CN108841190A - 一种可降解塑料薄膜的制备方法 - Google Patents

一种可降解塑料薄膜的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种可降解塑料薄膜的制备方法，属于可降解材料技术领域。本发明选用的是棉花秸秆和橘子皮，成本十分低廉，同时棉花秸秆所含有的纤维素具有良好的可降解性和生物相容性，同时纤维素良好的机械性能，能够弥补可降解塑料薄膜普遍机械性能较差的缺点；橘子皮果胶含量丰富，可以增加各个材料之间的粘合度，同时也可以增强机械强度，并且果胶对热和酸都具有稳定性，能够弥补普通可降解材料耐热性差的缺点；本发明可降解塑料薄膜耐水性和耐酸性都比较好，并且比普通的可降解塑料薄膜具有更好的机械性能，并且生产工艺简单，使用的生产原料可降解并且成本低廉，可广泛应用于可降解塑料薄膜制造领域。

Description

一种可降解塑料薄膜的制备方法
技术领域
本发明涉及一种可降解塑料薄膜的制备方法，属于可降解材料技术领域。
背景技术
塑料制品具有稳定性强、质轻、生产成本低等优点，因而深受人们的亲睐。近几十年来塑料工业获得迅猛发展，大量塑料制品尤其是一次性塑料制品的使用，给人类的生活带来了极大的方便。但是，由于通用塑料本身的化学稳定性，当其被遗弃后会在环境中长期稳定存在，造成大量塑料废弃物在环境中的累积，给环境带来严重的危害，如白色污染、农业白色癌症等问题。
除了白色污染之外，它们对生态环境也存在着潜在的危害。（1）对农业的危害：由于塑料的不透气性和防水性，与土壤混到一起后，就会影响农作物对养分、水分的吸收，从而导致农作物减产；（2）对动物生存的威胁：动物在吞噬被人类遗弃的塑料包装食品时，塑料包装膜往往被一起吞噬，被误吞噬的塑料在动物的胃中长时间滞留难以消化，最终导致动物死亡；（3）影响土地的可持续利用：塑料质量轻、体积大，随垃圾填埋在土壤中，几百年都不会发生变化，严重影响土壤结构，并且长期占用土地资源。
随着环境问题的日益突出，以及人类环境保护意识的不断提高，塑料废弃物的处理问题，已经成为国际社会广泛关注的焦点。目前解决这一问题的办法主要有焚烧法，填埋法和回收利用等。
焚烧法是城市垃圾处理的主要方法之一，塑料废弃物具有高的燃烧值，焚烧时可以释放大量的热量，因此具有较高的焚烧价值。填埋法是国内外处理垃圾最广泛采用的方法，目前主要分为两类：传统填埋法和卫生填埋法。回收再利用是将回收的塑料废弃物经过分类、破碎、清洗等工序，然后通过专用的造粒设备加工，从而获得再生的塑料的母粒，使资源得到循环再利用。
以上几种方法目前仍是众多国家处理塑料废弃物的常用方法，随着各自存在的问题的日益突出，上述几种方法已经不能满足人类对环境保护的要求。从根本上解决塑料废弃物污染问题、寻求新的问题解决途径，是人类迫切希望实现的。可降解塑料废弃后，可以利用环境中的某些因素发生降解，故而可以降低塑料废弃物在环境中的累积，进而从根本上解决塑料废弃物对环境的污染问题。因此，发展可降解塑料已经成为解决塑料废弃物污染问题的最终途径。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对目前生产的可降解塑料成本高、机械强度较低的问题，提供了一种可降解塑料薄膜的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
（1）将棉花秸秆切碎后加入氢氧化钠和去离子水煮沸，2～3h后停止加热，静置冷却，待温度冷却到70～80℃时，加入过氧化氢，继续加热0.5h，温度保持在70～80℃；
（2）过滤混合液，将滤渣干燥得到秸秆纤维；
（3）将橘子皮切碎后加入0.1mol/L盐酸煮，同时搅拌，2～3h后过滤，收集滤液；
（4）将活性炭加入滤液中，加热到50～60℃，30min后加入无水乙醇并静置，得絮凝出的果胶并干燥粉碎，得到干燥果胶；
（5）将纳米二氧化硅、聚丙烯酰胺和去离子水高速搅拌，得到纳米二氧化硅乳液；
（6）将纳米二氧化硅乳液、秸秆纤维、干燥果胶、聚乳酸、聚乙烯琥珀酸酯、增塑剂和热稳定剂放入高速搅拌机搅拌，得到母料；
（7）将母料放入填入双螺杆挤出母粒，再将母粒放入吹膜机中，吹塑成膜并裁剪收卷，即可得到可降解塑料薄膜。
步骤（1）所述棉花秸秆、氢氧化钠、去离子水和双氧水的质量比为500：5：1000：10。
步骤（3）所述橘子皮和盐酸的质量比为500：1000，煮的温度为100℃。
步骤（4）所述活性炭、滤液和无水乙醇的质量比为200：1：400。
步骤（5）所述纳米二氧化硅、聚丙烯酰胺和去离子水的质量比为100：1：400。
步骤（6）所述秸秆纤维、干燥果胶、聚乳酸、聚乙烯琥珀酸酯、增塑剂和热稳定剂的质量比为200：50：50：50：20：10。
步骤（6）所述增塑剂为乙酰柠檬酸三正丁酯或者柠檬酸三正丁酯中的任意一种。
步骤（6）所述热稳定剂为硬脂酸钙或者硬脂酸锌中的任意一种。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明选用的是棉花秸秆和橘子皮，成本十分低廉，同时棉花秸秆所含有的纤维素具有良好的可降解性和生物相容性，同时纤维素良好的机械性能，能够弥补可降解塑料薄膜普遍机械性能较差的缺点；
（2）橘子皮十分容易获得，而且果胶含量丰富，果胶可以增加各个材料之间的粘合度，同时也可以增强机械强度，并且果胶对热和酸都具有稳定性，能够弥补普通可降解材料耐热性差的缺点；
（3）本发明使用的秸秆纤维、果胶、聚乳酸、聚乙烯琥珀酸酯、增塑剂都是可降解的材料，同时由于添加的果胶具有热稳定性，可以减少热稳定剂的投入量，进一步增强了可降解性；
（4）纳米二氧化硅由于尺寸小、比表面积大、表面能高、表面存在大量不饱和的残键及不同键合状态的羟基，能够提高分子间的键力，同时又易分布到高分子链的空隙中，与大分子互相结合成为立体网状，从而大幅度提高膜的强度、弹性和耐水性能，纳米二氧化硅经过高速搅拌均匀分散后，棉花秸秆纤维表面的粗糙结构为纳米二氧化硅提供了附着点，并且果胶的加入使得棉花秸秆纤维、纳米二氧化硅、聚乳酸和聚乙烯琥珀酸酯连接更加紧密，增强了机械性能；
（5）本发明可降解塑料薄膜耐水性和耐酸性都比较好，并且比普通的可降解塑料薄膜具有更好的机械性能，并且生产工艺简单，使用的生产原料可降解并且成本低廉，可广泛应用于可降解塑料薄膜制造领域。
具体实施方式
将500～600g棉花秸秆切碎，然后加入5～10g氢氧化钠和1000～1200g去离子水煮沸2～3h后，静置冷却，待溶液温度降至70～80℃时，加入10～20g过氧化氢，继续加热0.5h，保持温度在70～80℃，之后过滤并洗涤滤渣，干燥后即得到秸秆纤维；取500～600g橘子皮切碎，加入1000～1200g0.1mol/L的盐酸溶液蒸煮，边蒸煮边搅拌，2～3h后过滤，收集滤液；取200~300g滤液加入1~2g活性炭，加热至50～60℃，30min后加入400～600g无水乙醇，静置30min后，得絮凝出的果胶并干燥粉碎，得到干燥果胶；100～150g纳米二氧化硅、1～1.5g聚丙烯酰胺和400～600g去离子水，高速搅拌0.5～1h，得到纳米二氧化硅乳液；将40～60g纳米二氧化硅乳液、200～300g秸秆纤维、50～75g干燥果胶、50～75g聚乳酸、50～75g聚乙烯琥珀酸酯、20～30g增塑剂和10～15g热稳定剂放入高速搅拌机搅拌2～3h，得到母料；将母料填入双螺杆挤出机内挤出母粒，再将母粒放入吹膜机中，吹塑成膜并裁剪收卷，即可得到可降解塑料薄膜。
实例1
将500g棉花秸秆切碎，然后加入5g氢氧化钠和1000g去离子水煮沸2h后，静置冷却，待溶液温度降至70℃时，加入10g过氧化氢，继续加热0.5h，保持温度在70℃，之后过滤并洗涤滤渣，干燥后即得到秸秆纤维；取500g橘子皮切碎，加入1000g0.1mol/L的盐酸溶液蒸煮，边蒸煮边搅拌，2h后过滤，收集滤液；取200g滤液，加入1g活性炭，加热至50℃，30min后加入400g无水乙醇，静置30min后，得絮凝出的果胶并干燥粉碎，得到干燥果胶；100g纳米二氧化硅、1g聚丙烯酰胺和400g去离子水，高速搅拌0.5h，得到纳米二氧化硅乳液；将40g纳米二氧化硅乳液、200g秸秆纤维、50g干燥果胶、50g聚乳酸、50g聚乙烯琥珀酸酯、20g增塑剂和10g热稳定剂放入高速搅拌机搅拌2h，得到母料；将母料填入双螺杆挤出机内挤出母粒，再将母粒放入吹膜机中，吹塑成膜并裁剪收卷，即可得到可降解塑料薄膜。
实例2
将550g棉花秸秆切碎，然后加入8g氢氧化钠和1100g去离子水煮沸2h后，静置冷却，待溶液温度降至75℃时，加入15g过氧化氢，继续加热0.5h，保持温度在75℃，之后过滤并洗涤滤渣，干燥后即得到秸秆纤维；取550g橘子皮切碎，加入1100g0.1mol/L的盐酸溶液蒸煮，边蒸煮边搅拌，2h后过滤，收集滤液；取250g滤液，加入1g活性炭，加热至55℃，30min后加入500g无水乙醇，静置30min后，得絮凝出的果胶并干燥粉碎，得到干燥果胶；125g纳米二氧化硅、1.2g聚丙烯酰胺和500g去离子水，高速搅拌0.8h，得到纳米二氧化硅乳液；将50g纳米二氧化硅乳液、250g秸秆纤维、65g干燥果胶、65g聚乳酸、65g聚乙烯琥珀酸酯、25g增塑剂和12g热稳定剂放入高速搅拌机搅拌2h，得到母料；将母料填入双螺杆挤出机内挤出母粒，再将母粒放入吹膜机中，吹塑成膜并裁剪收卷，即可得到可降解塑料薄膜。
实例3
将600g棉花秸秆切碎，然后加入10g氢氧化钠和1200g去离子水煮沸3h后，静置冷却，待溶液温度降至80℃时，加入20g过氧化氢，继续加热0.5h，保持温度在80℃，之后过滤并洗涤滤渣，干燥后即得到秸秆纤维；取600g橘子皮切碎，加入1200g0.1mol/L的盐酸溶液蒸煮，边蒸煮边搅拌，3h后过滤，收集滤液；取300g滤液，加入2g活性炭，加热至60℃，30min后加入600g无水乙醇，静置30min后，得絮凝出的果胶并干燥粉碎，得到干燥果胶；150g纳米二氧化硅、1.5g聚丙烯酰胺和600g去离子水，高速搅拌1h，得到纳米二氧化硅乳液；将60g纳米二氧化硅乳液、300g秸秆纤维、75g干燥果胶、75g聚乳酸、75g聚乙烯琥珀酸酯、30g增塑剂和15g热稳定剂放入高速搅拌机搅拌3h，得到母料；将母料填入双螺杆挤出机内挤出母粒，再将母粒放入吹膜机中，吹塑成膜并裁剪收卷，即可得到可降解塑料薄膜。
对照例：浙江某公司生产的可降解塑料薄膜。
将实例及对照例的可降解塑料薄膜进行检测，具体检测如下：
热氧降解性能：将大小相近的薄膜同时放入电热恒温鼓风干燥箱中，并用隔板隔开，模拟堆肥温度，设定加热温度为70℃。间隔一定时间取出，每个试样剪取部分样品，进行分析表征。所取样品分析测试前保存于冰箱内，防止样品进一步发生热氧化降解。
生物降解：根据标准GB/T1927.6.2-2003/ISO14852：1999《水性培养液中材料最终需氧生物分解能力的测定采用测定释放二氧化碳的方法》进行测试。
光氧降解：分别将实验薄膜剪成3cm×10cm，并选取质量相近的薄膜，置于石英玻璃试管中，与地面呈45度角置于房顶，自然条件下太阳光光照射。间隔相同时间取出，并进行分析表征。
具体检测结果如表1。
表1性能表征对比表
检测项目 实例1 实例2 实例3 对照例
热氧降解% 34.71 30.51 31.52 20.91
生物降解% 13.86 15.26 14.36 5.47
光氧降解% 35 30 32 20
由表1可知，本发明制备的可降解塑料薄膜提高了薄膜的光降解效应和热降解效应，同时提高了薄膜的生物分解率，因此，作为一种新型的可降解塑料具有广泛的应用价值。

Claims (8)

1.一种可降解塑料薄膜的制备方法，其特征在于，具体制备步骤为：
（1）将棉花秸秆切碎后加入氢氧化钠和去离子水煮沸，2～3h后停止加热，待温度冷却到70～80℃时，加入过氧化氢，继续加热0.5h，温度保持在70～80℃；
（2）过滤混合液，将滤渣干燥得到秸秆纤维；
（3）将橘子皮切碎后加入0.1mol/L盐酸蒸煮，同时搅拌，2～3h后过滤，收集滤液；
（4）将活性炭加入滤液中，加热到50～60℃，30min后加入无水乙醇并静置，得絮凝出的果胶并干燥粉碎，得到干燥果胶；
（5）将纳米二氧化硅、聚丙烯酰胺和去离子水高速搅拌，得到纳米二氧化硅乳液；
（6）将纳米二氧化硅乳液、秸秆纤维、干燥果胶、聚乳酸、聚乙烯琥珀酸酯、增塑剂和热稳定剂放入高速搅拌机搅拌，得到母料；
（7）将母料放入填入双螺杆挤出母粒，再将母粒放入吹膜机中，吹塑成膜并裁剪收卷，即可得到可降解塑料薄膜。
2.如权利要求1所述的一种可降解塑料薄膜的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述棉花秸秆、氢氧化钠、去离子水和双氧水的质量比为500：5：1000：10。
3.如权利要求1所述的一种可降解塑料薄膜的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述橘子皮和盐酸的质量比为500：1000，煮的温度为100℃。
4.如权利要求1所述的一种可降解塑料薄膜的制备方法，其特征在于，步骤（4）所述活性炭、滤液和无水乙醇的质量比为200：1：400。
5.如权利要求1所述的一种可降解塑料薄膜的制备方法，其特征在于，步骤（5）所述纳米二氧化硅、聚丙烯酰胺和去离子水的质量比为100：1：400。
6.如权利要求1所述的一种可降解塑料薄膜的制备方法，其特征在于，步骤（6）所述秸秆纤维、干燥果胶、聚乳酸、聚乙烯琥珀酸酯、增塑剂和热稳定剂的质量比为200：50：50：50：20：10。
7.如权利要求1所述的一种可降解塑料薄膜的制备方法，其特征在于，步骤（6）所述增塑剂为乙酰柠檬酸三正丁酯或者柠檬酸三正丁酯中的任意一种。
8.如权利要求1所述的一种可降解塑料薄膜的制备方法，其特征在于，步骤（6）所述热稳定剂为硬脂酸钙或者硬脂酸锌中的任意一种。
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