一種可生物降解的塑料編織袋生產(chǎn)工藝

王仁龍 整理

一、概述

塑料編織袋具有穩(wěn)定性強(qiáng)、質(zhì)輕、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于肥料、化工產(chǎn)品、農(nóng)產(chǎn)品等物質(zhì)的包裝，給人類(lèi)生活帶來(lái)了極大的方便，但是由于通用塑料編織袋原料主要為：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等，本身化學(xué)穩(wěn)定性高，當(dāng)期被舍棄后會(huì)在環(huán)境中長(zhǎng)期穩(wěn)定存在，造成大量塑料廢棄物在環(huán)境中的積累，給環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重的危害。

可降解塑料有望解決塑料廢棄物的污染問(wèn)題，可降解塑料在陽(yáng)光、氧氣、微生物等自然環(huán)境條件影響下，塑料的外觀發(fā)生明顯變化，力學(xué)性能發(fā)生明顯的降低，含氧化合物被引入到塑料中，使塑料分子量降低，最后被自然界的微生物分解?？山到馑芰洗环矫嬉哂幸欢ǖ膹?qiáng)度和耐用性，另一方面又需要可降解，因此開(kāi)發(fā)一種在特定條件下可降解的塑料成為當(dāng)前的熱點(diǎn)。目前研究較多的可降解塑料有光降解塑料、生物降解塑料和熱氧-生物降解塑料，光降解塑料需要在光照條件下，利用紫外線對(duì)塑料進(jìn)行分解，廢棄塑料編織袋一般被埋藏在垃圾內(nèi)，光照機(jī)會(huì)較低，所以光降解不能作為主要手段；熱氧-生物降解首先利用塑料編織袋廢棄掩埋后積累的熱量，使塑料發(fā)生熱氧降解，繼而引發(fā)生物降解，降解效率較高。本文介紹了一種可生物降解的塑料編織袋生產(chǎn)工藝，具有可生物降解的同時(shí)具有較高拉伸強(qiáng)度的效果。

二、技術(shù)方案

本技術(shù)的技術(shù)方案包括以下步驟：

S1可生物降解母粒制備：將聚乙烯、硬脂酸錳、改性麥飯石、丙二醇脂肪酸酯、微晶石蠟、偶聯(lián)劑投入到攪拌機(jī)內(nèi)混合均勻，再經(jīng)過(guò)雙螺旋擠出機(jī)擠出造粒，得到可生物降解母粒；

S2原料共混：將S1步驟中得到的可生物降解母粒、聚乙烯顆粒、填充母料、增塑劑、成核劑投入到混料機(jī)內(nèi)攪拌，混料溫度為110-120℃，混合時(shí)間為5分鐘；

S3拉絲工藝：經(jīng)過(guò)S2步驟的混合后的物料進(jìn)入擠出機(jī)中，在料筒加熱和螺桿剪切作用下，經(jīng)過(guò)塑化、熔融、均化后從模頭擠出形成薄膜，然后經(jīng)過(guò)30-40℃水冷卻定型后，采用刀片切割成胚絲，胚絲經(jīng)過(guò)熱輥加熱牽引拉伸成扁絲，最后采用收卷機(jī)收絲成卷；

S4制袋工藝：將成卷的扁絲通過(guò)圓織機(jī)織成圓筒形編織袋，然后經(jīng)過(guò)印刷、裁割成一條條的編織袋，最后采用縫紉設(shè)備縫紉袋口，制成成品編織袋。

通過(guò)采用上述技術(shù)方案，在塑料編織袋原料中添加了可生物降解母粒，可生物降解母粒中含有硬脂酸錳，具有熱降解促進(jìn)作用；改性麥飯石含有微生物所需的全部常量元素，如K、Na、Ca、Mg、Cu、Mo等，具有較好的生物活性，有利于微生物附著和生長(zhǎng)，塑料編織袋在硬脂酸錳的作用下發(fā)生熱解后變成小分子，附著在麥飯石上的微生物對(duì)小分子進(jìn)一步進(jìn)行生物降解，最終將廢棄塑料編織袋分解成CO2和H2O；塑料編織袋原料主要有聚乙烯制成，添加了填充母料、增塑劑和成核劑可使塑料編織袋具有較高的強(qiáng)度和抗拉伸性能。

所述改性麥飯石制備方法包括以下步驟：

S1粉碎：將麥飯石在220-250℃的溫度下焙燒1-2h，冷卻至室溫后，經(jīng)過(guò)粉碎機(jī)粉碎后，得到麥飯石顆粒；

S2改性：將S1步驟中得到的麥飯石顆粒在4-6 mol/L的NaOH溶液中攪拌混合1-2 h，然后過(guò)濾，采用去離子水清洗至中性，最后在120℃的溫度下活化2 h后得到NaOH改性麥飯石；

S3負(fù)載TiO2：凝膠法制備TiO2溶膠，將S2步驟中得到的NaOH改性麥飯石放入所述TiO2溶膠中混合攪拌4 h后置于干燥箱中干燥2 h，將烘干后的物料經(jīng)過(guò)微粉粉碎機(jī)粉碎，過(guò)300-400目篩后得到麥飯石微粉，然后將麥飯石微粉置于400-430℃的馬弗爐中高溫煅燒2 h，制得TiO2負(fù)載改性麥飯石。

通過(guò)采用上述技術(shù)方案，麥飯石在高溫下焙燒可使麥飯石孔隙率變高，增強(qiáng)麥飯石吸附能力；采用NaOH改性后，可將麥飯石孔隙中的SiO2晶粒拖出，增加麥飯石孔隙體積，有利于后續(xù)負(fù)載TiO2；在麥飯石上負(fù)載TiO2可吸收太陽(yáng)光中的紫外線，通過(guò)空氣中的氧和水作用，產(chǎn)生活潑的自由基，對(duì)廢棄塑料編織袋進(jìn)行氧化分解。

所述步驟S1中可生物降解母粒原料的成分按質(zhì)量份計(jì)為：聚乙烯10份、硬脂酸錳10-20份、改性麥飯石5-15份、丙二醇脂肪酸酯0.4-0.6份、微晶石蠟0.1-0.2份、偶聯(lián)劑30-40份。

采用丙二醇脂肪酸酯和微晶石蠟共同作為分散劑，具有潤(rùn)滑性和熱穩(wěn)定性高、分散性好的效果，可使改性麥飯石均勻的分散在可生物降解母料中。

所述偶聯(lián)劑為聚乙烯醇、硬脂酸、硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯中的一種或多種的混合物。

所述步驟S2中原料的成分按質(zhì)量份計(jì)：可生物降解母粒10-30份、聚乙烯顆粒100份、填充母料15-20份、增塑劑10-20份、成核劑0.1-0.2份。

所述填充母料為重質(zhì)碳酸鈣、木質(zhì)素、淀粉的混合物。填充母料中的木質(zhì)素具有良好的負(fù)載能力，可改善聚乙烯塑料編織袋的強(qiáng)度，且木質(zhì)素和淀粉均可生物降解，為環(huán)保無(wú)害的填料。

所述增塑劑為乙酰檸檬酸三丁酯、對(duì)苯二甲酸二辛酯、環(huán)氧大豆油中的一種或多種混合物。乙酰檸檬酸三丁酯、對(duì)苯二甲酸二辛酯、環(huán)氧大豆油均為環(huán)保增塑劑，安全無(wú)毒，增強(qiáng)聚乙烯塑料編織袋的同時(shí)不會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害。

三、有益效果

1. 在聚乙烯塑料編織袋原料中添加了硬脂酸錳和改性麥飯石，使塑料編織袋具有可熱解-生物氧化降解性能，廢棄塑料編織袋被填埋后會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，塑料編織袋在硬脂酸錳的熱降解促進(jìn)作用下，分解成小分子，改性麥飯石含有微生物所需的全部常量元素，如K、Na、Ca、Mg、Cu、Mo等，具有較好的生物活性，有利于微生物附著和生長(zhǎng)，微生物可將塑料編織袋熱解產(chǎn)生的小分子進(jìn)一步氧化分解成CO2和H2O，實(shí)現(xiàn)塑料編織袋的完全降解。

2. 微晶石蠟潤(rùn)滑性和熱穩(wěn)定性較好，但是分散性較差，丙二醇脂肪酸酯與微晶石蠟并用可獲得較好的分散效果，可使改性麥飯石均勻的分散在塑料編織袋中，提高塑料編織袋降解效率。

3. 改性麥飯石上負(fù)載有TiO2，在光照條件下，可吸收太陽(yáng)光中的紫外線，通過(guò)空氣中的氧和水作用，產(chǎn)生活潑的自由基，對(duì)廢棄塑料編織袋進(jìn)行氧化分解成小分子，有利于微生物利用，提高微生物降解效率；TiO2負(fù)載在麥飯石上，塑料編織袋經(jīng)過(guò)光氧化后產(chǎn)生的小分子可直接被麥飯石上的微生物利用，提高了塑料編織袋降解效率。

四、具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

一種可生物降解的塑料編織袋生產(chǎn)工藝，可生物降解母粒原料各組分如表1所示，其中偶聯(lián)劑選用聚乙烯醇，塑料編織袋原料各組分如表2所示，其中填充母料成分按質(zhì)量分份計(jì)為重質(zhì)碳酸鈣10份、木質(zhì)素10份、淀粉的混合物10份，增塑劑選用乙酰檸檬酸三丁酯。

改性麥飯石制備方法如下：

S1粉碎：將麥飯石在220℃的溫度下焙燒2 h，冷卻至室溫后，經(jīng)過(guò)粉碎機(jī)粉碎后，得到麥飯石顆粒；

S2改性：將S1步驟中得到的麥飯石顆粒在4mol/L的NaOH溶液中攪拌混合2 h，然后過(guò)濾，采用去離子水清洗至中性，最后在120℃的溫度下活化2 h后得到NaOH改性麥飯石；

S3負(fù)載TiO2：凝膠法制備TiO2溶膠，將S2步驟中得到的NaOH改性麥飯石放入所述TiO2溶膠中混合攪拌4 h后置于干燥箱中干燥2 h，將烘干后的物料經(jīng)過(guò)微粉粉碎機(jī)粉碎，過(guò)300-400目篩后得到麥飯石微粉，然后將麥飯石微粉置于400℃的馬弗爐中高溫煅燒2h，制得TiO2負(fù)載麥飯石。

實(shí)施例2

一種可生物降解的塑料編織袋生產(chǎn)工藝，可生物降解母粒原料內(nèi)各組分如表1所示，其中偶聯(lián)劑選用聚乙烯醇和硬脂酸，塑料編織袋原料內(nèi)各組分如表2所示，其中填充母料成分按質(zhì)量分份計(jì)為重質(zhì)碳酸鈣10份、木質(zhì)素10份、淀粉的混合物10份，增塑劑選用對(duì)苯二甲酸二辛酯。

改性麥飯石制備方法如下：

S1粉碎：將麥飯石在230℃的溫度下焙燒1.5 h，冷卻至室溫后，經(jīng)過(guò)粉碎機(jī)粉碎后，得到麥飯石顆粒；

S2改性：將S1步驟中得到的麥飯石顆粒在5mol/L的NaOH溶液中攪拌混合1 h，然后過(guò)濾，采用去離子水清洗至中性，最后在120℃的溫度下活化2 h后得到NaOH改性麥飯石；

S3負(fù)載TiO2：凝膠法制備TiO2溶膠，將S2步驟中得到的NaOH改性麥飯石放入所述TiO2溶膠中混合攪拌4 h后置于干燥箱中干燥2 h，將烘干后的物料經(jīng)過(guò)微粉粉碎機(jī)粉碎，過(guò)300-400目篩后得到麥飯石微粉，然后將麥飯石微粉置于420℃的馬弗爐中高溫煅燒2 h，制得TiO2負(fù)載麥飯石。

實(shí)施例3

一種可生物降解的塑料編織袋生產(chǎn)工藝，可生物降解母粒原料內(nèi)各組分如表1所示，其中偶聯(lián)劑選用硅烷偶聯(lián)劑，塑料編織袋原料內(nèi)各組分如表2所示，其中填充母料成分按質(zhì)量分份計(jì)為重質(zhì)碳酸鈣10份、木質(zhì)素10份、淀粉的混合物10份，增塑劑選用環(huán)氧大豆油。

改性麥飯石制備方法如下：

S1粉碎：將麥飯石在250℃的溫度下焙燒1h，冷卻至室溫后，經(jīng)過(guò)粉碎機(jī)粉碎后，得到麥飯石顆粒；

S2改性：將S1步驟中得到的麥飯石顆粒在6mol/L的NaOH溶液中攪拌混合1 h，然后過(guò)濾，采用去離子水清洗至中性，最后在120℃的溫度下活化2 h后得到NaOH改性麥飯石；

S3負(fù)載TiO2：凝膠法制備TiO2溶膠，將S2步驟中得到的NaOH改性麥飯石放入所述TiO2溶膠中混合攪拌4 h后置于干燥箱中干燥2 h，將烘干后的物料經(jīng)過(guò)微粉粉碎機(jī)粉碎，過(guò)300-400目篩后得到麥飯石微粉，然后將麥飯石微粉置于430℃的馬弗爐中高溫煅燒2 h，制得TiO2負(fù)載麥飯石。

實(shí)施例5

一種可生物降解的塑料編織袋生產(chǎn)工藝，與實(shí)施例2不同之處在于可生物降解母粒原料的成分按質(zhì)量份計(jì)為：聚乙烯10份、硬脂酸錳15份、改性麥飯石10份、TiO210份、丙二醇脂肪酸酯0.5份、微晶石蠟0.15份、偶聯(lián)劑35份，其中偶聯(lián)劑選用聚乙烯醇和硬脂酸，塑料編織袋原料內(nèi)各組分如表2所示，其中填充母料成分按質(zhì)量分份計(jì)為重質(zhì)碳酸鈣10份、木質(zhì)素10份、淀粉的混合物10份，增塑劑選用對(duì)苯二甲酸二辛酯。

改性麥飯石制備方法如下：

S1粉碎：將麥飯石在250℃的溫度下焙燒1h，冷卻至室溫后，經(jīng)過(guò)粉碎機(jī)粉碎后，得到麥飯石顆粒；

S2改性：將S1步驟中得到的麥飯石顆粒在6mol/L的NaOH溶液中攪拌混合1 h，然后過(guò)濾，采用去離子水清洗至中性，最后在120℃的溫度下活化2h后得到NaOH改性麥飯石；

實(shí)施例6

一種可生物降解的塑料編織袋生產(chǎn)工藝，可生物降解母粒原料內(nèi)各組分如表1所示，與實(shí)施例2的不同之處在于可生物降解母粒原料中未添加改性麥飯石，塑料編織袋原料內(nèi)各組分如表2所示，其中填充母料成分按質(zhì)量分份計(jì)為重質(zhì)碳酸鈣10份、木質(zhì)素10份、淀粉的混合物10份，增塑劑選用鈦酸酯。

實(shí)施例7

一種可生物降解的塑料編織袋生產(chǎn)工藝，與實(shí)施例2的不同之處在于可生物降解母粒原料的成分按質(zhì)量份計(jì)為：聚乙烯10份、硬脂酸錳15份、改性麥飯石10份、微晶石蠟0.2份、偶聯(lián)劑35份，其中偶聯(lián)劑選用硅烷偶聯(lián)劑，塑料編織袋原料如表2所示，其中填充母料成分按質(zhì)量分份計(jì)為重質(zhì)碳酸鈣10份、木質(zhì)素10份、淀粉的混合物10份，增塑劑選用對(duì)乙酰檸檬酸三丁酯。

改性麥飯石制備方法如下：

S1粉碎：將麥飯石在230℃的溫度下焙燒1.5 h，冷卻至室溫后，經(jīng)過(guò)粉碎機(jī)粉碎后，得到麥飯石顆粒；

S2改性：將S1步驟中得到的麥飯石顆粒在5mol/L的NaOH溶液中攪拌混合1 h，然后過(guò)濾，采用去離子水清洗至中性，最后在120℃的溫度下活化2 h后得到NaOH改性麥飯石；

S3負(fù)載TiO2：凝膠法制備TiO2溶膠，將S2步驟中得到的NaOH改性麥飯石放入所述TiO2溶膠中混合攪拌4 h后置于干燥箱中干燥2 h，將烘干后的物料經(jīng)過(guò)微粉粉碎機(jī)粉碎，過(guò)300-400目篩后得到麥飯石微粉，然后將麥飯石微粉置于420℃的馬弗爐中高溫煅燒2h，制得TiO2負(fù)載麥飯石。

實(shí)施例8

一種可生物降解的塑料編織袋生產(chǎn)工藝，與實(shí)施例2的不同之處在于可生物降解母粒原料的成分按質(zhì)量份計(jì)為：聚乙烯10份、硬脂酸錳15份、改性麥飯石10份、丙二醇脂肪酸酯0.6份、偶聯(lián)劑35份，其中偶聯(lián)劑選用硅烷偶聯(lián)劑，塑料編織袋原料成分如表2所示，其中填充母料成分按質(zhì)量分份計(jì)為重質(zhì)碳酸鈣10份、木質(zhì)素10份、淀粉的混合物10份，增塑劑選用對(duì)乙酰檸檬酸三丁酯。

改性麥飯石制備方法如下：

S1粉碎：將麥飯石在230℃的溫度下焙燒1.5h，冷卻至室溫后，經(jīng)過(guò)粉碎機(jī)粉碎后，得到麥飯石顆粒；

S2改性：將S1步驟中得到的麥飯石顆粒在5mol/L的NaOH溶液中攪拌混合1 h，然后過(guò)濾，采用去離子水清洗至中性，最后在120℃的溫度下活化2 h后得到NaOH改性麥飯石；

S3負(fù)載TiO2：凝膠法制備TiO2溶膠，將S2步驟中得到的NaOH改性麥飯石放入所述TiO2溶膠中混合攪拌4 h后置于干燥箱中干燥2h，將烘干后的物料經(jīng)過(guò)微粉粉碎機(jī)粉碎，過(guò)300-400目篩后得到麥飯石微粉，然后將麥飯石微粉置于420℃的馬弗爐中高溫煅燒2 h，制得TiO2負(fù)載麥飯石。

表1 本技術(shù)中可生物降解母粒原料內(nèi)各組分

表2 本技術(shù)中塑料編織袋原料成分

表3 紫外線光照后的失重率和微生物降解率

對(duì)實(shí)施例1-實(shí)施8中制成的塑料編織袋制備測(cè)試樣條，經(jīng)過(guò)紫外線光照10 d后，再置于水性培養(yǎng)液中孵化60 d，測(cè)試塑料編織袋樣條的失重率和微生物降解率，試驗(yàn)結(jié)果如下表3。

對(duì)實(shí)施例1-實(shí)施8中制成的塑料編織袋制備測(cè)試樣條，在模擬堆肥條件下熱解10 d后，再置于水性培養(yǎng)液中孵化60 d，測(cè)試塑料編織袋樣條的失重率和微生物降解率，試驗(yàn)結(jié)果如下表4所示。

表3中，實(shí)施例1-實(shí)施例3是改變可生物降解母粒和塑料編織袋原料配方用量所得到的在光-生物降解條件下的失重率和生物降解率，可以得出在實(shí)施例2的條件下，測(cè)試樣條失重率和生物降解率最高。

表4 模擬堆肥熱解后的失重率和微生物降解率

表4中，實(shí)施例1-實(shí)施例3是改變可生物降解母粒和塑料編織袋原料配方用量所得到的在熱解-生物降解條件下的失重率和生物降解率，可以得出在實(shí)施例2的條件下，測(cè)試樣條失重率和生物降解率最高，因此較佳的可生物降解母粒配方為聚乙烯10份、硬脂酸錳15份、改性麥飯石10份、丙二醇脂肪酸酯0.5份、微晶石蠟0.15份、偶聯(lián)劑35份；較佳的塑料編織袋原料配方為可生物降解母粒20份、聚乙烯顆粒100份、填充母料17份、增塑劑15份、成核劑0.15份。

實(shí)施例5中改性麥飯石沒(méi)有負(fù)載TiO2，而是將TiO2直接添加在可生物降解母料中，從表3可以看出，實(shí)施例5的失重率與實(shí)施例2相差不大，但是微生物降解率降低較多，說(shuō)明TiO2負(fù)載在麥飯石上，塑料編織袋經(jīng)過(guò)光氧化后產(chǎn)生的小分子可直接被麥飯石上的微生物利用，提高了塑料編織袋降解效率。

實(shí)施例6相對(duì)于實(shí)施例2沒(méi)添加麥飯石，從表4中可以看出，不添加麥飯石微生物降解速率大大降低，改性麥飯石含有微生物所需的全部常量元素，如K、Na、Ca、Mg、Cu、Mo等，具有較好的生物活性，有利于微生物附著和生長(zhǎng)，微生物可將塑料編織袋熱解產(chǎn)生的小分子進(jìn)一步氧化分解成CO2和H2O，實(shí)現(xiàn)塑料編織袋完全降解。

實(shí)施例7和實(shí)施例8中將丙二醇脂肪酸酯或微晶石蠟單獨(dú)作為分散劑使用，從表3和表4中可以看出，塑料編織袋的失重率和微生物降解塑料均降低，丙二醇脂肪酸酯與微晶石蠟并用可獲得較好的分散效果，可使改性麥飯石均勻的分散在塑料編織袋中，提高塑料編織袋降解效率。