一种氧化生物降解贴体膜的机理与制备方法与流程

本发明属于氧化生物降解膜技术领域，尤其涉及一种氧化生物降解贴体膜的机理与制备方法。

背景技术：

随着经济的飞速发展，人们对环境的破坏日益严重，尤其是不可降解的塑料，被人们随意乱丢后，由于不易被土壤微生物降解，长期留存在土壤内，给生态环境造成了严重的污染。一次性餐具、一次性塑料制品以及农用地膜等均难以再回收利用，传统的处理方法以焚烧和掩埋为主。焚烧会产生大量的有害气体，污染环境；掩埋则其中的聚合物短时间内不能被微生物分解，也污染环境。残弃的塑料膜存在于土壤中，阻碍农作物根系的发育和对水分、养分的吸收，使土壤透气性降低，导致农作物减产；动作食用残弃的塑料膜后，会造成肠梗阻而死亡；流失到海洋中或废弃在海洋中的合成纤维渔网和钓线已对海洋生物造成了相当的危害，因此提倡绿色消费与加强环境保护势在必行。

为了减少白色污染，保护生态环境，人们开始对可降解的塑料进行研究，研究的第一代降解塑料为可降解塑料，这种可降解塑料在原有原料的基础上添加了一小部分的可降解母料或淀粉基原料，其大部分是不能进行降解的，也不利于塑料的回收与再造；研究的第二代降解塑料为完全生物降解塑料，利用微生物合成材料、天然高分子材料和合成高分子材料等技术进行制造，这种塑料虽然在一定时间内可以完全自然分解，但是由于技术难度较大，不易实施，而且成本也较高，不利于大范围推广使用；研究的第三代降解塑料为氧化生物降解塑料，是采用生物基原料配合各种降解助剂，利用全降解核心技术，使生物基各种包装膜达到全生物降解。

目前，制造氧化生物降解塑料的方法主要为首先通过搅拌装置搅拌，然后通过造粒机造粒，最后通过共挤吹膜机吹膜成型，但是通过造粒机后的颗粒湿气并没有完全去除，传统的方法为通过晾晒通风3-5小时后再进行吹膜成型，降低了生产效率。

技术实现要素：

本发明提供一种氧化生物降解贴体膜的机理与制备方法，以解决上述背景技术中提出的通风晾晒效率低的问题。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种氧化生物降解贴体膜的机理与制备方法，包括搅拌装置、造粒机、烘干装置、共挤吹膜机，所述搅拌装置与造粒机连接，所述造粒机与烘干装置连接，所述烘干装置与共挤吹膜机连接；

所述搅拌装置包括搅拌机壳，所述搅拌机壳顶部设有搅拌机盖，所述搅拌机盖上方设有搅拌电机，所述搅拌机盖上设有通槽，所述搅拌电机底部设有旋转轴，所述旋转轴穿过通槽位于搅拌机壳内，所述旋转轴侧面设有搅拌杆；

所述造粒机包括输送仓、分切仓、输出仓，所述输送仓的顶部设有进料口，所述输送仓内设有输送螺杆，所述输送螺杆一端连接有输送电机，所述输送仓另一端与分切仓连接，所述分切仓内设有切刀，所述切刀一端连接有分切电机，所述分切仓的底部与输出仓连接，所述输出仓内设有输出螺杆，所述输出螺杆连接有输出电机；

所述烘干装置包括烘干机壳，所述烘干机壳内设有加热仓，所述加热仓内设有加热管，所述烘干机壳内设有下层筛板、中层筛板、上层筛板，所述下层筛板的下方设有下层托台，所述中层筛板的下方设有中层托台，所述上层筛板的下方设有上层托台；

所述共挤吹膜机包括外模体，所述外模体内设有芯模，所述外模体包括第一层外模、第二层外模、第三层外模、底模，所述第一层外模、第二层外模之间设有第一层流道，所述第二层外模、第三层外模之间设有第二层流道，所述第三层外模、底模之间设有第三层流道，所述第一层外模上方设有口模，所述口模与芯模之间设有顶层流道，所述顶层流道、第一层流道、第二层流道、第三层流道均相通。

所述下层筛板的筛孔小于中层筛板的筛孔，所述中层筛板的筛孔小于上层筛板的筛孔。

还包括原料，所述原料包括硬脂酸镨、水滑石粉、正辛基二茂铁、硬脂酸锶、电气石粉、间苯二酚单苯甲酸酯、4- 羟甲基-2，6-二叔丁基苯酚、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、聚乳酸、纳米二氧化硅、3-氨丙基三乙氧基硅烷、硬脂酸镧、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯。

本发明的有益效果为：

1 本技术方案通过增加烘干装置，可以将原先的3-5小时的通风晾晒时间缩短为20-30min，大大提高了生产效率，而且干燥更为彻底，实施效果非常理想。

2 在烘干装置内设置筛板，可以使干燥更为充分，通过将筛板的筛孔设置为不同大小，可以在烘干的过程中将原料进行分类，一举两得，操作方便。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明搅拌装置的结构示意图；

图3为本发明造粒机的结构示意图；

图4为本发明烘干装置的结构示意图；

图5为本发明共挤吹膜机的结构示意图。图中：1-搅拌装置，2-造粒机，3-烘干装置，4-共挤吹膜机，5-搅拌机壳，6-搅拌机盖，7-搅拌电机，8-旋转轴，9-搅拌杆，10-输送仓，11-分切仓，12-输出仓，13-进料口，14-输送螺杆，15-输送电机，16-切刀，17-分切电机，18-输出螺杆，19-输出电机，20-烘干机壳，21-加热仓，22-加热管，23-上层筛板，24-中层筛板，25-下层筛板，26-上层托台，27-中层托台，28-下层托台，29-外模体，30-芯模，31-第一层外模，32-第二层外模，33-第三层外模，34-底模，35-第一层流道，36-第二层流道，37-第三层流道，38-口模，39-顶层流道。

具体实施方式

一种氧化生物降解贴体膜的机理与制备方法，包括原料、搅拌装置1、造粒机2、烘干装置3、共挤吹膜机4，搅拌装置1与造粒机2连接，造粒机2与烘干装置3连接，烘干装置3与共挤吹膜机4连接；

原料包括硬脂酸镨、水滑石粉、正辛基二茂铁、硬脂酸锶、电气石粉、间苯二酚单苯甲酸酯、4- 羟甲基-2，6-二叔丁基苯酚、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、聚乳酸、纳米二氧化硅、3-氨丙基三乙氧基硅烷、硬脂酸镧、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯；

搅拌装置1包括搅拌机壳5，搅拌机壳5顶部设有搅拌机盖6，搅拌机盖6上方设有搅拌电机7，搅拌机盖6上设有通槽，搅拌电机7底部设有旋转轴8，旋转轴8穿过通槽位于搅拌机壳5内，旋转轴8侧面设有搅拌杆9；

造粒机2包括输送仓10、分切仓11、输出仓12，输送仓10的顶部设有进料口13，输送仓10内设有输送螺杆14，输送螺杆14一端连接有输送电机15，输送仓10另一端与分切仓11连接，分切仓11内设有切刀16，切刀16一端连接有分切电机17，分切仓11的底部与输出仓12连接，输出仓12内设有输出螺杆18，输出螺杆18连接有输出电机19；

烘干装置3包括烘干机壳20，烘干机壳20内设有加热仓21，加热仓21内设有加热管22，烘干机壳20内设有下层筛板25、中层筛板24、上层筛板23，下层筛板25的下方设有下层托台28，中层筛板24的下方设有中层托台27，上层筛板23的下方设有上层托台26；其中下层筛板25的筛孔小于中层筛板24的筛孔，中层筛板24的筛孔小于上层筛板23的筛孔。

共挤吹膜机4包括外模体29，外模体29内设有芯模30，外模体29包括第一层外模31、第二层外模32、第三层外模33、底模34，第一层外模31、第二层外模32之间设有第一层流道35，第二层外模32、第三层外模33之间设有第二层流道36，第三层外模33、底模34之间设有第三层流道37，第一层外模31上方设有口模38，口模38与芯模30之间设有顶层流道39，顶层流道39、第一层流道35、第二层流道36、第三层流道37均相通。

实施原理：氧化式生物复合降解添加剂，以PP、PE、PS等聚烯烃为原料制成的制品，加入1%氧化式生物复合降解添加剂，即可达到100%的氧化和生物降解，降解原理为通过打断高分子内部的碳键的共价键，把分子量变小，分解成碎片，经氧化降解的过程后，最终把塑料转化成水、二氧化碳和生物质，被微生物分解，整个降解过程近乎零污染，对自然生态没有负面影响，加入氧生物降解母料的塑料，可回收后再造，循环利用，不会留下任何有害物质。生物降解过程并不需要一个生物活跃环境来开始分解，在有氧的情况下，配合阳光、热力、压力等因素，降解过程便能启动。

聚乙烯和聚丙烯的光热降解可追溯到20世纪后半叶，主要目标是解决它们的生物降解问题。研究的重点放在通过引入官能团使聚烯烃在光热作用下产生亲水的过氧化物，并切断长链。在光热、氧气和氧化促进剂的作用下，长链被切断，大分子被氧化是其主要的反应。

经过热氧化降解，含有氧化促进剂的聚乙烯的分子量显著减小，氧化后的产物包含羧酸，酮，内酯和小分子量的碳氢化合物。用化学发光法分析聚乙烯的热氧化反应，发现最初的产物是酮类亲水的过氧化物，然后长链断裂，并同时生成羧酸、醛和酮基团。聚烯烃的氧化降解产生的羰基类产物可用红外光谱仪来检测。羰基的产生和增加显示了聚合物分子量地降低。羰基指数和聚合物分子量的变化有关联。氧化降解后的产物，如羧酸，即使没有进一步的生物降解，它也可以继续氧化降解，最终氧化为二氧化碳和水。

通过研究分子量和真菌生长的关系，发现聚乙烯无法被生物降解。但假如聚乙烯的分子量小于500，它们可以被微生物分解。35年前英国阿斯登大学的多学科联合小组证实：虽然普通商用聚乙烯无法生物降解，但加了氧化促进剂的聚乙烯在光的作用下发生降解，可以被生物吸收。有研究显示，分子量为28,000的高密度聚乙烯能被生物降解^[14]。对较厚的聚乙烯板的研究发现，光降解后，Mw为40,000时，聚乙烯板的表面发生了生物降解。在聚乙烯板表面生成的氧化降解的低分子量产物首先被生物降解。在这种情况下，生物降解的速度取决于氧化降解的速度。进一步的研究发现，只要发生少许非生物降解，就可产生生物降解。也就是说，生物降解和非生物降解几乎是同时发生，同时存在，并相互促进。

可降解聚烯烃的生物降解速率取决于非生物降解速率，它们在土壤中的矿物化速率较小。现有的用于（水化）生物降解塑料的试验方法在测试氧化降解塑料的矿物化速率时，测试精度受到了环境和空白试样的影响。研究者于是设计了一种合适的试验装置和测试方法来测试氧化生物降解塑料的矿物化速率。研究显示，氧化降解后的低密度聚乙烯样品在土壤中的微生物作用下，发生了显著的生物降解。经过18个月的生物降解，矿物化率达到50%~60%。

氧化生物降解性能研究分为三大部分，第一部分是氧化降解性能的研究。其中包括热氧化降解性能研究和光热氧化生物降解性能研究。第二部分是氧化降解产物的生物降解性能研究。其中包括二氧化碳释放试验和获得性生物降解性能试验。第三部分是氧化降解产物对环境的影响性研究。包括水芹和大麦种子发芽和生长试验、蚯蚓和水蚤毒性试验和细菌活力试验。

实施过程

首先将原料按照按重量份进行配置：硬脂酸镨0.03-0.05重量份、水滑石粉0.10-0.30重量份、正辛基二茂铁0.05-0.10重量份、硬脂酸锶 0.10-0.50重量份、电气石粉0.50-0.90重量份、间苯二酚单苯甲酸酯0.10-0.30重量份、4- 羟甲基-2，6-二叔丁基苯酚0.05-0.20重量份、高密度聚乙烯30-50重量份、低密度聚乙烯 10-20重量份和线性低密度聚乙烯20-30重量份、聚乳酸30-70重量份、纳米二氧化硅1-10 重量份、3-氨丙基三乙氧基硅烷1-5重量份、硬脂酸镧0.05-0.20重量份、低密度聚乙烯5-10 重量份、线性低密度聚乙烯4.8-30重量份。

然后将原料放进搅拌装置进行搅拌，转速为300-500rpm，时间为300min-400min，搅拌均匀后放入造粒机进行造粒，得到降解塑料颗粒，机头温度为110-150℃，然后将降解塑料颗粒放入烘干装置进行烘干，温度为80-100℃，时间为20-30min，烘干后放入共挤吹膜机内进行吹膜，其中吹膜的温度为150℃-200℃，吹胀比为2-3，牵引速度为5-8min。

试验过程:

降解产物生物毒性试验，样品的准备参考了美国标准ASTM D5338-98“控制堆肥条件下塑料材料有氧生物降解测试方法”和欧盟标准EN13432“堆肥和生物降解包装材料的要求—包装材料评判标准和试验方法”。

将经过热氧化降解或光热氧化降解后的塑料样品和标准堆肥混合，塑料样品干重和堆肥干重的比例为1比9。标准堆肥在使用前用孔径为10mm的筛子过筛，使其颗粒小于10mm。在容器内用蒸馏水将混合物的含水量调整到50%。用氯化铵将混合物中C/N之比调整到40以下。将密闭容器放入58±2^oC的烘箱内，放45天。在第一个星期，容器每天打开4次，向容器内吹入空气（氧气）。在第二个星期，容器每天打开2次。第三个星期，容器每天打开1次。以后每2~3天打开一次。在样品准备期间，每星期搅拌混合料一次。空白组用100%标准堆肥，所有的准备程序和试验样品相同。

大麦发芽和生长试验，用500ml的花盆，将堆肥和标准培养基混合。每种堆肥用2种混合比例：1/3和1/1（体积比）。将500ml试验混合料装入花盆，加入100ml去矿物质水，在其表面均匀放上50粒大麦种子，在种子上面，覆盖一薄层硅砂。最后，加入足量的去矿物质水以保证达到最佳的含水率。花盆准备好后，盖上一块玻璃片，将所有花盆放入温度为22±2^oC的暗处。发芽后，去除玻璃片，将花盆安置在有阳光的地方。根据实际情况，对需要加水的花盆加去矿物质水。为消除负面影响，每个花盆在试验周期转动三次。当50%标准培养基内的种子发芽后，试验再进行14±2天。试验结束时，测定土壤上面植物的鲜重和干重，以及种子的发芽率。大麦鲜重和大麦干重的P值均接近于1，说明各组试验结果相差不显著。这说明，降解堆肥1:3对大麦的生长和空白堆肥1:3相比没有显著的不同；降解堆肥1:1对大麦的生长和空白堆肥1:1相比没有显著的不同。所有5种环境，即标准培养基、空白堆肥1:3、空白堆肥1:1、卡润祺堆肥1:3和降解堆肥1:1，对大麦的生长没有显著的区别。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围，凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。