛酸酯偶联剂改性纳米二氧化硅颗粒分散在石蜡油中，接着加入超高分子量聚乙烯颗粒并使其溶解在石蜡油中，进而溶胀并挤压成丝，得到超高分子量聚乙烯纤维，进一步切断成长度1-3cm的短纤维。
纳米二氧化硅颗粒易团聚，纳米二氧化硅颗粒与超高分子量聚乙烯结合能力弱，本发明通过偶联剂改性技术，将纳米二氧化硅颗粒进行化学接枝处理，再将处理后的偶联剂改性纳米二氧化硅颗粒在超高分子量聚乙烯加工过程中，添加进入超高分子量聚乙烯纤维中，存在于纤维表面，在材料复合过程中可以有效提高超高分子量聚乙烯纤维与其它材料成份之间的结合强度，从而提高塑料袋的强度。
作为优选，所述钛酸酯偶联剂用量为纳米二氧化硅颗粒重量的1%。
作为优选，所述钛酸酯偶联剂改性纳米二氧化硅颗粒的用量为超高分子量聚乙烯颗粒重量的0.8-1.2%。
作为优选，所述超高分子量聚乙烯颗粒的用量为石蜡油重量的10-15%。
作为优选，所述聚丙烯酸丁酯接枝纳米碳酸钙的制备方法如下：
将质量浓度为15-25%的铝酸酯偶联剂无水乙醇溶液与纳米碳酸钙搅拌混合10-30min，超声处理5-10min，然后再加入质量浓度为20-30%的硅烷偶联剂无水乙醇溶液混合20-40min，超声处理5-10min，真空干燥回收乙醇得偶联剂改性纳米碳酸钙；
将偶联剂改性纳米碳酸钙加入去离子水中，再加入SDS，超声分散30-35min得乳液，将乳液搅拌条件下加热至60-70℃，通氮气条件下加入过硫酸铵，待温度升至78-80℃滴加丙烯酸丁酯单体，滴加完毕后，保温反应3-5小时，过滤，丙酮洗涤，烘干，粉碎。
纳米碳酸钙颗粒极易发生团聚，一般情况下很难实现初级粒子级别的分散，因而难以体现纳米粒子的特殊性能；再者，碳酸钙的表面亲水不亲油，具有较高的极性和表面能，与聚乙烯相容性很差。而在纳米碳酸钙颗粒表面接枝聚丙烯酸丁酯链，因为聚丙烯酸丁酯与聚乙烯完全相容，是很好的增容剂；同时由于聚丙烯酸丁酯大分子链间的空间位阻效应，不仅能有效地阻隔纳米碳酸钙颗粒的团聚，同时能够提高与聚乙烯基体的界面相容性和在介质中的分散性，这样制备得到的塑料袋的力学性能也得到很大的改善。
作为优选，铝酸酯偶联剂的用量为纳米碳酸钙重量的0.5-0.6%，硅烷偶联剂的用量为纳米碳酸钙重量的1-1.5%。
作为优选，所述偶联剂改性纳米碳酸钙的用量为去离子水重量的2-3%，SDS的用量为去离子水重量的0.1-0.15%，过硫酸铵的用量为去离子水重量的1-2%，丙烯酸丁酯单体的用量为去离子水重量的8-10%。
作为优选，所述芦苇生物炭制备方法为：将芦苇茎秆在无氧条件下，400-600℃下低温裂解3-6小时，冷却，粉碎，过筛。
作为优选，所述芦苇生物炭经前处理后使用，前处理方法为：将芦苇生物炭加入质量浓度为0.8-1%的硝酸溶液中，在超声条件下50-70℃下处理15-30min，过滤，去离子水清洗，烘干即可。采用本发明的前处理方法，使芦苇生物炭表面的亲水基团减少，而亲油基团增加，使它能更好地同聚乙烯结合，减少聚乙烯的用量。
本发明的有益效果是：制作成本低，整体强度好，耐温性能好，在自然环境中，可快速降解。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
实施例1：
一种高强度易降解聚乙烯塑料袋，按重量份计，由以下原料制成：
线性低密度聚乙烯（市售）100份
改性超高分子量聚乙烯10份
聚丙烯酸丁酯接枝纳米碳酸钙25份
芦苇生物炭30份
聚乳酸10份
马铃薯淀粉5份
葡萄糖3份
木质纤维素气凝胶（市售）25份
聚乙烯蜡1份
硅烷偶联剂1份。
所述改性超高分子量聚乙烯的制备方法如下：
（1）将纳米二氧化硅颗粒和钛酸酯偶联剂加入到搅拌釜中，钛酸酯偶联剂用量为纳米二氧化硅颗粒重量的1%，超声分散20min，开启搅拌，升温至110℃，恒温搅拌10h，真空抽滤得到固体饼状物，然后将固体饼状物使用无水乙醇进行搅拌冲洗，干燥后得钛酸酯偶联剂改性纳米二氧化硅颗粒；
（2）将钛酸酯偶联剂改性纳米二氧化硅颗粒分散在石蜡油中，接着加入超高分子量聚乙烯颗粒并使其溶解在石蜡油中，进而溶胀并挤压成丝，得到超高分子量聚乙烯纤维，进一步切断成长度1-3cm的短纤维。钛酸酯偶联剂改性纳米二氧化硅颗粒的用量为超高分子量聚乙烯颗粒重量的0.8%，超高分子量聚乙烯颗粒的用量为石蜡油重量的10%。
所述聚丙烯酸丁酯接枝纳米碳酸钙的制备方法如下：
将质量浓度为15%的铝酸酯偶联剂无水乙醇溶液与纳米碳酸钙搅拌混合10min，超声处理10min，然后再加入质量浓度为20%的硅烷偶联剂无水乙醇溶液混合20min，超声处理10min，真空干燥回收乙醇得偶联剂改性纳米碳酸钙；铝酸酯偶联剂的用量为纳米碳酸钙重量的0.5%，硅烷偶联剂的用量为纳米碳酸钙重量的1%。
将偶联剂改性纳米碳酸钙加入去离子水中，再加入SDS，超声分散30min得乳液，将乳液搅拌条件下加热至60℃，通氮气条件下加入过硫酸铵，待温度升至78℃滴加丙烯酸丁酯单体，滴加完毕后，保温反应5小时，过滤，丙酮洗涤，烘干，粉碎。所述偶联剂改性纳米碳酸钙的用量为去离子水重量的2%，SDS的用量为去离子水重量的0.1%，过硫酸铵的用量为去离子水重量的1%，丙烯酸丁酯单体的用量为去离子水重量的8%。
所述芦苇生物炭制备方法为：将芦苇茎秆在无氧条件下，400℃下低温裂解6小时，冷却，粉碎，过筛。所述芦苇生物炭经前处理后使用，前处理方法为：将芦苇生物炭加入质量浓度为0.8%的硝酸溶液中，在超声条件下50℃下处理30min，过滤，去离子水清洗，烘干即可。
实施例2：
一种高强度易降解聚乙烯塑料袋，按重量份计，由以下原料制成：
线性低密度聚乙烯（市售）100份
改性超高分子量聚乙烯15份
聚丙烯酸丁酯接枝纳米碳酸钙35份
芦苇生物炭40份
聚乳酸15份
马铃薯淀粉10份
葡萄糖6份
木质纤维素气凝胶（市售）15份
聚乙烯蜡2份
硅烷偶联剂2份。
所述改性超高分子量聚乙烯的制备方法如下：
（1）将纳米二氧化硅颗粒和钛酸酯偶联剂加入到搅拌釜中，钛酸酯偶联剂用量为纳米二氧化硅颗粒重量的1%，超声分散30min，开启搅拌，升温至115℃，恒温搅拌8h，真空抽滤得到固体饼状物，然后将固体饼状物使用无水乙醇进行搅拌冲洗，干燥后得钛酸酯偶联剂改性纳米二氧化硅颗粒；
（2）将钛酸酯偶联剂改性纳米二氧化硅颗粒分散在石蜡油中，接着加入超高分子量聚乙烯颗粒并使其溶解在石蜡油中，进而溶胀并挤压成丝，得到超高分子量聚乙烯纤维，进一步切断成长度1-3cm的短纤维。钛酸酯偶联剂改性纳米二氧化硅颗粒的用量为超高分子量聚乙烯颗粒重量的1.2%，超高分子量聚乙烯颗粒的用量为石蜡油重量的15%。
所述聚丙烯酸丁酯接枝纳米碳酸钙的制备方法如下：
将质量浓度为25%的铝酸酯偶联剂无水乙醇溶液与纳米碳酸钙搅拌混合30min，超声处理5min，然后再加入质量浓度为30%的硅烷偶联剂无水乙醇溶液混合40min，超声处理5min，真空干燥回收乙醇得偶联剂改性纳米碳酸钙；铝酸酯偶联剂的用量为纳米碳酸钙重量的0.6%，硅烷偶联剂的用量为纳米碳酸钙重量的1.5%。
将偶联剂改性纳米碳酸钙加入去离子水中，再加入SDS，超声分散35min得乳液，将乳液搅拌条件下加热至70℃，通氮气条件下加入过硫酸铵，待温度升至80℃滴加丙烯酸丁酯单体，滴加完毕后，保温反应3小时，过滤，丙酮洗涤，烘干，粉碎。所述偶联剂改性纳米碳酸钙的用量为去离子水重量的3%，SDS的用量为去离子水重量的0.15%，过硫酸铵的用量为去离子水重量的2%，丙烯酸丁酯单体的用量为去离子水重量的10%。
所述芦苇生物炭制备方法为：将芦苇茎秆在无氧条件下， 600℃下低温裂解3小时，冷却，粉碎，过筛。所述芦苇生物炭经前处理后使用，前处理方法为：将芦苇生物炭加入质量浓度为1%的硝酸溶液中，在超声条件下70℃下处理15min，过滤，去离子水清洗，烘干即可。
实施例3：
一种高强度易降解聚乙烯塑料袋，按重量份计，由以下原料制成：
线性低密度聚乙烯（市售）100份
改性超高分子量聚乙烯12份
聚丙烯酸丁酯接枝纳米碳酸钙30份
芦苇生物炭35份
聚乳酸12份
马铃薯淀粉8份
葡萄糖4份
木质纤维素气凝胶（市售）20份
聚乙烯蜡1.5份
硅烷偶联剂1.5份。
所述改性超高分子量聚乙烯的制备方法如下：
（1）将纳米二氧化硅颗粒和钛酸酯偶联剂加入到搅拌釜中，钛酸酯偶联剂用量为纳米二氧化硅颗粒重量的1%，超声分散25min，开启搅拌，升温至112℃，恒温搅拌9h，真空抽滤得到固体饼状物，然后将固体饼状物使用无水乙醇进行搅拌冲洗，干燥后得钛酸酯偶联剂改性纳米二氧化硅颗粒；
（2）将钛酸酯偶联剂改性纳米二氧化硅颗粒分散在石蜡油中，接着加入超高分子量聚乙烯颗粒并使其溶解在石蜡油中，进而溶胀并挤压成丝，得到超高分子量聚乙烯纤维，进一步切断成长度1-3cm的短纤维。钛酸酯偶联剂改性纳米二氧化硅颗粒的用量为超高分子量聚乙烯颗粒重量的1%，超高分子量聚乙烯颗粒的用量为石蜡油重量的12%。
所述聚丙烯酸丁酯接枝纳米碳酸钙的制备方法如下：
将质量浓度为20%的铝酸酯偶联剂无水乙醇溶液与纳米碳酸钙搅拌混合20min，超声处理8min，然后再加入质量浓度为25%的硅烷偶联剂无水乙醇溶液混合30min，超声处理8min，真空干燥回收乙醇得偶联剂改性纳米碳酸钙；铝酸酯偶联剂的用量为纳米碳酸钙重量的0.5%，硅烷偶联剂的用量为纳米碳酸钙重量的1.2%。
将偶联剂改性纳米碳酸钙加入去离子水中，再加入SDS，超声分散30min得乳液，将乳液搅拌条件下加热至65℃，通氮气条件下加入过硫酸铵，待温度升至80℃滴加丙烯酸丁酯单体，滴加完毕后，保温反应4小时，过滤，丙酮洗涤，烘干，粉碎。所述偶联剂改性纳米碳酸钙的用量为去离子水重量的2.5%，SDS的用量为去离子水重量的0.1%，过硫酸铵的用量为去离子水重量的1.5%，丙烯酸丁酯单体的用量为去离子水重量的9%。
所述芦苇生物炭制备方法为：将芦苇茎秆在无氧条件下，500℃下低温裂解4小时，冷却，粉碎，过筛。所述芦苇生物炭经前处理后使用，前处理方法为：将芦苇生物炭加入质量浓度为0.9%的硝酸溶液中，在超声条件下60℃下处理20min，过滤，去离子水清洗，烘干即可。
本发明塑料袋的具体制备方法为：先将芦苇生物炭、聚乳酸、马铃薯淀粉、葡萄糖及木质纤维素气凝胶混合均匀，接着加入聚乙烯蜡、硅烷偶联剂及聚丙烯酸丁酯接枝纳米碳酸钙混合均匀，最后加入线性低密度聚乙烯粉、改性超高分子量聚乙烯粉混合均匀，将混合好的物料投入密炼机中，密炼后，边破碎边冷却，待破碎到3厘米大小以下碎片，温度在50℃以下时，再将物料转入双螺杆挤出机中，熔融塑化，挤出造粒得母粒。最后母粒进入塑料袋吹膜机制成塑料袋。
经检测，本发明的塑料袋拉伸强度（MPa）：横向，17 MPa，纵向，20MPa；断裂伸长率（%）：横向，190%，纵向220%。在土壤中掩埋100天左右，质量能降低15%左右。由于芦苇生物炭的生产成本较低，约是聚乙烯成本的二分之一。因此，在加入约30%左右芦苇生物炭后塑料袋的总的生产存本可下降10%左右。本发明的塑料袋在温度85℃左右没有发生明显的软化变形，也不产生异味。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (10)
1.一种高强度易降解聚乙烯塑料袋，其特征在于，按重量份计，由以下原料制成：
线性低密度聚乙烯100份
改性超高分子量聚乙烯10-15份
聚丙烯酸丁酯接枝纳米碳酸钙25-35份
芦苇生物炭30-40份
聚乳酸10-15份
马铃薯淀粉5-10份
葡萄糖3-6份
木质纤维素气凝胶15-25份
聚乙烯蜡1-2份
硅烷偶联剂1-2份。
2.根据权利要求1所述的一种高强度易降解聚乙烯塑料袋，其特征在于，所述改性超高分子量聚乙烯的制备方法如下：
（1）将纳米二氧化硅颗粒和钛酸酯偶联剂加入到搅拌釜中，超声分散20-30min，开启搅拌，升温至110-115℃，恒温搅拌8-10h，真空抽滤得到固体饼状物，然后将固体饼状物使用无水乙醇进行搅拌冲洗，干燥后得钛酸酯偶联剂改性纳米二氧化硅颗粒；
（2）将钛酸酯偶联剂改性纳米二氧化硅颗粒分散在石蜡油中，接着加入超高分子量聚乙烯颗粒并使其溶解在石蜡油中，进而溶胀并挤压成丝，得到超高分子量聚乙烯纤维，进一步切断成长度1-3cm的短纤维。
3.根据权利要求2所述的一种高强度易降解聚乙烯塑料袋，其特征在于，所述钛酸酯偶联剂用量为纳米二氧化硅颗粒重量的1%。
4.根据权利要求2所述的一种高强度易降解聚乙烯塑料袋，其特征在于，所述钛酸酯偶联剂改性纳米二氧化硅颗粒的用量为超高分子量聚乙烯颗粒重量的0.8-1.2%。
5.根据权利要求2所述的一种高强度易降解聚乙烯塑料袋，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯颗粒的用量为石蜡油重量的10-15%。
6.根据权利要求1所述的一种高强度易降解聚乙烯塑料袋，其特征在于，所述聚丙烯酸丁酯接枝纳米碳酸钙的制备方法如下：
将质量浓度为15-25%的铝酸酯偶联剂无水乙醇溶液与纳米碳酸钙搅拌混合10-30min，超声处理5-10min，然后再加入质量浓度为20-30%的硅烷偶联剂无水乙醇溶液混合20-40min，超声处理5-10min，真空干燥回收乙醇得偶联剂改性纳米碳酸钙；
将偶联剂改性纳米碳酸钙加入去离子水中，再加入SDS，超声分散30-35min得乳液，将乳液搅拌条件下加热至60-70℃，通氮气条件下加入过硫酸铵，待温度升至78-80℃滴加丙烯酸丁酯单体，滴加完毕后，保温反应3-5小时，过滤，丙酮洗涤，烘干，粉碎。
7.根据权利要求6所述的一种高强度易降解聚乙烯塑料袋，其特征在于，铝酸酯偶联剂的用量为纳米碳酸钙重量的0.5-0.6%，硅烷偶联剂的用量为纳米碳酸钙重量的1-1.5%。
8.根据权利要求6所述的一种高强度易降解聚乙烯塑料袋，其特征在于，所述偶联剂改性纳米碳酸钙的用量为去离子水重量的2-3%，SDS的用量为去离子水重量的0.1-0.15%，过硫酸铵的用量为去离子水重量的1-2%，丙烯酸丁酯单体的用量为去离子水重量的8-10%。
9.根据权利要求1所述的一种高强度易降解聚乙烯塑料袋，其特征在于，所述芦苇生物炭制备方法为：将芦苇茎秆在无氧条件下，400-600℃下低温裂解3-6小时，冷却，粉碎，过筛。
10.根据权利要求9所述的一种高强度易降解聚乙烯塑料袋，其特征在于，所述芦苇生物炭经前处理后使用，前处理方法为：将芦苇生物炭加入质量浓度为0.8-1%的硝酸溶液中，在超声条件下50-70℃下处理15-30min，过滤，去离子水清洗，烘干即可。
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Denomination of invention: High strength degradable polyethylene plastic bag Effective date of registration: 20211206 Granted publication date: 20191217 Pledgee: Zhejiang Yiwu Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Pledgor: Zhejiang Hualida Plastic Products Co.,Ltd. Registration number: Y2021330002450 |
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Date of cancellation: 20230104 Granted publication date: 20191217 Pledgee: Zhejiang Yiwu Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Pledgor: Zhejiang Hualida Plastic Products Co.,Ltd. Registration number: Y2021330002450 |
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Denomination of invention: A high-strength and easy-degradable polyethylene plastic bag Effective date of registration: 20230202 Granted publication date: 20191217 Pledgee: Zhejiang Yiwu Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Pledgor: Zhejiang Hualida Plastic Products Co.,Ltd. Registration number: Y2023330000267 |
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Denomination of invention: A high-strength and easily degradable polyethylene plastic bag Granted publication date: 20191217 Pledgee: Zhejiang Yiwu Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Pledgor: Zhejiang Hualida Plastic Products Co.,Ltd. Registration number: Y2024330001223 |