CN112358710A - 一种可生物降解塑料袋及其制备方法 - Google Patents

一种可生物降解塑料袋及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及可降解塑料的技术领域，具体公开了一种可生物降解塑料袋及其制备方法。一种可生物降解塑料袋包括对二氧环己酮均聚物、淀粉、增溶剂以及聚集素；其制备方法为：将对二氧环己酮均聚物、淀粉和增溶剂混合制成浆料后，使用空气‑聚集素混合气体将浆料吹塑成型。本申请的可生物降解塑料袋可用于作为购物袋、垃圾袋等日用包装袋使用，其具有提高降解速度的优点；另外，本申请的制备方法具有能使聚集素能被有效添加入塑料袋中的优点。

Description

一种可生物降解塑料袋及其制备方法
技术领域
本申请涉及可降解塑料的技术领域，更具体地说，它涉及一种可生物降解塑料袋及其制备方法。
背景技术
由于塑料袋具有强度高、质量轻、抗腐蚀、价格便宜等特点，因此人们在日常生活中常常使用塑料袋来盛装物品。然而，塑料袋的应用在给人们带来极大方便的同时，也带来严重的负面影响，大部分废弃的塑料袋除了可在特殊条件下降解外，其在自然界环境中的光、生物降解速度非常缓慢，大概需要几百年的时间才可能完全消失，虽然其可通过掩埋、焚烧等方法来处理，但这些方法存在极大的缺陷。大量使用后的废弃塑料袋无法自动降解，长期残留在自然环境中可造成严重的环境污染，不仅影响生态平衡，同时也威胁着人类的健康。
可降解塑料的研究和开发是解决这一问题的理想途径，其不仅可以解决白色污染的问题，同时也是实现资源循环利用的有效途径，具有社会效益与经济效益。目前可降解塑料主要有两种，一种是光降解塑料，一种是生物可降解塑料。
光降解塑料的制备方法主要有两种，一种是在聚合物材料中融入如金属盐、氧化物、二苯甲酮、对苯醌、菲、六氢芘等光敏感物质，这类光敏感物质在吸收光能后可产生自由基，或者能将激发态能量传递给聚合物，使聚合物在激发态能量的作用下产生自由基，从而促使聚合物在氧化作用下劣化，达到降低的效果；另一种方法则是在聚合物分子链中加入光敏感基团，使得聚合物具备光降解的特性。目前存在的光降解塑料大多为乙烯酮共聚物、乙烯/CO共聚物和接枝共聚物等。
生物可降解塑料是指能通过微生物的侵蚀、分解作用实现降解过程的一类塑料，一般是由天然高分子和通用性合成高分子进行共混和共聚制得。根据降解途径的差异，生物降解可分为生物化学降解方式和生物物理降解方式两种类型，生物化学降解方式是指聚合物在微生物和酶的直接作用下发生分解、氧化而变成小分子，最终分解成CO2和H2O；生物物理降解方式是指聚合物材料被微生物攻击侵蚀，并在微生物细胞增长的作用下发生水解、电离后变成低聚物，从而实现自然降解。目前常见的生物可降解塑料大多为淀粉类降解塑料和纤维素类降解塑料。
然而，无论是光降解塑料袋，还是生物可降解塑料袋，其降解速度仍然无法满足日常生活中产生的塑料垃圾的消化需求，现亟需一种降解速度快的生物可降解塑料袋。
发明内容
提供以下描述，以便帮助理解本申请。
在本文中，“聚集素”是指聚集信息素（Aggregation pheromone），是一种重要的信息传递物质，它能够在近距离内调节同种个体间的行为，使群体表现出聚集性。
在本文中，“引诱剂”是指起吸引作用的一类聚集素，该类聚集素能被德国小蠊的嗅觉感受器感知，并把同种个体吸引到某一特定区域。
在本文中，“滞留剂”是指起稳定聚集作用的一类聚集素，该类聚集素能被德国小蠊的触觉感受器感知，使已经聚集在一起的个体滞留在特定区域而不离开。
为了提高可降解塑料袋的降解速度，本申请提供一种可生物降解塑料袋及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种可生物降解塑料袋，采用如下的技术方案：
一种可生物降解塑料袋，由包括以下组分组成：对二氧环己酮均聚物、淀粉、增溶剂以及聚集素，其中聚集素由包括以下一种或多种组分组成：
1-二甲氨基-2-甲基-2-丙醇，氨，甲胺，二甲胺，三甲胺，十一烷，4-庚酮，2、6-二甲基庚酮，辛醇。
通过采用上述技术方案，塑料袋的降解速度得到了明显提升，发明人推测这可能是因为，塑料袋不仅能通过微生物等分解者进行降解，还能通过吸引蜚蠊等消费者进行消化；如此，当分解者对塑料袋进行初步的降解后，塑料袋中的聚集素在酸调控的作用下挥发，吸引蜚蠊等消费者聚集，蜚蠊等消费者聚集后啃食或吸食发生初步降解的塑料袋，从而加快了塑料袋的降解过程，提高了塑料袋的降解速度。
优选的，所述聚集素还包括1-（6α-氯-4β，5β-环氧基-5β-豆甾基-3β-羟基）-D-吡喃葡萄糖苷和/或1-（6α-氯-5β-羟基-5β-豆甾基-3β-羟基）-D-吡喃葡萄糖苷。
蜚蠊的聚集素分为两种，包括引诱剂和滞留剂，引诱剂一般是气体或挥发性强的液体，因此通常需要使用滞留剂调控引诱剂的挥发作用，而蜚蠊的引诱剂对应的滞留剂就包括1-（6α-氯-4β，5β-环氧基-5β-豆甾基-3β-羟基）-D-吡喃葡萄糖苷和1-（6α-氯-5β-羟基-5β-豆甾基-3β-羟基）-D-吡喃葡萄糖苷。
优选的，所述聚集素由蜚蠊粪便提取获得，或由人工合成获得，或部分由蜚蠊粪便提取、部分由人工合成获得。
聚集素的成分复杂，单一或少数几种聚集素的成分可由人工合成获得，但部分结构复杂的成分如1-（6α-氯-4β，5β-环氧基-5β-豆甾基-3β-羟基）-D-吡喃葡萄糖苷，采用从蜚蠊粪便中提取的方式反而更加方便。
优选的，所述蜚蠊粪便为德国小蠊成虫粪便和/或德国小蠊若虫粪便。
1-二甲氨基-2-甲基-2-丙醇是引诱剂的主要活性成分，1-（6α-氯-4β，5β-环氧基-5β-豆甾基-3β-羟基）-D-吡喃葡萄糖苷是滞留剂的主要活性成分，由于1-二甲氨基-2-甲基-2-丙醇和1-（6α-氯-4β，5β-环氧基-5β-豆甾基-3β-羟基）-D-吡喃葡萄糖苷由德国小蠊的直肠垫细胞产生，德国小蠊排出粪便时这两种物质会随着直肠垫细胞的分泌而附着在粪便中，使得德国小蠊的粪便中含有高含量的1-二甲氨基-2-甲基-2-丙醇和1-（6α-氯-4β，5β-环氧基-5β-豆甾基-3β-羟基）-D-吡喃葡萄糖苷，因此从德国小蠊的粪便中提取相对高含量的引诱剂和滞留剂，同时德国小蠊的粪便获取简便，能从养殖场中大规模获得。
优选的，组分中还包括饵料，所述饵料能引诱蜚蠊进行进食。
通过采用上述技术方案，塑料袋被蜚蠊进食消化的概率得到了提高，从而进一步地提高了塑料袋降解的速度。
优选的，所述饵料包括以下成分的一种或多种：麦芽糖、酵母粉、信息素-AB型蟑螂引诱剂。
蜚蠊最爱的食物一般为麦芽糖和酵母，但信息素-AB型蟑螂引诱剂能促进蜚蠊，特别是德国小蠊进行取食行为，由此能有效提高蜚蠊的取食概率，从而提高塑料袋被蜚蠊取食消化降解的速度。
优选的，组分中还包括吡虫啉。
通过采用上述技术方案，蜚蠊在取食塑料袋后将发生死亡，不仅降低了聚集的蜚蠊对人们正常生活的影响，还能降低该地区内的蜚蠊密度，减少该区域内的蜚蠊虫害。
第二方面，本申请提供一种可生物降解塑料袋的制备方法，采用如下的技术方案：
一种可生物降解塑料袋的制备方法，包括以下步骤：
S1、将对二氧环己酮均聚物、淀粉、增溶剂和聚集素混合均匀，然后加入压榨机中压制均匀，得到浆料；
S2、将所述浆料注入吹膜机的腔体中进行熔融，然后将空气-聚集素混合气体射入熔融浆料中进行连续吹膜，浆料冷却后，在延展机中压平，得到可生物降解塑料袋；
其中，熔融温度为100-103℃，吹膜温度为95-100℃。
由于聚集素特别是引诱剂，其具有较强的挥发性，因此难以直接投入原料中进行混合熔融；而通过采用上述技术方案，能使聚集素成功添加入浆料中，最终成功吹膜得到含有聚集素的塑料袋。
本领域技术人员应该理解，吹塑工艺为现有工艺，本领域技术人员可以通过有限次的实验来确定本申请中公开的塑料袋成型所需的工艺温度，但凡使用其他工艺温度制得的具有跟本申请公开的塑料袋相同降解速度的产品，应视为落入本申请的保护范围之内。
优选的，所述步骤S2中的空气-聚集素混合气体通过以下步骤制得：
所述步骤S2中的空气-聚集素混合气体通过以下步骤制得：
收集德国小蠊干燥粪便，加入正己烷，恒温加热1-5h，取上清液，在惰性气体气氛下吹干，得到粗提取晶体；向所述粗提取晶体中加入水，充分溶解后，得到聚集素溶液；向所述聚集素溶液通入空气，收集逸散气体，得到空气-聚集素混合气体；
其中，加热温度为60-65℃，空气流速为1-1.6L/min。
由于聚集素特别是引诱剂，在低浓度下无法实现聚集的效果，而在高浓度下反而具有驱散的效果，而通过采用上述技术方案，得到的空气-聚集素混合气体内的聚集素浓度相对合适，能有效聚集蜚蠊。
优选的，在所述步骤S1中，浆料还包括麦芽糖、酵母粉、信息素-AB型蟑螂引诱剂和吡虫啉。
通过采用上述技术方案制得的塑料袋，能引诱蜚蠊进行进食，还能有效杀害进食了本申请公开的塑料袋的蜚蠊，降低聚集的蜚蠊对人们日常生活的影响。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用了聚集素作为可降解塑料袋的其中一个组分，而聚集素能有效聚集蜚蠊等消费者并引诱蜚蠊等消费者取食塑料袋，蜚蠊等消费者加入了塑料袋的降解过程，增加了塑料袋的降解方式，分解者与消费者协同对塑料袋进行降解，获得了提高塑料袋降解速度的效果。
2、本申请中优选采用德国小蠊成虫和/或若虫粪便提取聚集素，由于聚集素成分复杂，相比于直接通过人工合成，采用从粪便提取聚集素更方便，且同样能达到大规模生产的效果。
3、本申请中进一步在塑料袋中添加饵料以及吡虫啉，不仅能促进蜚蠊的取食行为，而且还具有杀灭蜚蠊的效果，获得了降低聚集的蜚蠊对人们日常生活环境的不良影响。
4、本申请制备塑料袋的方法，通过采用空气-聚集素气体进行吹塑工艺，使得气体中的聚集素能被有效添加入塑料袋中，使塑料袋获得聚集蜚蠊等消费者的效果。
具体实施方式
以下结合实施例1-5和对比例1-3对本申请作进一步详细说明。
实施例
实施例1-5
一种可生物降解塑料袋，通过以下步骤制得：
S1、空气-聚集素混合气体的制备
S1.1、收集德国小蠊干燥粪便5g，加入50mL正己烷，65℃下水浴保温1h后，取黄色上清液，得到聚集素正己烷溶液；
S1.2、取4mL聚集素正己烷溶液，在氮气流下吹干，得到粗提取晶体；
S1.3、向粗提取晶体中加入50mL超纯水，充分搅拌溶解，得到聚集素溶液；
S1.4、向聚集素溶液中通入流速为1L/min的空气，收集逸散气体，得到空气-聚集素混合气体；
S2、按照表1将原料均匀混合，然后加入压榨机中压制均匀，得到浆料；
S3、将浆料注入吹膜机的腔体中，在100℃下进行熔融，然后在95℃下将空气-聚集素混合气体射入熔融浆料中进行连续吹膜，待浆料冷却后，在延展机中压平，得到可生物降解塑料袋。
表1 浆料原料组分表
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
对二氧环己酮均聚物/kg 95 95 95 95 95
玉米淀粉/kg 5 5 5 5 5
聚乙二醇-40/kg 1 1 1 1 1
聚集素正己烷溶液/g 0 1.3 0 1.3 1.3
麦芽糖/kg 0 0 1.5 1.5 1.5
酵母粉/kg 0 0 1 1 1
信息素-AB型蟑螂引诱剂/g 0 0 6 6 6
吡虫啉/kg 0 0 0 0 2.5
对比例
对比例1
与实施例1的不同之处在于，在步骤S3中，使用空气对熔融浆料进行连续吹膜。
对比例2
与实施例2的不同之处在于，在步骤S3中，使用空气对熔融浆料进行连续吹膜。
对比例3
与实施例3的不同之处在于，在步骤S3中，使用空气对熔融浆料进行连续吹膜。
检测方法/试验方法
对实施例1-5和对比例1-3中的塑料袋进行取样，每组取样3份，分别用于检测降解速度、蜚蠊聚集度以及蜚蠊死亡率。
1、降解速度检测方法如下：
称量实施例1-5和对比例1-3中的塑料袋样本的质量并记录为降解前重量；将某草地划分为8块不同的区域，1号区域放置实施例1的一份样本， 2号区域放置实施例2的一份样本，3号区域放置实施例3的一份样本，4号区域放置实施例4的一份样本，5号区域放置实施例5的一份样本，6号区域放置对比例1的一份样本，7号区域放置对比例2的一份样本8号区域放置对比例3的一份样本；自然放置30天后，回收所有样本碎片，对每个区域内回收的所有样本碎片分量称重并记录为降解后重量，计算月降解速度，月降解速度的计算公式如下：
降解速度（%）=（降解前重量（g）-降解后重量（g））/降解前重量（g）*100% （1）。
2、蜚蠊聚集度检测方法如下：
将某草地划分为8块不同的区域，1号区域放置实施例1的一份样本， 2号区域放置实施例2的一份样本，3号区域放置实施例3的一份样本，4号区域放置实施例4的一份样本，5号区域放置实施例5的一份样本，6号区域放置对比例1的一份样本，7号区域放置对比例2的一份样本8号区域放置对比例3的一份样本；自然放置5天后，捕捉以样本为中心的2m*2m的区域内的所有蜚蠊进行计数，蜚蠊聚集度为蜚蠊的数量。
3、蜚蠊死亡率检测方法如下：
将某草地划分为8块不同的区域，1号区域放置实施例1的一份样本， 2号区域放置实施例2的一份样本，3号区域放置实施例3的一份样本，4号区域放置实施例4的一份样本，5号区域放置实施例5的一份样本，6号区域放置对比例1的一份样本，7号区域放置对比例2的一份样本8号区域放置对比例3的一份样本；自然放置5天后，捕捉以样本为中心的2m*2m的区域内的所有蜚蠊进行计数，同时对死亡的蜚蠊进行计数，计算蜚蠊死亡率，蜚蠊死亡率计算公式如下：
蜚蠊死亡率（%）=死亡蜚蠊数量（只）/蜚蠊数量（只）*100% （2）。
表2 检测结果
月降解速度/% 蜚蠊聚集度/只 蜚蠊死亡率/%
实施例1 3.6 10 0
实施例2 10.8 37 0
实施例3 23.4 13 0
实施例4 32.4 34 0
实施例5 32.1 68 94.18
对比例1 1.1 0 0
对比例2 1.1 0 0
对比例3 1.2 0 0
根据表2可以看出，塑料袋的月降解速度与蜚蠊聚集度具有一定相关性，当有蜚蠊聚集在塑料袋样本周围时，塑料袋样本的月降解速度更高。
结合实施例1和对比例1并结合表2可以看出，当使用空气-聚集素混合气体进行吹膜时，制得的塑料袋具有一定的蜚蠊聚集度，且月降解速度得到提升，这可能是因为塑料袋中成功混入了聚集素，当塑料袋发生初步的微生物降解后，微生物分泌的酸性物质调控聚集素发挥作用，引诱蜚蠊聚集；聚集之后的蜚蠊取食了塑料袋样本，从而加快了塑料袋的降解速度。
结合实施例1-2并结合表2可以看出，当在浆料中加入聚集素正己烷溶液后，蜚蠊聚集度与月降解速度均有所提升，这可能是因为聚集素包含引诱剂和滞留剂，滞留剂的挥发性远小于引诱剂，当使用空气-聚集素混合气体进行吹膜时，只有引诱剂被加入塑料袋中，而滞留剂未能被加入塑料袋中，导致引诱剂作用效果减弱，使得蜚蠊的聚集度下降，从而影响了蜚蠊对塑料袋样本的进食，最终影响了塑料袋样本的降解速度。
结合实施例2和对比例2并结合表2可以看出，当塑料袋中直接添加聚集素正己烷溶液，但使用空气进行吹膜时，蜚蠊聚集度仍然为零，这可能是因为聚集素包含引诱剂和滞留剂，具有引诱效果的引诱剂挥发性强，在浆料熔融阶段全部挥发，而残存的滞留剂无法发挥引诱蜚蠊的效果。
结合实施例1和实施例3并结合表2可以看出，在浆料中添加一定饵料成分，能促进蜚蠊的取食行为，从而加快塑料袋样本的降解速度。
结合实施例2-4和对比例3并结合表2可以看出，单独往浆料中加入饵料，并未明显提高塑料袋样本的降解速度；而当同时加入滞留剂和饵料时，塑料袋样本的降解速度得到了比较高的提升，说明塑料袋样本的降解确实与蜚蠊的取食行为有关，蜚蠊对塑料袋样本的取食能提高塑料袋样本的降解速度。
结合实施例4-5并结合表2可以看出，加入吡虫啉杀虫剂后，蜚蠊的聚集度上升了，但蜚蠊死亡率较高，且塑料袋样本的降解速度略有下降，这可能是因为运用本统计方法时，忽略了蜚蠊在区域内的运动状态，而被吡虫啉杀灭的蜚蠊无法离开统计区域，因此统计区域内的蜚蠊聚集度有所上升；同样由于过多的蜚蠊聚集于塑料袋样本周围，同时蜚蠊具有食尸性，即蜚蠊会取食同伴的尸体，因此蜚蠊对塑料袋样本的取食需求有所降低，导致塑料袋样本的降解速度降低。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种可生物降解塑料袋，其特征在于，由包括以下组分组成：对二氧环己酮均聚物、淀粉、增溶剂以及聚集素，其中聚集素由包括以下一种或多种组分组成：
1-二甲氨基-2-甲基-2-丙醇，氨，甲胺，二甲胺，三甲胺，十一烷，4-庚酮，2、6-二甲基庚酮，辛醇。
2.根据权利要求1所述的一种可生物降解塑料袋，其特征在于：所述聚集素还包括1-（6α-氯-4β，5β-环氧基-5β-豆甾基-3β-羟基）-D-吡喃葡萄糖苷和/或1-（6α-氯-5β-羟基-5β-豆甾基-3β-羟基）-D-吡喃葡萄糖苷。
3.根据权利要求1-2所述的一种可生物降解塑料袋，其特征在于：所述聚集素由蜚蠊粪便提取获得，或由人工合成获得，或部分由蜚蠊粪便提取、部分由人工合成获得。
4.根据权利要求3所述的一种可生物降解塑料袋，其特征在于：所述蜚蠊粪便为德国小蠊成虫粪便和/或德国小蠊若虫粪便。
5.根据权利要求1-2所述的一种可生物降解塑料袋，其特征在于：组分中还包括饵料，所述饵料能引诱蜚蠊进行进食。
6.根据权利要求5所述的一种可生物降解塑料袋，其特征在于：所述饵料包括以下成分的一种或多种：麦芽糖、酵母粉、信息素-AB型蟑螂引诱剂。
7.根据权利要求6所述的一种可生物降解塑料袋，其特征在于：组分中还包括吡虫啉。
8.一种如权利要求1-4所述的可生物降解塑料袋的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、将对二氧环己酮均聚物、淀粉、增溶剂和聚集素混合均匀，然后加入压榨机中压制均匀，得到浆料；
S2、将所述浆料注入吹膜机的腔体中进行熔融，然后将空气-聚集素混合气体射入熔融浆料中进行连续吹膜，浆料冷却后，在延展机中压平，得到可生物降解塑料袋；
其中，熔融温度为100-103℃，吹膜温度为95-100℃。
9.根据权利要求8所述的一种制备方法，其特征在于：所述步骤S2中的空气-聚集素混合气体通过以下步骤制得：
收集德国小蠊干燥粪便，加入正己烷，恒温加热1-5h，取上清液，在惰性气体气氛下吹干，得到粗提取晶体；向所述粗提取晶体中加入水，充分溶解后，得到聚集素溶液；向所述聚集素溶液通入空气，收集逸散气体，得到空气-聚集素混合气体；
其中，加热温度为60-65℃，空气流速为1-1.6L/min。
10.根据权利要求9所述的一种制备方法，其特征在于：在所述步骤S1中，浆料还包括麦芽糖、酵母粉、信息素-AB型蟑螂引诱剂和吡虫啉。
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