CN107200950A

CN107200950A - 一种易降解一次性聚苯乙烯塑料餐盒

Info

Publication number: CN107200950A
Application number: CN201710584130.8A
Authority: CN
Inventors: 王会
Original assignee: Hangzhou Fusheng Biotechnology Co Ltd
Current assignee: Hangzhou Fusheng Biotechnology Co Ltd
Priority date: 2017-07-18
Filing date: 2017-07-18
Publication date: 2017-09-26

Abstract

本发明公开了一种易降解一次性聚苯乙烯塑料餐盒，按重量份计，由以下原料制成：聚苯乙烯100份，复合生物炭35‑45份，改性超高分子量聚乙烯15‑25份，聚丙烯酸丁酯接枝纳米碳酸钙20‑30份，玉米淀粉8‑15份，小麦淀粉5‑8份，木质纤维素气凝胶15‑25份，聚乳酸15‑20份，乙撑双硬脂酸酰胺1‑2份，硅烷偶联剂1‑2份。本发明制作成本低，整体强度好，耐温性较好，在自然环境中，可快速降解。

Description

一种易降解一次性聚苯乙烯塑料餐盒

技术领域

本发明涉及一种一次性塑料餐盒，特别涉及一种易降解一次性聚苯乙烯塑料餐盒。

背景技术

一次性快餐盒已由泡沫饭盒转向环保饭盒，原来的泡沫饭盒由于不耐高温，且制作过程对环境造成破坏而备受淘汰，取而待之的有塑料饭盒，纸制饭盒，木制饭盒等等。其中，塑料由于具有毒性较低、熔点较高、可塑性强、生产简便及相对成本较低等特点，因而成了制造一次性快餐盒的主流材料。用塑料制成的一次性餐盒主要有PP聚丙烯和PS聚苯乙烯两种，均无毒牲，无味无嗅，PP较柔软，一般PP使用温度是 -6度至+120度，所以特别适合盛装热饭热菜，可在微波炉里加热，甚或可在蒸气柜里蒸煮，改性的PP其使用温度可控制在 -18度至+110度，这种PP所制成的饭盒除了可加热至100度使用外，更可放入冰箱冷藏使用。PS较硬，且透明，但易撕裂，PS在使用温度达75度时开始变软，所以不适宜盛装热饭热菜，但PS的低温性能很好，是冰淇淋最好的包装材料。聚苯乙烯塑料的分子结构稳定，在自然环境下不易被微生物降解，长期积累下来，丢弃的聚苯乙烯塑料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”。一次性塑料餐盒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。聚苯乙烯塑料成本低于聚丙烯塑料，但是其耐温性不好、易撕裂、降解性不好。

发明内容

本发明的目的在于提供一种易降解一次性聚苯乙烯塑料餐盒，制作成本低，整体强度好，耐温性较好，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：

一种易降解一次性聚苯乙烯塑料餐盒，按重量份计，由以下原料制成：聚苯乙烯100份，复合生物炭35-45份，改性超高分子量聚乙烯15-25份，聚丙烯酸丁酯接枝纳米碳酸钙20-30份，玉米淀粉8-15份，小麦淀粉5-8份，木质纤维素气凝胶15-25份，聚乳酸15-20份，乙撑双硬脂酸酰胺1-2份，硅烷偶联剂1-2份。

本发明针对聚苯乙烯塑料刚硬而脆的不足，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，同时还能提高聚苯乙烯塑料餐盒的稳定性。

针对生产成本高的缺陷，添加复合生物炭，纳米碳酸钙等材料，复合生物炭来源广泛，制作容易，能极大降低生产成本。

针对降解性能不佳的问题，采用复合生物炭、聚乳酸、玉米淀粉、小麦淀粉及木质纤维素气凝胶的组合，由于复合生物炭、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。木质纤维素气凝胶强度较好，能改善聚苯乙烯塑料的刚硬而脆的不足，聚乳酸、玉米淀粉、小麦淀粉、木质纤维素气凝胶自身的降解性能也好，对环境友好。木质纤维素气凝胶与复合生物炭均为多孔材料，孔隙互补，更适合微生物繁殖，聚乳酸、玉米淀粉、小麦淀粉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、复合生物炭还能有效提高聚苯乙烯塑料餐盒的耐温性能。

作为优选，所述复合生物炭由山竹壳炭、玉米芯炭、山核桃壳炭及柠条生物炭按照1:1:1:1的质量配比混合而成，复合生物炭制备方法为：将山竹壳、玉米芯、山核桃壳及柠条的混合物在无氧条件下，400-600℃下低温裂解4-6小时，冷却，粉碎，过筛。复合生物炭由多种特定的原料加工而成，原料环保，孔隙互补结合后更适合降解塑料的微生物的繁殖，加速降解。

作为优选，所述复合生物炭经前处理后使用，前处理方法为：将复合生物炭加入质量浓度为1-1.2%的硝酸溶液中，在超声条件下45-65℃下处理20-35min，过滤，去离子水清洗，烘干即可。采用本发明的前处理方法，使复合生物炭表面的亲水基团减少，而亲油基团增加，使它能更好地同聚苯乙烯结合，减少聚苯乙烯的用量。

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%。

本发明的有益效果是：制作成本低，整体强度好，耐温性较好，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：

一种易降解一次性聚苯乙烯塑料餐盒，按重量份计，由以下原料制成：聚苯乙烯100份，复合生物炭35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30份，玉米淀粉8份，小麦淀粉5份，木质纤维素气凝胶（市售）15份，聚乳酸15份，乙撑双硬脂酸酰胺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%。

所述复合生物炭由山竹壳炭、玉米芯炭、山核桃壳炭及柠条生物炭按照1:1:1:1的质量配比混合而成，复合生物炭制备方法为：将山竹壳、玉米芯、山核桃壳及柠条的混合物在无氧条件下，400℃下低温裂解6小时，冷却，粉碎，过筛。所述复合生物炭经前处理后使用，前处理方法为：将复合生物炭加入质量浓度为1%的硝酸溶液中，在超声条件下45℃下处理35min，过滤，去离子水清洗，烘干即可。

实施例2：

一种易降解一次性聚苯乙烯塑料餐盒，按重量份计，由以下原料制成：聚苯乙烯100份，复合生物炭45份，改性超高分子量聚乙烯25份，聚丙烯酸丁酯接枝纳米碳酸钙20份，玉米淀粉15份，小麦淀粉8份，木质纤维素气凝胶（市售）25份，聚乳酸20份，乙撑双硬脂酸酰胺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%。

所述复合生物炭由山竹壳炭、玉米芯炭、山核桃壳炭及柠条生物炭按照1:1:1:1的质量配比混合而成，复合生物炭制备方法为：将山竹壳、玉米芯、山核桃壳及柠条的混合物在无氧条件下， 600℃下低温裂解4小时，冷却，粉碎，过筛。所述复合生物炭经前处理后使用，前处理方法为：将复合生物炭加入质量浓度为1.2%的硝酸溶液中，在超声条件下65℃下处理20min，过滤，去离子水清洗，烘干即可。

实施例3：

一种易降解一次性聚苯乙烯塑料餐盒，按重量份计，由以下原料制成：聚苯乙烯100份，复合生物炭40份，改性超高分子量聚乙烯20份，聚丙烯酸丁酯接枝纳米碳酸钙25份，玉米淀粉12份，小麦淀粉6份，木质纤维素气凝胶（市售）20份，聚乳酸18份，乙撑双硬脂酸酰胺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%。

所述复合生物炭由山竹壳炭、玉米芯炭、山核桃壳炭及柠条生物炭按照1:1:1:1的质量配比混合而成，复合生物炭制备方法为：将山竹壳、玉米芯、山核桃壳及柠条的混合物在无氧条件下，500℃下低温裂解5小时，冷却，粉碎，过筛。所述复合生物炭经前处理后使用，前处理方法为：将复合生物炭加入质量浓度为1%的硝酸溶液中，在超声条件下50℃下处理25min，过滤，去离子水清洗，烘干即可。

本发明一次性聚苯乙烯塑料餐盒的具体制备方法为：先将复合生物炭、聚乳酸、玉米淀粉、小麦淀粉、葡萄糖及木质纤维素气凝胶混合均匀，接着加入乙撑双硬脂酸酰胺、硅烷偶联剂及聚丙烯酸丁酯接枝纳米碳酸钙混合均匀，最后加入聚苯乙烯粉、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。最后母粒进入塑料餐盒制作机器中制成塑料餐盒。

本发明的聚苯乙烯塑料餐盒拉伸强度（MPa）：55 Mpa；断裂伸长率（%）：70%，弯曲强度95Mpa。在土壤中掩埋100天左右，质量能降低13%左右。由于复合生物炭的生产成本较低，约是聚苯乙烯成本的二分之一。因此，在加入约30%左右复合生物炭后聚苯乙烯塑料餐盒的总的生产存本可下降10%左右。本发明的一次性聚苯乙烯塑料餐盒在温度90℃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

1.一种易降解一次性聚苯乙烯塑料餐盒，其特征在于，按重量份计，由以下原料制成：聚苯乙烯100份，复合生物炭35-45份，改性超高分子量聚乙烯15-25份，聚丙烯酸丁酯接枝纳米碳酸钙20-30份，玉米淀粉8-15份，小麦淀粉5-8份，木质纤维素气凝胶15-25份，聚乳酸15-20份，乙撑双硬脂酸酰胺1-2份，硅烷偶联剂1-2份。

2.根据权利要求1所述的一种易降解一次性聚苯乙烯塑料餐盒，其特征在于，所述复合生物炭由山竹壳炭、玉米芯炭、山核桃壳炭及柠条生物炭按照1:1:1:1的质量配比混合而成，复合生物炭制备方法为：将山竹壳、玉米芯、山核桃壳及柠条的混合物在无氧条件下，400-600℃下低温裂解4-6小时，冷却，粉碎，过筛。

3.根据权利要求2所述的一种易降解一次性聚苯乙烯塑料餐盒，其特征在于，所述复合生物炭经前处理后使用，前处理方法为：将复合生物炭加入质量浓度为1-1.2%的硝酸溶液中，在超声条件下45-65℃下处理20-35min，过滤，去离子水清洗，烘干即可。

4.根据权利要求1所述的一种易降解一次性聚苯乙烯塑料餐盒，其特征在于，所述改性超高分子量聚乙烯的制备方法如下：

5.根据权利要求4所述的一种易降解一次性聚苯乙烯塑料餐盒，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%。

6.根据权利要求4所述的一种易降解一次性聚苯乙烯塑料餐盒，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%。

7.根据权利要求4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%。

8.根据权利要求1所述的一种易降解一次性聚苯乙烯塑料餐盒，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：

9.根据权利要求8所述的一种易降解一次性聚苯乙烯塑料餐盒，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%。

10.根据权利要求8所述的一种易降解一次性聚苯乙烯塑料餐盒，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%。