CN110577691A - 一种可快速焚烧、光-生物降解母粒及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于化学技术领域，涉及一种可快速焚烧、光‑生物降解母粒及其制备方法，具体步骤为：1)活化、改性；2)分散；3)造粒；4)母粒冷却；5)包装，本发明所述的母粒适应于垃圾的焚烧处理，特别是对促进塑料的快速完全燃烧和降低尾气中有害气体的含量，具有积极的意义，还可用于装盛焚烧发电垃圾；具有光降解和生物降解双重功能，在较短时间实现在生态环境中100％降解。

Description

一种可快速焚烧、光-生物降解母粒及其制备方法
技术领域
本发明属于化学技术领域，涉及一种可快速焚烧、光-生物降解母粒及其制备方法。
背景技术
随着塑料用途的不断扩大和用量的不断上升，特别是一次性包装材料给社会环境带来了巨大压力。但是由于社会的进步和人们的需求，完全废弃合成塑料的使用显然是不符合社会发展规律的。在国内，由于劳动力低廉，回收塑料厚制品再利用的产业链占有很大的市场，但随着劳动力的价格上升，回收塑料利用的产业优势将逐渐减弱。对于塑料薄制品，如农用薄膜和塑料包装膜，由于回收成本高、方法复杂，从经济效益上考虑是不可行的。
为了解决这些难题，目前采用的方法包括焚烧、填埋等。但是目前市面上的产品焚烧时大都会对环境造成严重的二次污染，而填埋又会造成土地资源的浪费。因此，解决塑料薄制品对环境污染问题，生产出可快速焚烧且无污染的塑料或者是可降解的塑料是最好的解决办法。目前塑料的降解主要有生物降解、光降解两种，或者是两者共同效应，也成功的应用于各种农用薄膜和包装薄膜，但在某些特殊的环境下，这种降解薄膜的降解速度以及彻底性难以达到使用要求。
发明内容
为解决上述技术问题，针对现有技术的不足，提供一种可快速焚烧、光-生物降解的母粒及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种可快速焚烧、光-生物降解母粒，包括以下组成物及重量份：
改性矿石粉：80～85份
天然展著胶：0.7份
液体壳聚醣：1份
生物酶制剂：0.3份
聚乙烯蜡：0.5～1份
铝酸酯偶联剂：0.5～1份
硬脂酸：0.5～1份
硬脂酸锌：1份
聚烯烃塑料：10～12份
进一步地，所述改性矿石粉的粒径为2500目。
进一步地，所述聚乙烯蜡的粒径为2000～5000目。
本发明还提供一种可快速焚烧、光-生物降解母粒的制备方法，具体步骤如下：
1)活化、改性
a)按照权利要求1所述的重量份称取各个组份；
b)将改性矿石粉放在烘箱中于110～120摄氏度下干燥1小时；
c)预先将高速混合机升温至120℃，恒温10～20分钟，然后将配好的改性矿石粉、天然展著胶、液体壳聚醣和生物酶制剂于高速混合机中低速混合5分钟；
d)将聚乙烯蜡及铝酸酯偶联剂投入高速混合机中进行活化处理，先启动低速搅拌1～2分钟，接着启动高速搅拌混合10～15分钟；
e)将硬脂酸和硬脂酸锌投入到高速混合机中，高速搅拌2～3分钟，再换低速搅拌2～3分钟；
f)最后将聚烯烃塑料投入到高速混合机中，低速搅拌1～2分钟后放料冷却；
2)分散
将步骤1)中混合好的物料下料至密炼机中进行充分混合，混合时间不少于40分钟。
3)造粒
预先设定双锥单螺杆挤出机的加工温度，到达指定温度后恒温15～25分钟，然后将步骤2)中混合好的物料下料至双锥单螺杆挤出机中，开启油泵，启动主机及喂料装置等，设定相关参数，等挤出拉条正常后，启动切粒系统；
4)母粒冷却
磨头热切后的母粒，经过风冷系统冷却；
5)包装
进一步地，活化、改性的步骤f)中，放料冷却是将高温物料放料到一个通有循环水的低速搅拌锅内，低速搅拌冷却，直到物料温度降至80℃以下。
进一步地，步骤3)中双锥单螺杆挤出机的加工温度分为13个温度区，分别为：1区～115℃，2区～140℃，3区～165℃，4区～165℃，5区～160℃，7区～150℃，8区～140℃，9区～135℃，10区～135℃，11区～135℃，12区～140℃，机头～170℃。
进一步地，各区温度可有的浮动不超过10℃。
进一步地，步骤3)中启动主机后设定相关参数包括：主机转速≤300RPM；熔体压力≤7MPa。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
添加了本发明所述母粒制备的所料薄膜适应于垃圾的焚烧处理，特别是对促进塑料的快速完全燃烧和降低尾气中有害气体的含量，具有积极的意义，还可用于装盛焚烧发电垃圾；同时具有光降解和生物降解双重功能，在较短时间实现在生态环境中100％降解。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
本发明提供一种可快速焚烧、光-生物降解母粒，包括以下组成物及重量份：
改性矿石粉：80～85份
天然展著胶：0.7份
液体壳聚醣：1份
生物酶制剂：0.3份
聚乙烯蜡：0.5～1份
铝酸酯偶联剂：0.5～1份
硬脂酸：0.5～1份
硬脂酸锌：1份
聚烯烃塑料：10～12份
其中改性矿石粉为取自方解石，功能是作为生物制剂的载体；
天然展著胶取自聚谷氨酸，功能是作为矿石颗粒覆衣膜；
液体壳聚醣取自虾蟹壳，主要成分为2-氨基葡萄糖；
生物酶制剂取自发酵果渣，功能是为了激活生态土著菌；
聚烯烃塑料为聚乙烯PE，功能是为了聚合母粒。
下面通过实施例对本发明进行具体描述。
实施例1
称取以下原料：粒径为2500目的改性矿石粉8000g，天然展著胶70g，液体壳聚醣100g，生物酶制剂30g，粒径为2000～5000目的聚乙烯蜡50g，铝酸酯偶联剂50g，硬脂酸50g，硬脂酸锌100g，聚烯烃塑料1000g；
按照以下步骤制备母粒：
1)活化、改性
a)将称取好的改性矿石粉放在烘箱中于120℃下干燥1小时；
b)预先将高速混合机升温至120℃，恒温20分钟，然后将配好的改性矿石粉、天然展著胶、液体壳聚醣和生物酶制剂于高速混合机中低速混合5分钟；
c)将聚乙烯蜡及铝酸酯偶联剂投入高速混合机中进行活化处理，先启动低速搅拌2分钟，接着启动高速搅拌混合15分钟；
d)将硬脂酸和硬脂酸锌投入到高速混合机中，高速搅拌3分钟，再换低速搅拌3分钟；
e)将聚烯烃塑料投入到高速混合机中，低速搅拌2分钟后放料冷却，需要注意的是物料于高速混合机中混合时，要密切关注搅拌电流及声音的变化，注意防止结块；放料冷却时，是将高温物料放料到一个通有循环水的低速搅拌锅内，低速搅拌冷却，直到物料温度降至80℃以下；
2)分散
将上述冷却好的物料下料至密炼机中进行充分混合40分钟；
3)造粒
预先设定双锥单螺杆挤出机的加工温度，到达指定温度后恒温25分钟，然后将上述混合好的物料下料至双锥单螺杆挤出机中，开启油泵，启动主机及喂料装置等，设定相关参数(主机转速250RPM；熔体压力6MPa)，等挤出拉条正常后，启动切粒系统，要密切注意电流及熔压变化，观察粒料状态和颜色，并不定时地换网；
双锥单螺杆挤出机的加工温度分为13个温度区，具体如下：
上述各区温度可以有±10℃的浮动。
4)母粒冷却、包装经磨头热切后的母粒，经过风冷系统冷却，最后进行包装。
实施例2
称取以下原料：粒径为2500目的改性矿石粉8250g，天然展著胶70g，液体壳聚醣100g，生物酶制剂30g，粒径为2000～5000目的聚乙烯蜡75g，铝酸酯偶联剂75g，硬脂酸75g，硬脂酸锌100g，聚烯烃塑料1100g；
按照上述实施例1的制备方法制备实施例2的母粒。
实施例3
称取以下原料：粒径为2500目的改性矿石粉8500g，天然展著胶70g，液体壳聚醣100g，生物酶制剂30g，粒径为2000～5000目的聚乙烯蜡100g，铝酸酯偶联剂100g，硬脂酸100g，硬脂酸锌100g，聚烯烃塑料1200g；
按照上述实施例1的制备方法制备实施例3的母粒。
将实施例1～3制备的母粒，可应用于OBE母粒、非复合膜和食品包装等产品中，具体参数如下表：
通过现有技术，按照一定的配比将实施例1～3的母粒与PE原料相混合，再经过传统吹膜制袋方法制成塑料薄膜制品进行性能测试。
机械性能：其力学性能按GB13022-91标准检测
上述表格中对比例1为现有未添加本发明所述母粒的普通塑料薄膜制品。
从性能测试的数据可以看出，实施例1～3的母粒添加百分比相同时，塑料薄膜制品的机械性能相当；随着母粒添加百分比的增加，塑料薄膜制品的机械性能在逐渐减弱；与对比例1的普通塑料薄膜制品的机械性能比较，存在一定差距，但40％以下的母粒添加百分比的塑料薄膜制品，机械性能均能满足GB13022-91标准，符合产品的使用要求：拉伸强度(横向、纵向)≥14MPa，断裂申长率(横向、纵向)≥300％。
将实施例1～3的母粒分别按照15％和25％的重量比与PE混合制成塑料薄膜，并取每种制品的样品进行以下试验：
(一)烧结试验
取添加了15％和25％的实施例1～3的母粒而制成的塑料薄膜样品和现有未添加母粒的普通塑料薄膜样品分别进行烧结试验，样品规格为：长50cm，宽45cm，厚度0.01mm。
从上述试验数据可以看出，添加了本发明所述母粒的塑料薄膜均在10～20秒左右全部烧成灰烬，残留物不沾壁、没有产生有害气体二恶英(Dioxin)，而普通的相同厚度的塑料30秒都没有燃烧完全，而且燃烧过程产生了少量的有害气体二恶英(Dioxin)，由此看出本发明所述母粒的塑料薄膜制品适用于垃圾的焚烧处理，对促进塑料的快速完全燃烧和降低尾气中有害气体的含量，具有积极的意义，还可用于装盛焚烧发电垃圾。
(二)光降解试验
取添加了15％和25％的实施例1～3的母粒而制成的塑料薄膜样品和现有未添加母粒的普通塑料薄膜样品分别进行光降解试验，样品规格为：长50cm，宽45cm，厚度0.01mm。
具体试验步骤参考“GB 3631-83塑料自然气候曝露试验方法”：共安装五个曝露架，用于放置添加了实施例1～3制备的母粒而制成的塑料薄膜以及现有普通塑料的样品进行自然气候曝露。
曝露架由角铁搭接，朝南45°，放置在空旷平台上。每一曝露架上安放一块环氧树脂板用于固定样品。环氧树脂板的抗老化性能极强，不会对测试结果产生影响。在环氧树脂板上钻孔，将样品固定于板上，在自然气候环境下曝露。每隔30天取出一定量塑料样品，在蒸馏水中清洗干净后检测其化学和力学性能的变化，主要采用高温凝胶渗透色谱(GPC)测试分子量，用常规方法测试拉伸强度和断裂伸长率的变化，降解率的试验按ASTM D5338-92规定进行：将转化为CO2的碳元素量与样品重量的百分比。
从上述光降解试验数据看出，添加了实施例1～3的母粒的塑料薄膜在180天的光降解率均在35％左右，超过15％的标准要求，而普通的塑料薄膜180天的光降解率为2.5％，远达不到15％的标准要求，由此可以得出本发明所述的母粒在促进塑料光降解具有积极意义。
光降解原理：主要是透过该型矿石粉中的碳酸钙实现功能，碳酸钙吸收空气中的二氧化碳和在环境的水份下生成可溶性的碳酸氢钙而被风化，生成可溶性的碳酸氢钙，参加了自然界的循环。
CaCO3+CO2+H2O→Ca(HCO3)2
Ca(HCO3)2→CaCO3+H2O+CO2↑
根据羰基的紫外吸收光谱理论如《高等无机化学》北京大学出版社1987年出版，碳酸钙分子中的羰基可吸收太阳光中的紫外线而呈激发状态，该激发态分子很不稳定，在恢复到稳定态时，将释放所吸收的能量，当此能量传给相邻的聚乙稀分子的长链锁上，引起聚乙稀分子长链的断裂即促进了聚乙稀的降解。
(三)生物降解试验
取添加了15％和25％的实施例1～3的母粒而制成的塑料薄膜样品和现有未添加母粒的普通塑料薄膜样品分别进行生物降解试验，样品规格为：长50cm，宽45cm，厚度0.01mm。
采用土埋实验法进行生物降解试验，每30天取出一定量塑料样品进行性能测试，降解率为转化为CO2的碳元素量与样品重量的百分比。
从上述生物降解试验数据看出，添加了实施例1～3的母粒的塑料薄膜在180天的生物降解率均在50％左右，远超过15％的标准要求，而普通的塑料薄膜180天的生物降解率为3％，远未达到15％的标准要求，由此可以得出本发明所述的母粒在促进塑料生物降解具有显著的积极意义。
本发明所述的母粒是采用了改性矿石粉以及土著菌激活剂(生物酶制剂)混炼制成母粒。当塑料薄膜使用完后，母粒的生物酶制剂诱引土著菌集结并进行分解，塑料薄膜产生裂解成细片状(4～5cm)，再经过生态化学螯合塑料薄膜分解成粉粒状(0.01～0.1mm)，生态的后生动物分解溶入生态环境中成为无害物。
综上，添加了本发明所述母粒的塑料薄膜制品适应于垃圾的焚烧处理，特别是对促进塑料的快速完全燃烧和降低尾气中有害气体的含量，具有积极的意义，还可用于装盛焚烧发电垃圾；同时具有光降解和生物降解双重功能，在较短时间实现在生态环境中100％降解。
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。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种可快速焚烧、光-生物降解母粒，其特征在于，包括以下组成物及重量份：
改性矿石粉：80～85份
天然展著胶：0.7份
液体壳聚醣：1份
生物酶制剂：0.3份
聚乙烯蜡：0.5～1份
铝酸酯偶联剂：0.5～1份
硬脂酸：0.5～1份
硬脂酸锌：1份
聚烯烃塑料：10～12份。
2.如权利要求1所述的一种可快速焚烧、光-生物降解母粒，其特征在于：所述改性矿石粉的粒径为2500目。
3.如权利要求1所述的一种可快速焚烧、光-生物降解母粒，其特征在于：所述聚乙烯蜡的粒径为2000～5000目。
4.一种如权利要求1所述的可快速焚烧、光-生物降解母粒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)活化、改性
a)按照权利要求1所述的重量份称取各个组份；
b)将改性矿石粉放在烘箱中于110～120摄氏度下干燥1小时；
c)预先将高速混合机升温至120℃，恒温10～20分钟，然后将配好的改性矿石粉、天然展著胶、液体壳聚醣和生物酶制剂于高速混合机中低速混合5分钟；
d)将聚乙烯蜡及铝酸酯偶联剂投入高速混合机中进行活化处理，先启动低速搅拌1～2分钟，接着启动高速搅拌混合10～15分钟；
e)将硬脂酸和硬脂酸锌投入到高速混合机中，高速搅拌2～3分钟，再换低速搅拌2～3分钟；
f)最后将聚烯烃塑料投入到高速混合机中，低速搅拌1～2分钟后放料冷却；
2)分散
将步骤1)中混合好的物料下料至密炼机中进行充分混合，混合时间不少于40分钟；
3)造粒
预先设定双锥单螺杆挤出机的加工温度，到达指定温度后恒温15～25分钟，然后将步骤2)中混合好的物料下料至双锥单螺杆挤出机中，开启油泵，启动主机及喂料装置等，设定相关参数，等挤出拉条正常后，启动切粒系统；
4)母粒冷却
磨头热切后的母粒，经过风冷系统冷却；
5)包装。
5.如权利要求4所述的一种可快速焚烧、光-生物降解母粒的制备方法，其特征在于：活化、改性的步骤f)中，放料冷却是将高温物料放料到一个通有循环水的低速搅拌锅内，低速搅拌冷却，直到物料温度降至80℃以下。
6.如权利要求4所述的一种可快速焚烧、光-生物降解母粒的制备方法，其特征在于：步骤3)中双锥单螺杆挤出机的加工温度分为13个温度区，分别为：1区～115℃，2区～140℃，3区～165℃，4区～165℃，5区～160℃，7区～150℃，8区～140℃，9区～135℃，10区～135℃，11区～135℃，12区～140℃，机头～170℃。
7.如权利要求6所述的一种可快速焚烧、光-生物降解母粒的制备方法，其特征在于：各区温度可有的浮动不超过10℃。
8.如权利要求4所述的一种可快速焚烧、光-生物降解母粒的制备方法，其特征在于：步骤3)中启动主机后设定相关参数包括：主机转速≤300RPM；熔体压力≤7MPa。
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