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可降解塑料的普及,碳酸鈣材料將發(fā)揮重要作用

   2022-08-19 2960
核心提示:近年研究表明,碳酸鈣等無(wú)機(jī)粉體材料在制造環(huán)境友好塑料材料方面發(fā)揮了重要作用
         國(guó)家發(fā)展改革委、生態(tài)環(huán)境部、工業(yè)和信息化部、住房城鄉(xiāng)建設(shè)部、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、商務(wù)部、文化和旅游部、市場(chǎng)監(jiān)管總局、供銷合作總社等9部門聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于扎實(shí)推進(jìn)塑料污染治理工作的通知》,明確禁限不可降解塑料袋、一次性塑料餐具、一次性塑料吸管等一次性塑料制品的政策邊界和執(zhí)行要求。 
 從技術(shù)角度看,環(huán)保替代塑料吸管有多種選擇,而可降解塑料抗摔性、耐熱性、防腐性等方面的提升空間是另一個(gè)問題。這也意味著我國(guó)可降解塑料將迎來(lái)發(fā)展機(jī)遇。到2030年,預(yù)計(jì)我國(guó)可降解塑料需求量可到428萬(wàn)噸,市場(chǎng)規(guī)??蛇_(dá)855億元。2020年底“禁塑令”工作目標(biāo) 從材料與環(huán)保協(xié)調(diào)發(fā)展角度看, 使用源于自然并可回歸于自然的無(wú)機(jī)礦物作為填料部分取代高分子材料生產(chǎn)塑料制品是目前的可行方案之一。 
近年研究表明,碳酸鈣等無(wú)機(jī)粉體材料在制造環(huán)境友好塑料材料方面發(fā)揮了重要作用。實(shí)現(xiàn)了提高塑料制品尺寸的穩(wěn)定性、提高塑料制品的硬度和剛性、改善塑料加工性能、提高塑料制品的耐熱性、改進(jìn)塑料的散光性、降低塑料制品成本等多重優(yōu)勢(shì)。碳酸鈣有利于塑料材料的降解,聚乙烯(PE)薄膜中有碳酸鈣粉末時(shí),在填埋后碳酸鈣有可能與CO2和H2O反應(yīng),生成溶于水的Ca(HCO3)2而離開薄膜。留下的微孔,將增大聚乙烯塑料接觸周圍空氣和微生物的面積,從而有利于進(jìn)一步降解。 
同時(shí),填加碳酸鈣有利于PE焚燒。燃燒時(shí),塑料溶化容易形成黏壁現(xiàn)象,無(wú)機(jī)粉體加入能夠使得這一問題得到極大改善。在PE塑料材料中添加了大量碳酸鈣,其效果不僅體現(xiàn)在塑料材料的減量上,且焚燒時(shí)可減少對(duì)大氣污染,減少尾氣中有害氣體的排放量, 特別是與焚燒熱氧降解劑配合使用,對(duì)遏止二惡英產(chǎn)生有十分重要意義。近幾年日本等國(guó)開發(fā)了可焚燒PE塑料薄膜袋用來(lái)作為盛放焚燒垃圾發(fā)電專用袋。 

碳酸鈣是塑料工業(yè)中用量最大的無(wú)機(jī)填料之一。納米碳酸鈣粒子具有尺寸小,比表面面積大,表面原子處于高度活化狀態(tài)的特點(diǎn),與聚合物有很強(qiáng)的界面相互作用,可對(duì)聚合物進(jìn)行增韌增強(qiáng),使塑料為基體的塑料/納米復(fù)合材料具有無(wú)機(jī),有機(jī)和納米材料的綜合優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于塑料填充改性中。



經(jīng)研究測(cè)試發(fā)現(xiàn)從碳酸鈣的含量為0%開始到碳酸鈣含量為50%,碳酸鈣與PBAT的共混塑料的拉伸性能出現(xiàn)了先是增加后來(lái)下降的現(xiàn)象,而加入偶聯(lián)劑KH560和增容劑ADR時(shí),明顯提高了碳酸鈣含量在50%的PBAT與碳酸鈣的共混塑料的拉伸性能,并且在偶聯(lián)劑使用含量在2%,增溶劑含量在1%時(shí),其共混塑料的拉伸性能達(dá)到峰值。


同樣是以PBAT為基體材料,填料為碳酸鈣含量50%時(shí)的共混制作出的復(fù)合材料,使用雙層包覆技術(shù)制作出來(lái)的可完全生物降解的復(fù)合材料力學(xué)性能良好。使用雙層包覆法加入0.5%KH560和0.5%鈦酸酯102對(duì)碳酸鈣進(jìn)行表面改性。制備出的復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度有所增加,相對(duì)于助劑不變的情況下對(duì)碳酸鈣單層包覆法進(jìn)行表面改性,制備出的復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度有不小的提升。


通過雙螺桿擠出機(jī)將碳酸鈣母粒與PBAT熔融共混制成均相材料。結(jié)果表明:隨著碳酸鈣含量的增加,PBAT的斷裂伸長(zhǎng)率、拉伸強(qiáng)度整體呈下降趨勢(shì),當(dāng)碳酸鈣母粒含量為40%時(shí),PBAT斷裂伸長(zhǎng)率降低了59.68%,拉伸強(qiáng)度降低了56.19%;沖擊強(qiáng)度隨碳酸鈣含量的增加呈現(xiàn)上升趨勢(shì),當(dāng)碳酸鈣母粒含量40%時(shí),PBAT沖擊強(qiáng)度升高了46.52%;碳酸鈣含量的增加對(duì)PBAT的軟化溫度影響不大;PBAT的密度隨著碳酸鈣含量的增加而增大,當(dāng)碳酸鈣母粒含量為40%時(shí),密度為1.44g/cm3,升高了19%。


碳酸鈣改性得到鋁酸酯碳酸鈣(Al-CaCO3),并研究其對(duì)PLA降解性能的影響。結(jié)果表明:Al-CaCO3可極大地提高PLA的降解性能。純PLA在8d內(nèi)僅降解約20%,而Al-CaCO3添加量在30%以上時(shí),可在3d內(nèi)使PLA完全降解,有利于材料的應(yīng)用和家庭與工業(yè)堆肥。



隨著中國(guó)禁塑行動(dòng)的進(jìn)行,超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣、輕質(zhì)碳酸鈣和納米碳酸鈣由于價(jià)格相對(duì)低廉,又可促進(jìn)塑料降解,環(huán)境友好,在可降解塑料中的添加比例會(huì)越來(lái)越大,市場(chǎng)前景會(huì)越來(lái)越廣闊。


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