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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

發(fā)布時間:2016/12/07 點擊量:

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。

 

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。

 

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。

 

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。

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)。

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 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。

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