CN110218381A - 可降解可焚烧聚烯烃塑料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可降解可焚烧聚烯烃塑料及其制备方法，所述聚烯烃塑料包括以下质量百分比含量的原料：聚烯烃25％‑55％、微孔结构无机粉体40％‑70％、偶联剂0.5％‑2.0％、氧化剂0.5％‑1.0％、开口剂0.5％‑2.0％和发泡剂1.0％‑3.0％。本发明的可降解可焚烧聚烯烃塑料利用高含量的无机粉体为基材，以高分子聚合物树脂为辅料，具有成本低、品稳定性高，燃烧性好，经焚化炉焚烧可以还原为无污染物质等优点；本发明的可降解可焚烧聚烯制备方法环保，生产过程中产生少量固体废弃物可回收循环使用，整个生产过程中无废水、无粉尘排出。

Description

可降解可焚烧聚烯烃塑料及其制备方法

技术领域

本发明涉及包装材料技术领域，具体地说，涉及一种可降解可焚烧聚 烯烃塑料及其制备方法。

背景技术

随着石油化学工业的发展，聚烯烃塑料制品以其质轻、价廉、强度高、 耐腐蚀性等优良特性广泛应用于日常生活及工业生产领域。至上世纪90 年代初，世界塑料年产量已达1亿吨，并且以每年约30％的速度增长。塑 料制品给生活带来了诸多便利的同时，也暴露出了旧塑料的填埋或焚烧造 成环境污染等种种弊端。

传统的塑料具有很高的稳定性，在自然界中难以迅速降解，研究表明， 普通塑料需要200-400年才能完全降解。举例来说，随着电商等新经济的 发展，全国每年消耗的塑料袋的个数大约在250亿个，如果每个塑料袋中 20克，则每年消耗50万吨的塑料，这些物流中的包装袋进入物资循环系 统中就能给环境造成严重的污染。除污染环境外，分布在海洋、江河和野 外的塑料垃圾还会影响船舶航运、农田灌溉等，另外，数据显示，每年还 要相当数量的动物因塑料垃圾而死亡，极大的影响了野生动物的生存。

为了解决上述问题，越来越多的学者提倡开发和应用可降解塑料，并 将之看成是解决塑料污染的解决方案。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本发明 的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技 术的信息。

发明内容

针对现有塑料难以降解造成环境污染这一问题，本发明的目的在于提 供一种可降解可焚烧聚烯烃塑料及其制备方法。本发明的可降解可焚烧聚 烯烃塑料，利用高含量的多种无机粉体为基材，以高分子聚合物树脂为辅 料，具有成本低、成品稳定性高、燃烧性好等优点。

本发明的实施例提供了一种可降解可焚烧聚烯烃塑料，包括以下质量 百分比含量的原料：

所述微孔结构无机粉体包括至少两种无机物的粉体。

本发明的一个具体实施例中，所述微孔结构无机粉体的颗粒尺寸在 2um至5um之间。

本发明的一个具体实施例中，所述微孔结构无机粉体包括碳酸钙无机 粉体，还包括沸石无机粉体和/或硅藻土无机粉体。

本发明的一个具体实施例中，述碳酸钙无机粉体与所述沸石无机粉体 和/或所述硅藻土无机粉体的质量百比分含量分别为：

碳酸钙无机粉体80％～100％

沸石无机粉体和/或硅藻土无机粉体0％～20％。

本发明的一个具体实施例中，所述碳酸钙无机粉体的颗粒具有纳米孔 洞结构。

本发明的一个具体实施例中，所述碳酸钙无机粉体通过模板法、乳状 液膜法、溶剂/水热法、共沉淀法或凝胶结晶法制备获得。

本发明的一个具体实施例中，所述聚烯烃包括聚乙烯和聚丙烯。

本发明的一个具体实施例中，所述聚乙烯和所述聚丙烯的质量百分比 含量分别为：

聚乙烯 90％-95％

聚丙烯 5％-10％。

优选地，所述聚乙烯包括以下质量百分比含量的原料：

高密度聚乙烯 35％～60％

低密度聚乙烯 15％～30％

茂金属线型低密度聚乙烯25％～35％。

本发明的实施例还提供了一种可降解可焚烧聚烯烃塑料的制备方法， 其特征在于，用于制备上述可降解可焚烧聚烯烃塑料，包括如下步骤：

将微孔结构无机粉体加热干燥；

将偶联剂加入干燥后的所述微孔结构无机粉体；

将微孔结构无机粉体、氧化剂和聚烯烃混合后放在反应釜内反应，聚 合成结晶性聚合物；

将聚烯烃、开口剂以及发泡剂与冷却后造粒成型的所述结晶性聚合物 混合，得到的所述混合物送入造粒机造粒，将造粒成型的料冷却设备冷却 后送入吹膜加工设备制作薄膜制品。

本发明的可降解可焚烧聚烯烃塑料具有以下优点：

a.无机粉体较聚乙烯或聚丙烯便宜，降低成本；

b.品稳定性高，不会因为保管不当而变质及老化，在一般室内环境 下可以保证10年不变质；

c.塑料制品的回收利用率可达10次；

d.燃烧性好，经焚化炉焚烧过程不会产生油渍黑烟及二氧化碳等有 毒气体，并可大幅降低二氧化碳及烟雾排放，焚烧后还原为不会 对人体、空气、水和土壤造成污染的物质，焚烧后的物资还能再 用，可彻底解决我国旧塑料产业所造成的“垃圾围城”式环境污染；

本发明的可降解可焚烧聚烯烃塑料的制备方法具有以下优点：

e.整个生产过程中无废水、无粉尘排出；

f.生产过程中产生的少量固体废弃物可回收循环使用；

g.生产效率高，节省电力资源

具体实施方式

本发明提到的特征，或实施例提到的特征可以任意组合。

本发明人经过广泛而深入的研究，通过改进制备工艺，利用多段式螺 杆挤出机获得一种可降解可焚烧聚烯烃塑料，该聚烯烃塑料包括以下质量 百分比含量的原料：

优选地，所述微孔结构无机粉体包括碳酸钙无机粉体，还包括沸石无 机粉体和/或硅藻土无机粉体。即本发明优选的实施例中，微孔结构无机 粉体包括至少两种无机物的粉体，可以是碳酸钙/沸石、碳酸钙/硅藻土或 碳酸钙/沸石/硅藻土混合无机粉体。

优选地，本发明的碳酸钙无机粉体与所述沸石无机粉体和/或所述硅 藻土无机粉体的质量百比分含量分别为：

碳酸钙无机粉体80％～100％

沸石无机粉体和/或硅藻土无机粉体0％～20％。

无机粉体由于属于亲水憎油性，在本发明的制备方法中，利用偶联剂 使其变成亲油性。偶联剂可以是有机硅烷偶联剂，其结构通式可表示为 YRSiX₃，式中X为硅原子上结合的可水解基团，最常见的是烷氧基，但 也可以是氯代基、乙酰氧基等，作为偶联剂使用时，X首先水解成硅醇， 然后再与无机填料表面上的羟基反应，Y系与聚合物分子有亲合力或反应 能力的活性官能团(如氨基、巯基乙烯基、环氧基、甲基丙稀酰氧基等。 本发明实施例中的沸石或硅藻土无机粉体用有机硅烷偶联剂处理，而碳酸 钙无机粉体则可以采用钛酸酯偶联剂处理。

本发明中微孔结构无机粉体－偶联剂－聚烯烃相结合，形成粘结强度 较好的复合材料。微孔结构无机粉体作为填料，理论上来书，填料的粒径 要尽可能的小，填料颗粒尺寸越小，其比表面越大，与聚烯烃间的作用点 就越多。但是，当无机粉体的颗粒尺寸在纳米量级是，无机粉体的颗粒不 可避免地趋向于团聚，许多球形的纳米粒子团聚在一起，球体和球体之间 有一定的空隙，在外力的作用下，这些团聚体容易破碎，这种团聚粒子在 复合材料中就成为拉伸薄弱点，在较小的拉伸应力的作用下就容易发生断 裂，极大地降低了制备的聚烯烃塑料的拉伸强度。因此，本发明的实施例 中，优选地，所述微孔结构无机粉体的颗粒尺寸在2um至5um之间。

本发明中，碳酸钙无机粉体、沸石无机粉体、硅藻土无机粉体的颗粒 均具有微孔结构结构，即粉体颗粒的尺寸在微米量级，但是，在单个颗粒 上还具有纳米尺寸的微孔洞，优选地，所述碳酸钙无机粉体的颗粒具有纳 米孔洞结构，这种具有纳米孔洞结构的碳酸钙无机粉体可以通过模板法、 乳状液膜法、溶剂/水热法、共沉淀法或凝胶结晶法制备获得。

本申请中，微孔结构无机粉体包括两种无机物的粉体，两种粉体均经 过偶联剂处理，微孔结构无机粉体与聚烯烃间形成了较好的界面结合，相 当于在基体中起到很好的物理交联点的作用，微孔结构无机粉体与聚烯烃 形成结晶性聚合物。采用适当的表面处理剂的微孔结构无机粉体与聚烯烃 的结晶性聚合物具有“核-壳”结构，其中微孔结构无机粉体为“核”， 聚烯烃为“壳”，从而有利于加强界面处的网络密度，增强界面处的粘接 从而使耐热性能有明显的提高。

需要说明的是，由于从耐热角度来分析来说，聚丙烯的熔融温度比聚 乙烯高出约40％-50％，约为160-170℃，即聚丙烯的耐热性要高于聚乙烯， 本发明中，优选地，聚烯烃包括聚乙烯和聚丙烯，且所述聚乙烯和所述聚 丙烯的质量百分比含量分别为：

聚乙烯 90％-95％

聚丙烯 5％-10％。

进一步地，茂金属催化剂具有优异的催化共聚能力，它能使大多数共 聚体与乙烯共聚，并且能够使极性单体催化聚合，本发明的聚乙烯包括了 茂金属线型低密度聚乙烯，以下为各种聚乙烯的质量百分比含量：

高密度聚乙烯 35％～60％

低密度聚乙烯 15％～30％

茂金属线型低密度聚乙烯 25％～35％。

本发明中的开口剂和发泡剂均可直接选优市场采购的成品。

在本发明的具体实施例中，采用如下制备方法制备可降解可焚烧聚烯 烃塑料：

S100：将微孔结构无机粉体加热干燥，一般地，加热温度在190℃ ～200℃，烘干时间视粉体的含水量而定；

S200：将偶联剂加入干燥后的所述微孔结构无机粉体；

S300：将微孔结构无机粉体、氧化剂和聚烯烃混合后放在反应釜内反 应，聚合成结晶性聚合物，此步骤的聚烯烃可以是为聚丙烯和/或高密度 聚乙烯；优选地，反应釜的温度在150℃至220℃之间，

S400：将聚烯烃、开口剂以及发泡剂与冷却后造粒成型的所述结晶性 聚合物混合，得到的所述混合物送入造粒机造粒，将造粒成型的料冷却设 备冷却后送入吹膜加工设备制作薄膜制品。所述的造粒机为多段式螺杆挤 出机，此处的多段式螺杆挤出机指的是螺杆主体包括连接段、进料端、压 缩段、多个均化段和混炼段，多段式螺杆挤出机可以使得产品成分分布更 均匀一致，从而提高产品的质量。优选地，造粒温度在170℃至220℃之 间，所述冷却设备可以是油风冷式冷却设备。

S400步骤中，聚烯烃与结晶性聚合物的比例按照薄膜制品的需要而 设定，获得的降解可焚烧聚烯烃塑料，其中聚烯烃的重量比在25％至55％ 之间，而微孔结构无机粉体的含量高达40％至70％。

需说明的是，本发明中的原料按照质量百分比进行称量配比。上述 的降解可焚烧聚烯烃塑料可根据需要进行分切加工，得到所需的包装袋或 薄膜等。

实施例1

称量干燥后的碳酸钙无机粉体24kg、沸石无机粉体3kg、硅藻土无机 粉体3kg、乙烯基三乙氧基硅烷0.5kg、氧化钙0.4kg、聚丙烯2kg；

将上述材料混合后，放入反应釜内，反应釜的温度为180℃，反应聚 合的时间为1h，冷却；

将经反应釜聚合后的化合物与高密度聚乙烯10kg、低密度聚乙烯 4kg、茂金属线型低密度聚乙烯6kg、开口剂0.5kg以及发泡剂0.5kg送入 造粒机造粒，造粒温度在190℃，将造粒成型的料冷却设备冷却后送入吹 膜加工设备制作薄膜制品。

实施例2

称量干燥后的碳酸钙无机粉体22kg、硅藻土无机粉体4kg、乙烯基三 乙氧基硅烷0.4kg、氧化钙0.4kg、聚丙烯2kg、高密度聚乙烯3kg；

将上述材料混合后，放入反应釜内，反应釜的温度为200℃，反应聚 合的时间为1h，冷却；

将经反应釜聚合后的化合物与高密度聚乙烯10kg、低密度聚乙烯 5kg、茂金属线型低密度聚乙烯7kg、开口剂0.5kg以及发泡剂1kg送入造 粒机造粒，造粒温度在180℃，将造粒成型的料冷却设备冷却后送入吹膜 加工设备制作薄膜制品。

实施例3

称量干燥后的碳酸钙无机粉体20kg、沸石无机粉体4kg、乙烯基三乙 氧基硅烷0.3kg、氧化钙0.4kg、聚丙烯3kg、高密度聚乙烯3kg；

将上述材料混合后，放入反应釜内，反应釜的温度为190℃，反应聚 合的时间为1h，冷却；

将经反应釜聚合后的化合物与高密度聚乙烯8kg、低密度聚乙烯7kg、 茂金属线型低密度聚乙烯8kg、开口剂0.6kg以及发泡剂1kg送入造粒机 造粒，造粒温度在190℃，将造粒成型的料冷却设备冷却后送入吹膜加工 设备制作薄膜制品。

综上所述，本发明提供了一种可降解可焚烧聚烯烃塑料及其制备方 法，所述聚烯烃塑料包括以下质量百分比含量的原料：聚烯烃25％-55％、 微孔结构无机粉体40％-70％、偶联剂0.5％-2.0％、氧化剂0.5％-1.0％、开 口剂0.5％-2.0％和发泡剂1.0％-3.0％。

本发明提供的可降解可焚烧聚烯烃塑料为一种有机-无机纳米复合材 料，通过对微孔结构无机粉体进行表面处理，增加了其与聚烯烃之间的浸 润性，增加了黏合面，减少了界面上留下的空隙，从而改善了材料的性能， 可兼具无机材料和有机材料的特征和性质，如抗冲击性能、热稳定性、低 热膨胀系数以及有机聚合物的韧性、延展性和可加工性等；传统塑料的燃 点高，燃烧时有毒气、燃烧时间短，且不能完全燃烧，本发明的可降解 可焚烧聚烯烃塑料燃点低，燃烧时无毒气、燃烧时间快，且可以完全燃烧。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说 明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本领域技术人员 而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请 的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本申请。因此， 无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的， 本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利 要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本申请内。

Claims (10)

1.一种可降解可焚烧聚烯烃塑料，其特征在于，包括以下质量百分比含量的原料：

2.根据权利要求1所述的可降解可焚烧聚烯烃塑料，其特征在于，所述微孔结构无机粉体的颗粒尺寸在2um至5um之间。

3.根据权利要求1所述的可降解可焚烧聚烯烃塑料，其特征在于，所述微孔结构无机粉体包括碳酸钙无机粉体，还包括沸石无机粉体和/或硅藻土无机粉体。

4.根据权利要求3所述的可降解可焚烧聚烯烃塑料，其特征在于，所述碳酸钙无机粉体与所述沸石粉无机粉体和/或所述硅藻土无机粉体的质量百比分含量分别为：

碳酸钙无机粉体80％～100％

沸石无机粉体和/或硅藻土无机粉体0％～20％。

5.根据权利要求3所述的可降解可焚烧聚烯烃塑料，其特征在于，所述碳酸钙无机粉体的颗粒具有纳米孔洞结构。

6.根据权利要求5所述的可降解可焚烧聚烯烃塑料，其特征在于，所述碳酸钙无机粉体通过模板法、乳状液膜法、溶剂/水热法、共沉淀法或凝胶结晶法制备获得。

7.根据权利要求1所述的可降解可焚烧聚烯烃塑料，其特征在于，所述聚烯烃包括聚乙烯和聚丙烯。

8.根据权利要求7所述的可降解可焚烧聚烯烃塑料，其特征在于，所述聚乙烯和所述聚丙烯的质量百分比含量分别为：

聚乙烯 90％-95％

聚丙烯 5％-10％。

9.根据权利要求8所述的可降解可焚烧聚烯烃塑料，其特征在于，所述聚乙烯包括以下质量百分比含量的原料：

高密度聚乙烯35％～60％

低密度聚乙烯15％～30％

茂金属线型低密度聚乙烯25％～35％。

10.一种可降解可焚烧聚烯烃塑料的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1-9任意一项所述的可降解可焚烧聚烯烃塑料，包括如下步骤：

将微孔结构无机粉体加热干燥；

将偶联剂加入干燥后的所述微孔结构无机粉体；

将微孔结构无机粉体、氧化剂和聚烯烃混合后放在反应釜内反应，聚合成结晶性聚合物；

将聚烯烃、开口剂以及发泡剂与冷却后造粒成型的所述结晶性聚合物混合，得到的所述混合物送入造粒机造粒，将造粒成型的料冷却设备冷却后送入吹膜加工设备制作薄膜制品。