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可降解塑料袋配方公开,科学指导塑料袋变“绿”之路
国家发展改革委、生态环境部、工业和信息化部等九部门联合印发的《关于扎实推进塑料污染治理工作的通知》(以下简称《通知》)提出,自明年1月1日起,在直辖市、省会城市、计划单列市城市建成区的商场、超市、药店、书店等场所,餐饮打包外卖服务以及各类展会活动中,禁止使用不可降解塑料购物袋,但是暂不禁止连卷袋、保鲜袋和垃圾袋。

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已经商品化的生物基可降解塑料包括:聚乳酸(PLA)、再生纤维素、淀粉塑料、聚羟基脂肪酸酯类聚合物(PHAs)等。

已经商品化的石油基生物可降解塑料包括:聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚己内酯(PCL)、聚乙醇酸(PGA)、二氧化碳可降解塑料(一般指二氧化碳和环氧丙环的聚合物PPC),以及一类共聚酯,例如聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯( PBAT)、聚己二酸/丁二酸丁二醇酯共聚物(PBSA)。

1. 塑料袋如何变“绿”?

出门购物人们为了方便,都会使用塑料袋。随着新《通知》的颁布,塑料袋生产企业纷纷寻求转型,在这过程中,如何选择原料、合理调整工艺配方,成为了转型中的第一道难题。

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本文针对市场采购的可降解塑料袋进行全成分分析,希望为即将进入可降解塑料行业的朋友,提供一些工艺调整思路。

2. 全成分分析思路

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3. 材料主成分定性分析

首先我们要对可降解塑料袋的主成分进行分析,可以直接透过进行红外分析。

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图1样品的原样红外谱图

由图1可以看出:在1713 cm-1是C=O收缩振动峰, 1021~1270 cm-1的强峰是C-O-C基团的伸缩振动峰,1500-1456 cm-1处中等强度的吸收峰是-CH3反对称,2957 cm-1是饱和碳氢的吸收峰,875 cm-1苯环CH面内变形,730cm-1对位取代苯环=CH面外变形,以上官能团显示该样品的主要成分是聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯( PBAT)。

PBAT是乙二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物。具有较好的延展性和断裂伸长率,还具有优良的生物降解性,是目前生物降解塑胶研究中非常活跃和市场应用最好的降解材料之一。

4. 提取物成分分析和定量

如下图是溶剂A提取物的红外光谱图,主要成分是甘油。3383 cm-1强且宽是羟基-OH伸缩振动峰,2933 cm-1亚甲基CH2不对称伸缩振动,1104~993 cm-1是C-O伸缩振动峰。1721 cm-1的酯峰有可能是来自提取出来的小分子的PBAT,也可能含有其他脂肪酸酯。

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图2 提取物红外谱图和匹配红外图

如下图是溶剂A提取物的GC-MS谱图,主要成分是甘油(塑化剂),脂肪酸酯,硬脂酸,棕榈酸和油酸酰胺(润滑剂)。

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图3 提取物的气相色谱图

5. 聚合物和填料的定性定量

图4是溶剂2索提残留物或者溶解离心沉淀物的红外光谱图3423 cm-1的峰强且宽,主要来自羟基OH伸缩振动。2929 cm-1来自C-H伸缩振动,1020 cm-1,1080 cm-1,1156 cm-1的强峰来自C-O伸缩振动,761 cm-1来自O-H面外弯曲振动。下图是淀粉的结构式。

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图4 索提剩余物主要是淀粉

图5是样品灰分的红外光谱图,结合ICP的结果Ca,Si,Ti元素,主要含有碳酸钙(1453cm-1.873 cm-1,712 cm-1),二氧化硅(1100 cm-1)和二氧化钛。

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图5 灰分红外光谱图

图6是样品在氮气氛围中的TGA图,TGA主要分为3段,第一段是增塑剂甘油的失重,比例为5%,第二段22%的失重来自淀粉,第三段的失重主要来自PBAT,马弗炉煅烧的灰分含量为0.4%。

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图6 样品的TGA图-氮气

6. 市场可降解塑料袋配方

结合红外,索提,ICP,GC-MS,高温煅烧,TGA等综合分析可知,本例中采购的市场可降解塑料袋配方成分如下:

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聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯( PBAT)含有PBT的链段如下图所示,为了进一步改善其可降解性,很多研究工作者和企业也在做PBAT的复合材料,其中PBAT与聚乳酸(PLA)的复合最为常见,聚乳酸10-50份,PBAT 10-50份,淀粉 0-50份,聚己内酯(PCL)为相容剂0.04-2.5,润滑剂0-3份,抗氧剂0-3份,填料1-50份。

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本文来源:国高材分析测试中心

在环保政策的驱动下,PLA、PBAT、PHA、PCL、PBS等生物降解塑料,在一次性餐具、包装、农业、汽车、医疗、纺织等领域的应用正迎来市场发展新机遇。生物降解塑料的改性材料,以及相关助剂,如扩链接,抗水解剂,增韧剂,成核剂,抗菌剂也会有新一轮的创新。


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此外,对现有通用塑料如LDPE薄膜、PP注塑制品的替代,由于生物降解材料本身的特性,对片材,注塑,薄膜,吹塑,热成型设备有不同的要求,也会有更新换代的机会。为此艾邦建有生物降解塑料微信交流群,金发、海正生物、吉林中粮、蓝山屯河、中石化、九江科院、光华伟业,禾尔斯、科碧恩等企业已加入,欢迎加入一起交流探讨!



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