[发明专利]一种高效可控光氧化-生物降解塑料薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于可降解塑料薄膜技术领域，具体涉及一种高效可控光氧化-生物降解塑料薄膜及其制备方法。

背景技术

塑料薄膜用量非常大，广泛应用于包装材料、农用地膜等一次性制品，但用后难于回收，废弃在自然界中不易降解，对生态环境造成很大的危害。随着“白色污染”的日益严重，人们在不断寻找有效解决问题的方法，经过不断的努力，各种降解塑料相继问世。当前，最为有效、经济的降解技术应该是氧化-生物降解。氧化-生物降解包括两个阶段：第一阶段氧化破裂，第二阶段生物降解。而且，生物降解过程的速度取决于助氧化剂诱发的氧化破裂阶段，这些添加的助氧化剂能在光和热的作用下促进聚合物与空气中的氧发生氧化反应而使高分子链断裂，使相对分子量从几十万下降到几千，当分子量小到一定程度后，将会被自然界的细菌及微生物当作碳氢的来源而吸收分解，最后降解成为二氧化碳、水及腐殖质。

纳米TiO₂具有良好的光催化性能、价格便宜、无二次污染，引入到聚合物降解中取得了一定成果。但是常规聚烯烃/TiO2塑料薄膜的疏水性较差，TiO₂与H₂O的光催化反应主要只发生在具有湿度的薄膜表面，光催化反应很难发生在塑料的内部，降解缓慢。

目前，塑料薄膜应用范围日益增广和环保意识的增强，降解塑料薄膜有广阔的市场前景。但同时存在诸多亟待解决的技术问题，例如生物基材料直接与塑料共混制备薄膜，成本高，降解不完全，降解不可控等问题；采用多层复合薄膜来制备降解塑料薄膜，工艺复杂，层与层间不匹配，出现无法完全复合，降解不完全。现有技术多数通过添加大量的生物质材料，来达到高的降解率，但薄膜的机械性能无法保证，剩余的塑料很难继续降解，未降解的碎片仍会造成环境污染。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种高效可控光氧化-生物降解塑料薄膜，该塑料薄膜具有常规塑料薄膜较好的机械性能、加工性能、较高的撕裂强度、断裂伸长率和拉伸强度，同时本发明的塑料薄膜可光氧化-生物降解，降解彻底，不会对环境产生危害，通过各组分比例的调整可以实现对塑料薄膜的降解速率进行控制。

本发明的另一个目的是提供上述高效可控光氧化-生物降解塑料薄膜的制备方法。

本发明的上述目的通过如下技术方案予以实现：

一种高效可控光氧化-生物降解塑料薄膜，包括如下重量百分数的组分：聚合物基材88～98.9%，亲水改性剂0.5～5%，纳米二氧化钛0.5～5%，光稳定剂0.1～2%；所述聚合物基材为低密度聚乙烯（LDPE）、线性低密度聚乙烯(LLDPE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）等聚烯烃中的一种或多种，分子量为10K～60K；所述亲水改性剂为聚乙二醇（PEG）、聚氧乙烯（PEO）、聚乙烯醇（PVA）等亲水聚合物中的一种或多种，分子量为4K～500K。

为了克服聚合物基材降解不完全，降解速度不可控的缺陷，本发明协同使用亲水改性剂，提高薄膜的亲水性，进而促进TiO₂在薄膜内的光催化反应，另外亲水改性剂的加入有利于微生物对薄膜的附着，进一步提高薄膜的降解程度。但是并非所有的亲水改性剂都能适用，原因是大部分亲水改性剂与本发明聚合物基材的相容性差，两者不能熔融共混，进而不能制备出性能良好的塑料薄膜。通过大量实验测试，本发明才得出所述亲水改性剂为PEG、PEO或PVA与本发明所述聚合物基材相容性好，同时能吸收空气中的水分，提高薄膜亲水性，使TiO₂易于接触水分，促进光氧化降解反应。

通过实验还发现，亲水改性剂的分子量需要控制在一定范围内，如果分子量过低，亲水效果不明显，对水分的吸收有限；分子量过大，亲水改性剂与本发明聚合物基材的相容性下降，容易结晶聚集，导致TiO₂的降解效率反而降低，能实现本发明目的的亲水改性剂的分子量为4K～500K。

优选地，所述亲水改性剂的分子量为10K～50K，塑料薄膜降解及机械性能更优。最优选地，所述亲水改性剂的分子量为10K，塑料薄膜降解及机械性能最优。