無機粉體改性塑料環(huán)境友好材料存在問題及發(fā)展方向

1 控制無機粉體改性埋料的增重問題是國際性技術(shù)難題

無機粉體密度高，是合成樹脂的2 倍到4 倍， 影響材料最終密度的是無機粉體的真實密度，無機粉體與塑料共混后，其堆積密度不起作用，如輕質(zhì)碳酸鈣的堆積密度只有重質(zhì)碳酸鈣的一半，但重質(zhì)碳酸鈣與輕質(zhì)碳酸鈣填充的塑料密度相差不大。如何有效地控制塑料填充體系的密度，使其增加幅度小，這是國際性技術(shù)難題，當(dāng)然通過發(fā)泡或降低材料的壓實度可以降低密度，但在某些領(lǐng)域應(yīng)用時其力學(xué)性能和使用性能往往無法保證。

2 醋酸浸泡液蒸發(fā)殘渣超標(biāo)，影響其在熟食品包裝中的應(yīng)用

衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定用4％醋酸在60℃下浸泡2h，其浸泡液的蒸發(fā)殘渣不得超過30mg/L。要想在30％以上高填充時滿足此要求是有一定難度的。作者利用稀土配合物復(fù)合光敏劑對無機粉體進行處理，開發(fā)生產(chǎn)的含30％碳酸鈣光鈣型環(huán)境友好PP 餐炊具的醋酸浸泡液的蒸發(fā)殘渣低于30mg/L，這可能是因為稀土配合物對無機粉體有較強的配位功能，減緩了醋酸對無機粉體的浸透能力。

隨著無機粉體表面處理技術(shù)的提高，在一定程度上可以解決高填充塑料的醋酸浸泡液蒸發(fā)殘渣超標(biāo)問題，但作者認為醋酸浸泡液蒸發(fā)殘渣并不會對人體產(chǎn)生直接的危害，建議衛(wèi)生部門放寬這一衛(wèi)生指標(biāo)，這將有利于無機粉體改性塑料環(huán)境友好塑料材料在食品包裝領(lǐng)域的應(yīng)用。

3 色澤深和透明度低制約著在高檔包裝中應(yīng)用

由于無機粉末的折射率與幾乎所有通用塑料的折射率不同，加入無機粉體將影響塑料基材的透明度和色澤。雖然目前已發(fā)現(xiàn)某些礦型的無機粉體對塑料的遮蓋力相對較小，生產(chǎn)的燃料制品透明度較好，但畢竟量小，無法滿足市場的需要，這制約了無機粉體改性塑料在高檔包裝中應(yīng)用。

希望人們的審美觀逐步適應(yīng)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的需要，不要對包裝材料的透明度和色澤過于奢求。

4 無機粉體雖然不能轉(zhuǎn)化為二氧化碳，但無機粉體的環(huán)境協(xié)調(diào)性高于淀粉

淀粉或無機粉體在塑料中都是以分散相的形式分散在塑料連續(xù)相中， 在環(huán)境條件作用下淀粉或無機粉體從塑料高分子中脫出，淀粉或無機粉體的脫出或降解并不會直接促使塑料高分子降解，僅僅是增加了塑料與環(huán)境的接觸面積，因此可以說在增加與環(huán)境同化的機會方面淀粉和無機粉體的效果是等同的。

淀粉可轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水，是可降解的，而無機粉體不能降解，因此人們認為淀粉比無機粉體環(huán)境協(xié)調(diào)性好，但利用產(chǎn)品生命周期分析(LCA) 原理對淀粉和無機粉體進行系統(tǒng)分析可知：淀粉來源于太陽光的光合作用，要利用土地和肥料等養(yǎng)分，淀粉從塑料中脫出要么進入水體產(chǎn)生富營養(yǎng)化，要么轉(zhuǎn)化為二氧化碳進入大氣層增加溫室效應(yīng)；無機粉體從塑料中脫出不會轉(zhuǎn)化為二氧化鈣和水，而是以無機粉體本身回歸自然，不會對環(huán)境產(chǎn)生明顯的不利影響。

利用有自主知識產(chǎn)權(quán)的生物活性劑對無機粉體進行表面包覆處理，通過ASTM G21 的生物降解性能實驗發(fā)現(xiàn)，用常規(guī)方法處理的無機粉體改性塑料，其ASTM 生物降解性能為2 級，生物活性劑處理的無機粉體改性塑料的ASTM 生物降解性能為3 級，含15％淀粉降解PE 膜的ASTM生物降解性能為3級。

按原中國塑料工程學(xué)會降解研究會起草的“降解塑料自然土壤掩埋坑”試驗方法進行掩埋試驗，測定其失重率，其實驗結(jié)果如表1。

表1 無機粉體表面改性PE膜在土壤中的失重率

從表1 可知，通過生物活性劑處理的無機粉體改性塑料比用常規(guī)方法處理的無機粉體改性塑料在自然土壤中的失重率明顯提高，說明生物活性劑可促進無機粉體在環(huán)境條件的作用下從塑料中脫出。

PE 及無機粉體均不易被微生物侵蝕，故降解速度較慢，在配方中添加生物活性劑可以明顯提高PE 膜的生物降解性，與含15％淀粉的PE 膜的生物降解性能相當(dāng)。

5 無機粉體改性塑料環(huán)境友好材料的發(fā)展重點

隨著填充改性技術(shù)的發(fā)展，無機粉體不僅可以改善塑料材料的強度、剛性、尺寸穩(wěn)定性及耐熱性等性能，而且可以提高或賦予塑料材料阻燃、防菌、防靜電、防輻射、導(dǎo)電、磁性等性能，塑料填充改性具有許多其它改性方法不可替代的優(yōu)點。

法不可替代的優(yōu)點。

5.1“開發(fā)性價比高”的無機粉體改性塑料是發(fā)展重點

通過自身的科研，較系統(tǒng)研究了無機粉體改性塑料環(huán)友好材料的綜合性能，證實了無機粉體改性塑料環(huán)境友好材料是一類經(jīng)濟性、功能性和環(huán)境協(xié)調(diào)性有機統(tǒng)一的材料。倡導(dǎo)加快推進無機粉體改性塑料環(huán)境友好材料研究和產(chǎn)業(yè)化進程的目的是要引導(dǎo)行業(yè)開發(fā)具有良好價格性能比的無機粉體改性塑料，因為良好價格性能比的材料是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的保障，是最大的環(huán)保，也是可以實現(xiàn)最大環(huán)境協(xié)調(diào)性的材料。

通過對無機粉體的特殊表面處理，實現(xiàn)無機粉體對聚合物基體的增韌增強功能是開發(fā)好的價格性能比的無機粉體改性塑料的前題，如于建教授提出的界面誘導(dǎo)與調(diào)控理論和應(yīng)用技術(shù)，采用偶聯(lián)劑和助偶聯(lián)劑使高聚物和無機粉體形成了新的過渡層，可使含碳酸鈣50％的聚烯烴復(fù)合材料的缺口沖擊強度提高數(shù)倍；歐玉春研究員提出核一殼結(jié)構(gòu)剛性粒子增韌技術(shù)；黃銳教授提出納米無機粒子在聚合物中分散的“沙袋效應(yīng)”模型，為納米無機粉體的表面處理技術(shù)和應(yīng)用提供了理論依據(jù)；陳慶華高工提出的生物活性劑處理無機粉體應(yīng)用于一次性包裝材料，實現(xiàn)了光鈣型環(huán)境友好材料通過HJBZ12 包裝制品的光一生物降解性能檢測；章文貢教授提出無機粉體表面原位組合化學(xué)改性技術(shù)(CCM/IP—S)是提高無機粉體改性塑料綜合性能的最佳方法之一，目前已逐步構(gòu)建起無機微粉體表面原位組合化學(xué)改性的系統(tǒng)框架；

如何開發(fā)長壽命的無機粉體改性塑料環(huán)境友好材料，實現(xiàn)好的價格性能比，關(guān)鍵要根據(jù)不同的使用要求在盡量減少高分子材料和有機功能助劑的前提下，挖掘無機粉體的潛在功能和復(fù)配及表面處理效果增加其功能，降低其成本，這需要全行業(yè)的共同努力，同時必須充分利用相關(guān)學(xué)科的高新技術(shù)。

5.2 光鈣型多功能環(huán)境友好塑料是狹義上的無機粉體改性塑料環(huán)境友好塑料

為了實現(xiàn)粉體改性塑料環(huán)境友好材料在廢棄后能盡快與土壤同化， 同時符合HJBZ12-2000包裝制品的標(biāo)準(zhǔn)，必須對無機粉體改性塑料環(huán)境友好材料進行技術(shù)處理，作者提出了“光鈣型多功能環(huán)境友好塑料”的研究思路并進行了產(chǎn)業(yè)開發(fā)，在國內(nèi)多家企業(yè)實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，在制訂DB343/35-1999 可降解聚乙烯薄膜、袋的福建省強制性地方標(biāo)準(zhǔn)中增列了“光降解可焚燒塑料”這一新品種，成為降解塑料的一類新產(chǎn)品， 經(jīng)2004 年“第三屆塑料與環(huán)保學(xué)術(shù)研討會”決定，已成立了“光鈣型環(huán)境友好聚乙烯塑料”的國標(biāo)制訂及申報籌備組。雖然就目前所處的技術(shù)水平來說，“光鈣型多功能環(huán)境友好塑料”還不能徹底解決“白色污染”問題，也不能像某些生產(chǎn)降解塑料的企業(yè)所宣傳的那樣包治“白色污染”，但無機粉體改性塑料環(huán)境友好材料的提出和產(chǎn)業(yè)化將開辟塑料工業(yè)與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的新紀(jì)元，它不同于只考慮價格和性能的傳統(tǒng)塑料材料，又與光降解、生物降解、光一生物降解塑料有著本質(zhì)的區(qū)別。