CN110615978B - 一种可降解环保垃圾袋及其制作方法 - Google Patents

一种可降解环保垃圾袋及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可降解环保垃圾袋，其特征在于，由如下重量份的原料制成：聚端羧基聚乳酸氢化安息香酯40‑50份、基于聚氨酯的聚酯脲树脂35‑45份、填料1‑3份、偶联剂0.2‑0.5份、相容剂0.5‑1.5份、热稳定剂0.3‑1份、端羟基超支化聚酯3‑5份。本发明还提供了所述可降解环保垃圾袋的制作方法。本发明公开的可降解环保垃圾袋机械力学性能佳，性能稳定性好，耐用性强，废弃后可降解性能好，降解效率高，韧性和防水性能优异。

Description

一种可降解环保垃圾袋及其制作方法
技术领域
本发明涉及垃圾袋技术领域，尤其涉及一种可降解环保垃圾袋及其制作方法。
背景技术
垃圾袋是人们日常生活中一种重要的塑料制品，在家庭垃圾收集、清运和环卫清洁等领域具有非常广泛的用途，给千家万户带来不小的方便，为环境保护提供了重要的保障，甚至有利于垃圾回收分类。但大量垃圾袋的使用也进一步加重了白色污染的问题，对自然环境造成了严重危害。这些垃圾袋主要是用塑料制成的，塑料结构稳定，大都是用不可降解材料的材料生产的，它们埋在地下不易被天然微生物菌降解，在自然环境中长期不降解，对土地有极大的危害，会改变土地的酸碱度，严重污染土壤，影响土地的可持续利用。而焚烧所产生的有害烟尘和有毒气体，同样也会造成对大气环境造成污染。
开发可降解环保垃圾袋是解决大量垃圾袋的使用带来的白色污染问题的有效途径。国内外广泛开展了大量可降解生态环保塑料垃圾袋的研究工作，其中研究开发较多的是生物降解塑料垃圾袋，这种材料在自然条件下能通过土壤微生物的生命活动而进行降解。淀粉基塑料是目前最为常见的一种环保垃圾袋的制备材料，这种材料通常是在通用塑料(PE、PVC等)中加入淀粉和其他添加剂制成，淀粉可以实现在自然环境中的完全降解，但塑料基材不能降解；淀粉分解后会在塑料基材上留下小洞或将整个垃圾袋变为难分解的碎片。这些碎片材不具有降解性能，且难以回收，仍对土壤环境造成污染，不能彻底解决“白色污染”问题。除此之外，现有技术中的可降解环保塑料袋还存在机械力学性能不好，降解效率低的缺陷。
可见，开发一种机械力学性能和性能稳定性佳，可降解性能好，降解效率高，韧性和防水性能优异的可降解环保垃圾袋具有非常重要的意义。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种可降解环保垃圾袋，该垃圾袋机械力学性能佳，性能稳定性好，耐用性强，废弃后可降解性能好，降解效率高，韧性和防水性能优异；同时，本发明还提供了所述可降解环保垃圾袋的制作方法，该方法简单易行，生产效率和成本合格率高，适合连续工业化生产，具有较高的经济价值、社会价值和生态价值。
为达到以上目的，本发明提供一种可降解环保垃圾袋，其特征在于，由如下重量份的原料制成：聚端羧基聚乳酸氢化安息香酯40-50份、基于聚氨酯的聚酯脲树脂35-45份、填料1-3份、偶联剂0.2-0.5份、相容剂0.5-1.5份、热稳定剂0.3-1份、端羟基超支化聚酯3-5份。
进一步地，所述热稳定剂为硬脂酸钙、硬脂酸镁中的至少一种。
进一步地，所述相容剂为硬脂酸、肉桂酸、花生酸、肉豆蔻酸、柠檬酸中的至少一种。
进一步地，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560、硅烷偶联剂KH570中的至少一种。
进一步地，所述填料为碳酸钙、滑石粉、硫酸钡中的至少一种。
进一步地，所述聚端羧基聚乳酸氢化安息香酯的制备方法，包括如下步骤：将端羧基聚乳酸、氢化安息香、催化剂加入到高沸点溶剂中，在105-125℃下搅拌60-100分钟，得到反应溶液，然后将该反应溶液转移到高压反应釜中，用氮气或惰性气体置换釜内空气，然后在常压下130-150℃下搅拌反应3-5小时，然后减压至20-50Pa，升温至280-300℃，保温保压进行搅拌反应15-20小时，最后在真空条件下，控制温度在235-245℃之间，搅拌反应6-10h，反应结束后冷却至室温，在水中沉出，接着用乙醇洗涤3-6次，最后置于真空干燥箱85-95℃下干燥至恒重，得到聚端羧基聚乳酸氢化安息香酯。
优选地，所述端羧基聚乳酸、氢化安息香、催化剂、高沸点溶剂的物质的量之比为1:1:(0.3-0.6):(6-10)。
优选地，所述催化剂为钛酸四丁酯、对甲苯磺酸、氧化锑、乙酸锑中的至少一种；所述高沸点溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲亚砜中的至少一种；所述惰性气体为氦气、氖气、氩气中的一种。
进一步地，所述基于聚氨酯的聚酯脲树脂的制备方法，包括如下步骤：将端异氰酸酯基聚氨酯、尿素混合，在100-110℃下搅拌反应20-30分钟，然后升温至160-180℃，搅拌反应30-45分钟，再升温至185-200℃，在氮气氛中继续搅拌反应6-8小时，最后冷却至室温，得到基于聚氨酯的聚酯脲树脂。
优选地，所述端异氰酸酯基聚氨酯、尿素的物质的量之比为1:1。
本发明的另一个目的，在于提供一种所述可降解环保垃圾袋的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：将各原料混合均匀后，得到混合料，然后将混合料进行挤出吹塑、印刷、冲裁、热合，得到可降解环保垃圾袋。
进一步地，所述挤出吹塑的温度170-200℃。
由于上述技术方案的运用，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明公开的可降解环保垃圾袋，制作方法简单易行，生产效率和成本合格率高，适合连续工业化生产，具有较高的经济价值、社会价值和生态价值。
(2)本发明公开的可降解环保垃圾袋，克服了传统垃圾袋在自然环境中长期不降解，对土地有极大的危害，会改变土地的酸碱度，严重污染土壤，影响土地的可持续利用；而焚烧所产生的有害烟尘和有毒气体，同样也会造成对大气环境造成污染的缺陷，也克服了现有技术中可降解塑料基垃圾袋不能完全降解，机械力学性能、防水性、耐用性有待进一步提高的问题，具有机械力学性能佳，性能稳定性好，耐用性强，废弃后可降解性能好，降解效率高，韧性和防水性能优异的优点。
(3)本发明公开的可降解环保垃圾袋，首先聚端羧基聚乳酸氢化安息香酯、基于聚氨酯的聚酯脲树脂作为主体组分，两种物质种均还有可完全降解的链段，如聚乳酸、聚酯、聚氨酯、脲等，使得整个垃圾袋可生物降解性能优异，聚端羧基聚乳酸氢化安息香酯分子主链上的安息香结构具有光敏作用，能改善材料的光降解性能，基于聚氨酯的聚酯脲树脂的端氢氰酸酯基与与添加的端羟基超支化聚酯上的端羟基以及聚端羧基聚乳酸氢化安息香酯上的端羟基易发生相互作用，超支化聚酯和聚端羧基聚乳酸氢化安息香酯均具有酯基结构，使得各组分形成有机整体，能有效改善其综合性能和性能稳定性。且聚氨酯结构的引入能改善垃圾袋的韧性，聚端羧基聚乳酸氢化安息香酯分子链上引入的较多的疏水基团，能改善垃圾袋的防水性。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
本发明实施例中所述原料均为商业购买；所述端羧基聚乳酸购自济南岱罡生物科技有限公司，平均分子量70万；所述端异氰酸酯基聚氨酯为预先制备，制备方法参考：端异氰酸酯基聚氨酯预聚体的合成与表征，王学川等，现代化工，2009年第29卷第11期；端羟基超支化聚酯购自武汉超支化树脂有限公司，货号HyPer H403。
实施例1
一种可降解环保垃圾袋，其特征在于，由如下重量份的原料制成：聚端羧基聚乳酸氢化安息香酯40份、基于聚氨酯的聚酯脲树脂35份、碳酸钙1份、硅烷偶联剂KH5500.2份、硬脂酸0.5份、硬脂酸钙0.3份、端羟基超支化聚酯3份。
所述聚端羧基聚乳酸氢化安息香酯的制备方法，包括如下步骤：将端羧基聚乳酸、氢化安息香、钛酸四丁酯加入到N,N-二甲基甲酰胺中，在105℃下搅拌60分钟，得到反应溶液，然后将该反应溶液转移到高压反应釜中，用氮气置换釜内空气，然后在常压下130℃下搅拌反应3小时，然后减压至20Pa，升温至280℃，保温保压进行搅拌反应15小时，最后在真空条件下，控制温度在235℃之间，搅拌反应6h，反应结束后冷却至室温，在水中沉出，接着用乙醇洗涤3次，最后置于真空干燥箱85℃下干燥至恒重，得到聚端羧基聚乳酸氢化安息香酯；所述端羧基聚乳酸、氢化安息香、钛酸四丁酯、N,N-二甲基甲酰胺的物质的量之比为1:1:0.3:6。
所述基于聚氨酯的聚酯脲树脂的制备方法，包括如下步骤：将端异氰酸酯基聚氨酯、尿素混合，在100℃下搅拌反应20分钟，然后升温至160℃，搅拌反应30分钟，再升温至185℃，在氮气氛中继续搅拌反应6小时，最后冷却至室温，得到基于聚氨酯的聚酯脲树脂；所述端异氰酸酯基聚氨酯、尿素的物质的量之比为1:1。
一种所述可降解环保垃圾袋的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：将各原料混合均匀后，得到混合料，然后将混合料进行挤出吹塑、印刷、冲裁、热合，得到可降解环保垃圾袋；所述挤出吹塑的温度170℃。
实施例2
一种可降解环保垃圾袋，其特征在于，由如下重量份的原料制成：聚端羧基聚乳酸氢化安息香酯43份、基于聚氨酯的聚酯脲树脂37份、滑石粉1.5份、硅烷偶联剂KH5600.3份、肉桂酸0.6份、硬脂酸镁0.5份、端羟基超支化聚酯3.5份。
所述聚端羧基聚乳酸氢化安息香酯的制备方法，包括如下步骤：将端羧基聚乳酸、氢化安息香、对甲苯磺酸加入到N,N-二甲基乙酰胺中，在110℃下搅拌70分钟，得到反应溶液，然后将该反应溶液转移到高压反应釜中，用氦气置换釜内空气，然后在常压下135℃下搅拌反应3.5小时，然后减压至30Pa，升温至285℃，保温保压进行搅拌反应16.5小时，最后在真空条件下，控制温度在237℃之间，搅拌反应7h，反应结束后冷却至室温，在水中沉出，接着用乙醇洗涤4次，最后置于真空干燥箱87℃下干燥至恒重，得到聚端羧基聚乳酸氢化安息香酯；所述端羧基聚乳酸、氢化安息香、对甲苯磺酸、N,N-二甲基乙酰胺的物质的量之比为1:1:0.4:7。
所述基于聚氨酯的聚酯脲树脂的制备方法，包括如下步骤：将端异氰酸酯基聚氨酯、尿素混合，在103℃下搅拌反应23分钟，然后升温至165℃，搅拌反应35分钟，再升温至190℃，在氮气氛中继续搅拌反应6.5小时，最后冷却至室温，得到基于聚氨酯的聚酯脲树脂；所述端异氰酸酯基聚氨酯、尿素的物质的量之比为1:1。
一种所述可降解环保垃圾袋的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：将各原料混合均匀后，得到混合料，然后将混合料进行挤出吹塑、印刷、冲裁、热合，得到可降解环保垃圾袋；所述挤出吹塑的温度180℃。
实施例3
一种可降解环保垃圾袋，其特征在于，由如下重量份的原料制成：聚端羧基聚乳酸氢化安息香酯45份、基于聚氨酯的聚酯脲树脂40份、硫酸钡2份、硅烷偶联剂KH5700.35份、花生酸1份、硬脂酸钙0.7份、端羟基超支化聚酯4份。
所述聚端羧基聚乳酸氢化安息香酯的制备方法，包括如下步骤：将端羧基聚乳酸、氢化安息香、氧化锑加入到N-甲基吡咯烷酮中，在115℃下搅拌80分钟，得到反应溶液，然后将该反应溶液转移到高压反应釜中，用氖气置换釜内空气，然后在常压下140℃下搅拌反应4小时，然后减压至35Pa，升温至290℃，保温保压进行搅拌反应18小时，最后在真空条件下，控制温度在240℃之间，搅拌反应8h，反应结束后冷却至室温，在水中沉出，接着用乙醇洗涤5次，最后置于真空干燥箱90℃下干燥至恒重，得到聚端羧基聚乳酸氢化安息香酯；所述端羧基聚乳酸、氢化安息香、氧化锑、N-甲基吡咯烷酮的物质的量之比为1:1:0.45:8。
所述基于聚氨酯的聚酯脲树脂的制备方法，包括如下步骤：将端异氰酸酯基聚氨酯、尿素混合，在105℃下搅拌反应25分钟，然后升温至170℃，搅拌反应38分钟，再升温至193℃，在氮气氛中继续搅拌反应7小时，最后冷却至室温，得到基于聚氨酯的聚酯脲树脂；所述端异氰酸酯基聚氨酯、尿素的物质的量之比为1:1。
一种所述可降解环保垃圾袋的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：将各原料混合均匀后，得到混合料，然后将混合料进行挤出吹塑、印刷、冲裁、热合，得到可降解环保垃圾袋；所述挤出吹塑的温度185℃。
实施例4
一种可降解环保垃圾袋，其特征在于，由如下重量份的原料制成：聚端羧基聚乳酸氢化安息香酯48份、基于聚氨酯的聚酯脲树脂43份、填料2.5份、偶联剂0.45份、相容剂1.4份、热稳定剂0.9份、端羟基超支化聚酯4.5份。
所述热稳定剂为硬脂酸钙、硬脂酸镁按质量比1:3混合而成；所述相容剂为硬脂酸、肉桂酸、花生酸、肉豆蔻酸、柠檬酸按质量比1:1:2:1:3混合而成；所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560、硅烷偶联剂KH570按质量比1:3:2混合而成；所述填料为碳酸钙、滑石粉、硫酸钡按质量比1:3:5混合而成。
所述聚端羧基聚乳酸氢化安息香酯的制备方法，包括如下步骤：将端羧基聚乳酸、氢化安息香、催化剂加入到高沸点溶剂中，在120℃下搅拌90分钟，得到反应溶液，然后将该反应溶液转移到高压反应釜中，用氩气置换釜内空气，然后在常压下145℃下搅拌反应4.8小时，然后减压至45Pa，升温至297℃，保温保压进行搅拌反应19小时，最后在真空条件下，控制温度在244℃之间，搅拌反应9.5h，反应结束后冷却至室温，在水中沉出，接着用乙醇洗涤5次，最后置于真空干燥箱94℃下干燥至恒重，得到聚端羧基聚乳酸氢化安息香酯；所述端羧基聚乳酸、氢化安息香、催化剂、高沸点溶剂的物质的量之比为1:1:0.55:9.5；所述催化剂为钛酸四丁酯、对甲苯磺酸、氧化锑、乙酸锑按质量比1:2:3:1混合而成；所述高沸点溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲亚砜按质量比1:3:3:5混合而成；
所述基于聚氨酯的聚酯脲树脂的制备方法，包括如下步骤：将端异氰酸酯基聚氨酯、尿素混合，在108℃下搅拌反应29分钟，然后升温至178℃，搅拌反应44分钟，再升温至198℃，在氮气氛中继续搅拌反应7.8小时，最后冷却至室温，得到基于聚氨酯的聚酯脲树脂；所述端异氰酸酯基聚氨酯、尿素的物质的量之比为1:1。
一种所述可降解环保垃圾袋的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：将各原料混合均匀后，得到混合料，然后将混合料进行挤出吹塑、印刷、冲裁、热合，得到可降解环保垃圾袋；所述挤出吹塑的温度195℃。
实施例5
一种可降解环保垃圾袋，其特征在于，由如下重量份的原料制成：聚端羧基聚乳酸氢化安息香酯50份、基于聚氨酯的聚酯脲树脂45份、碳酸钙3份、硅烷偶联剂KH5600.5份、柠檬酸1.5份、硬脂酸镁1份、端羟基超支化聚酯5份。
所述聚端羧基聚乳酸氢化安息香酯的制备方法，包括如下步骤：将端羧基聚乳酸、氢化安息香、乙酸锑加入到二甲亚砜中，在125℃下搅拌100分钟，得到反应溶液，然后将该反应溶液转移到高压反应釜中，用氮气置换釜内空气，然后在常压下150℃下搅拌反应5小时，然后减压至50Pa，升温至300℃，保温保压进行搅拌反应20小时，最后在真空条件下，控制温度在245℃之间，搅拌反应10h，反应结束后冷却至室温，在水中沉出，接着用乙醇洗涤6次，最后置于真空干燥箱95℃下干燥至恒重，得到聚端羧基聚乳酸氢化安息香酯；所述端羧基聚乳酸、氢化安息香、催化剂、高沸点溶剂的物质的量之比为1:1:0.6:10。
所述基于聚氨酯的聚酯脲树脂的制备方法，包括如下步骤：将端异氰酸酯基聚氨酯、尿素混合，在110℃下搅拌反应30分钟，然后升温至180℃，搅拌反应45分钟，再升温至200℃，在氮气氛中继续搅拌反应8小时，最后冷却至室温，得到基于聚氨酯的聚酯脲树脂；所述端异氰酸酯基聚氨酯、尿素的物质的量之比为1:1。
一种所述可降解环保垃圾袋的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：将各原料混合均匀后，得到混合料，然后将混合料进行挤出吹塑、印刷、冲裁、热合，得到可降解环保垃圾袋；所述挤出吹塑的温度200℃。
对比例1
本发明提供一种可降解环保垃圾袋，其配方及制作方法与实施例1相似，不同的是没有添加聚端羧基聚乳酸氢化安息香酯和端羟基超支化聚酯。
对比例2
本发明提供一种可降解环保垃圾袋，其配方及制作方法与实施例1相似，不同的是没有添加基于聚氨酯的聚酯脲树脂和端羟基超支化聚酯。
性能测试：
利用万能试验机对各组实施例和对比实施例所得垃圾袋进行拉伸强度测试。将相同质量的各组所得垃圾袋埋入自然环境土壤中，具体为埋入农田80cm×80cm×80cm的土坑中，3个月后测试其失重率，以此表征其降解性能。
表1
项目 纵向拉伸强度 横向拉伸强度 失重率
单位 MPa MPa ％
实施例1 37.50 36.67 85.21
实施例2 37.53 36.69 85.44
实施例3 37.57 36.73 85.57
实施例4 37.58 36.75 85.63
实施例5 37.62 36.80 85.78
对比例1 23.23 23.54 76.21
对比例2 23.35 23.50 76.13
从表1可见，本发明实施例公开的冲可降解环保垃圾袋，具有优异的机械力学性能和可降解性能，这是各组分协同作用的结果。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (8)

1.一种可降解环保垃圾袋，其特征在于，由如下重量份的原料制成：聚端羧基聚乳酸氢化安息香酯40-50份、基于聚氨酯的聚酯脲树脂35-45份、填料1-3份、偶联剂0.2-0.5份、相容剂0.5-1.5份、热稳定剂0.3-1份、端羟基超支化聚酯3-5份；
所述聚端羧基聚乳酸氢化安息香酯的制备方法，包括如下步骤：将端羧基聚乳酸、氢化安息香、催化剂加入到高沸点溶剂中，在105-125℃下搅拌60-100分钟，得到反应溶液，然后将该反应溶液转移到高压反应釜中，用氮气或惰性气体置换釜内空气，然后在常压下130-150℃下搅拌反应3-5小时，然后减压至20-50Pa，升温至280-300℃，保温保压进行搅拌反应15-20小时，最后在真空条件下，控制温度在235-245℃之间，搅拌反应6-10h，反应结束后冷却至室温，在水中沉出，接着用乙醇洗涤3-6次，最后置于真空干燥箱85-95℃下干燥至恒重，得到聚端羧基聚乳酸氢化安息香酯；
所述基于聚氨酯的聚酯脲树脂的制备方法，包括如下步骤：将端异氰酸酯基聚氨酯、尿素混合，在100-110℃下搅拌反应20-30分钟，然后升温至160-180℃，搅拌反应30-45分钟，再升温至185-200℃，在氮气氛中继续搅拌反应6-8小时，最后冷却至室温，得到基于聚氨酯的聚酯脲树脂。
2.根据权利要求1所述的可降解环保垃圾袋，其特征在于，所述热稳定剂为硬脂酸钙、硬脂酸镁中的至少一种；所述相容剂为硬脂酸、肉桂酸、花生酸、肉豆蔻酸、柠檬酸中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的可降解环保垃圾袋，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560、硅烷偶联剂KH570中的至少一种；所述填料为碳酸钙、滑石粉、硫酸钡中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的可降解环保垃圾袋，其特征在于，所述端羧基聚乳酸、氢化安息香、催化剂、高沸点溶剂的物质的量之比为1:1:(0.3-0.6):(6-10)。
5.根据权利要求1所述的可降解环保垃圾袋，其特征在于，所述催化剂为钛酸四丁酯、对甲苯磺酸、氧化锑、乙酸锑中的至少一种；所述高沸点溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲亚砜中的至少一种；所述惰性气体为氦气、氖气、氩气中的一种。
6.根据权利要求1所述的可降解环保垃圾袋，其特征在于，所述端异氰酸酯基聚氨酯、尿素的物质的量之比为1:1。
7.根据权利要求1-6任一项所述的可降解环保垃圾袋，其特征在于，所述可降解环保垃圾袋的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：将各原料混合均匀后，得到混合料，然后将混合料进行挤出吹塑、印刷、冲裁、热合，得到可降解环保垃圾袋。
8.根据权利要求7所述的可降解环保垃圾袋，其特征在于，所述挤出吹塑的温度170-200℃。
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