任晨

摘 要：筆記本電腦包裝的主要功能是，在從制造商到達(dá)最終用戶(hù)過(guò)程中，對(duì)筆記本的機(jī)械結(jié)構(gòu)以及外表面起到保護(hù)作用。目前筆記本電腦的包裝主流材料為各種高分子塑料。由于高分子塑料在自然環(huán)境中不能自然降解，導(dǎo)致對(duì)自然環(huán)境產(chǎn)生大量的“白色污染”。本次研究是通過(guò)對(duì)包裝材料的研究來(lái)獲得全降解塑料薄膜，其具有機(jī)械強(qiáng)度高、降解效率高、降解時(shí)間短、適用范圍廣、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、原料易得等特點(diǎn)，可在廢棄后于自然環(huán)境下降解。

關(guān)鍵詞：筆記本包裝；環(huán)保；可降解；天然高分子材料

1 問(wèn)題描述

自20世紀(jì)30年代開(kāi)始應(yīng)用合成高分子材料，塑料以其價(jià)廉物美的特殊品質(zhì)、質(zhì)輕耐用，廣泛應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)各部門(mén)和日常生活各領(lǐng)域。2015年全球筆記本電腦的出貨量為1.644億臺(tái)。需要使用的塑料包裝大約為2000～4000噸。傳統(tǒng)的高分子材料工業(yè)受限石油資源的日益減少導(dǎo)致成本持續(xù)上漲而發(fā)展速度減緩，同時(shí)，傳統(tǒng)高分子材料產(chǎn)生的環(huán)境污染問(wèn)題日益凸顯，已經(jīng)引起了社會(huì)的極大重視。傳統(tǒng)高分子材料自然降解時(shí)間長(zhǎng)，通過(guò)焚燒方式可以發(fā)電，但是設(shè)備投資大，易產(chǎn)生對(duì)人體和環(huán)境有害的氣體，增加溫室效應(yīng)，造成二次污染；回收利用可較好地解決塑料白色污染問(wèn)題，但該方法運(yùn)行成本高、技術(shù)難度大、產(chǎn)品質(zhì)量難以保證。

2 解決方案

天然高分子材料是可循環(huán)利用的一種資源，它能夠被陽(yáng)光或者微生物分解為對(duì)環(huán)境無(wú)污染的物質(zhì)，如水和二氧化碳、無(wú)機(jī)小分子物質(zhì)等，而且天然高分子材料具有較強(qiáng)的可塑性，可以通過(guò)多種材料添加的方法使之成為具所需要的某種特殊性質(zhì)的的功能材料。天然高分子材料在使用和保存期內(nèi)能夠滿(mǎn)足應(yīng)用性能要求，使用后在特定環(huán)境條件下，在較短時(shí)間內(nèi)化學(xué)結(jié)構(gòu)能發(fā)生明顯變化。目前，已產(chǎn)業(yè)化的降解塑料品種有光降解、光/生物降解、生物降解等，其中對(duì)保護(hù)環(huán)境、生態(tài)有益的生物降解塑料是目前應(yīng)用最廣泛的一種，而且其具有價(jià)格適中、加工設(shè)備簡(jiǎn)單、降解性能優(yōu)良等特點(diǎn)，已成為當(dāng)前易回收的一次性包裝物最為理想的材料。

可降解淀粉基塑料材料俗稱(chēng)天然高分子材料，又稱(chēng)生物質(zhì)材料，包括淀粉、纖維素、殼聚糖、蛋白質(zhì)及木質(zhì)素五類(lèi)，這些材料來(lái)源于自然界生長(zhǎng)的物質(zhì)。其主要優(yōu)點(diǎn)為資源豐富、可循環(huán)再生、永不枯竭及價(jià)格低廉，其缺點(diǎn)為濕強(qiáng)度低、可塑成型不好。

（1）利用可生物降解的淀粉基材塑料來(lái)生產(chǎn)可降解的包裝已成為研究的熱點(diǎn)。但是淀粉在提高塑料可降解性能的同時(shí)，一方面會(huì)造成其物理機(jī)械性能的下降，使其加工困難，另一方面還存在親水性太強(qiáng)，與大部分通用樹(shù)脂之間的相容性很差，致使制成的薄膜力學(xué)性能大幅下降，阻水性能差等缺點(diǎn)，從而阻礙了淀粉塑料在工業(yè)化推廣過(guò)程中的廣泛應(yīng)用。

（2）聚乙烯醇是一種用途廣泛的傳統(tǒng)高分子聚合物，機(jī)械性能介于塑料和橡膠之間，含有大量的極性基團(tuán)羥基，分子鏈結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)規(guī)整，具有獨(dú)特的耐溶劑性、平滑性、保護(hù)膠體性、耐油性以及經(jīng)特殊處理具有的耐水性，同時(shí)還具有一定的生物降解性，在濕環(huán)境中有細(xì)菌存在的條件下6個(gè)月內(nèi)可以完全分解成水和二氧化碳，是完全生物降解材料，但是降解過(guò)程中對(duì)降解環(huán)境要求較高，使降解速度相對(duì)較慢。

（3）苧麻是極具中國(guó)特色的傳統(tǒng)纖維作物，我國(guó)常年苧麻種植面積達(dá)到20萬(wàn)公頃左右，苧麻骨作為苧麻產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；a(chǎn)加工的副產(chǎn)物，是重要的生物資源，其中富含纖維素、半纖維素，其纖維素含量和纖維形態(tài)類(lèi)似闊葉樹(shù)種，理論上是理想的制備原料，且對(duì)其合理高效的開(kāi)發(fā)利用對(duì)于提高苧麻綜合價(jià)值、促進(jìn)苧麻產(chǎn)業(yè)發(fā)展都意義重大。

（4）本次研究目的是提供一種苧麻麻骨增強(qiáng)淀粉基全降解塑料薄膜制品。使用高含量的表面疏水改性的淀粉作為基體，配合添加將苧麻麻骨作為淀粉基全降解塑料薄膜的增強(qiáng)材料，能夠提高薄膜的強(qiáng)度以及防水、防油性能，而且成本低、不會(huì)產(chǎn)生污染。

3 高分子材料的改性設(shè)計(jì)

3.1 玉米淀粉的抗水，提高可塑性的處理

把玉米淀粉、納米蒙脫、鈦酸四丁酯土與甘油混合獲得表面疏水處理的混合粉末。

玉米淀粉作為可完全降解基材。

納米蒙脫作為增容劑。借助于分子間的鍵合力，可以起到類(lèi)似油分散于水中所用的表面活性劑的作用。之所以能將兩種不相容的聚合物組成塑料聚合物，是因?yàn)樵谄浞肿又芯哂蟹謩e能與兩種聚合物進(jìn)行物理或化學(xué)結(jié)合的基團(tuán)的能力。納米蒙脫還起到穩(wěn)定劑作用?？梢苑乐购铣蓸?shù)脂在加工和使用過(guò)程中受光和熱的作用分解和破壞，延長(zhǎng)使用壽命，阻隔氣體以及良好的遠(yuǎn)紅外反射性，同時(shí)耐熱、耐磨、強(qiáng)度高。

鈦酸四丁酯土作為偶聯(lián)劑。偶聯(lián)劑的作用是屏蔽淀粉表面羥基，在水解后能生成一層交聯(lián)的致密網(wǎng)狀疏水膜。偶聯(lián)劑是具有特殊結(jié)構(gòu)的有機(jī)硅化合物。在它的分子中，同時(shí)具有能與無(wú)機(jī)材料結(jié)合的反應(yīng)性基團(tuán)和與有機(jī)材料結(jié)合的反應(yīng)性基團(tuán)。

甘油作為增塑劑。增塑劑分子插進(jìn)到聚合物分子鏈之間，削弱了聚合物分子鏈間的應(yīng)力，結(jié)果增加了聚合物分子鏈的移動(dòng)性，降低了聚合物分子鏈的結(jié)晶度，從而使聚合物的塑性增加，也就對(duì)抗了塑化作用的主要因素聚合物分子鏈間的應(yīng)力和聚合物分子鏈的結(jié)晶度。

3.2 制作增強(qiáng)劑來(lái)提高玉米淀粉的抗油、抗水能力，增加機(jī)械強(qiáng)度，提高可塑性，從而降低加工難度

把苧麻麻骨，干酪素與液體石蠟混合獲得苧麻麻骨增強(qiáng)料。

苧麻麻骨作為增強(qiáng)劑又叫填充劑。它能通過(guò)化學(xué)和（或）物理作用將兩種性質(zhì)差異大、原來(lái)不易結(jié)合的材料較牢固地結(jié)合起來(lái)。它可以提高塑料的耐熱、耐水、耐油性能，提高薄膜的強(qiáng)度（可以增加抗拉強(qiáng)度，斷裂伸長(zhǎng)率，沖擊強(qiáng)度），并降低成本。

干酪素作為交聯(lián)劑能在高分子聚合物的線(xiàn)型分子間起架橋作用，可以將N個(gè)線(xiàn)型分子相互鍵合組成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。促進(jìn)或調(diào)節(jié)聚合物分子鏈間共價(jià)鍵或離子鍵形成的物質(zhì)。因?yàn)楦叻肿泳酆衔锏姆肿咏Y(jié)構(gòu)是一條條長(zhǎng)的線(xiàn)，交聯(lián)前機(jī)械強(qiáng)度低，容易被拉斷，且彈性差。

液體石蠟作為內(nèi)潤(rùn)滑劑。在聚合物內(nèi)部起到降低聚合物分子間內(nèi)聚力的作用，從而改善塑料熔體的內(nèi)摩擦生熱和熔體的流動(dòng)性。

3.3 提高聚乙烯醇塑料制品的熱穩(wěn)定性

將步驟（1）（2）獲得粉末與硬脂酸混合放入雙螺桿造粒機(jī)中獲得淀粉母料。

硬脂酸作為熱穩(wěn)定劑，在物理的（如熱、輻射）和化學(xué)的（氧，臭氧）因素作用下，防止高分子聚合物材料的逐漸破壞。

3.4 混合高分子聚合物，增加混合物的可塑性，并擠出吹塑成膜

將淀粉母料、聚乙烯醇、檸檬酸三乙酯混合均勻后，加入到單螺桿擠出機(jī)中，控制溫度在170～180 ℃的加工溫度下進(jìn)行熱熔擠出吹塑成膜，最后定性收卷、包裝即得。

聚乙烯醇是合成樹(shù)脂合成樹(shù)脂是塑料的最主要成分，其在塑料中的含量一般在30%～100%。

檸檬酸三乙酯作為增塑劑。作用與甘油類(lèi)似。

3.5 重量份的原料制備制成（單位：kg）

玉米淀粉60～65、納米蒙脫土7～9、甘油0.6～0.7、鈦酸四丁酯1.2～1.4、苧麻麻骨12～14、聚乙烯醇30～35、干酪素12～14、液體石蠟0.6～0.8、檸檬酸三乙酯11～15、硬脂酸1～1.5、抗氧劑1010 1.5～2。

4 效果驗(yàn)證

將本研究的包裝制品按照GB/T 20197—2006的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行降解試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)4個(gè)月的土埋實(shí)驗(yàn)，生物降解率可以達(dá)到62.8%。按照GB/T 1040.3—2006進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，薄膜厚度為0.03 mm，橫向拉伸強(qiáng)度為24.9 MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為660.85%；縱向拉伸強(qiáng)度為22.5 MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為 446.10%，符合標(biāo)準(zhǔn)。

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（作者單位：惠普貿(mào)易（上海）有限公司）