一种物性强化的环保生物降解塑料添加剂的制成方法

摘要

本发明涉及一种物性强化的环保生物降解塑料添加剂的制成方法，属于化工类。是以配方成份的选用、混合比例与混合温度的调控，改善先前降解塑料产品物性不佳、无法长期使用、不可回收再制等缺点。各成份重量百分比为：乙烯共聚物弹性体8％-12％，纳米碳酸钙(CaCO3)13％-17％，乙烯-丙烯酸盐8％-12％，高密度聚乙烯(HDPE)8％-12％，滑石粉4％-6％，液态石蜡8％-12％，抗静电剂4％-6％，塑化淀粉16％-24％，促降解剂13％-17％。还包括将各成份融合制成环保塑料母粒，再与LLDPE、LDPE、HDPE、PE、PP、PC、PS、EVA、NBR、TPR、美耐皿等原料以适当比例混合，利用射出，押出，吹膜等技术制成塑胶袋，容器，鞋材，餐具等各式用品。本发明各种成份之间兼容性更高，机械性能更强化，同时具有生物降解能力，实用性极强。

说明书

技术领域

本发明涉及本发明属于化工类，特别涉及一种物性强化的环保生物降解塑料添加剂的制成方法。

背景技术

回顾材料的技术演进史，二十世纪中业以后正是石化工业及塑料合成材料快速发展的时期。由于塑料容易加工，外观多样，坚固耐用，且价格相对便宜，使得塑料材料已成为工业生产最重要的材料之一，举凡购物袋、餐饮具、纺织品、鞋材、雨具、家用品、建材等皆为塑料的应用领域。因此，人们的日常生活实已与塑料材料密不可分。

不过，近期的塑料工业技术研究，已不再完全依赖传统石化工业，而是以具环保特性的「可降解塑料」为主要研发方向。所谓的「可降解塑料」，是以改变塑料的材质，或是以添加催化剂的方法，使塑料在丢弃之后，可在光、氧、热、生物等降解机制的启动之下，让塑料的高分子结构遭受破坏，进而达到塑料垃圾体积下降或是完全由微生物分解成无机质的目的，以解决传统塑料因不易降解所造成的大量塑料垃圾的白色污染问题。统计资料显示，日常生活垃圾里有1/4是塑料垃圾，而中国每年消耗的塑料袋更高达800亿只以上，若是将不可降解的塑料垃圾直接掩埋，塑料垃圾可能堆积长达100年以上，并可能阻塞掩埋场的废水系统，进而影响掩埋场的使用寿命，同时，因为所丢弃的不可降解塑料物质无法进入生态圈再循环使用，也会逐步造成资源的耗竭。

目前「可降解塑料」的技术，可分成「聚乳酸化合物」、「共聚酯类」、「改性淀粉/塑料混合物」以及添加光敏剂的「光-生物双降解型」。其中，「聚乳酸化合物」和「共聚酯类」生产工艺复杂，产业应用受限，而「改性淀粉/塑料混合物」与「光-生物双降解型」则因为先前材料混合兼容技术不佳，造成产品物性下降。此外，光敏剂的添加，让产品容易因光照而结构不稳定，不但产品的使用寿命大幅减少，同时因为塑料的基本物性已被光敏剂破坏，其废弃品几乎不再具有回收价值，而造成资源的二次浪费。再者，光敏剂对人体的安全性也仍需进一步的研究确立。

本领域的公知技术包括：利用乙二醇，丙三醇，山梨醇，聚乙烯醇等多元醇及衍生物作为增塑剂使淀粉塑化改性；利用聚乙烯蜡，聚丙烯蜡等作为分散增容剂；利用乙烯-丙烯酸，乙烯-乙烯醇，或是乙烯-醋酸乙烯低分子蜡等乙烯共聚物作为淀粉与塑料混合的增容剂；利用钛酸酯类或铝酸酯类作为偶联剂；利用滑石粉或硬脂酸盐作为分散润滑剂；利用液态石蜡、油酸或不饱和脂肪酸作为热氧化剂；再利用纳米碳酸钙达到填充体积，降低成本的目的，并利用纳米细微化的处理，提升碳酸钙与塑料相混程度。

然而，根据「淀粉/聚烯烃共混物的增容」文献报导(侯哲，于九皋，化学通报2003年第66卷)，使用乙烯-丙烯酸共聚物为增容剂的共混材料所生产的膜制品物理机械性能较差，可见，改善增容剂的成份与作用是开发以淀粉与聚烯烃共混作为可降解塑料的技术急需解决的问题。再者，根据上述文献报导所引用的Krishna等研究了植物油对淀粉/聚乙烯共混物的增容效果，结果表明植物油类不仅能够作为兼容剂提高薄膜制品的质量，同时还有加速生物降解的作用，因此，植物油的选用亦是提高「改性淀粉/塑料混合物」的可降解塑料物性与生物降解能力的重要关键。

发明内容

本发明的目的，是以配方成份的选用、混合比例与混合温度的调控，改善先前「改性淀粉/塑料混合物」的产品物性不佳、无法长期使用、不可回收再制等缺点，是故以乙烯共聚物弹性体与乙烯-丙烯酸盐作为改性淀粉与聚烯烃塑料间的增容剂，此二种增容剂的添加比例，将极大地影响最终产品的物性。同时，再使用富含植物椰子油的椰果纤维作为兼容剂与促降解剂，可进一步增加改性淀粉、椰果纤维与聚烯烃塑料之间的兼容性，并提高生物降解能力。因此，本发明的有机物与无机物各种成份之间的兼容性更高，机械性能更强化，同时具有生物降解能力，是为一种物性强化的环保生物降解塑料添加剂的制成方法。

本发明的制程方法是：

首先将乙烯共聚物弹性体，纳米碳酸钙(CaCO₃)，乙烯-丙烯酸盐混合，并在摄氏110度至摄氏150度温度之间进行融合；之后，加入高密度聚乙烯(HDPE)，滑石粉，液态石蜡，抗静电剂，并在摄氏160度至摄氏220度温度之间进行融合；然后，加入塑化淀粉，促降解剂，并在摄氏100度至摄氏170度温度之间进行融合。上述的塑化淀粉是玉米淀粉先以甘油或其它多元醇类进行增塑改性，再以低分子量聚丙烯蜡作为分散剂与增容剂。上述的促降解剂是椰果纤维，内含椰子油与椰肉纤维。其中各成份的重量百分比分别为：乙烯共聚物弹性体8％-12％，纳米碳酸钙(CaCO₃)13％-17％，乙烯-丙烯酸盐8％-12％，高密度聚乙烯(HDPE)8％-12％，滑石粉4％-6％，液态石蜡8％-12％，抗静电剂4％-6％，塑化淀粉16％-24％，促降解剂13％-17％。将融合所得的混合物搅拌制成环保塑料母粒，再与LLDPE(线性低密度聚乙烯)、LDPE(低密度聚乙烯)、HDPE(高密度聚乙烯)、PE(聚乙烯)、PP(聚丙烯)、PC(聚碳酸酯)、PS(聚苯乙烯)、EVA(聚醋酸乙烯酯)、NBR(丁腈橡胶)、TPR(热塑性橡胶)、美耐皿(melamine)等塑料原料以环保塑料母粒为10％-70％的比例混合，利用射出，押出或吹膜等技术加以成型。

本发明的优点在于：(A)乙烯共聚物弹性体和乙烯-丙烯酸盐作为增容剂，滑石粉与液态石蜡作为分散润滑剂，可有效提高有机聚烯烃、塑化淀粉、椰果纤维与无机纳米碳酸钙的兼容与分散，使得制成品具有良好的物性强度，延长储存期，并可回收再制；(B)胶内含有塑化淀粉与椰果纤维，使得本环保塑料制品在堆肥掩埋后可让微生物进行发酵作用，椰果纤维含有椰子油，不但可增加自身与塑料的兼容性，还可促进生物降解，液态石蜡还作为低温热氧化剂，可加速塑料本身崩解的速度，崩解后的塑料则会让微生物进行细部的分解，达到最终生物降解的目的。

在技术规范方面，通常测试塑料的生物降解能力是采用ISO14855的方法，相当于GB/T19277<受控堆肥条件下材料最终需氧生物分解和崩解能力的测定采用测定释放的二氧化碳的方法>。而产品物性，可采用一般零售商品的行业标准为比较基础。根据相关试验证明，本发明的塑料制品，既具有生物降解特性，拉伸张力物性又强，是兼具环保与实用性的新发明。

附图说明

图1本发明的制程方法流程图：

其中，

“成份101”代表“乙烯共聚物弹性体，纳米碳酸钙，乙烯-丙烯酸盐”，

“温度102”代表“摄氏110度至摄氏150度温度之间”，

“成份103”代表“高密度聚乙烯，滑石粉，液态石蜡，抗静电剂”，

“温度104”代表“摄氏160度至摄氏220度温度之间”，

“成份105”代表“塑化淀粉，椰果纤维”，

“温度106”代表“摄氏100度至摄氏170度温度之间”，

“其它塑胶原料”代表“LLDPE(线性低密度聚乙烯)、LDPE(低密度聚乙烯)、HDPE(高密度聚乙烯)、PE(聚乙烯)、PP(聚丙烯)、PC、PS、EVA、NBR、TPR、美耐皿等”，

“适当比例”代表“环保塑料母粒为10％-70％的比例”。

图2环保购物袋生物降解试验。

图3环保购物袋商品质量检验。

具体实施方式

首先将乙烯-辛烯共聚物弹性体(商品名POE Engage)10％，纳米碳酸钙(CaCO₃)15％，乙烯-(甲基)丙烯酸锌盐、钠盐、锂盐的离子键聚合体(商品名Surlyn)10％混合，接着在摄氏110度至摄氏150度温度之间进行融合，最佳温度为摄氏130度；之后，加入高密度聚乙烯(HDPE)10％，滑石粉5％，液态石蜡10％，抗静电剂5％，并在摄氏160度至摄氏220度温度之间进行融合，最佳温度为摄氏180度；然后，加入塑化淀粉20％，椰果纤维15％，并在摄氏100度至摄氏170度温度之间进行融合，最佳温度为摄氏150度。将上述的混合物搅拌制成环保塑料母粒，再将环保塑料母粒与PE原料以30％∶70％的比例混合，经吹膜工艺制成环保购物袋。

[生物降解试验]

将本发明的环保塑料母粒与PE原料以30％∶70％的比例混合，经吹膜工艺制成环保购物袋，进行生物降解试验。本发明对象的45天生物分解率为23.2％，最终分解率132天为45.8％。该件结果对照<GB/T 19277受控堆肥条件下材料最终需氧生物分解和崩解能力的测定采用测定释放的二氧化碳的方法>，本发明的对象已由「国家环保产品质量监督检验中心」证实具有生物降解能力，测定资料如附图2所示。

[商品质量检验]

将本发明的环保塑料母粒与PE原料以30％∶70％的比例混合，经吹膜工艺制成环保购物袋，进行外观、热封强度、提吊试验、跌落试验、漏水性能及卫生指针等检验，本发明对象的外观袋质均匀，底部热封强度7.9N/15mm，提吊试验无破裂，跌落试验无破裂，漏水性能不漏水，该件结果对照<BB/T 0039-2006商品零售包装袋>标准皆符合规定，底部热封强度7.9N/15mm超过标准值(标准值为3.0N/15mm)，本发明的对象的物性强度已由中国「国家环保产品质量监督检验中心」证实超过国家标准，测定资料如附图3所示。