CN114133718A - 一种基于聚羟基烷酸酯的全降解塑料瓶 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种基于聚羟基烷酸酯的全降解塑料瓶，属于塑料领域。按重量份计，其原料包括：改性植物蛋白粉25‑30份、改性淀粉15‑18份、聚羟基烷酸酯50‑60份、聚乳酸27‑32份、无机填料10‑13份、增塑剂15‑20份。其制备方法其制备方法包括以下步骤：取改性植物蛋白粉的各原料，混合搅拌陈化24‑36h后，挤出造粒并干燥获得改性植物蛋白粉；取改性淀粉的各原料，超声分散18‑24h，离心、干燥并过筛分散获得改性淀粉；取改性植物蛋白粉、改性淀粉、聚羟基烷酸酯、聚乳酸、无机填料、增塑剂，搅拌分散均匀后熔融共混，挤出成胚并吹塑成型。本申请的塑料瓶具有降解周期短、降解效果好、力学性能佳等特点。

Description

一种基于聚羟基烷酸酯的全降解塑料瓶

技术领域

本发明涉及塑料瓶领域，尤其是涉及一种基于聚羟基烷酸酯的全降解塑料瓶。

背景技术

随着“限塑令”的推广，人们开始对塑料垃圾污染越来越重视，由于塑料制品一般具有良好的耐腐蚀性，比如聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯等，其可在土壤中留存难以降解，逐年累积后会造成土壤污染，影响生态平衡。

因此，近年来越来越多的可降解材料应用于塑料制品中，比如聚羟基烷酸酯，其具有良好的生物可降解性，能够被微生物分泌的降解酶分解为小分子，进而再被微生物吸收利用，从而实现塑料的降解。然而，由于聚羟基烷酸酯具有结晶度高，脆性大的问题，为了提高塑料制品的力学强度，一般需要将聚羟基烷酸酯与聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯等的材料进行共混制备塑料制品，导致塑料制品的降解周期长，降解质量损失率低等问题，因此有待进一步改善。

发明内容

为了提高塑料的降解效果，本申请提供一种基于聚羟基烷酸酯的全降解塑料瓶。

本申请提供的一种基于聚羟基烷酸酯的全降解塑料瓶，采用如下的技术方案：

一种基于聚羟基烷酸酯的全降解塑料瓶，按重量份计，其包括以下原料制成：

通过在聚羟基烷酸酯的基础上添加改性植物蛋白粉、改性淀粉等原料复配制得的塑料瓶，增加了聚羟基烷酸酯在降解过程中附着的微生物生长所需的碳源量，加速了降解前期的微生物量的积累，微生物分泌的胞外酶能够作用于聚羟基烷酸酯的酯键，从而使聚羟基烷酸酯被分解为单体和寡聚体等的小分子，微生物便能够得以利用以完成生长和繁衍需要，此外，通过添加聚乳酸不仅能够提高塑料瓶的强度和韧度，而且增加了塑料瓶的降解路径，聚乳酸能够通过水解的方式进行降解，降解过程中产生的羧酸和醇类等物质有利于促进聚羟基烷酸酯与酶分子的结合，从而使得提高了聚羟基烷酸酯的降解速度。塑料瓶的原料均具有可生物降解特性，且各可降解原料共同复配、相互协同降解，使得塑料瓶具有降解周期短、力学性能佳等优点。

优选的，按重量份计，所述改性植物蛋白粉通过以下原料混合并干燥制得：15-20份的植物低聚肽、12-16份的气相二氧化硅、30-40份的水、15-20份的聚丙烯酸钠。

通过将植物低聚肽与气相二氧化硅、聚丙烯酸钠进行复配，使植物低聚肽渗入气相二氧化硅的微孔内留存，减少了植物低聚肽的相互团聚情况，增加植物低聚肽在体系中的分散性，同时聚丙烯酸钠在水中作为电解质作用于植物低聚肽，改善了植物低聚肽与其他物质的相容性，从而使改性蛋白质粉与聚羟基烷酸酯等原料更好地均匀混合，提高塑料瓶的结构稳定性和降解效果。

优选的，所述植物低聚肽包括海藻低聚肽、大豆低聚肽、马铃薯低聚肽的一种或多种的组合。

通过采用以上物质作为植物低聚肽应用于改性植物蛋白粉中，使制得的塑料瓶具有良好的环保可降解性，并且原料成本低，具有良好的经济价值。

优选的，按重量份计，所述改性淀粉通过以下原料混合并干燥制得：14-16份的淀粉、10-12份的已内酰胺、18-22份的磷酸氢锆、40-50份的乙二醇。

通过将淀粉与已内酰胺、磷酸氢锆在乙二醇中进行层间插层改性，使得淀粉在熔融共混时与其他聚合物具有更好的相容性，并体现出更佳的力学性能。

优选的，所述无机填料为硅藻土、高岭土、硅灰石的一种或多种的组合。

通过采用以上原料作为无机填料，能够有效提高塑料瓶的强度，并且能够在一定程度下降低降解酶分散性地吸附于聚羟基烷酸酯表面，有利于减少因降解酶的集中过量而抑制降解酶活性的情况，从而使塑料瓶具有更短的降解周期。

优选的，所述增塑剂为磷酸酯类增塑剂。

优选的，所述磷酸酯类增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯的一种或两种的组合。

通过采用以上原料作为增塑剂，使改性植物蛋白粉、改性淀粉、聚羟基烷酸酯、聚乳酸、无机填料各原料之间具有良好的相容性，制得的塑料瓶具有更好的温度稳定性和较高的机械性能。

优选的，其制备方法包括以下步骤：

(1)按配比称取改性植物蛋白粉的各原料，混合搅拌2-3h，在35±2℃下陈化24-36h后，挤出造粒并干燥，获得改性植物蛋白粉；

(2)按配比称取改性淀粉的各原料，35-40KHZ超声分散18-24h，离心、干燥并过筛分散，获得改性淀粉；

(3)按配比称取改性植物蛋白粉、改性淀粉、聚羟基烷酸酯、聚乳酸、无机填料、增塑剂，搅拌分散均匀后在160-180℃下熔融共混，挤出成胚并吹塑成型。

通过对工艺参数进行调整，在一定温度下陈化处理改性植物蛋白粉，控制一定的超声输出功效分散制备改性淀粉，并在一定的温度下对各原料进行熔融共混，使制得的塑料瓶结晶速率更高、结晶度更小，从而具有更高的抗拉强度以及韧度，使全降解塑料瓶的应用性能更佳。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.通过在聚羟基烷酸酯的基础上添加改性植物蛋白粉、改性淀粉，增加塑料瓶降解初期微生物生长繁衍所需的碳源量，加速了降解前期的微生物量的积累，同时，聚乳酸在水解降解过程中产生的羧酸和醇类物质有利于促进降解酶的降解速度，使塑料瓶的降解周期短，绿色环保；

2.通过采用包括植物低聚肽、气相二氧化硅、聚丙烯酸钠的原料制得改性植物蛋白粉，以及包括淀粉、已内酰胺、磷酸氢锆的原料制得的改性淀粉，使塑料瓶不仅具有良好的降解效果，而且提高了塑料瓶的强度和韧度，使塑料瓶具有更广的应用性。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

实施例

实施例1

一种基于聚羟基烷酸酯的全降解塑料瓶，其制备方法包括以下步骤：

(1)称取15kg的植物低聚肽，12kg的气相二氧化硅、30kg的水以及15kg的聚丙烯酸钠，并将各原料混合搅拌2h，在35±2℃下陈化24h后，挤出造粒并干燥，获得改性植物蛋白粉；

(2)称取16kg的淀粉、12kg的已内酰胺、22kg的磷酸氢锆以及50kg的乙二醇，以35KHZ超声分散24h，离心、干燥并过筛分散，获得改性淀粉

(3)称取50kg的聚羟基烷酸酯、32kg的聚乳酸、10kg的无机填料、15kg的增塑剂，以及步骤(1)制得的25kg的改性植物蛋白粉、步骤(2)制得的18kg的改性淀粉，并将各原料搅拌分散均匀后，投入双螺旋挤出机中以160℃的温度熔融共混，挤出成胚并吹塑成型。

以上所用原料均为市售产品，聚羟基烷酸酯采用山东省意可曼科技有限公司的型号EM10080的PHA，聚乳酸采用浙江海正生物材料股份有限公司的牌号为REVOED101的PLA。

其中，本实施例的植物低聚肽由5kg的海藻低聚肽、5kg的大豆低聚肽以及5kg的马铃薯低聚肽组成，海藻低聚肽采用陕西夏州生物科技有限公司的含量为98％的海藻低聚肽，大豆低聚肽采用西安优硕生物科技有限公司的含量为99％的大豆低聚肽，马铃薯低聚肽采用扶风斯诺特生物科技有限公司的含量为98％的马铃薯低聚肽。本实施例的无机填料为硅灰石。本实施例的增塑剂为环氧脂肪酸甲酯增塑剂。

实施例2

一种基于聚羟基烷酸酯的全降解塑料瓶，其制备方法包括以下步骤：

(1)称取17kg的植物低聚肽，14kg的气相二氧化硅、35kg的水以及18kg的聚丙烯酸钠，并将各原料混合搅拌3h，在35±2℃下陈化36h后，挤出造粒并干燥，获得改性植物蛋白粉；

(2)称取14kg的淀粉、10kg的已内酰胺、18kg的磷酸氢锆以及40kg的乙二醇，以40KHZ超声分散18h，离心、干燥并过筛分散，获得改性淀粉；

(3)取60kg的聚羟基烷酸酯、27kg的聚乳酸、13kg的无机填料、20kg的增塑剂，以及步骤(1)制得的30kg的改性植物蛋白粉、步骤(2)制得的15kg的改性淀粉，并将各原料搅拌分散均匀后，投入双螺旋挤出机中以160℃的温度熔融共混，挤出成胚并吹塑成型。

其中，植物低聚肽由7kg的海藻低聚肽、10kg的大豆低聚肽组成，其他原料的具体种类均与实施例1一致。

实施例3

一种基于聚羟基烷酸酯的全降解塑料瓶，其制备方法包括以下步骤：

(1)称取20kg的植物低聚肽，16kg的气相二氧化硅、40kg的水以及20kg的聚丙烯酸钠，并将各原料混合搅拌3h，在35±2℃下陈化36h后，挤出造粒并干燥，获得改性植物蛋白粉；

(2)称取16kg的淀粉、12kg的已内酰胺、22kg的磷酸氢锆以及50kg的乙二醇，以35KHZ超声分散24h，离心、干燥并过筛分散，获得改性淀粉；

(3)取55kg的聚羟基烷酸酯、30kg的聚乳酸、12kg的无机填料、17kg的增塑剂，以及步骤(1)制得的28kg的改性植物蛋白粉、步骤(2)制得的17kg的改性淀粉，并将各原料搅拌分散均匀后，投入双螺旋挤出机中以180℃的温度熔融共混，挤出成胚并吹塑成型。

其中，植物低聚肽由10kg的马铃薯低聚肽、10kg的大豆低聚肽组成，本实施例的无机填料为高岭土，其他原料的具体种类均与实施例1一致。

实施例4

一种基于聚羟基烷酸酯的全降解塑料瓶，其制备方法包括以下步骤：

(1)称取18kg的植物低聚肽，12kg的气相二氧化硅、30kg的水以及15kg的聚丙烯酸钠，并将各原料混合搅拌2h，在35±2℃下陈化24h后，挤出造粒并干燥，获得改性植物蛋白粉；

(2)称取16kg的淀粉、12kg的已内酰胺、20kg的磷酸氢锆以及45kg的乙二醇，以35KHZ超声分散24h，离心、干燥并过筛分散，获得改性淀粉

(3)称取58kg的聚羟基烷酸酯、28kg的聚乳酸、10kg的无机填料、15kg的增塑剂，以及步骤(1)制得的25kg的改性植物蛋白粉、步骤(2)制得的18kg的改性淀粉，并将各原料搅拌分散均匀后，投入双螺旋挤出机中以160℃的温度熔融共混，挤出成胚并吹塑成型。

其中，本实施例的植物低聚肽由5kg的海藻低聚肽、8kg的大豆低聚肽以及5kg的马铃薯低聚肽组成，无机填料由3kg的硅藻土、3kg的高岭土、4kg的硅灰石组成，增塑剂选用邻苯二甲酸二丁酯增塑剂，其他原料的具体种类均与实施例1一致。

实施例5

一种基于聚羟基烷酸酯的全降解塑料瓶，其制备方法包括以下步骤：

(1)称取18kg的植物低聚肽，13kg的气相二氧化硅、35kg的水以及17kg的聚丙烯酸钠，并将各原料混合搅拌2h，在35±2℃下陈化24h后，挤出造粒并干燥，获得改性植物蛋白粉；

(2)称取15kg的淀粉、10kg的已内酰胺、20kg的磷酸氢锆以及45kg的乙二醇，以40KHZ超声分散18h，离心、干燥并过筛分散，获得改性淀粉；

(3)称取53kg的聚羟基烷酸酯、32kg的聚乳酸、12kg的无机填料、15kg的增塑剂，以及步骤(1)制得的27kg的改性植物蛋白粉、步骤(2)制得的16kg的改性淀粉，并将各原料搅拌分散均匀后，投入双螺旋挤出机中以160℃的温度熔融共混，挤出成胚并吹塑成型。

其中，本实施例的植物低聚肽由3kg的海藻低聚肽、10kg的大豆低聚肽以及5kg的马铃薯低聚肽组成，无机填料由3kg的硅藻土、3kg的高岭土、4kg的硅灰石组成，增塑剂选用邻苯二甲酸二辛酯增塑剂，其他原料的具体种类均与实施例1一致。

实施例6

一种基于聚羟基烷酸酯的全降解塑料瓶，其制备方法包括以下步骤：

(1)称取18kg的植物低聚肽，13kg的气相二氧化硅、35kg的水以及17kg的聚丙烯酸钠，并将各原料混合搅拌2h，在35±2℃下陈化24h后，挤出造粒并干燥，获得改性植物蛋白粉；

(2)称取15kg的淀粉、10kg的已内酰胺、22kg的磷酸氢锆以及48kg的乙二醇，以40KHZ超声分散18h，离心、干燥并过筛分散，获得改性淀粉；

(3)称取50kg的聚羟基烷酸酯、30kg的聚乳酸、10kg的无机填料、18kg的增塑剂，以及步骤(1)制得的25kg的改性植物蛋白粉、步骤(2)制得的18kg的改性淀粉，并将各原料搅拌分散均匀后，投入双螺旋挤出机中以160℃的温度熔融共混，挤出成胚并吹塑成型。

其中，本实施例的植物低聚肽由5kg的海藻低聚肽、8kg的大豆低聚肽以及5kg的马铃薯低聚肽组成，无机填料由3kg的硅藻土、3kg的高岭土、4kg的硅灰石组成，增塑剂由10kg的邻苯二甲酸二丁酯增塑剂、8kg的邻苯二甲酸二辛酯增塑剂组成，其他原料的具体种类均与实施例1一致。

对比例

对比例1

与实施例1的不同之处在于，对比例1的步骤(3)中以等质量的大豆低聚肽替换改性植物蛋白粉。

对比例2

与实施例1的不同之处在于，对比例2的步骤(3)中以等质量的淀粉替换成改性淀粉。

对比例3

与实施例1的不同之处在于，对比例3的步骤(3)中以等量的聚羟基烷酸酯替换成聚乳酸。

性能检测试验

根据《GB 4806.7-2016食品安全国家标准食品接触用塑料材料及制品》的规定检测实施例1-6的塑料瓶制品，测定总迁移量均≤10mg/dm²，高锰酸钾消耗量均≤10mg/kg，重金属(以Pb计)均≤1mg/kg，脱色试验均呈阴性，符合食品塑料制品的各项理化指标。

根据《GB/T 1040-92塑料拉伸试验方法》的规定检测实施例1-6塑料瓶制品以及对比例1-3塑料瓶制品的拉伸强度(Mpa)和断裂伸长率(％)。

取自然土壤搅拌均匀置于堆肥罐中，将实施例1-6制品以及对比例1-3制品进行堆肥处理，堆肥处理前先干燥至恒重后，称重记录(m₀)，每个制品堆肥深度均为50±5cm，制品堆肥点之间的水平距离大于50cm，堆放罐恒温28±1℃，土壤湿度65±3％，堆肥100天后，将塑料瓶以及筛选出尺寸大于5mm的塑料碎块一同取出，清除表面土壤灰尘并烘干至恒重，称重记录(m₁),计算降解质量损失率(％)，计算公式如下：

将实施例1-6塑料瓶制品以及对比例1-3塑料瓶制品的拉伸强度(Mpa)、断裂伸长率(％)以及降解质量损失率(％)的检测结果详见表1。

表1.性能检测结果

根据表1的检测数据可以看出，实施例1-6的塑料瓶制品拉伸强度、断裂伸长率相比普通的聚羟基烷酸酯塑料制品更高，并且实施例1-6的塑料瓶制品在100天的堆肥降解处理后降解质量损失率均大于85％，说明采用改性植物蛋白粉、改性淀粉、聚羟基烷酸酯、聚乳酸、无机填料、增塑剂制得的塑料瓶制品不仅具有可生物降解性，降解周期短，绿色环保，且其强度和韧度均处于较高的水平，具有更广的应用范围。

结合对比例1-6的检测数据进行对比可以看出，改性植物蛋白粉、改性淀粉以及聚乳酸的共同添加对应塑料瓶的降解效果、强度以及韧度具有显著的增强作用，说明采用改性植物蛋白粉、改性淀粉、聚羟基烷酸酯、聚乳酸原料之间相互作用，是使得塑料瓶具有较高的强度、韧度以及降解效果的关键所在。

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 (8)

1.一种基于聚羟基烷酸酯的全降解塑料瓶，其特征在于，按重量份计，其包括以下原料制成：

改性植物蛋白粉 25-30份；

改性淀粉 15-18份；

聚羟基烷酸酯 50-60份；

聚乳酸 27-32份；

无机填料 10-13份；

增塑剂 15-20份。

2.根据权利要求1所述的一种基于聚羟基烷酸酯的全降解塑料瓶，其特征在于，按重量份计，所述改性植物蛋白粉通过以下原料混合并干燥制得：15-20份的植物低聚肽、12-16份的气相二氧化硅、30-40份的水、15-20份的聚丙烯酸钠。

3.根据权利要求2所述的一种基于聚羟基烷酸酯的全降解塑料瓶，其特征在于，所述植物低聚肽包括海藻低聚肽、大豆低聚肽、马铃薯低聚肽的一种或多种的组合。

4.根据权利要求1所述的一种基于聚羟基烷酸酯的全降解塑料瓶，其特征在于，按重量份计，所述改性淀粉通过以下原料混合并干燥制得：14-16份的淀粉、10-12份的已内酰胺、18-22份的磷酸氢锆、40-50份的乙二醇。

5.根据权利要求1所述的一种基于聚羟基烷酸酯的全降解塑料瓶，其特征在于，所述无机填料为硅藻土、高岭土、硅灰石的一种或多种的组合。

6.根据权利要求1所述的一种基于聚羟基烷酸酯的全降解塑料瓶，其特征在于，所述增塑剂为磷酸酯类增塑剂。

7.根据权利要求6所述的一种基于聚羟基烷酸酯的全降解塑料瓶，其特征在于，所述磷酸酯类增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯的一种或两种的组合。

8.根据权利要求1-7任一项所述的一种基于聚羟基烷酸酯的全降解塑料瓶，其特征在于，其制备方法包括以下步骤：

（1）按配比称取改性植物蛋白粉的各原料，混合搅拌2-3h，在35±2℃下陈化24-36h后，挤出造粒并干燥，获得改性植物蛋白粉；

（2）按配比称取改性淀粉的各原料，35-40KHZ超声分散18-24h，离心、干燥并过筛分散，获得改性淀粉；

（3）按配比称取改性植物蛋白粉、改性淀粉、聚羟基烷酸酯、聚乳酸、无机填料、增塑剂，搅拌分散均匀后在160-180℃下熔融共混，挤出成胚并吹塑成型。