一种全降解绿色塑料母粒及其制备方法技术

一种全降解绿色塑料母粒及其制备方法，属于高分子材料制备技术领域。本发明专利技术以聚乙烯为高分子基体，采用冷磨应力引发高分子接枝聚合改性，同时将可见光填料、多孔性填料和微生物营养添加剂均匀反应性包覆其中，添加双(3,4‑二甲基苯亚甲基)山梨醇和甘油作为增透增柔改性调理剂，形成稳定的多功能易降解高分子复合材料，该复合材料能引发自氧化降解、热氧化降解、自然光降解、亲水降解和生物降解等多种降解方式协同进行。将所得复合材料通过一步法熔融挤出造粒制得全降解绿色塑料母粒，能完全降解生成二氧化碳和水，可以直接吹膜制得成品使用；也可以作为母料添加进其它高分子基体中去，实现混合高分子材料的多重降解功能。本发明专利技术工艺简单、节能高效、绿色无污染。

A fully degradable green plastic masterbatch and its preparation method

The invention relates to a fully degradable green plastic masterbatch and a preparation method thereof, belonging to the technical field of preparing macromolecule materials. The present invention takes polyethylene as a polymer matrix, uses cold grinding stress to initiate polymer graft copolymerization modification, and coats visible light filler, porous filler and microbial nutrient additive uniformly and reactively, adds bis(3,4 Dimethylphenylene methylene) sorbitol and glycerol as a modification conditioner to enhance transparency and flexibility, and forms a stable multi-functional and degradable polymer composite material. Composite materials can initiate self-oxidation degradation, thermal oxidation degradation, natural photodegradation, hydrophilic degradation and biodegradation. The green plastic masterbatch can be degraded to carbon dioxide and water by one-step melt extrusion granulation, and can be directly blown to produce finished products. It can also be added into other polymer matrix as masterbatch to realize the multiple degradation function of mixed polymer materials. The invention has the advantages of simple process, energy saving, high efficiency, green and pollution-free.

【技术实现步骤摘要】
一种全降解绿色塑料母粒及其制备方法
本专利技术涉及一种全降解绿色塑料母粒及其制备方法，具体涉及一种易降解高分子复合材料及其制备方法，属于高分子材料制备

技术介绍
因为大部分塑料一次性消费使用后即被丢弃，而塑料产品由于结构稳定、在自然环境中可能数十至数百年不会被分解，因此塑料废物污染引发了世界性环境难题。2013年全球消费2.99亿吨塑料，聚乙烯类塑料约占塑料消费总量的60%，常见的包装袋、垃圾袋、塑料饭盒、咖啡杯、农膜等均为聚乙烯类制品。全世界每年有约4000万吨的废弃聚乙烯塑料在环境中积累,中国每年约有200万吨废弃聚乙烯塑料留在环境里。自然降解时间过长是制约聚乙烯材料发展和应用的一个重要问题，研发可降解聚乙烯材料是解决该问题的有效途径。现有的单一因素聚乙烯降解技术各有优缺点：光降解聚乙烯材料加工成本低，工艺技术方面成熟，目前应用比较广泛，但是紫外光的波长范围广，而特定的光降解剂只对特定波段紫外光产生作用；此外，受地理位置和气候的影响，紫外光的强度和波长会发生无规律的变化，因此，单一品种的光降解剂一般只能在特定地区和特定时间内使用，降解过程受天气影响大；生物降解聚乙烯材料具有无毒、生产过程污染轻和生物相容性好等优点，但是生物降解聚乙烯材料自身存在一些缺陷，如机械强度较差、耐热性和耐水性均不佳，再加上生产成本高，使生物降解聚乙烯材料的大规模应用受到制约。为彻底解决聚乙烯材料难降解的问题，需制备出多种降解因素协同作用的可降解聚乙烯材料，为解决聚乙烯废弃物提供绿色无公害技术，从而降低聚乙烯废弃物对环境的污染和破坏。高能球磨法利用反应粒子在超细磨过程中产生晶格缺陷、晶形转变和非晶化作用而使晶体内能升高、物质内部形成裂纹来活化反应粒子，在表面化学键断裂形成的不饱和键、自由离子和电子的作用下,最终实现反应。高分子在应力的诱导作用下，可以产生大分子自由基，从而在常温冷磨状态下即可实现降解、接枝、嵌段、交联和引入其它官能团等反应。另外，固相应力场能诱导引发常规化学方法难以或无法进行的化学反应,制备一般化学方法和加工手段不能得到的具有特殊性能的材料,在材料研究领域成为热点技术，是高分子材料的制备和改性领域的一种绿色环保、节能高效的新技术手段。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术不足之处，提供一种全降解绿色塑料母粒及其制备方法，其采用冷磨应力引发接枝聚合改性高分子材料，制备全降解绿色塑料母粒。母粒能引发自氧化降解、自由基降解、光降解、亲水降解和生物降解等多种降解方式协同进行，使聚乙烯塑料具有优良的降解性能，在使用期过后，能快速转化为二氧化碳、水和腐殖质，进入自然界碳循环，完成完全降解。本专利技术的技术方案，一种全降解绿色塑料母粒，按质量比例计配方如下：双(3,4-二甲基苯亚甲基)山梨醇︰甘油︰聚乙烯︰聚乳酸︰丙交酯︰纳米氧化锌︰微生物营养添加剂︰环氧基硅烷偶联剂︰马来酸酐︰聚丙烯酸︰聚丙烯酰胺︰羟基磷灰石︰聚甲基乙烯基醚︰呋喃酮︰增塑剂︰自由基引发剂的质量比为：0.001～0.008︰0.01～0.05︰10～30︰1～5︰0.001～0.006︰0.01～0.07︰0.02～0.08︰1～3︰1～3︰0.1～0.5︰0.1～0.5︰1︰0.001～0.005︰0.001～0.002︰1～3︰0.001～0.003。进一步地，所述聚乙烯为高密度聚乙烯、低密度聚乙烯或线性低密度聚乙烯。进一步地，所述微生物营养添加剂为油酰基谷氨酸、月桂酰基谷氨酸、月桂酰基谷氨酸钠或油酸二乙醇酰胺磷酸酯。进一步地，所述环氧基硅烷偶联剂为KH560，即g-（2,3-环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷。进一步地，所述增塑剂为新戊基多元醇多元酯或新戊基多元醇混合酸酯。进一步地，所述自由基引发剂为过氧化苯甲酰或过氧化二异丙苯。所述全降解绿色塑料母粒的制备方法，步骤如下：（1）改性高分子的制备：将原料组分按质量比配料，双(3,4-二甲基苯亚甲基)山梨醇︰甘油︰聚乙烯︰聚乳酸︰丙交酯︰纳米氧化锌︰微生物营养添加剂︰环氧基硅烷偶联剂︰马来酸酐︰聚丙烯酸︰聚丙烯酰胺︰羟基磷灰石︰聚甲基乙烯基醚︰呋喃酮︰增塑剂︰自由基引发剂的质量比为：0.001～0.008︰0.01～0.05︰10～30︰1～5︰0.001～0.006︰0.01～0.07︰0.02～0.08︰1～3︰1～3︰0.1～0.5︰0.1～0.5︰1︰0.001～0.005︰0.001～0.002︰1～3︰0.001～0.003，加入高速搅拌机中，以800～1000r/min充分混合10min，得混合料，将混合料加入到行星球磨机中，在料球比1︰2～5和1︰2的转速比下振磨混合反应40～100min，制得改性高分子；（2）全降解绿色塑料母粒的制备：将步骤（1）制备所得改性高分子在双螺杆挤出机中进行熔融改性，操作温度为170～200℃，螺杆转速60～80r/min下，熔融共混挤出造粒，得所述全降解绿色塑料母粒。所述双螺杆挤出机直径：f=20mm，长径比L/D=36︰1。本专利技术的有益效果：本专利技术以聚乙烯为高分子基体，采用冷磨应力引发高分子接枝聚合改性，同时将可见光填料、多孔性填料和微生物营养添加剂均匀反应性包覆其中，形成稳定的多功能易降解高分子复合材料，添加双(3,4-二甲基苯亚甲基)山梨醇和甘油作为增透增柔改性调理剂，实现了复合材料优良的综合性能，同时实现自氧化降解、热氧化降解、自然光降解、亲水降解和生物降解多因子协同增效的降解功能，将所得复合材料通过一步法熔融挤出造粒制得全降解绿色塑料母粒，能完全降解生成二氧化碳和水，可以直接吹膜制得成品使用；也可以作为母料添加进其它的高分子基体中去，实现混合高分子材料的多重降解功能。本专利技术塑料母粒的制备工艺简单、节能高效、绿色无污染。具体实施方式下面结合实施例，对本专利技术作进一步说明，但本专利技术的应用不限于此。实施例所用同向双螺杆挤出机：KS20，昆山科信橡塑机械有限公司（直径：f=20mm，长径比L/D=36︰1）；行星球磨机：XQM-2L型，北京鑫骉腾达仪器设备有限公司；万能材料试验机：1185，英国Instron公司；新戊基多元醇多元酯或新戊基多元醇混合酸酯（聊城瑞捷化学有限公司）；高密度聚乙烯（牌号，HD5502S，华锦化工）；低密度聚乙烯（牌号LD165，燕山石化）；低密度聚乙烯（牌号2100TN00，齐鲁石化）；线性低密度聚乙烯（牌号118N，沙特SABIC）；线性低密度聚乙烯（牌号9085，天津联合）；双(3,4-二甲基苯亚甲基)山梨醇（湖北实顺生物科技有限公司）；如无特别说明，其它所用原料均为市售商品。实施例1全降解绿色塑料母粒的制备（1）改性高分子的制备：将原料组分按质量比配料，双(3,4-二甲基苯亚甲基)山梨醇︰甘油︰高密度聚乙烯（牌号，HD5502S，华锦化工）︰聚乳酸︰丙交酯︰纳米氧化锌︰油酰基谷氨酸︰KH560︰马来酸酐︰聚丙烯酸︰聚丙烯酰胺︰羟基磷灰石︰聚甲基乙烯基醚︰呋喃酮︰新戊基多元醇多元酯︰过氧化苯甲酰的质量比为：0.001︰0.01︰10︰1︰0.001︰0.01︰0.02︰1︰1︰0.1︰0.1︰1︰0.001︰0.001︰1︰0.001；加入高速搅拌机中，以800r/min充分混合10min，得混合料，将混合料加入到行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全降解绿色塑料母粒，其特征在于按质量比例计配方如下：双(3,4‑二甲基苯亚甲基)山梨醇︰甘油︰聚乙烯︰聚乳酸︰丙交酯︰纳米氧化锌︰微生物营养添加剂︰环氧基硅烷偶联剂︰马来酸酐︰聚丙烯酸︰聚丙烯酰胺︰羟基磷灰石︰聚甲基乙烯基醚︰呋喃酮︰增塑剂︰自由基引发剂的质量比为：0.001～0.008︰0.01～0.05︰10～30︰1～5︰0.001～0.006︰0.01～0.07︰0.02～0.08︰1～3︰1～3︰0.1～0.5︰0.1～0.5︰1︰0.001～0.005︰0.001～0.002︰1～3︰0.001～0.003。

【技术特征摘要】
2018.02.05 CN 20181010900411.一种全降解绿色塑料母粒，其特征在于按质量比例计配方如下：双(3,4-二甲基苯亚甲基)山梨醇︰甘油︰聚乙烯︰聚乳酸︰丙交酯︰纳米氧化锌︰微生物营养添加剂︰环氧基硅烷偶联剂︰马来酸酐︰聚丙烯酸︰聚丙烯酰胺︰羟基磷灰石︰聚甲基乙烯基醚︰呋喃酮︰增塑剂︰自由基引发剂的质量比为：0.001～0.008︰0.01～0.05︰10～30︰1～5︰0.001～0.006︰0.01～0.07︰0.02～0.08︰1～3︰1～3︰0.1～0.5︰0.1～0.5︰1︰0.001～0.005︰0.001～0.002︰1～3︰0.001～0.003。2.根据权利要求1所述全降解绿色塑料母粒，其特征在于：所述聚乙烯为高密度聚乙烯、低密度聚乙烯或线性低密度聚乙烯。3.根据权利要求1所述全降解绿色塑料母粒，其特征在于：所述微生物营养添加剂为油酰基谷氨酸、月桂酰基谷氨酸、月桂酰基谷氨酸钠或油酸二乙醇酰胺磷酸酯。4.根据权利要求1所述全降解绿色塑料母粒，其特征在于：所述环氧基硅烷偶联剂为KH560，即g-（2,3-环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷。5.根据权利要求1所述全降解绿色塑料母粒，其特征在于：所述增塑剂为新戊基多元醇多元酯或新戊基多元醇混合酸酯。6.根据权利要求1所述全降解绿色塑...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾文秀，邹路易，孙余凭，方波，何志毅，周小兰，滕跃，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32