CN109912849B - 一种家用可自然降解塑料袋 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种家用可自然降解塑料袋，包括以天然棉纤维为原料，利用水热法制备棉纳米线，将棉纳米线和交联剂混合，加入交联剂搅拌。将混合溶液取出干燥后置于研钵中，加入聚乙烯、聚乳酸、聚丙烯醇、聚乙烯酸、偶联剂、增塑剂、光解剂充分研磨，使各反应物混合均匀致密，有效提高反应物的接触表面积，增强棉纳米线的柔性和韧性，同时有效改变棉纳米线表面的化学状态，有助于与其他原料进一步发生反应，将研磨后的混合物静置后装入辊压机中，辊压成型，自然风干后可得到可自然降解塑料，按常规方法制备可自然降解塑料袋，制成的塑料袋具有生物降解特性，具有光敏特性拉伸轻度较好，抗撕裂性能好，承重力高，能够重复使用。
Description
技术领域
本发明涉及塑料制备技术领域，特别涉及一种家用可自然降解塑料袋。
背景技术
塑料以其美观、质轻、耐腐蚀性好和使用方便等特点被广泛应用于人类社会生活的各个领域。塑料袋给我们的生活带来了便利，但塑料袋的回收价值较低，在使用过程中造成了白色污染，也给自然环境造成了严重负面影响；同时还存在着潜在的危害，塑料结构稳定，不易被天然微生物菌降解，在自然环境中长期不分离，这就意味着废旧塑料垃圾如果不能有效的重新回收利用，将在环境中变成污染物永久存在并不断积累，会对环境造成极大危害，生产塑料的原料大多来自石油化工，而石油资源是有限的。所以，可自然降解的塑料成为人们的研究目标。可自然降解塑料袋除了可以解决塑料废弃物对环境污染的问题，还能缓解石油资源的紧张。随着环保理念深入人心，随着人们环保意识的不断提高，逐渐出现了聚乳酸、PBT全生物降解材料，但其价格是普通塑料袋的3-4倍，难以推广普及，因此需要对可降解塑料袋进一步研究。
大量用于工业和农业的有机合成类高分子聚合物在自然环境中很难降解，由此引起严重的环境污染。同时，伴随着石油资源被大量开采、石油价格攀升等严峻问题，以再生资源为原料制备工业材料日益受到世界各国的重视。利用天然可再生资源合成可降解材料的产业化生产路线有利于可持续、可循环经济的发展。在世界范围内研究生物可降解塑料的过程中，纤维类生物塑料的出现体现了诸多优良的综合使用价值：通过堆肥可完全生物降解；以农副产品纤维为原料，增加农副产品的附加值；环境友好型纤维生物的推广使用，能够解决部分环境污染问题；可沿用传统高分子合成类塑料的加工工艺和设备，降低生产成本；成本低廉同时基本符合纤维产品性能要求等。可生物降解材料现在已渗透到许多前沿学科领域，主要应用包括：胶粘剂、食品及工业绿色化包装材料及农用薄膜、药物输送及释放材料、组织工程支架材料、人工骨材料、超强吸水材料。
最近几十年，农副产品植物纤维作为一种非石油、可生物降解和可再生的资源逐渐受到关注。现在以农副产品纤维为原料生产的生物塑料被称为“第二代生物塑料”产品，是当前世界上重点开发的生物降解塑料之一。我国具有巨大的天然棉纤维资源。天然棉纤维具有很好的加工可塑化效率，所以可将其作为一种重要的纤维来源用来制备天然棉纤维可降解塑料材料。
目前我国对可降解塑料的研究主要集中在大豆(分离)蛋白、小麦麸质蛋白、天然淀粉等，本发明以天然棉纤维为原料，在对天然棉纤维进行化学改性、交联、增塑、共混等改性基础上，通过辊压成型制备天然棉纤维基可自然降解/生物塑料。本发明可充分利用天然棉纤维，拓展天然棉纤维在非纺织行业的应用；可为天然棉纤维在可降解塑料领域做一些有益的探索，同时对开发植物天然纤维可降解塑料与高性能化提供重要的参考价值。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点，制成的塑料袋具有生物降解特性，具有光敏特性，拉伸轻度较好，抗撕裂性能好，承重力高，能够重复使用。
本发明的另一个目的是提供一种家用可自然降解塑料袋，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种家用可自然降解塑料袋，制备方法包括以下步骤：
(1)取100克棉纳米线置于大烧杯中，加入50克交联剂，将混合物置于磁力搅拌器上搅拌3～4小时；
(2)用1摩尔每升的氢氧化钠溶液调节混合后溶液的pH至11～12搅拌10～15分钟后，将磁力搅拌器温度调节为70～75℃，加热搅拌30～40分钟；然后加入20克交联剂，继续搅拌15～20分钟；
(3)将混合溶液取出置于大培养皿中，将培养皿置于真空干燥箱中干燥12～18小时；
(4)取出干燥后的样品置于研钵中，加入100～120克聚乙烯、150～180克聚乳酸、40～50克聚丙烯醇、45～55克聚乙烯酸，研磨30～45分钟，然后加入10～20克偶联剂、5～10克增塑剂、5～10克光解剂继续研磨10～15分钟；
(5)将研磨后的混合物静置6～8小时后装入辊压机中，控制辊压机螺杆转速为30～40转每分，自然风干5～6小时后可得到可自然降解塑料，按常规方法制备得到可自然降解塑料袋；
优选的是，步骤(3)中真空干燥箱温度控制在70～80℃，真空度控制在50～100Pa。
优选的是，步骤(5)中辊压机的辊压杆温度控制在40～50℃。
优选的是，交联剂包括过甲醛、乙二醛、戊二醛、氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、二亚乙基三胺或尿素水溶液中的一种或多种。
优选的是，偶联剂包括钛酸脂偶联剂、硅烷偶联剂、有机铬络合物偶联剂或铝酸化物偶联剂中的一种或多种。
优选的是，增塑剂包括邻苯二甲酸二正辛脂、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二异壬脂或邻苯二甲酸二异癸脂中的一种或多种。
优选的是，光解剂包括N,N-二烷基二硫代氨基甲酸的过渡金属盐、水杨酸的过渡金属盐、二苯甲酮类化合物、一氧化碳共聚物或乙烯酮共聚物中的一种或多种。
优选的是，棉纳米线的制备方法为：
A.称取天然棉纤维150克置于培养皿中，利用UV-O3清理器在臭氧环境下紫外处理15～20分钟；
B.取出紫外处理后的天然棉纤维置于大烧杯中，加入200～250毫升5摩尔每升的氢氧化钠水溶液，60℃下磁力搅拌12～15小时后，将混合后的溶液置于高压反应釜中，将高压釜加热并在150℃下搅拌64～72小时后自然冷却至室温；
C.取出反应釜内固体物质，用去离子水冲洗3～5次，真空过滤得到棉纳米线前驱体；
D.向棉纳米线前驱体中加入500毫升0.01摩尔每升的盐酸溶液，搅拌24～28小时后，利用超声机超声处理20～30分钟，将超声后的溶液离心并获得沉淀；
E.用蒸馏水洗涤得到的沉淀物3～5次，置于冷冻干燥器干燥12～16小时，得到棉纳米线；
优选的是，步骤D之后，重复步骤D 3～5次后再进行步骤E。
本发明至少包括以下有益效果：
本发明中以天然棉纤维为主要原料之一，使制成的塑料袋具有生物降解特性，偶联剂和增塑剂、光解剂有效配合，制成塑料袋拉伸轻度较好，抗撕裂性能好，承重力高，能够重复使用且应用广泛，可代替日常生活中所有普通塑料袋，所得塑料袋具有光敏特性，在有光条件下降解速度较快；使棉纳米线与聚乳酸、聚丙烯醇、聚乙烯酸在室温下充分研磨，能够使各反应物混合均匀致密，有效提高反应物的接触表面积，增强了棉纳米线的柔性和韧性，利用水热法将天然棉纤维制备成棉纳米线，能够有效改变棉纳米线表面的化学状态，有助于与其他原料进一步发生反应。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
实施例1
一种家用可自然降解塑料袋的加工方法包括以下步骤：
(1)称取天然棉纤维150克置于培养皿中，利用UV-O3清理器在臭氧环境下紫外处理15分钟。取出紫外处理后的天然棉纤维置于大烧杯中，加入200毫升5摩尔每升的氢氧化钠水溶液，60℃下磁力搅拌12小时后，将混合后的溶液置于高压反应釜中，将高压釜加热并在150℃下搅拌64小时后自然冷却至室温。取出反应釜内固体物质，用去离子水冲洗3次，真空过滤得到棉纳米线前驱体。
(2)向棉纳米线前驱体中加入500毫升0.01摩尔每升的盐酸溶液，搅拌24小时后，利用超声机超声处理20分钟，将超声后的溶液离心并获得沉淀。用蒸馏水洗涤得到的沉淀物3次，置于冷冻干燥器干燥12小时，得到棉纳米线。
(3)称取100克棉纳米线放入大烧杯中，加入50克尿素溶液(6克尿素/100克去离子水)，将混合物放在磁力搅拌器中搅拌3小时。
(4)用1摩尔每升的氢氧化钠溶液调节混合后溶液的pH值，使p H为11，搅拌10分钟后将磁力搅拌器温度调节为70℃，然后继续搅拌30分钟；加入10克甲醛、10克乙二醛，继续搅拌15分钟。
(5)将反应液取出，倒入大表面皿中，然后放入80℃干燥箱干燥12小时；
(6)取出干燥后的样品置于研钵中，加入100克聚乙烯、150克聚乳酸、40克聚丙烯醇、45克聚乙烯酸，研磨30分钟，然后加入10克三异硬脂酰基钛酸异丙脂、5克邻苯二甲酸二乙酯、5克二丁基二硫代氨基甲酸铁继续研磨10分钟。
(7)将研磨后的混合物静置6小时后装入辊压机中，控制辊压机螺杆转速为30转每分，自然风干5小时后可得到可自然降解塑料，按常规方法制备得到可自然降解塑料袋。将制备的棉纳米线基家用可自然降解塑料在室温下保存于干燥器内。
实施例2
一种家用可自然降解塑料袋的加工方法包括以下步骤：
(1)称取天然棉纤维150克置于培养皿中，利用UV-O3清理器在臭氧环境下紫外处理18分钟。取出紫外处理后的天然棉纤维置于大烧杯中，加入225毫升5摩尔每升的氢氧化钠水溶液，60℃下磁力搅拌14小时后，将混合后的溶液置于高压反应釜中，将高压釜加热并在150℃下搅拌70小时后自然冷却至室温。取出反应釜内固体物质，用去离子水冲洗4次，真空过滤得到棉纳米线前驱体。
(2)向棉纳米线前驱体中加入500毫升0.01摩尔每升的盐酸溶液，搅拌26小时后，利用超声机超声处理25分钟，将超声后的溶液离心并获得沉淀。用蒸馏水洗涤得到的沉淀物4次，置于冷冻干燥器干燥14小时，得到棉纳米线。
(3)称取100克棉纳米线放入大烧杯中，加入50克过氧化二异丙苯，将混合物放在磁力搅拌器中搅拌3.5小时。
(4)用1摩尔每升的氢氧化钠溶液调节混合后溶液的pH值，使p H为11.5，搅拌12分钟后将磁力搅拌器温度调节为72℃，然后继续搅拌35分钟；加入5克甲醛、15克乙二醛，继续搅拌18分钟。
(5)将反应液取出，倒入大表面皿中，然后放入75℃干燥箱干燥15小时；
(6)取出干燥后的样品置于研钵中，加入110克聚乙烯、160克聚乳酸、45克聚丙烯醇、50克聚乙烯酸，研磨40分钟，然后加入15克异丁基三乙氧基硅、8克邻苯二甲酸二正辛脂、8克四甲基-4,4-二氨基甲酮继续研磨12分钟。
(7)将研磨后的混合物静置7小时后装入辊压机中，控制辊压机螺杆转速为35转每分，自然风干5.5小时后可得到可自然降解塑料，按常规方法制备得到可自然降解塑料袋。将制备的棉纳米线基家用可自然降解塑料在室温下保存于干燥器内。
实施例3
一种家用可自然降解塑料袋的加工方法包括以下步骤：
(1)称取天然棉纤维150克置于培养皿中，利用UV-O3清理器在臭氧环境下紫外处理20分钟。取出紫外处理后的天然棉纤维置于大烧杯中，加入250毫升5摩尔每升的氢氧化钠水溶液，60℃下磁力搅拌15小时后，将混合后的溶液置于高压反应釜中，将高压釜加热并在150℃下搅拌72小时后自然冷却至室温。取出反应釜内固体物质，用去离子水冲洗5次，真空过滤得到棉纳米线前驱体。
(2)向棉纳米线前驱体中加入500毫升0.01摩尔每升的盐酸溶液，搅拌26小时后，利用超声机超声处理28分钟，将超声后的溶液离心并获得沉淀。用蒸馏水洗涤得到的沉淀物5次，置于冷冻干燥器干燥16小时，得到棉纳米线。
(3)称取100克棉纳米线放入大烧杯中，加入50克二亚乙基三胺，将混合物放在磁力搅拌器中搅拌4小时。
(4)用1摩尔每升的氢氧化钠溶液调节混合后溶液的pH值，使p H为12，搅拌15分钟后将磁力搅拌器温度调节为75℃，然后继续搅拌40分钟；加入20克乙二醛，继续搅拌20分钟。
(5)将反应液取出，倒入大表面皿中，然后放入70℃干燥箱干燥18小时；
(6)取出干燥后的样品置于研钵中，加入120克聚乙烯、180克聚乳酸、50克聚丙烯醇、55克聚乙烯酸，研磨45分钟，然后加入20克二硬脂酰氧异丙基铝酸酯、10克邻苯二甲酸二异壬脂、10克二硫化四丁基秋芝酮继续研磨15分钟。
(7)将研磨后的混合物静置8小时后装入辊压机中，控制辊压机螺杆转速为40转每分，自然风干6小时后可得到可自然降解塑料，按常规方法制备得到可自然降解塑料袋。将制备的棉纳米线基家用可自然降解塑料在室温下保存于干燥器内。
对比实施例1
按照本发明实施例1～3的制作成分和方法制作塑料袋，并采用现有技术中的中国专利201811236416.8实施例3的制备方法及制备成分制备食品用塑料袋。使用XRW-300UA热变形温度测试仪，按照GB/T1634.2-2004塑料负荷变形温度的测定，第二部分：塑料、硬橡胶和长纤维增强复合材料检测塑料袋的热变形温度临界点；根据GB/T 11547-2008塑料耐液体化学试剂性能的测定规定，测试各个实施例塑料袋的耐溶剂性；按照GB/T9639.1-2008塑料薄膜薄片抗冲击性能试验方法使用悬臂梁Zwick/Rock5113冲击试验机检测塑料袋的抗冲击性能，检测指标为缺口试样冲击强度；按照GB/T1040.3-2006塑料拉伸性能的测定方法检测塑料袋的拉伸性能；按照QB/T 2670及GB/T 20197检测塑料袋的生物降解性能。结果见表1。
表1
对比实施例2
按照本发明实施例1～3的制作成分和方法制作塑料袋，并采用现有技术中的中国专利201811236416.8实施例3的制备方法及制备成分制备食品用塑料袋。按照《塑料一差示扫描量热法(DSC)第六部分：氧化诱导时间(等温OIT)和氧化诱导温度(动态OIT)的测定》和ISO11357-6：2008的相关规定检测各个实施例得到的塑料袋抗氧化性；按照ASTM E2149-10《在动态接触条件下测定稳态抗菌剂的抗菌行为》检测指标为大肠杆菌ATCC25922以及金黄色葡萄球菌ATC6538；按照QB/T 2670及GB/T 20197检测各个实施例得到的塑料袋填埋后300天的生物降解性能。结果见表2。
表2
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。
Claims (8)
1.一种家用可自然降解塑料袋，其特征在于制备方法包括以下步骤：
(1)取100克棉纳米线置于大烧杯中，加入50克交联剂，将混合物置于磁力搅拌器上搅拌3～4小时；
(2)用1摩尔每升的氢氧化钠溶液调节混合后溶液的pH至11～12搅拌10～15分钟后，将磁力搅拌器温度调节为70～75℃，加热搅拌30～40分钟；然后加入20克交联剂，继续搅拌15～20分钟；
(3)将混合溶液取出置于大培养皿中，将所述培养皿置于真空干燥箱中干燥12～18小时；
(4)取出干燥后的样品置于研钵中，加入100～120克聚乙烯、150～180克聚乳酸、40～50克聚丙烯醇、45～55克聚乙烯酸，研磨30～45分钟，然后加入10～20克偶联剂、5～10克增塑剂、5～10克光解剂继续研磨10～15分钟；
(5)将研磨后的混合物静置6～8小时后装入辊压机中，控制辊压机螺杆转速为30～40转每分，自然风干5～6小时后可得到可自然降解塑料，按常规方法制备得到可自然降解塑料袋；
所述棉纳米线的制备方法为：
A.称取天然棉纤维150克置于培养皿中，利用UV-O3清理器在臭氧环境下紫外处理15～20分钟；
B.取出紫外处理后的天然棉纤维置于大烧杯中，加入200～250毫升5摩尔每升的氢氧化钠水溶液，60℃下磁力搅拌12～15小时后，将混合后的溶液置于高压反应釜中，将高压釜加热并在150℃下搅拌64～72小时后自然冷却至室温；
C.取出反应釜内固体物质，用去离子水冲洗3～5次，真空过滤得到棉纳米线前驱体；
D.向棉纳米线前驱体中加入500毫升0.01摩尔每升的盐酸溶液，搅拌24～28小时后，利用超声机超声处理20～30分钟，将超声后的溶液离心并获得沉淀；
E.用蒸馏水洗涤得到的沉淀物3～5次，置于冷冻干燥器干燥12～16小时，得到棉纳米线。
2.如权利要求1所述的一种家用可自然降解塑料袋，其特征在于：所述步骤(3)中真空干燥箱温度控制在70～80℃，真空度控制在50～100Pa。
3.如权利要求1所述的一种家用可自然降解塑料袋，其特征在于：所述步骤(5)中辊压机的辊压杆温度控制在40～50℃。
4.如权利要求1所述的一种家用可自然降解塑料袋，其特征在于：所述交联剂包括甲醛、乙二醛、戊二醛、过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、二亚乙基三胺或尿素水溶液中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的一种家用可自然降解塑料袋，其特征在于：所述偶联剂包括钛酸脂偶联剂、硅烷偶联剂、有机铬络合物偶联剂或铝酸化物偶联剂中的一种或多种。
6.如权利要求1所述的一种家用可自然降解塑料袋，其特征在于：所述增塑剂包括邻苯二甲酸二正辛脂、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二异壬脂或邻苯二甲酸二异癸脂中的一种或多种。
7.如权利要求1所述的一种家用可自然降解塑料袋，其特征在于：所述光解剂包括N,N-二烷基二硫代氨基甲酸的过渡金属盐、水杨酸的过渡金属盐、二苯甲酮类化合物、一氧化碳共聚物或乙烯酮共聚物中的一种或多种。
8.如权利要求1所述的一种家用可自然降解塑料袋，其特征在于：所述步骤D之后，重复所述步骤D 3～5次后再进行所述步骤E。
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Denomination of invention: A naturally degradable plastic bag for household use Effective date of registration: 20231229 Granted publication date: 20201225 Pledgee: Agricultural Bank of China Limited by Share Ltd. Wuxi Xishan branch Pledgor: Wuxi Chunyu Environmental Protection Products Co.,Ltd. Registration number: Y2023980075155 |