1. 研究目的与意义
日常生活中的塑料是以石油为基本原料,应用化学合成的方法生产出来的。在20世纪,全球深受大量的废旧包装用塑料膜、塑料袋、一次性塑料餐具及农作物使用后污染所苦,称之为白色污染,各国为解决白色污染所造成的问题,积极寻找新型环保绿色材料,而可生物降解的塑料产品就成了市场需求日增的创新产品之一。
以石化原料为基础的传统塑料,不论在生产过程或高温焚化过程都会释放出大量的二氧化碳,这些经由焚化产生的二氧化碳将逐渐导致全球气候异常与环境暖化。生物可降解生态塑料是以淀粉、木质素或纤维素等可再生资源为原料,透过特殊生物改性技术转化为聚合物的高科技材料,这些生态塑料所使用的原料均是靠吸收二氧化碳而成长的植物,因此即使经过高温燃烧焚化之后,亦不会影响大气中二氧化碳的总量。此外,生态塑料使用完毕后能在自然界中被微生物降解,因此不会对环境造成污染。
2. 国内外研究现状分析
80年代初,光降解塑料由中科院上海有机化学研究所等单位研究成功,在新疆等地试用,但因价格较同类塑料制品高;只能在光照下才能降解,受地理环境、气候制约性很大;且降解的准确时控性难度大;埋地部分和进入垃圾填埋系统不能降解等问题,故大面积推广应用受到一定限制[12]。
我国淀粉塑料首先由江西省科学院研究成功[13],现在参予研究的高等学校、科研院所及企业有六十多家,生产厂家(或生产线)已有上百家,生产能力估计达50~60万t,其中有十多家是从国外引进的。
众多产品问世后,政府及各方面大力支持,国家环保局已公布了降解塑料包装制品环境标志产品技术要求、由轻工总会有关单位牵头成立了中国降解塑料研究会,中央电视台等各大传媒也大力宣传这一类新产品问世,且呼吁人们使用等等。似乎塑料污染难题只要大量生产就解决了,有些刊物甚至认为我国在这方面处于国际领先水平,因而导致厂家一哄而上,且还有蔓延之势[12,17~19]。
美国发展淀粉塑料不仅为解决白色污染,而且也希望减少对进口石油的依赖和节省石油,开辟玉米淀粉的应用途径。在美国每年玉米总产量高达数亿t,大大超过国内市场需求量,且玉米淀粉售价低,所以全国玉米种植者协会和国防部拨巨款资助淀粉塑料推广应用计划[5,6]
真正能完全降解的塑料,目前有三类:
聚合型光降解塑料。如美国dow化学公司、杜邦公司和联合碳化物公司等生产的乙烯/一氧化碳共聚物、乙烯/乙烯基酮共聚物等。
据报道,全球塑料产量已逾2亿t,其中30%用于包装,这一使用周期短的产品给城市带来了大量垃圾,长期污染环境,因而希望完全降解塑料尽快大规模生产,阻碍它发展的首要问题是成本。就目前问世的完全降解塑料有多个品种,成本降低可能性大的要数淀粉热塑性塑料,因为其原料淀粉是可再生资源,其单位价格远比传统塑料原料低,比现在合成的可降解树脂就更低。
3. 研究的基本内容与计划
研究内容:
1. MCC氧化成DAC (0.015mol/L、45℃)约需180g(约3天,干燥4天)
2. DAC增强TPS制备(DAC添加量为6%,300g淀粉、100g甘油、24gDAC)成品约需3000g(约2天)
3.不同比例增溶剂的样品制备
以TPS、LDPE为原料,Ma-g-PE为增溶剂,分别以0%、2%、4%、6%、8%、10%比例的增溶剂,利用SHJ-20挤出机进行挤出,以制备成品粒料。
再以90-BV注塑机进行注塑,得到成品样品。
4.不同比例增溶剂的样品性能研究
从红外光谱、热重分析、熔融指数、拉伸强度、冲击强度、流变性能、接触角测量等实验分析样品表征。
研究计划:
序号 | 时间 | 工作内容 |
1 | 1~3周 | 资料收集、写文献综述、方案设计和调整、开题 |
2 | 4~14周 | 参加实验(TPS的制备、不同比例增溶剂的样品制备及性能研究、不同比例增溶剂的样品性能研究) |
3 | 15~16周 | 实验数据分析、论文撰写与修改 |
4 | 16周以后 | 论文审阅与答辩 |
4. 研究创新点
本文以天然玉米淀粉为原料,甘油作为增塑剂做成25%的淀粉塑料(tps)。
然后加入低密度聚乙烯(ldpe),并分别加入淀粉塑料和低密度聚乙烯不同比例的马来酸酐接枝聚乙烯(ma-g-pe)作为增容剂做成样品。对样品进行红外光谱、热重分析、熔融指数、拉伸强度、冲击强度、流变性能、接触角测量。
研究增容剂比例不同对样品的化学及物理性能的影响。从增溶剂的角度提高塑料性能,一种是通过氧化的微晶纤维素来增强、另一种是通过不同比例增容剂来提高塑料性能。以便获得最佳的工艺配方,有望进一步在生产实践中得以应用。
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