新型環(huán)保可自然環(huán)境下降解的筆記本電腦包裝

任晨

摘 要：筆記本電腦包裝的主要功能是，在從制造商到達最終用戶過程中，對筆記本的機械結構以及外表面起到保護作用。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，導致對自然環(huán)境產生大量的“白色污染”。本次研究是通過對包裝材料的研究來獲得全降解塑料薄膜，其具有機械強度高、降解效率高、降解時間短、適用范圍廣、生產工藝簡單、原料易得等特點，可在廢棄后于自然環(huán)境下降解。

關鍵詞：筆記本包裝；環(huán)保；可降解；天然高分子材料

1 問題描述

自20世紀30年代開始應用合成高分子材料，塑料以其價廉物美的特殊品質、質輕耐用，廣泛應用于經濟各部門和日常生活各領域。2015年全球筆記本電腦的出貨量為1.644億臺。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致成本持續(xù)上漲而發(fā)展速度減緩，同時，傳統(tǒng)高分子材料產生的環(huán)境污染問題日益凸顯，已經引起了社會的極大重視。傳統(tǒng)高分子材料自然降解時間長，通過焚燒方式可以發(fā)電，但是設備投資大，易產生對人體和環(huán)境有害的氣體，增加溫室效應，造成二次污染；回收利用可較好地解決塑料白色污染問題，但該方法運行成本高、技術難度大、產品質量難以保證。

2 解決方案

天然高分子材料是可循環(huán)利用的一種資源，它能夠被陽光或者微生物分解為對環(huán)境無污染的物質，如水和二氧化碳、無機小分子物質等，而且天然高分子材料具有較強的可塑性，可以通過多種材料添加的方法使之成為具所需要的某種特殊性質的的功能材料。天然高分子材料在使用和保存期內能夠滿足應用性能要求，使用后在特定環(huán)境條件下，在較短時間內化學結構能發(fā)生明顯變化。目前，已產業(yè)化的降解塑料品種有光降解、光/生物降解、生物降解等，其中對保護環(huán)境、生態(tài)有益的生物降解塑料是目前應用最廣泛的一種，而且其具有價格適中、加工設備簡單、降解性能優(yōu)良等特點，已成為當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天然高分子材料，又稱生物質材料，包括淀粉、纖維素、殼聚糖、蛋白質及木質素五類，這些材料來源于自然界生長的物質。其主要優(yōu)點為資源豐富、可循環(huán)再生、永不枯竭及價格低廉，其缺點為濕強度低、可塑成型不好。

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

（2）聚乙烯醇是一種用途廣泛的傳統(tǒng)高分子聚合物，機械性能介于塑料和橡膠之間，含有大量的極性基團羥基，分子鏈結構對稱規(guī)整，具有獨特的耐溶劑性、平滑性、保護膠體性、耐油性以及經特殊處理具有的耐水性，同時還具有一定的生物降解性，在濕環(huán)境中有細菌存在的條件下6個月內可以完全分解成水和二氧化碳，是完全生物降解材料，但是降解過程中對降解環(huán)境要求較高，使降解速度相對較慢。

（3）苧麻是極具中國特色的傳統(tǒng)纖維作物，我國常年苧麻種植面積達到20萬公頃左右，苧麻骨作為苧麻產業(yè)的規(guī)?；a加工的副產物，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)類似闊葉樹種，理論上是理想的制備原料，且對其合理高效的開發(fā)利用對于提高苧麻綜合價值、促進苧麻產業(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材料，能夠提高薄膜的強度以及防水、防油性能，而且成本低、不會產生污染。

3 高分子材料的改性設計

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，是因為在其分子中具有分別能與兩種聚合物進行物理或化學結合的基團的能力。納米蒙脫還起到穩(wěn)定劑作用?？梢苑乐购铣蓸渲诩庸ず褪褂眠^程中受光和熱的作用分解和破壞，延長使用壽命，阻隔氣體以及良好的遠紅外反射性，同時耐熱、耐磨、強度高。

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)的致密網狀疏水膜。偶聯(lián)劑是具有特殊結構的有機硅化合物。在它的分子中，同時具有能與無機材料結合的反應性基團和與有機材料結合的反應性基團。

甘油作為增塑劑。增塑劑分子插進到聚合物分子鏈之間，削弱了聚合物分子鏈間的應力，結果增加了聚合物分子鏈的移動性，降低了聚合物分子鏈的結晶度，從而使聚合物的塑性增加，也就對抗了塑化作用的主要因素聚合物分子鏈間的應力和聚合物分子鏈的結晶度。

3.2 制作增強劑來提高玉米淀粉的抗油、抗水能力，增加機械強度，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料。

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

干酪素作為交聯(lián)劑能在高分子聚合物的線型分子間起架橋作用，可以將N個線型分子相互鍵合組成網狀結構的物質。促進或調節(jié)聚合物分子鏈間共價鍵或離子鍵形成的物質。因為高分子聚合物的分子結構是一條條長的線，交聯(lián)前機械強度低，容易被拉斷，且彈性差。

液體石蠟作為內潤滑劑。在聚合物內部起到降低聚合物分子間內聚力的作用，從而改善塑料熔體的內摩擦生熱和熔體的流動性。

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中，控制溫度在170～180 ℃的加工溫度下進行熱熔擠出吹塑成膜，最后定性收卷、包裝即得。

聚乙烯醇是合成樹脂合成樹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 效果驗證

將本研究的包裝制品按照GB/T 20197—2006的標準進行降解試驗，經過4個月的土埋實驗，生物降解率可以達到62.8%。按照GB/T 1040.3—2006進行力學性能測試，薄膜厚度為0.03 mm，橫向拉伸強度為24.9 MPa，斷裂伸長率為660.85%；縱向拉伸強度為22.5 MPa，斷裂伸長率為 446.10%，符合標準。

參考文獻

[1]王一中，容建華.聚酰胺樹脂擴鏈劑及擴鏈研究[J].合成樹脂及塑料，1999，（4）：12-15.

[2]劉芳，李杰，時凱.塑料潤滑劑及潤滑作用的理論與應用概述[J].聚氯乙烯，2008，36（8）：29-33.

[3]周敏，梁興泉.國內淀粉基降解塑料研究概況[J].廣西大學學報（自然科學版），1998，24（Z1）：28-30.

[4]高建平，王為.淀粉基生物降解塑料材料[J].高分子材料科學工程，1998，14（4）：16-20.

[5]黃根龍.降解塑料研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].上海化工，1996，21（2）：32-26.

[6]邱威揚，喻繼文，陳云.全淀粉熱塑料的研究[J].塑料工業(yè)，1998，26（4）：106-108.

[7]張華集.淀粉/硬脂酸鈰配合體系的降解LDPE包裝的研究[J].中國塑料，1999，13（2）：78-83.

（作者單位：惠普貿易（上海）有限公司）