一种可生物降解的塑料编织袋生产工艺

王仁龙 整理

一、概述

塑料编织袋具有稳定性强、质轻、生产成本低等优点，广泛用于肥料、化工产品、农产品等物质的包装，给人类生活带来了极大的方便，但是由于通用塑料编织袋原料主要为：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等，本身化学稳定性高，当期被舍弃后会在环境中长期稳定存在，造成大量塑料废弃物在环境中的积累，给环境带来严重的危害。

可降解塑料有望解决塑料废弃物的污染问题，可降解塑料在阳光、氧气、微生物等自然环境条件影响下，塑料的外观发生明显变化，力学性能发生明显的降低，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。可降解塑料袋一方面要具有一定的强度和耐用性，另一方面又需要可降解，因此开发一种在特定条件下可降解的塑料成为当前的热点。目前研究较多的可降解塑料有光降解塑料、生物降解塑料和热氧-生物降解塑料，光降解塑料需要在光照条件下，利用紫外线对塑料进行分解，废弃塑料编织袋一般被埋藏在垃圾内，光照机会较低，所以光降解不能作为主要手段；热氧-生物降解首先利用塑料编织袋废弃掩埋后积累的热量，使塑料发生热氧降解，继而引发生物降解，降解效率较高。本文介绍了一种可生物降解的塑料编织袋生产工艺，具有可生物降解的同时具有较高拉伸强度的效果。

二、技术方案

本技术的技术方案包括以下步骤：

S1可生物降解母粒制备：将聚乙烯、硬脂酸锰、改性麦饭石、丙二醇脂肪酸酯、微晶石蜡、偶联剂投入到搅拌机内混合均匀，再经过双螺旋挤出机挤出造粒，得到可生物降解母粒；

S2原料共混：将S1步骤中得到的可生物降解母粒、聚乙烯颗粒、填充母料、增塑剂、成核剂投入到混料机内搅拌，混料温度为110-120℃，混合时间为5分钟；

S3拉丝工艺：经过S2步骤的混合后的物料进入挤出机中，在料筒加热和螺杆剪切作用下，经过塑化、熔融、均化后从模头挤出形成薄膜，然后经过30-40℃水冷却定型后，采用刀片切割成胚丝，胚丝经过热辊加热牵引拉伸成扁丝，最后采用收卷机收丝成卷；

S4制袋工艺：将成卷的扁丝通过圆织机织成圆筒形编织袋，然后经过印刷、裁割成一条条的编织袋，最后采用缝纫设备缝纫袋口，制成成品编织袋。

通过采用上述技术方案，在塑料编织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锰，具有热降解促进作用；改性麦饭石含有微生物所需的全部常量元素，如K、Na、Ca、Mg、Cu、Mo等，具有较好的生物活性，有利于微生物附着和生长，塑料编织袋在硬脂酸锰的作用下发生热解后变成小分子，附着在麦饭石上的微生物对小分子进一步进行生物降解，最终将废弃塑料编织袋分解成CO2和H2O；塑料编织袋原料主要有聚乙烯制成，添加了填充母料、增塑剂和成核剂可使塑料编织袋具有较高的强度和抗拉伸性能。

所述改性麦饭石制备方法包括以下步骤：

S1粉碎：将麦饭石在220-250℃的温度下焙烧1-2h，冷却至室温后，经过粉碎机粉碎后，得到麦饭石颗粒；

S2改性：将S1步骤中得到的麦饭石颗粒在4-6 mol/L的NaOH溶液中搅拌混合1-2 h，然后过滤，采用去离子水清洗至中性，最后在120℃的温度下活化2 h后得到NaOH改性麦饭石；

S3负载TiO2：凝胶法制备TiO2溶胶，将S2步骤中得到的NaOH改性麦饭石放入所述TiO2溶胶中混合搅拌4 h后置于干燥箱中干燥2 h，将烘干后的物料经过微粉粉碎机粉碎，过300-400目筛后得到麦饭石微粉，然后将麦饭石微粉置于400-430℃的马弗炉中高温煅烧2 h，制得TiO2负载改性麦饭石。

通过采用上述技术方案，麦饭石在高温下焙烧可使麦饭石孔隙率变高，增强麦饭石吸附能力；采用NaOH改性后，可将麦饭石孔隙中的SiO2晶粒拖出，增加麦饭石孔隙体积，有利于后续负载TiO2；在麦饭石上负载TiO2可吸收太阳光中的紫外线，通过空气中的氧和水作用，产生活泼的自由基，对废弃塑料编织袋进行氧化分解。

所述步骤S1中可生物降解母粒原料的成分按质量份计为：聚乙烯10份、硬脂酸锰10-20份、改性麦饭石5-15份、丙二醇脂肪酸酯0.4-0.6份、微晶石蜡0.1-0.2份、偶联剂30-40份。

采用丙二醇脂肪酸酯和微晶石蜡共同作为分散剂，具有润滑性和热稳定性高、分散性好的效果，可使改性麦饭石均匀的分散在可生物降解母料中。

所述偶联剂为聚乙烯醇、硬脂酸、硅烷偶联剂、钛酸酯中的一种或多种的混合物。

所述步骤S2中原料的成分按质量份计：可生物降解母粒10-30份、聚乙烯颗粒100份、填充母料15-20份、增塑剂10-20份、成核剂0.1-0.2份。

所述填充母料为重质碳酸钙、木质素、淀粉的混合物。填充母料中的木质素具有良好的负载能力，可改善聚乙烯塑料编织袋的强度，且木质素和淀粉均可生物降解，为环保无害的填料。

所述增塑剂为乙酰柠檬酸三丁酯、对苯二甲酸二辛酯、环氧大豆油中的一种或多种混合物。乙酰柠檬酸三丁酯、对苯二甲酸二辛酯、环氧大豆油均为环保增塑剂，安全无毒，增强聚乙烯塑料编织袋的同时不会对环境造成危害。

三、有益效果

1. 在聚乙烯塑料编织袋原料中添加了硬脂酸锰和改性麦饭石，使塑料编织袋具有可热解-生物氧化降解性能，废弃塑料编织袋被填埋后会产生大量的热量，塑料编织袋在硬脂酸锰的热降解促进作用下，分解成小分子，改性麦饭石含有微生物所需的全部常量元素，如K、Na、Ca、Mg、Cu、Mo等，具有较好的生物活性，有利于微生物附着和生长，微生物可将塑料编织袋热解产生的小分子进一步氧化分解成CO2和H2O，实现塑料编织袋的完全降解。

2. 微晶石蜡润滑性和热稳定性较好，但是分散性较差，丙二醇脂肪酸酯与微晶石蜡并用可获得较好的分散效果，可使改性麦饭石均匀的分散在塑料编织袋中，提高塑料编织袋降解效率。

3. 改性麦饭石上负载有TiO2，在光照条件下，可吸收太阳光中的紫外线，通过空气中的氧和水作用，产生活泼的自由基，对废弃塑料编织袋进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负载在麦饭石上，塑料编织袋经过光氧化后产生的小分子可直接被麦饭石上的微生物利用，提高了塑料编织袋降解效率。

四、具体实施方式

实施例1

一种可生物降解的塑料编织袋生产工艺，可生物降解母粒原料各组分如表1所示，其中偶联剂选用聚乙烯醇，塑料编织袋原料各组分如表2所示，其中填充母料成分按质量分份计为重质碳酸钙10份、木质素10份、淀粉的混合物10份，增塑剂选用乙酰柠檬酸三丁酯。

改性麦饭石制备方法如下：

S1粉碎：将麦饭石在220℃的温度下焙烧2 h，冷却至室温后，经过粉碎机粉碎后，得到麦饭石颗粒；

S2改性：将S1步骤中得到的麦饭石颗粒在4mol/L的NaOH溶液中搅拌混合2 h，然后过滤，采用去离子水清洗至中性，最后在120℃的温度下活化2 h后得到NaOH改性麦饭石；

S3负载TiO2：凝胶法制备TiO2溶胶，将S2步骤中得到的NaOH改性麦饭石放入所述TiO2溶胶中混合搅拌4 h后置于干燥箱中干燥2 h，将烘干后的物料经过微粉粉碎机粉碎，过300-400目筛后得到麦饭石微粉，然后将麦饭石微粉置于400℃的马弗炉中高温煅烧2h，制得TiO2负载麦饭石。

实施例2

一种可生物降解的塑料编织袋生产工艺，可生物降解母粒原料内各组分如表1所示，其中偶联剂选用聚乙烯醇和硬脂酸，塑料编织袋原料内各组分如表2所示，其中填充母料成分按质量分份计为重质碳酸钙10份、木质素10份、淀粉的混合物10份，增塑剂选用对苯二甲酸二辛酯。

改性麦饭石制备方法如下：

S1粉碎：将麦饭石在230℃的温度下焙烧1.5 h，冷却至室温后，经过粉碎机粉碎后，得到麦饭石颗粒；

S2改性：将S1步骤中得到的麦饭石颗粒在5mol/L的NaOH溶液中搅拌混合1 h，然后过滤，采用去离子水清洗至中性，最后在120℃的温度下活化2 h后得到NaOH改性麦饭石；

S3负载TiO2：凝胶法制备TiO2溶胶，将S2步骤中得到的NaOH改性麦饭石放入所述TiO2溶胶中混合搅拌4 h后置于干燥箱中干燥2 h，将烘干后的物料经过微粉粉碎机粉碎，过300-400目筛后得到麦饭石微粉，然后将麦饭石微粉置于420℃的马弗炉中高温煅烧2 h，制得TiO2负载麦饭石。

实施例3

一种可生物降解的塑料编织袋生产工艺，可生物降解母粒原料内各组分如表1所示，其中偶联剂选用硅烷偶联剂，塑料编织袋原料内各组分如表2所示，其中填充母料成分按质量分份计为重质碳酸钙10份、木质素10份、淀粉的混合物10份，增塑剂选用环氧大豆油。

改性麦饭石制备方法如下：

S1粉碎：将麦饭石在250℃的温度下焙烧1h，冷却至室温后，经过粉碎机粉碎后，得到麦饭石颗粒；

S2改性：将S1步骤中得到的麦饭石颗粒在6mol/L的NaOH溶液中搅拌混合1 h，然后过滤，采用去离子水清洗至中性，最后在120℃的温度下活化2 h后得到NaOH改性麦饭石；

S3负载TiO2：凝胶法制备TiO2溶胶，将S2步骤中得到的NaOH改性麦饭石放入所述TiO2溶胶中混合搅拌4 h后置于干燥箱中干燥2 h，将烘干后的物料经过微粉粉碎机粉碎，过300-400目筛后得到麦饭石微粉，然后将麦饭石微粉置于430℃的马弗炉中高温煅烧2 h，制得TiO2负载麦饭石。

实施例5

一种可生物降解的塑料编织袋生产工艺，与实施例2不同之处在于可生物降解母粒原料的成分按质量份计为：聚乙烯10份、硬脂酸锰15份、改性麦饭石10份、TiO210份、丙二醇脂肪酸酯0.5份、微晶石蜡0.15份、偶联剂35份，其中偶联剂选用聚乙烯醇和硬脂酸，塑料编织袋原料内各组分如表2所示，其中填充母料成分按质量分份计为重质碳酸钙10份、木质素10份、淀粉的混合物10份，增塑剂选用对苯二甲酸二辛酯。

改性麦饭石制备方法如下：

S1粉碎：将麦饭石在250℃的温度下焙烧1h，冷却至室温后，经过粉碎机粉碎后，得到麦饭石颗粒；

S2改性：将S1步骤中得到的麦饭石颗粒在6mol/L的NaOH溶液中搅拌混合1 h，然后过滤，采用去离子水清洗至中性，最后在120℃的温度下活化2h后得到NaOH改性麦饭石；

实施例6

一种可生物降解的塑料编织袋生产工艺，可生物降解母粒原料内各组分如表1所示，与实施例2的不同之处在于可生物降解母粒原料中未添加改性麦饭石，塑料编织袋原料内各组分如表2所示，其中填充母料成分按质量分份计为重质碳酸钙10份、木质素10份、淀粉的混合物10份，增塑剂选用钛酸酯。

实施例7

一种可生物降解的塑料编织袋生产工艺，与实施例2的不同之处在于可生物降解母粒原料的成分按质量份计为：聚乙烯10份、硬脂酸锰15份、改性麦饭石10份、微晶石蜡0.2份、偶联剂35份，其中偶联剂选用硅烷偶联剂，塑料编织袋原料如表2所示，其中填充母料成分按质量分份计为重质碳酸钙10份、木质素10份、淀粉的混合物10份，增塑剂选用对乙酰柠檬酸三丁酯。

改性麦饭石制备方法如下：

S1粉碎：将麦饭石在230℃的温度下焙烧1.5 h，冷却至室温后，经过粉碎机粉碎后，得到麦饭石颗粒；

S2改性：将S1步骤中得到的麦饭石颗粒在5mol/L的NaOH溶液中搅拌混合1 h，然后过滤，采用去离子水清洗至中性，最后在120℃的温度下活化2 h后得到NaOH改性麦饭石；

S3负载TiO2：凝胶法制备TiO2溶胶，将S2步骤中得到的NaOH改性麦饭石放入所述TiO2溶胶中混合搅拌4 h后置于干燥箱中干燥2 h，将烘干后的物料经过微粉粉碎机粉碎，过300-400目筛后得到麦饭石微粉，然后将麦饭石微粉置于420℃的马弗炉中高温煅烧2h，制得TiO2负载麦饭石。

实施例8

一种可生物降解的塑料编织袋生产工艺，与实施例2的不同之处在于可生物降解母粒原料的成分按质量份计为：聚乙烯10份、硬脂酸锰15份、改性麦饭石10份、丙二醇脂肪酸酯0.6份、偶联剂35份，其中偶联剂选用硅烷偶联剂，塑料编织袋原料成分如表2所示，其中填充母料成分按质量分份计为重质碳酸钙10份、木质素10份、淀粉的混合物10份，增塑剂选用对乙酰柠檬酸三丁酯。

改性麦饭石制备方法如下：

S1粉碎：将麦饭石在230℃的温度下焙烧1.5h，冷却至室温后，经过粉碎机粉碎后，得到麦饭石颗粒；

S2改性：将S1步骤中得到的麦饭石颗粒在5mol/L的NaOH溶液中搅拌混合1 h，然后过滤，采用去离子水清洗至中性，最后在120℃的温度下活化2 h后得到NaOH改性麦饭石；

S3负载TiO2：凝胶法制备TiO2溶胶，将S2步骤中得到的NaOH改性麦饭石放入所述TiO2溶胶中混合搅拌4 h后置于干燥箱中干燥2h，将烘干后的物料经过微粉粉碎机粉碎，过300-400目筛后得到麦饭石微粉，然后将麦饭石微粉置于420℃的马弗炉中高温煅烧2 h，制得TiO2负载麦饭石。

表1 本技术中可生物降解母粒原料内各组分

表2 本技术中塑料编织袋原料成分

表3 紫外线光照后的失重率和微生物降解率

对实施例1-实施8中制成的塑料编织袋制备测试样条，经过紫外线光照10 d后，再置于水性培养液中孵化60 d，测试塑料编织袋样条的失重率和微生物降解率，试验结果如下表3。

对实施例1-实施8中制成的塑料编织袋制备测试样条，在模拟堆肥条件下热解10 d后，再置于水性培养液中孵化60 d，测试塑料编织袋样条的失重率和微生物降解率，试验结果如下表4所示。

表3中，实施例1-实施例3是改变可生物降解母粒和塑料编织袋原料配方用量所得到的在光-生物降解条件下的失重率和生物降解率，可以得出在实施例2的条件下，测试样条失重率和生物降解率最高。

表4 模拟堆肥热解后的失重率和微生物降解率

表4中，实施例1-实施例3是改变可生物降解母粒和塑料编织袋原料配方用量所得到的在热解-生物降解条件下的失重率和生物降解率，可以得出在实施例2的条件下，测试样条失重率和生物降解率最高，因此较佳的可生物降解母粒配方为聚乙烯10份、硬脂酸锰15份、改性麦饭石10份、丙二醇脂肪酸酯0.5份、微晶石蜡0.15份、偶联剂35份；较佳的塑料编织袋原料配方为可生物降解母粒20份、聚乙烯颗粒100份、填充母料17份、增塑剂15份、成核剂0.15份。

实施例5中改性麦饭石没有负载TiO2，而是将TiO2直接添加在可生物降解母料中，从表3可以看出，实施例5的失重率与实施例2相差不大，但是微生物降解率降低较多，说明TiO2负载在麦饭石上，塑料编织袋经过光氧化后产生的小分子可直接被麦饭石上的微生物利用，提高了塑料编织袋降解效率。

实施例6相对于实施例2没添加麦饭石，从表4中可以看出，不添加麦饭石微生物降解速率大大降低，改性麦饭石含有微生物所需的全部常量元素，如K、Na、Ca、Mg、Cu、Mo等，具有较好的生物活性，有利于微生物附着和生长，微生物可将塑料编织袋热解产生的小分子进一步氧化分解成CO2和H2O，实现塑料编织袋完全降解。

实施例7和实施例8中将丙二醇脂肪酸酯或微晶石蜡单独作为分散剂使用，从表3和表4中可以看出，塑料编织袋的失重率和微生物降解塑料均降低，丙二醇脂肪酸酯与微晶石蜡并用可获得较好的分散效果，可使改性麦饭石均匀的分散在塑料编织袋中，提高塑料编织袋降解效率。