汪瑾璇 王芷楠 羅 一 孫文捷

（湖南科技大學(xué)，湖南 湘潭411201）

0 引言

垃圾袋在生活中使用頻率越來越高。將垃圾分類，然后進行裝袋，已經(jīng)成為一種趨勢，然而，看似文明的趨勢背后隱藏卻隱藏著嚴重的污染問題。因為目前使用的垃圾袋多為“污染型垃圾袋”，而傳統(tǒng)“污染型垃圾袋”是以聚氯乙烯為原料的垃圾袋，塑料掩埋經(jīng)過數(shù)百年的時間也不能完全降解,焚燒則會產(chǎn)生高致癌物質(zhì)“二噁英”和其他有害煙塵和氣體[1],對自然環(huán)境和人類生活帶來不可磨滅的危害。為適應(yīng)目前垃圾袋多功能和環(huán)?；男枨?，本團隊研究了一種具有環(huán)保意義的垃圾袋。此環(huán)保垃圾袋將大大改善原有垃圾袋的可降解性，有效降低白色污染，保護生態(tài)環(huán)境，并且具有木材消耗量為零，三廢排放極低等優(yōu)勢。此發(fā)明可以推進當(dāng)前垃圾袋科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，促進自然生態(tài)環(huán)境的保護和改善，體現(xiàn)綠色科技共享理念，社會效益顯著。

1 設(shè)計目的及原理

1.1 設(shè)計目的

傳統(tǒng)PE垃圾袋回收價值較低，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不易降解，在自然環(huán)境中長期不分離。這就表明若廢塑料垃圾不回收，將變成污染物并不斷累積且永久存在，會對環(huán)境造成極大危害，進而對農(nóng)業(yè)、動物生存以及土地的可持續(xù)利用造成威脅。近年來，合成垃圾袋產(chǎn)品雖然具有良好的書寫和印刷性能，但特種功能仍不顯著，與傳統(tǒng)垃圾袋產(chǎn)品性能差異化不大。此外，合成垃圾袋的發(fā)展還存在附加值不高、應(yīng)用領(lǐng)域有限等問題。

環(huán)保垃圾袋指可降解垃圾袋，它降解成水和二氧化碳，不污染空氣和土壤。由于光降解和水降解需要在特定環(huán)境下才能降解，所以，市場中一般為“生物降解”相對常見。目前，可降解垃圾袋的造價是普通垃圾袋的3～5倍，使用成本比普通垃圾袋高出很多，主動選擇可降解垃圾袋的用戶并不多。

1.2 設(shè)計原理

環(huán)保垃圾袋利用高分子界面化學(xué)原理[2]，經(jīng)濕法轉(zhuǎn)相制膜技術(shù)開發(fā)垃圾袋產(chǎn)品，在生產(chǎn)技術(shù)與工藝方面優(yōu)勢十分明顯。在生產(chǎn)過程中，只需通過溶解、混合、濕法制膜、干燥等工藝流程即可制得垃圾袋產(chǎn)品，生產(chǎn)過程最高溫度為80℃左右，能耗大大降低。另外，該垃圾袋采用濕法轉(zhuǎn)相制膜技術(shù)，賦予垃圾袋的表面與截面大量的孔洞結(jié)構(gòu)，這不僅進一步增強了垃圾袋的吸墨、固墨性能，還賦予垃圾袋吸聲降噪、隔熱保溫、觸感柔和等新穎功能，生產(chǎn)技術(shù)更加先進，降低生產(chǎn)成本[3]。

環(huán)保垃圾袋的制作材料如表1所示。

表1 環(huán)保垃圾袋的制作材料

2 環(huán)保垃圾袋的優(yōu)點

2.1 概述

環(huán)保垃圾袋在用料、生產(chǎn)、特種功能方面較傳統(tǒng)垃圾袋有較大的改善，從而達到實現(xiàn)其多功能和環(huán)?；哪康摹?/p>

傳統(tǒng)合成垃圾袋所使用的無機填料主要是碳酸鈣，此類高分子材料循環(huán)使用次數(shù)有限，且生物降解性較差、降解周期長，最終給環(huán)境帶來白色污染。此外，傳統(tǒng)垃圾袋需要在高溫條件下進行，能耗較高。

合成垃圾袋產(chǎn)品主要使用的高分子材料為聚乙烯、聚丙烯等材料。選用生物質(zhì)可再生資源—生物碳酸鈣和降解型聚氨酯為主要原料，以功能填料為輔助材料，利用高分子界面化學(xué)原理，經(jīng)濕法轉(zhuǎn)相制膜技術(shù)研制一系列用聚乙烯、聚丙烯和密胺垃圾袋產(chǎn)品。

生物碳酸鈣等無機粉體材料在制造環(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、改進塑料的散光性、降低塑料制品成本等多重優(yōu)勢。碳酸鈣，是一種有利于塑料材料的降解的材料，聚乙烯（PE）薄膜中有碳酸鈣粉末時，在填埋后，碳酸鈣會與CO2和H2O反應(yīng)，生成Ca（HCO3）2后離開薄膜。留下的微孔，將增大接觸面積，從而有利于進一步降解。同時，添加碳酸鈣有利于PE焚燒。燃燒時，塑料溶化容易形成黏壁現(xiàn)象，無機粉體加入能夠使得這一問題得到極大改善。在聚乙烯等材料中添加碳酸鈣成分，在焚燒時產(chǎn)生有害氣體的含量就會減少，這樣來就可減少對大氣的污染，尤其是當(dāng)焚燒熱氧降解劑配合使用時，對有效防止二噁英的產(chǎn)生具有十分重要的作用。聚氨酯的生物降解性，使其成為具有使用價值的可用材料。聚氨酯是嵌段共聚物，由剛性軟鏈段及柔性硬鏈段相互交替從而連接，其微球表面結(jié)構(gòu)與生物膜類似，所以聚氨酯其鏈的結(jié)構(gòu)具有生物降解性。

與傳統(tǒng)垃圾袋“高污染、低產(chǎn)出”的現(xiàn)狀相比，該生產(chǎn)過程基本可以達到“三廢（廢水、廢氣、廢渣）零排放”。環(huán)保垃圾袋在材料中添加了功能填料，以賦予其多種特種功能，并進行了分析測試。

2.2 優(yōu)點分析

2.2.1 用料

聚乙烯簡稱PE，是由乙烯通過聚合反應(yīng)而制得的一種熱塑性樹脂。聚乙烯無毒無臭，手感似蠟，耐低溫（最低使用溫度可達-70～100℃），化學(xué)性質(zhì)相對穩(wěn)定,在常溫下不溶于一般溶劑，且吸水性小。

聚丙烯簡稱PP,其原料來源比較廣泛，而且價格便宜，是在石油煉制時所產(chǎn)生的副產(chǎn)品丙烯，經(jīng)過精煉，在催化劑的催化作用下進行聚合反應(yīng)，再分離而得。聚丙烯，密度最小且無毒無味，透明度高，抗摩擦、抗化學(xué)腐蝕、防潮，多用于塑料食品工業(yè)中，能耐120℃的溫度；可吹塑成塑料袋。

密胺塑料屬氨基塑料，是由甲醛和三聚氰胺通過縮聚反應(yīng)而得，再加入填料、著色劑、硬化劑等，經(jīng)熱壓所形成。密胺塑料無毒無味，不易變形且表面光滑，手感似瓷器；抗沖擊且抗污染能力強；化學(xué)性質(zhì)好，常常用來制作食品包裝容器。

2.2.2 特種化需求

垃圾袋的基本功能即利于垃圾回收，很多市民多用塑料袋當(dāng)垃圾袋，隨著人們對生活質(zhì)量要求的提高，傳統(tǒng)塑料袋難以滿足其需求。因此要求垃圾袋還必須具有一些特殊的功能。由于各種垃圾袋用途上的差異，綜合其原料特性，根據(jù)不同用處原料占比不同，從而滿足其特種需要，如表2所示:

3 實施途徑

垃圾袋在人們生活中越來越普遍，塑料袋自1984年在我國首次使用以來，迅速遍布我國的每個角落，進入人們的日常生活，形成巨大的消費市場。據(jù)中國塑料協(xié)會塑料再生利用專業(yè)委員會統(tǒng)計，我國每天使用塑料袋約30億個，截至2019年，塑料袋年使用量超過400萬噸。而中國快遞塑料包裝每年消耗量約為180萬噸，外賣塑料包裝為50多萬噸。傳統(tǒng)合成垃圾袋以PP、PE、PO、OPP、PPE、CPE、PVC、POF等為主要原料?！八芰喜粌H污染環(huán)境，而且對生態(tài)特別是對人的生命健康有嚴重影響。”生態(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院研究員董戰(zhàn)峰這樣說。塑料袋埋在地下要過大約200年才能腐爛，并且嚴重污染土壤；塑料袋的原料系高分子化合物，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不易被天然微生物菌降解，不可降解的塑料袋自然腐爛需要200年以上；廢塑料袋如不回收，混在土地中，而造成土壤板結(jié)，影響農(nóng)作物吸收養(yǎng)分和水分，導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)；拋棄在陸、水中的廢塑料袋，若被生活在其中的動物當(dāng)作食物吞入，會影響其生長，甚至?xí)缕渌劳觯蝗绻扇》贌幚矸绞?，則會產(chǎn)生有害煙塵和有毒氣體，長期污染環(huán)境[4]。

表2 不同原料及特種功能

“十三五”以來，隨著新發(fā)展理念引領(lǐng)經(jīng)濟社會發(fā)展不斷取得新成就，綠色發(fā)展理念持續(xù)深入人心，綠色生產(chǎn)生活方式漸成普遍形態(tài)。從整體的趨勢來看，環(huán)保垃圾袋已漸漸成為發(fā)展趨勢，未來3～5年將迅速占領(lǐng)市場，成為普通塑料制品的替代品。習(xí)近平總書記指出：生態(tài)環(huán)境保護任重而道遠[5]。第一，政府要高度重視環(huán)保機制的建立，要建立環(huán)境安全保護資源庫，為環(huán)保垃圾袋運用提供豐富多樣的社會資源。第二，落實技術(shù)投入，科研機構(gòu)和高校要為環(huán)保垃圾袋提供科學(xué)研究條件，在資源投入、資源分配、資源保障要能滿足環(huán)保垃圾袋制作到運用的需求。第三“公眾參與”環(huán)保垃圾袋的運用增強環(huán)保文化的實用性，引導(dǎo)公眾積極參與環(huán)保關(guān)系和環(huán)保生活。要求公眾以有序的方式參與環(huán)保垃圾袋的創(chuàng)新，通過各種環(huán)?；顒訛楣娞峁﹩l(fā)，有效地提高個人環(huán)保知識、環(huán)保價值觀念和環(huán)保參與品質(zhì)。隨著環(huán)保觀念的提高，控制垃圾袋的使用，更新垃圾袋的使用工藝，尋找更多的環(huán)保型代替品，嚴格按照國家標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)垃圾袋，降解能力較好，而且使用壽命要比紙袋長得多，綜上所述，環(huán)保垃圾袋的前景十分廣闊[6]。