可控环境降解塑料母料制造技术

本发明专利技术公开了一种可控环境降解塑料母料，它分别由以下各重量份数的组份组成：矿粉３２～４２％、增容剂２２～２３％、低分子量聚乙烯３～４％、石蜡１～３％、硬脂酸１．５～２．５％、硬脂酸正丁酯（或环氧大豆油）４～６％、线性低密度聚乙烯５～７％、高密度聚乙烯７～１９％、催化剂（离子型）２％。本发明专利技术实现后与现有技术相比，具有可降解条件宽、降解速度快、降解效果好、不增加成本等优点。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到一种降解塑料的母料确切地说是一种可控环境降解塑料母料。现有的降解塑料主要有生物降解塑料、光降解塑料、光—生物双降解塑料三种，各种降解塑料均由母料与塑料共混制成。其中生物降解塑料大多数采用淀粉与塑料共混制造。淀粉具有结晶性、分子极性强、分子内和分子间都存在着很强的氢键，在通常情况下，很难与非极性聚合物(如聚乙烯)共混；淀粉还是一种热不稳定物质，在较高温度下其分子间脱水并进一步分解或碳化；淀粉分子上有羟基具有亲水性，含水量高(10～12％)。因此，必需对淀粉进行特殊化处理后才能与塑料共混。先用含有乙烯基三乙烯基硅烷改性剂对淀粉改性，再干燥除水。由于改性剂中的烷氧基可与淀粉中的羟基反应交联改变淀粉分子结构为网状，降低亲水性，提高抗热性和抗机械剪切力的能力，改善了它在聚乙烯中的分散性，在加少许甲基丙烯酸和EAA(乙烯-丙烯酸共聚物)、甘油(增塑剂)、聚乙烯，共挤出制成母料。在这个过程中，丙烯酸中的羧基不仅能与淀粉中的羟基形成氢键，而且在高温高压下能与淀粉中的羟基形成酯，而EAA中的乙烯链段与聚乙烯有很好的相容性。用此种方法制成的母料含淀粉65％，按照中国国家标准检测该母料的机械强度；拉伸强度7.8Mpa，断裂伸长率27％。用该母料与聚乙烯、增容剂(EAA)及助剂均匀混合，即可制成生物降解塑料。如果用于吹塑塑料薄膜，还要将淀粉特殊加工细化到600～800目(一般市售淀粉100～150目)。硅烷改性剂、交联剂、EAA都是昂贵的原料；对淀粉干燥除水和细化粒度等处理都要花费较大的代价；淀粉与塑料共混，淀粉量多薄膜强度不够，淀粉量少被塑料包覆很难被细菌食用，放在自然环境中降解时间太长，因此还必须添加促降的光敏剂，亦是所谓“双降解”。可以看到，生物降解塑料和光—生物双降解塑料造价高、制造流程长，薄膜强度偏低。光降解塑料多数是在塑料里添加光敏物质制成。光敏剂有两种，一种是光敏引发型，一种是过度金属离子催化型。光敏引发型本身含有羰基化合物质，在光物理光化学过程中易于吸光发生分解，形成自由基，敏化聚乙烯降解。过程是三线态的光敏剂A*(T1)还可以把能量传给氧原子，使其变成激发单线态氢过氧化物 自由基上述自由基又与大分子烃(RH)或氧(O2)反应生成新的自由基，周而复始，使氧化物反应自动催化按自由基链式反应进行。过渡金属离子型本身具有催化氢过氧化物分解的能力。过程是金属离子M++氢过氧化物自由基自由基一旦引发反应链上自由基形成，则链增长过程中即发生夺氧反应和敏化氧分子反映无论添加何种类型光敏剂，必须具备二个条件才能发挥作用，一是固体塑料的物理化学结构易于自由基扩散，二是塑料基体结构存在C-H弱键能够易于产生光化学过程。光敏剂添加量很少(一般千分之几)，有的光敏剂添加多了反而起稳定作用，即自由基之间相互结合形成非自由基物质，使降解的链式反应终止。量很少很难分散均匀，扩散速率再快也有限。因此，单纯地添加一点光敏剂，很难达到预期效果。在宏观上常见到，光降解塑料薄膜氧化诱导期长，薄膜即使降解为片状，小碎片薄膜仍有一定的强度，难于变成粉末状。光敏剂也是一种很昂贵的物质，有的在空气中还很不稳定，不好贮存。可以看到，光降解塑料既有它的局限性，又有造价高的缺点。现有的可降解塑料母料在使用过程中存在的主要问题是，利用该母料制成的降解塑料制品如薄膜的降解试验是要求薄膜与地面成45°角让太阳光直射在上面完成的，降解条件比较苛刻，与薄膜废弃环境条件相差很大，降解速度慢，降解效果差，它体现在第一无光照或光照很弱的条件下不能降解；第二在充分的自然光照射条件下，其降解时间一般也需要40天以上；第三在上述时间内降解后的塑料也仅能形成若干其有一定强度的碎片。本专利技术的目的是为人们提供一种可控环境降解塑料母料，以便使利用该母料制作的降解塑料降解条件宽、速度快、效果好、造价低。本专利技术目的是这样体现的，它分别由以下各重量份数的组份组成矿粉32～42％、增容剂22～23％，低分子量聚乙烯3～4％、石蜡1～3％、硬脂酸1.5～2.5％、硬脂酸正丁酯(或环氧大豆油)4～6％、线性低密度聚乙烯5～7％、高密度聚乙烯7～19％、催化剂(离子型)2％。本专利技术各组分的性能及作用如下矿粉是无机促降物资。据资料报导〖6〗由于矿粉中的羰基对周围的树脂有一定的加速老化作用，因此，可以用来制造价格低廉的光降解地膜。矿粉的吸水约为0.8％，用于活化矿粉的硬脂酸中的-CooH基与矿粉表面的-OH基反应生成酯 膜包覆矿粉，提高了矿粉与塑料的相容性。而硬脂酸和酯都含有羰基(C-O)，因此，矿粉能将羰基或硬脂酸大面地分布在塑料里从而加速了塑料的老化。硬脂酸〖CH2(CH2)15-C-OH〗，分子量284.47，属于高级脂肪酸。据资料报道〖7〗，脂肪酸、环氧大豆油、环氧脂肪酸是酶菌的营养源。淀粉、甘油、硬脂酸是易于生物降解物质。硬脂酸已做为光降解促进剂在使用。用硬脂酸活化矿粉能增加与树脂的相容性，同时，它还具有润滑作用，可以降低熔体粘度，改善流动性。石蜡，分子量280～560(C20～C40)。据资料报导〖8〗少量石蜡和油酸可使聚乙烯薄膜发生降解。在石蜡存在时，阳光照射可使石蜡和聚乙烯链之间形成键，此种键对聚乙烯降解有很强的促进作用。石蜡烃还易受微生物侵蚀，而且有害菌种比环状化合物多。〖9〗可供酶菌代谢的烯烃最大分子量仅约500左右。因此，石蜡析出在塑料表面，在有水和氧的条件下酶菌即可生存繁殖。低分子量聚乙烯，平均分子量2000～5000，与聚乙烯相容性好，做为分散剂处理矿粉，提高矿粉与聚乙烯的相容性，使矿粉在聚乙烯中分散均匀。据资料报导〖10〗当聚乙烯分子量降低到5000以下，小分子键上就会接技上许多羰基，变成亲水物质，而回归自然界。引入亲水基为酶菌的渗入和存在创造了条件，同时，也是光氧化和热氧化形成自由基的薄弱点。硬脂酸正丁酯(或环氧大豆油)是对微生物高度敏感的增塑剂。但是聚乙烯是结晶型或半结晶型高聚物，在结晶过程中增塑剂便析出，很难加入。因此，配方中加了吸油或增塑剂的增容剂，增加了与聚乙烯相容性，还可以有效地增加聚乙烯的韧性。这样不但达到了添加增塑剂的目的，还弥补了因添加矿粉使聚乙烯韧性降低的缺点。被降解的塑料薄膜小碎片中的聚乙烯分子量已经变小，可生物降解物质极易扩散到表面，当碎片埋入土壤里时，酶菌可以在土壤与塑料界面处繁殖生存，侵蚀塑料，将塑料进一步降解直至分解为H2o和Co2。据资料报导〖5〗有人根据测定酶菌的吸收纯氧的方法，由所得的数据推算，低分子量(约2000)的含羰基的光降解聚乙烯在与土壤接触中被微生物所降解，样品与酶菌完全生物降解的时间大约为4年。增容剂是橡胶态的聚丁二烯B做为中心嵌段，两端是玻璃态的聚苯乙烯S的嵌段。聚丁二烯具有不饱和性(有双键)，与这些双键毗连的碳原子上结合的H易受到游离基的攻击而成为氧化的弱点。因此。它是易光氧化降解物质。矿粉、增容剂、低分子量聚乙烯都可以增加无定形区，有利于自由基的扩散和反应。据资料报导〖9〗聚合物降解反应主要发生在无定形区。其氧化速率受扩散支配无定形聚合物要比结晶聚合物发生的更快。配方中各组份不但本身发挥作用，还能相互补充、相辅相成，起协同作用，使材料的综合性能不受影响，保持较好的机械强度和可降解的能力。将本文档来自技高网...

【技术保护点】
可控环境降解塑料母料，特征在于它以下各种重量份数的组份组成，矿粉３２～４２％、增容剂２２～２３％、低分子量聚乙烯３～４％、石蜡１～３％、硬脂酸１．５～２．５％、硬脂酸正丁酯（或环氧大豆油）４～６％、线性低密度聚乙烯５～７％、高密度聚乙烯７～１９％、催化剂（离子型）２％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘永丰，
申请(专利权)人：刘永丰，
类型：发明
国别省市：21[中国|辽宁]