CN110511509A - 一种可光催化降解的聚氯乙烯塑料薄膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及PVC塑料制备领域,具体涉及一种可光催化降解的聚氯乙烯塑料薄膜及其制备方法;一种可光催化降解的聚氯乙烯塑料薄膜,由下述重量配比的原料制备而成:聚氯乙烯、纳米石墨、二氧化钛和N,N‑二甲基甲酰胺的质量比为(5.0~12.0):(0.01~2.5):(0.1~2.5):(83.0~94.0)。本发明利用固相光催化剂纳米石墨和TiO2改性PVC,获得具有可光催化降解特性的PVC塑料薄膜,废弃后经过光催化作用降解,能加速其在自然界中的降解速度,减少“白色污染”。
Description
技术领域
本发明涉及PVC塑料制备领域,具体涉及一种可光催化降解的聚氯乙烯塑料薄膜及其制备方法。
背景技术
随着科技的进步和工业的发展,塑料薄膜制品己渗透到人们生活和生产的各个领域,改变了人们的生活方式并推动了人类文明的进步。但是,很多塑料薄膜制品都是成本低廉的产品,如农用薄膜、保鲜膜、塑料包装袋和一次性塑料餐具等,其回收再利用的价值较小,使用后直接被抛弃,暴露在自然环境中。由于其自身结构的稳定性和非生物降解性,废弃塑料在自然条件下很难降解,不仅造成了严重的环境污染问题,即“白色污染”,而且影响了社会的可持续发展。
聚氯乙烯PVC曾是世界上产量最大的通用塑料,应用非常广泛,PVC的产品在意外燃烧时或垃圾掩埋时,就会产生二恶英,对人和动物有着很大的危害,增加其可降解性具有重要意义。
最早Hidaka等利用TiO2与PVC塑料混合制成PVC-TiO2复合膜,光降解后发现具有优异的降解效果,但可光降解塑料依旧存在一些问题,一是TiO2本身存在光生载流子易复合、光响应范围窄等问题,二是塑料添加光催化剂或光敏剂就会影响其力学性能,限制了其广泛推广。因此,研究一种在可见光范围内可光催化降解,且具有良好的力学性能的PVC塑料薄膜是非常重要的。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足,本发明提供了一种可光催化降解的聚氯乙烯塑料薄膜及其制备方法。
(二)技术方案
为实现以上目的,本发明通过以下技术方案予以实现:
一种可光催化降解的聚氯乙烯塑料薄膜,由下述重量配比的原料制备而成:聚氯乙烯、纳米石墨、二氧化钛和N,N-二甲基甲酰胺的质量比为(5.0~12.0):(0.01~2.5):(0.1~2.5):(83.0~94.0)。
优选地,还包括增塑剂,其中增塑剂与聚氯乙烯的质量比为(0.2~1.8):(5.0~12.0)。
优选地,增塑剂是三醋酸甘油醋、柠檬酸醋、聚乙二醇中的一种或几种。
优选地,二氧化钛是以维生素C对纳米二氧化钛改性制得,且维生素C与纳米二氧化钛的质量比为1.0:(2.1~2.5)。
优选地,二氧化钛是先后以维生素C和脯氨酸对纳米二氧化钛改性制得,且维生素C、脯氨酸和纳米二氧化钛的质量比为(2.1~3.5):(3.5~4.5):10.0。
一种可光催化降解的聚氯乙烯塑料薄膜的制备方法,包括如下步骤:
(1)先将聚氯乙烯、纳米石墨和二氧化钛真空干燥8h后再按照上述配比分别称取,将聚氯乙烯、纳米石墨和二氧化钛溶于N,N-二甲基甲酰胺中先加热搅拌1h后再超声10min,制得混合液;
(2)将上述混合液均匀地平铺在自动刮膜机的制膜板上,运行自动刮膜机制成膜,取下制膜板并浸入去离子水中自然成膜;再将膜放入乙醇中浸泡30min后,取出先风干再真空干燥,制得可光催化降解的PVC复合膜。
优选地,步骤(2)中,所述PVC复合膜中纳米石墨和二氧化钛的百分含量之和为0.1%~5.0%。
(三)有益效果
与现有技术相比,本发明具有如下优点:
(1)本发明在聚氯乙烯(PVC)中添加由纳米石墨和二氧化钛(TiO2)组成的光催化剂,其中TiO2是一种两性氧化物;在一定波长紫外光的照射下(Ehν>Eg),半导体TiO2的价带电子就会跃迁到导带,形成电子-空穴对;当电子和空穴迁移到光催化剂的表面时,可与光催化剂表面的吸附物种发生氧化反应和还原反应,产生具有强氧化能力的活性氧物种;将TiO2掺入PVC中,在紫外光或太阳光的照射下,产生的活性氧物种可以进攻PVC主链,从而使PVC发生降解反应。其中PVC光催化降解的基本过程如下:
-(CH2CHCl)- + ·OH(g) → -(·CHCHCl)- + H2O
-(CH2CHCl)- + ·O2H(g) → -(·CHCHCl)- + H2O2
-CH=CH-CH2CHCl- + 1O2 → -(HOO)CH-CH=CHCHCl-
-(·CHCHCl)- + O2 → -(·CH(OO·)CHCl)-
-(·CH(OO·)CHCl)- + -(CH2CHCl)- → -(·CH(OOH)CHCl)- + -(·CHCHCl)-
-(·CH(OOH)CHCl)- + hv → -(·CH(O·)CHCl)- + ·OH
-(·CH(O·)CHCl)- → -(·CH2CHCl)CHO + ·CHCl(CH2CHCl)-
·CHCl(CH2CHCl)- +O2 →→ 最终光裂解成二氧化碳
(2)本发明在聚氯乙烯中添加纳米石墨和二氧化钛,本发明利用固相光催化剂纳米石墨和TiO2改性PVC,获得具有可光催化降解特性的PVC塑料薄膜,废弃后经过光催化作用降解,能加速其在自然界中的降解速度,减少“白色污染”。本发明简单易行,材料来源广泛,降解效果好。
(3)采用本发明的配方和工艺,制得纳米石墨/TiO2/PVC复合膜,且该纳米石墨/TiO2/PVC复合膜的力学性能与纯PVC薄膜比较几乎保持不变;并且,该将复合膜在300W汞灯下照射30h后,纳米石墨/TiO2/PVC复合膜光催化降解的重量损失率高达50%以上。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例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作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。
实施例1
一种可光催化降解的聚氯乙烯塑料薄膜,由下述重量配比的原料制备而成:
2.00g聚氯乙烯,0.01g纳米石墨,0.10g二氧化钛和15.00g N,N-二甲基甲酰胺。
上述可光催化降解的聚氯乙烯塑料薄膜的制备方法,包括如下步骤:
(1)先将聚氯乙烯、纳米石墨和纳米二氧化钛放入真空干燥箱中干燥8h,再将2.00g聚氯乙烯、0.01g纳米石墨和0.10g二氧化钛加入15.00g N,N-二甲基甲酰胺中加热搅拌1h后超声10min,制得混合液;
(2)将混合液均匀滴在自动刮膜机的制膜板上,运行自动刮膜机制成膜,将制膜板浸入去离子水中自然成膜,将膜放入乙醇中浸泡30min后,取出先风干再真空干燥,制得150 um厚的纳米石墨/TiO2/PVC复合膜。
将该复合膜在300W汞灯下照射30h,该复合膜光催化降解引起的分子量较纯PVC薄膜减少25.6%,且力学性能与纯PVC薄膜相比几乎保持不变。
实施例2
一种可光催化降解的聚氯乙烯塑料薄膜,由下述重量配比的原料制备而成:
2.00g聚氯乙烯,0.05g纳米石墨,0.10g二氧化钛和15.00g N,N-二甲基甲酰胺。
上述可光催化降解的聚氯乙烯塑料薄膜的制备方法,包括如下步骤:
参照实施例1,将干燥后的2.00g聚氯乙烯、0.05g纳米石墨和0.10g二氧化钛加入15.00g N,N-二甲基甲酰胺中加热搅拌1h后超声10min,制得混合液;将混合液滴在制膜板上,运行刮膜机制成膜,将制膜板浸入水中成膜,将膜在乙醇中浸泡30min,取出先风干再真空干燥,制得150 um厚的复合膜。
将该复合膜在300W汞灯下照射30h,该复合膜光催化降解引起的分子量较纯PVC薄膜减少32.8%,且力学性能与纯PVC薄膜相比几乎保持不变。
实施例3
一种可光催化降解的聚氯乙烯塑料薄膜,由下述重量配比的原料制备而成:
2.00g聚氯乙烯,0.015g纳米石墨,0.15g二氧化钛和15.00g N,N-二甲基甲酰胺。
一种可光催化降解的聚氯乙烯塑料薄膜的制备方法,包括如下步骤:
参照实施例1,将2.00g聚氯乙烯、0.015g纳米石墨和0.15g二氧化钛加入15.00g N,N-二甲基甲酰胺中加热搅拌1h后超声10min,制得混合液;将混合液滴在制膜板上,运行刮膜机制成膜,将制膜板浸入水中成膜,将膜在乙醇中浸泡30min,取出先风干再真空干燥,制得150 um厚的复合膜。
将该复合膜在300W汞灯下照射30h,该复合膜光催化降解引起的分子量较纯PVC薄膜减少43.5%,且力学性能与纯PVC薄膜相比几乎保持不变。
实施例4
一种可光催化降解的聚氯乙烯塑料薄膜,由下述重量配比的原料制备而成:
2.00g聚氯乙烯,0.17g纳米石墨,0.17g二氧化钛和15.00g N,N-二甲基甲酰胺。
一种可光催化降解的聚氯乙烯塑料薄膜的制备方法,包括如下步骤:
参照实施例1,将2.00g聚氯乙烯、0.17g纳米石墨和0.17g二氧化钛加入15.00g N,N-二甲基甲酰胺中加热搅拌1h后超声10min,制得混合液;将混合液滴在制膜板上,运行刮膜机制成膜,将制膜板浸入水中成膜,将膜在乙醇中浸泡30min,取出先风干再真空干燥,制得150 um厚的复合膜。
将该复合膜在300W汞灯下照射30h,该复合膜光催化降解引起的分子量较纯PVC薄膜减少54.6%,且力学性能与纯PVC薄膜相比略有减小。
实施例5
一种可光催化降解的聚氯乙烯塑料薄膜,由下述重量配比的原料制备而成:
2.00g聚氯乙烯,0.15g纳米石墨,0.20g二氧化钛和15.00g N,N-二甲基甲酰胺。
一种可光催化降解的聚氯乙烯塑料薄膜的制备方法,包括如下步骤:
参照实施例1,将2.00g聚氯乙烯、0.15g纳米石墨和0.20g二氧化钛加入15.00g N,N-二甲基甲酰胺中加热搅拌1h后超声10min,制得混合液;将混合液滴在制膜板上,运行刮膜机制成膜,将制膜板浸入水中成膜,将膜在乙醇中浸泡30min,取出先风干再真空干燥,制得150 um厚的复合膜。
将该复合膜在300W汞灯下照射30h,该复合膜光催化降解引起的分子量较纯PVC薄膜减少45.3%,且力学性能与纯PVC薄膜相比几乎保持不变。
实施例6
一种可光催化降解的聚氯乙烯塑料薄膜,由下述重量配比的原料制备而成:
2.00g聚氯乙烯,0.1g纳米石墨,0.15g二氧化钛和15.00g N,N-二甲基甲酰胺。
一种可光催化降解的聚氯乙烯塑料薄膜的制备方法,包括如下步骤:
参照实施例1,将2.00g聚氯乙烯、0.1g纳米石墨和0.15g二氧化钛加入15.00g N,N-二甲基甲酰胺中加热搅拌1h后超声10min,制得混合液;将混合液滴在制膜板上,运行刮膜机制成膜,将制膜板浸入水中成膜,将膜在乙醇中浸泡30min,取出先风干再真空干燥,制得150 um厚的复合膜。
将该复合膜在300W汞灯下照射30h,该复合膜光催化降解引起的分子量较纯PVC薄膜减少42.8%,且力学性能与纯PVC薄膜相比几乎保持不变。
实施例7
一种可光催化降解的聚氯乙烯塑料薄膜,由下述重量配比的原料制备而成:
2.00g聚氯乙烯,0.05g纳米石墨,0.15g二氧化钛,0.10g三醋酸甘油醋和15.00g N,N-二甲基甲酰胺。
一种可光催化降解的聚氯乙烯塑料薄膜的制备方法,包括如下步骤:
参照实施例1,将2.00g聚氯乙烯、0.05g纳米石墨、0.10g三醋酸甘油醋和0.15g二氧化钛加入15.00g N,N-二甲基甲酰胺中加热搅拌1h后超声10min,制得混合液;将混合液滴在制膜板上,运行刮膜机制成膜,将制膜板浸入水中成膜,将膜在乙醇中浸泡30min,取出先风干再真空干燥,制得150 um厚的复合膜。
将该复合膜在300W汞灯下照射30h,该复合膜光催化降解引起的分子量较纯PVC薄膜减少37.2%,且力学性能与纯PVC薄膜相比几乎保持不变。
实施例8
一种可光催化降解的聚氯乙烯塑料薄膜,由下述重量配比的原料制备而成:
2.00g聚氯乙烯,0.01g纳米石墨,0.10g纳米二氧化钛、0.10g三醋酸甘油醋、0.025g维生素C、0.04g脯氨酸和15.00g N,N-二甲基甲酰胺。
一种可光催化降解的聚氯乙烯塑料薄膜的制备方法,包括如下步骤:
(1)将0.025g维生素C在超声作用下完全溶于S1四氢呋喃溶剂中,制得混合液P1;在超声作用下将0.10g纳米二氧化钛溶于混合液P1中,制得混合液P2;将0.04g脯氨酸溶于去离子水中加入氢氧化钠制成混合液P2,将混合液P2逐滴加入混合液P2中,高温反应后脱水干燥再研成粉末,制得改性二氧化钛;
(2)先将聚氯乙烯、纳米石墨和改性二氧化钛放入真空干燥箱中干燥8h,再将聚氯乙烯2.00g、纳米石墨0.01g和改性二氧化钛0.10g加入15.00g N,N-二甲基甲酰胺中加热搅拌1h后超声10min,制得混合液;
(3)将混合液均匀滴在自动刮膜机的制膜板上,运行自动刮膜机制成膜,将制膜板浸入去离子水中自然成膜,将膜放入乙醇中浸泡30min后,取出先风干再真空干燥,制得150 um厚的纳米石墨/TiO2/PVC复合膜。
将该复合膜在300W汞灯下照射30h,该复合膜光催化降解引起的分子量较纯PVC薄膜减少37.2%,且力学性能与纯PVC薄膜相比几乎保持不变。
综上所述,上述实施例加入纳米石墨和二氧化钛制得的纳米石墨/TiO2/PVC复合膜的降解速度明显比普通PVC膜要快,且加入纳米石墨和改性二氧化钛后,PVC复合膜的降解速度较加入纳米石墨和二氧化钛的降解速度更快;且上述实施例中的PVC复合膜的力学性能与纯PVC薄膜比较几乎保持不变。
该光催化降解是一个自由基氧化断链过程,二氧化钛作为主要的光敏催化剂,纳米石墨是一个良好的电子给体,能不可逆地与二氧化钛表面产生的空穴或表面羟基反应,抑制自由基和空穴的复合,从而显著提高手套的光催化降解速率;纳米石墨作为辅助催化剂的掺杂,可以有效的促进手套更快地被光降解。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种可光催化降解的聚氯乙烯塑料薄膜,其特征在于,由下述重量配比的原料制备而成:聚氯乙烯、纳米石墨、二氧化钛和N,N-二甲基甲酰胺的质量比为(5.0~12.0):(0.01~2.5):(0.1~2.5):(83.0~94.0)。
2.根据权利要求1所述的可光催化降解的聚氯乙烯塑料薄膜,其特征在于,还包括增塑剂,其中增塑剂与聚氯乙烯的质量比为(0.2~1.8):(5.0~12.0)。
3.根据权利要求2所述的可光催化降解的聚氯乙烯塑料薄膜,其特征在于,所述增塑剂是三醋酸甘油醋、柠檬酸醋、聚乙二醇中的一种或几种。
4.根据权利要求3所述的可光催化降解的聚氯乙烯塑料薄膜,其特征在于,所述二氧化钛是以维生素C对纳米二氧化钛改性制得,且维生素C与纳米二氧化钛的质量比为1.0:(2.1~2.5)。
5.根据权利要求3所述的可光催化降解的聚氯乙烯塑料薄膜,其特征在于,所述二氧化钛是先后以维生素C和脯氨酸对纳米二氧化钛改性制得,且维生素C、脯氨酸和纳米二氧化钛的质量比为(2.1~3.5):(3.5~4.5):10.0。
6.一种如权利要求1所述的可光催化降解的聚氯乙烯塑料薄膜的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
先将聚氯乙烯、纳米石墨和二氧化钛真空干燥8h后再按照上述配比分别称取,将聚氯乙烯、纳米石墨和二氧化钛溶于N,N-二甲基甲酰胺中先加热搅拌1h后再超声10min,制得混合液;
将上述混合液均匀地平铺在自动刮膜机的制膜板上,运行自动刮膜机制成膜,取下制膜板并浸入去离子水中自然成膜;再将膜放入乙醇中浸泡30min后,取出先风干再真空干燥,制得可光催化降解的PVC复合膜。
7.根据权利要求6所述的可光催化降解的聚氯乙烯塑料薄膜的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,所述PVC复合膜中纳米石墨和二氧化钛的百分含量之和为0.1%~5.0%。
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