一种环保型可降解塑料袋及其制备方法与流程

1.本技术涉及塑料袋领域，尤其是涉及一种环保型可降解塑料袋及其制备方法。


背景技术：

2.塑料是以单体为原料，通过加聚或者缩聚反应聚合而成的高分子化合物，塑料制品具有稳定性强、质轻、生产成本低等优点，因此深受人们的青睐。塑料袋是由薄质的塑料薄膜制造而成的袋子，是人们日常生活中必不可少的物品。
3.目前，中国塑料年产量在8000万吨以上，使用完毕后大量的废弃塑料袋作为垃圾被埋在地下，由于塑料本身的化学稳定性，塑料袋在地下会长期稳定存在，导致大量塑料废弃物在环境中累积，给本就缺乏的可耕种土地带来压力，也给环境带来了严重危害，人们把塑料给环境带来的灾难称为“白色污染”。
4.因此，寻找可降解的塑料袋得到了各国的广泛重视，既适应绿色环保的时代发展主题，也是塑料材料发展的新趋势。可降解塑料袋是指通过加入淀粉、纤维素、降解剂等添加剂降低塑料袋的化学稳定性，使塑料袋在自然环境中降解。然而，现有的可降解塑料袋通常存在塑料袋的承重性能较差，容易断裂等问题，因此有待改进。


技术实现要素：

5.为了使塑料袋在保持可降解性能的同时可以具备优良的韧性和强度，本技术提供一种环保型可降解塑料袋及其制备方法。
6.第一方面，本技术提供的一种环保型可降解塑料袋采用如下的技术方案：一种环保型可降解塑料袋，包括以下重量份的制备原料：聚丙烯80-100份；线性低密度聚乙烯30-40份；纤维素粉末20-35份；氧化海藻酸钠50-60份；纳米二氧化硅10-15份；含伯氨基的硅烷偶联剂8-12份；以及增容剂1-5份。
7.通过采用上述技术方案，聚丙烯是由丙烯聚合而制得的一种热塑性树脂，无毒，无味，相对密度小，具有优良的力学性能、耐热性和化学稳定性，由其制成的塑料袋具有较优良的性能，同时为了改善聚丙烯冲击韧性差和低温易脆断的缺点，加入线性低密度聚乙烯、纤维素粉末和纳米二氧化硅共混对聚丙烯进行增韧改性。
8.线性低密度聚乙烯在熔融挤出过程中会接枝到聚丙烯的分子链上，通过接枝改性提高聚丙烯的冲击强度；纤维素具有绿色环保、成本低、良好的生物相容性、生物降解能力和热稳定性等优点，通过将纤维素进行研磨粉碎后可以增大纤维素与聚丙烯的接触面积，纤维素的长分子
链与聚丙烯的长分子链相互缠结和串锁形成的骨架结构能够吸收并传递冲击能，增强聚丙烯的韧性，同时利用纤维素的可降解性可以提高塑料袋的降解能力；纳米二氧化硅粒子主要是由硅氧四面体这种电价不饱和的结构组成，比表面积大，表面活性强，能与聚丙烯基体有良好的界面结合，从而增韧聚丙烯，但由于纳米二氧化硅粒子的颗粒之间容易相互团聚而使聚合物不易分散，因此通过硅烷偶联剂对纳米二氧化硅的颗粒表面进行接枝改性，硅烷偶联剂以共价键的形式接枝在纳米二氧化硅粒子的表面；海藻酸钠是一种从褐藻中提取出来的多糖，无毒无味，具有良好的生物相容性、生物降解性、稳定性、一定的韧性、强度和生物黏附性，通过将海藻酸钠进行氧化改性处理，在氧化过程中使得海藻酸钠的分子链段发生降解，海藻酸钠的结晶度有所降低，提高海藻酸钠与聚丙烯之间的相容性，同时氧化海藻酸钠的表面生成的醛基可以与硅烷偶联剂上的伯氨基发生席夫碱缩合反应，在塑料袋内部形成更加丰富的交联网络，进一步提高塑料袋的力学性能，而且生成的席夫碱化合物还具有一定的抑菌性能；通过加入增容剂可以提高原料在聚丙烯中的分散性，从而提高塑料袋的拉伸和冲击强度，通过将各原料熔融混合，制备出的塑料袋既能保证一定的可降解性，而且提高了塑料袋的韧性和强度，具有优良的力学性能，环保无污染。
9.优选的，所述聚丙烯包括嵌段共聚聚丙烯或无规共聚聚丙烯中的其中一种或多种。
10.通过采用上述技术方案，嵌段共聚聚丙烯的抗冲击性能较佳，无规共聚聚丙烯具有优良的低温韧性、耐热性、透明性和光泽度，从而提高塑料袋的力学性能。
11.优选的，所述纤维素粉末的平均粒径在30-400μm之间，平均聚合度在150-650之间。
12.优选的，所述增容剂包括马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝poe中的其中一种或几种。
13.优选的，所述含伯氨基的硅烷偶联剂为硅烷偶联剂kh-550。
14.第二方面，本技术提供的一种环保型可降解塑料袋的制备方法采用如下的技术方案：s1：按照权利要求1中各制备原料的重量比，称取纳米二氧化硅，加入甲苯溶液，超声分散25-35min，得到悬浮液，于悬浮液中加入含伯氨基的硅烷偶联剂，继续超声分散3-4min，搅拌后在25-35℃下离心处理，然后在25-35℃下干燥7-8h；s2：依次加入氢氧化钠、甲醇和s1所得的产物，加热并在氮气保护下回流，逐渐加入氧化海藻酸钠，加热回流3-4h后依次进行蒸馏浓缩、洗涤干燥；s3：将s2所得的产物、聚丙烯、线性低密度聚乙烯、纤维素粉末和增容剂搅拌混合，熔融、挤出、造粒后，再进行吹膜成型，冷却后分切加工，即可得到环保型可降解塑料袋。
15.优选的，熔融、挤出、造粒的过程在双螺杆挤出机上进行，所述双螺杆挤出机中各区的挤出温度分别为：一区120-130℃，二区125-150℃，三区140-160℃，四区145-160℃，五区150-170℃。
16.优选的，吹膜成型的过程在单螺杆挤压吹塑机上进行，所述单螺杆挤压吹塑机的加料温度为80-90℃，塑化温度为120-130℃，吹胀比为1：2-3，牵引速度为3.5-5m/min。
17.综上所述，本技术与现有技术相比具有的有益技术效果是：
通过加入线性低密度聚乙烯、纤维素粉末和纳米二氧化硅共混对聚丙烯进行增韧改性，线性低密度聚乙烯在熔融挤出过程中会接枝到聚丙烯分子链上，利用含伯氨基的硅烷偶联剂对纳米二氧化硅的颗粒表面进行接枝改性，使得纳米二氧化硅颗粒能与聚丙烯基体有良好的界面结合，纤维素粉末和氧化海藻酸钠能够赋予塑料袋优良的可降解性，同时氧化海藻酸钠表面生成的醛基可以与硅烷偶联剂上面的伯氨基发生席夫碱缩合反应，丰富塑料袋内部的交联网络，进而制备出的塑料袋既能保证可降解性，而且具有优良的韧性和强度，环保无污染。
具体实施方式
18.下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
19.制备例：将海藻酸钠溶于蒸馏水中，搅拌溶解完全后获得海藻酸钠溶液，于海藻酸钠溶液中加入高碘酸钠溶液，在50℃避光条件下，以180r/min的转速搅拌10h后，分别加入少量浓度为40％的乙二醇和氯化钠继续反应1.5h后，用无水乙醇使沉淀析出，抽滤并用去离子水使沉淀溶解，再用无水乙醇析出后进行抽滤，将得到的产物在60℃真空干燥箱中干燥24h，得到氧化海藻酸钠。
20.实施例1：步骤一：称取12份的纳米二氧化硅，加入20ml甲苯，常温用kq-300e型超声波清洗器超声分散30min，得到均匀悬浮液，再向其中加入10份的硅烷偶联剂kh-550，继续超声分散3-4min，转移到装有回流冷凝管、增力电动搅拌的400ml四颈烧瓶中，在80℃的油浴温度下搅拌，反应后的浆液在高速冷冻离心机中以12000r/min的速度常温离心分离后，置于真空干燥箱中，常温干燥8h，得到表面接枝有硅烷偶联剂kh-550的纳米二氧化硅；步骤二：称取10g氢氧化钠，将氢氧化钠转入装有60ml新蒸甲醇的三颈瓶中，搅拌加热使氢氧化钠溶解，加入步骤一中得到的产物，搅拌加热，在氮气保护下回流，逐渐滴加55份的氧化海藻酸钠，加热回流3h，结束回流后进行蒸馏浓缩，抽滤，用60ml热无水乙醇洗涤三次，再用60ml热无水乙醚洗涤三次，真空干燥得到混合物；步骤三：通过对纤维素进行处理得到平均粒径在200μm左右、聚合度在400左右的纤维素粉末，取步骤二制备的产物、90份的无规共聚聚丙烯、35份的线性低密度聚乙烯、30份的纤维素粉末和3份的马来酸酐接枝聚丙烯置于高速混合机中以350r/min的转速混合30min后，加入到双螺杆挤出机上熔融、挤出、造粒，其中挤出螺杆的转速为450r/min，一区的挤出温度为125℃，二区的挤出温度为140℃，三区的挤出温度为150℃，四区的挤出温度为160℃，五区的挤出温度为160℃，在单螺杆挤压吹塑机进行吹膜成型，其中单螺杆挤压吹塑机的加料温度为85℃，塑化温度为125℃，吹胀比为1：2，牵引速度为4m/min，冷却后进行分切加工，从而制得所需的环保型可降解塑料袋。
21.实施例2：本实施例与实施例1的不同之处在于，纳米二氧化硅为10份，硅烷偶联剂kh-550为8份，氧化海藻酸钠为50份，聚丙烯为80份，线性低密度聚乙烯为30份，纤维素粉末为20份，马来酸酐接枝聚乙烯为1份，其余的均与实施例1相同。
22.实施例3：
本实施例与实施例1的不同之处在于，纳米二氧化硅为15份，硅烷偶联剂kh-550为12份，氧化海藻酸钠为60份，聚丙烯为100份，线性低密度聚乙烯40份，纤维素粉末为35份，马来酸酐接枝聚乙烯为5份，其余的均与实施例1相同。
23.实施例4：本实施例与实施例1的不同之处在于，硅烷偶联剂kh-550为8份，其余的均与实施例1相同。
24.实施例5：本实施例与实施例1的不同之处在于，硅烷偶联剂kh-550为12份，其余的均与实施例1相同。
25.实施例6：本实施例与实施例1的不同之处在于，氧化海藻酸钠为50份，其余的均与实施例1相同。
26.对比例1：通过对纤维素进行处理得到平均粒径在200μm左右、聚合度在400左右的纤维素粉末，取90份的无规共聚聚丙烯、35份的线性低密度聚乙烯、30份的纤维素粉末、55份的氧化海藻酸钠、12份的纳米二氧化硅和3份的马来酸酐接枝聚丙烯置于高速混合机中以350r/min的转速混合30min后，加入到双螺杆挤出机上熔融、挤出、造粒，然后在单螺杆挤压吹塑机进行吹膜成型，其中双螺杆挤出机和单螺杆挤压吹塑机的操作条件和反应参数与实施例1一致，冷却后进行分切加工，从而制得所需的环保型可降解塑料袋。
27.对比例2：步骤一：称取12份的纳米二氧化硅，加入20ml甲苯，常温用kq-300e型超声波清洗器超声分散30min，得到均匀悬浮液，再向其中加入10份的硅烷偶联剂kh-550，继续超声分散3-4min，转移到装有回流冷凝管、增力电动搅拌的400ml四颈烧瓶中，在80℃的油浴温度下搅拌反应，反应后的浆液在高速冷冻离心机中以12000r/min的速度常温离心分离后，置于真空干燥箱中，常温干燥8h，得到表面接枝有硅烷偶联剂kh-550的纳米二氧化硅；步骤二：取步骤一制备的产物、90份的无规共聚聚丙烯、35份的线性低密度聚乙烯、30份的纤维素粉末和3份的马来酸酐接枝聚丙烯置于高速混合机中以350r/min的转速混合30min后，加入到双螺杆挤出机上熔融、挤出、造粒，然后在单螺杆挤压吹塑机进行吹膜成型，其中双螺杆挤出机和单螺杆挤压吹塑机的操作条件和反应参数与实施例1一致，冷却后进行分切加工，从而制得所需的环保型可降解塑料袋。
28.性能检测试验：一、可降解性能测试：将实施例1-6和对比例1-2制得的塑料袋分别埋于自然环境状态下的土壤下30cm处进行可降解试验，并分别称取测试10天、30天、90天的塑料袋和未测试时的质量变化，具体试验结果见表1。
29.二、塑料袋拉伸性能测试：参考gb/t1040.3-2006试验方法对实施例1-6和对比例1-2制得的塑料袋进行检测，具体试验结果见表1。
30.三、塑料袋断裂强度测试：参考gb/t16578.2-2009试验方法对实施例1-6和对比例1-2制得的塑料袋进行检测，具体试验结果见表1。
31.表1为实施例1-6和对比例1-2的性能检测试验结果
表1表11.通过实施例1、实施例2和实施例3的对比可得，实验制备出的塑料袋具有优良的可降解性和力学性能，并且通过加入较高质量份的各原料，可以显著提高塑料袋的综合性能。
32.2.通过实施例1、实施例4-6、和对比例1-2的对比可知，经过硅烷偶联剂kh-550处理后的纳米二氧化硅不仅可以增加在聚丙烯界面上的可分散性，对聚丙烯进行增韧改性，还可以使得接枝在纳米二氧化硅表面的伯氨基与氧化海藻酸钠上的醛基发生席夫碱缩合反应，丰富塑料袋内的交联度，进一步对塑料袋进行增韧改性，从而提高塑料袋的力学性能。
33.本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，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，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。