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碳酸钙在可降解塑料中发挥重要作用

2022-09-27 09:584200
 近年来,全国各地陆续出台“禁塑”的相关法规措施,治理“白色污染”、保护环境刻不容缓,可降解材料产业也驶上了高速发展的快车道。


根据2020年国家发展改革委、生态环境部出台的《关于进一步加强塑料污染治理的意见》,今年年底前,不可降解塑料制品将禁止在全国地级以上城市建成区和沿海地区县城建成区商店、药店、餐饮、快递等场所使用,也就是说,今年年底前可降解塑料就将在全国所有地级市推广。


从技术角度看,环保替代塑料吸管有多种选择,而可降解塑料抗摔性、耐热性、防腐性等方面的提升空间是另一个问题,这也意味着我国可降解塑料将迎来发展机遇。到2030年,预计我国可降解塑料需求量可到428万吨,市场规模可达855亿元。


“禁塑令”从材料与环保协调发展角度看, 使用源于自然并可回归于自然的无机矿物作为填料部分取代高分子材料生产塑料制品是目前的可行方案之一。 


 

 


近年研究表明,碳酸钙等无机粉体材料在制造环境友好塑料材料方面发挥了重要作用。实现了提高塑料制品尺寸的稳定性、提高塑料制品的硬度和刚性、改善塑料加工性能、提高塑料制品的耐热性、改进塑料的散光性、降低塑料制品成本等多重优势。


碳酸钙有利于塑料材料的降解,聚乙烯(PE)薄膜中有碳酸钙粉末时,在填埋后碳酸钙有可能与CO2H2O反应,生成溶于水的Ca(HCO3)2而离开薄膜。留下的微孔,将增大聚乙烯塑料接触周围空气和微生物的面积,从而有利于进一步降解。 

同时,填加碳酸钙有利于PE焚烧。燃烧时,塑料溶化容易形成黏壁现象,无机粉体加入能够使得这一问题得到极大改善。在PE塑料材料中添加了大量碳酸钙,其效果不仅体现在塑料材料的减量上,且焚烧时可减少对大气污染,减少尾气中有害气体的排放量, 特别是与焚烧热氧降解剂配合使用,对遏止二恶英产生有十分重要意义。近几年日本等国开发了可焚烧PE塑料薄膜袋用来作为盛放焚烧垃圾发电专用袋。 

碳酸钙是塑料工业中用量最大的无机填料之一。纳米碳酸钙粒子具有尺寸小,比表面面积大,表面原子处于高度活化状态的特点,与聚合物有很强的界面相互作用,可对聚合物进行增韧增强,使塑料为基体的塑料/纳米复合材料具有无机,有机和纳米材料的综合优点被广泛应用于塑料填充改性中。




经研究测试发现从碳酸钙的含量为0%开始到碳酸钙含量为50%,碳酸钙与PBAT的共混塑料的拉伸性能出现了先是增加后来下降的现象,而加入偶联剂KH560和增容剂ADR时,明显提高了碳酸钙含量在50%的PBAT与碳酸钙的共混塑料的拉伸性能,并且在偶联剂使用含量在2%,增溶剂含量在1%时,其共混塑料的拉伸性能达到峰值。



同样是以PBAT为基体材料,填料为碳酸钙含量50%时的共混制作出的复合材料,使用双层包覆技术制作出来的可完全生物降解的复合材料力学性能良好。使用双层包覆法加入0.5%KH560和0.5%钛酸酯102对碳酸钙进行表面改性。制备出的复合材料拉伸强度有所增加,相对于助剂不变的情况下对碳酸钙单层包覆法进行表面改性,制备出的复合材料的拉伸强度有不小的提升。


通过双螺杆挤出机将碳酸钙母粒与PBAT熔融共混制成均相材料。结果表明:随着碳酸钙含量的增加,PBAT的断裂伸长率、拉伸强度整体呈下降趋势,当碳酸钙母粒含量为40%时,PBAT断裂伸长率降低了59.68%,拉伸强度降低了56.19%;冲击强度随碳酸钙含量的增加呈现上升趋势,当碳酸钙母粒含量40%时,PBAT冲击强度升高了46.52%;碳酸钙含量的增加对PBAT的软化温度影响不大;PBAT的密度随着碳酸钙含量的增加而增大,当碳酸钙母粒含量为40%时,密度为1.44g/cm3,升高了19%。


碳酸钙改性得到铝酸酯碳酸钙(Al-CaCO3),并研究其对PLA降解性能的影响。结果表明:Al-CaCO3可极大地提高PLA的降解性能。纯PLA在8d内仅降解约20%,而Al-CaCO3添加量在30%以上时,可在3d内使PLA完全降解,有利于材料的应用和家庭与工业堆肥。




随着中国禁塑行动的进行,超细重质碳酸钙、轻质碳酸钙和纳米碳酸钙由于价格相对低廉,又可促进塑料降解,环境友好,在可降解塑料中的添加比例会越来越大,市场前景会越来越广阔。


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