淀粉-聚乙烯生物降解塑料薄膜的性能研究

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滕立军等

淀粉 .聚乙烯生物降解塑料薄膜的性能研究

淀粉一聚乙烯生物降解塑料薄膜的性能研究滕立军，王高升，曹敏，郭玉花，计宏伟，邵文泉(天津商学院，天津 30 3 ) 0 14[要]以淀粉一乙烯生物降解膜和通用塑料膜 P、P摘 聚 E C P为试材，从物理性能、学性能方面力

进行了研究。研究表明：验所用降解材料在 2~ 0试 0 3 d内的降解率大于 2%; 0吸水率、渗透性高于通用薄膜 P、 P; PC P力学性能指标能满足使用要求。同时，分析了生物降解薄膜在包装领域的应用前景。 关键词：生物降解薄膜；通用塑料薄膜；物理性能；力学性能；包装应用 中图分类号：Q 2.;Q 2.文献标识码：文章编号：01 36 (04 0— 03 0 T 35 1 T 322 2 B 10— 53 20 )6 0 6— 3

Re e r h o h o ri s o t r h- l e hy e s a c n t e Pr pe te fS a c po y t l ne Bi d g a bl a tc l o e r da e Pl s i sFimT N iu。W N a￣ eg。C O Mi G O Y -u。 l o gw i S O W nq a E G L n A G G o hn A n。 U uh a J n -e。 A e - n H u ( i j n e i f o m r, i j 0 3, h a Ta i U i rt o Cm e e T n n 0 14 C i ) n n v sy c a i3 nAbsr c:Th h sc la d me h n clpo et so h trh— oy tye e bo e rd be pat s ta t e p y ia n c a ia r p ri fte s c p leh ln id ga a l lsi e a c i a dg n r pat l w r e er h d t si iae h tted ga a l aeo et tr fm n e ea lsisf m eers ac e .I wa dc td ta h e rd bert ftetsigmaeil l l c i n h n aw s moe t a 0 a r h n 2% i 0 o 0 d y .T e wae -b o b d r t n e p r ai g r t e eh g e a e— n2 r3 a s h tra s r e ae a d t e me t ae w r

ih rt n g n h n h e a l t sP n P.T e me h n c r p risc n me tt e u i g n e .Att e s me t r p a i P a d CP l s c h c a ia p o e e a e h sn e d l t h a i,t e a p i me h p l —

c t n po p c fte bo e a a l l t sfl i a k gn edwa n ye . ai rs e to h id g d e pa i m n p c a igf l sa a zd o r b s c i i l

Ke r s B o e a a l pa t s l G n rl ls c l P￣ i rp r e; c a i l rp y wo d: id g d be l i m; e ea p t s m; h s a p e is Me h nc o— r s cf i ai f i,c o t l ape is a k n p l ai n t r e;P c ig a p i t c o

塑料自上世纪问世以来，因其具有比重小、生产工艺简单、 产品种类繁多、美观实用等特点，和金属、玻璃、纸材料一样，已经渗透到工业、农业、国防及日常生活等各个领域。据统计， 当今世界塑料年产量已超过 2亿 t中 3%用于包装，塑料，其 0在

目前，已产业化的降解塑料品种有光降解、生物降解、 生物降解等，对保护环境、其中生态有益的生物降解塑料是目前应用最广泛的一种，它以价格适中、尤其加工设备简单、降解性能优良等特点， J已成为当前易回收的一次性包装物最为

应用中居首位。随着商品经济的迅猛发展， J塑料包装材料和容器的需求量逐年递增，环境的污染破坏问题也随之突其对

理想的材料， J在包装领域中具有十分广阔的应用蓟景。文中拟以淀粉 -乙烯生物降解薄膜为研究对象，据包装对其|轻依的基本要求，对其物理性能、通过力学性能的研究与分析，以展

现出来。因塑料包装物多是一种寿命周期很短的商品，特别是一

次性包装物，如塑料袋、塑料盒、塑料杯、保鲜膜、牛奶和酸牛塑料废弃物的数量急剧增加。塑料废弃物质量轻、体积大、品种多、收集、分选及处理极为困难。同时，一般在短时间它内不会自行消失，若想使其自然分解为 C H O等简单的无 O、:

现它在包装领域更为理想的应

用。

奶包装袋、产品复合包装袋等，销售后即由商品变成了垃圾，使

1试验原料及测试方法

公害分子，须经少则 2 O年、多则上百年的漫长过程。而目 j前，料废弃物正以每年 20塑 50万 t的速度在自然界中积累， 已严重污染了人类、植物的生存环境，益成为世界性公动日

11试验原料及试剂 .

原料：售 3市种不同厚度的淀粉一乙烯生物降解薄膜以聚及 P膜、P E薄 C P薄膜共 5种试验材料。其中降解薄膜的淀粉含量均大于 4%。 0 试剂： C分析纯、 a H分析纯、 aC, H1 NO N: O分析纯。1 2测试方法 .

害。因而越来越多的科学家提倡开发和应用降解塑料， J作为塑料家族新的一员，的出现不仅扩大了塑料的功能，它同时在一定程度上缓解和抑制了环境矛盾，发展已成为世界研它的

究开发的热点，并被看作是解决这一世界性难题的理想途径。收稿日期：04— - 20 1 0 0 7

结合塑料薄膜在包装领域应用的基本要求，本次研究共涉及物理性能、力学性能的测试。测试过程中为便于区分， 3将

作者简介：滕立军 (95一 )女， 16,天津商学院高级实验师，主要从事包装材料性能及应用方面的研究。 } 6 3

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包装工程

P C A IGE GN E IG V1 5N . 04 A K GN N IE RN o 2 o6 0 . 2

种降解薄膜依次编号为 F、 F。 F、12 1吸水性测定 ..

而它的存在将直接导致降解薄膜的吸水率明显高于通用塑料薄膜。

依据 G 13 - B047 0标准，采用不锈钢恒温水浴锅， 10 m将 0m x0r 0 m的试样进行预处理， 1a并分别浸入 2 2 04￣ - C的蒸馏水中， 2h浸泡后，经 4用电子天平称量并计算薄膜单位面积的吸水量和吸水率。1 22透湿性测定 . .

22降解薄膜的透湿度分析 .表 2透湿性试验结果 Ta b.2 Re u t fm o su e p ne r b lt t s s so it r e ta iiy e t l

试样项目F1 F2 F 3 P E CP P

依据 G 13 .标准， B078 7采用日本乐洋精机生产的透湿性测定仪，在规定的温湿度条件下，使试样两侧保持一定的水蒸汽压，测量透

过试样的水蒸汽量。123拉伸性能测定 ..

试样厚度/ m 透湿面移 m c

l.3 l.7 l.5 2 .9 2.7 4 8 59 94 30 512 .7 8 2

试验时间/ h WV T水蒸汽透过量/z m×2 / 4h

2 42 3 3 8 2 . 8 l O l . 4 6. 5 7. 8 6 8 2. 2 4 7

依据 G 1029标准，用日本岛津公司生产的 A B 32—1采 G一

50 A型电子万能试验机， 00在规定的温度和试验速度下，将哑铃型标准试样沿纵向施加拉伸载荷使其破坏，并根据试样破坏时的最大载荷和标线间的距离变化，得出拉伸强度和断裂伸长率。124直角撕裂强度的测定 ..

表 2出：薄膜与通用薄膜的透湿性存在较大差异，看降解 其原因主要还应归结于材料内部结构的特殊性。在淀粉 .聚乙烯生物降解薄膜中，粉的分布既没有连续性，淀其分散也存在不均匀性。通过改性的淀粉颗粒大部分成无规则的多角形状， 在满足增强淀粉与聚乙烯界面的机械结合力的同时，也形实际成了结构的基本陷，缺即聚乙烯与淀粉两界面间存在有细微的空穴及间隙，通用塑料薄膜相比，与其对水蒸汽或其

依据 H 2176 G. - 6 5标准，纵横向分别取样。采用日本岛沿

津公司生产的 A - 0 A型电子万能试验机， G5 0 0对标准试样施加拉伸负荷，由直角处将试样撕裂，并得到单位厚度上所承受的最大负荷，即直角撕裂强度。 125降解性能试验 ..

他气体的阻隔力较小。正如试验结果反映：试验用降解薄膜对

水蒸汽的透过量远高于通用塑料薄膜。

从材料的渗透性本质来说，透湿性与透气性的渗透机理是将 20 g 0 r的降解薄膜碎片与 40试验土样混匀， a 0g装入大致相同的，故降解薄膜的透气性也应高于通用塑料薄膜的透 10 L 00的广口瓶中。土壤上放置一小烧杯，杯内盛 2 m 烧 0L气性。 已标定浓度 N O a H溶液，用橡皮塞塞紧瓶口。在 3￣ 0 C下恒温 23降解薄膜拉伸性能分析 .2 d,出一定量的 N O 4后取 a H溶液并用已知浓度的 H 1 C溶液滴表 3拉伸性能试验结果 T b s t e s e p o e te e t a .3 Re u s t n i r p ri st s l l

试样项目F1 F 2 F 3 PE CPP

定，并计算出所释放的 C ,表示降解薄膜经土埋试验 O量以此

后的降解程度，即试验生物降解薄膜的可降解性。

2结果与讨论 2 1降解薄膜的吸水性分析 .表 1吸水性试验结果 T b. s lso t ra s r to e t a 1Re u t fwa e b o p i n t s

拉伸强度/ P 3 .7 4.0 3 .6 5. M a 36 11 63 28伸长%

2 . 19

564 33 0 437 880 26 1 1.o 7.7 8 .7 6.7 8 .2

表 4试样厚度及标准偏差 Ta . 4 S m pl h c ne sa t da d de i i n b a e t i k s nd sa n r vato

试样项目F1 F2 F 3 P E CP P

试样项目F1 F 2 F 3 P E C PP

吸水率/ 0 1 02 02< .2 0 0~ .4% .6 .3 .l 00 .3 00

平均厚度/ m l.3 l.7 l.5 2 .7 2 .7 4 8 59 94 30 51

标准偏差

Ool Oo3 0o3 Oo2 000 .08 .05 .03 .0 l .05

从表 1可知，室温条件下淀粉 .聚乙烯降解薄膜的吸水率高于通用塑料薄膜，尤其是聚乙烯薄膜，其主要原因来自于结构自身。在淀粉乙烯降解薄膜的加工过程中，聚为使淀粉与

表 34、的结果显示，与通用塑料薄膜相比降解薄膜的拉伸强度及断裂伸长率均能满足使用要求，且降解薄膜厚度的不均匀性对其拉伸强度影响较大。淀粉-乙烯生物降解薄膜是以| 聚乙烯为基体，淀粉为分散相的共混膜，虽然经过化学改性的淀粉通过与聚乙烯的有效共混，单体颗粒很容易分散在聚乙烯中。两界面通过物理及化学作用而紧密结合，淀粉在共混使但

聚乙烯进行有效混合，除添加适量的相容剂外，还需添加甘油、 山梨醇等增塑剂，以对淀粉进行适当的糊化及增塑，在改善淀粉物理化学特性的同时，提高其在聚乙烯中的分散均匀性。若糊化得好，增塑的淀粉团粒中会含有较多的多羟基化合物，6 4

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滕立军等淀粉一聚乙烯生物降解塑料薄膜的性能研究膜中的无连续性及不均匀性仍使膜结构存在单体“缺陷”当，

要求较高的包装，但在

气调包装的应用方面可加以研究。若将复合薄膜、通用塑料薄膜替换成降解薄膜，虽在耐水性方面略有下降，但从保护环境、维护生态的角度出发，在满足使用要求的情况下，这种应用还是应该接受的。 3与通用塑料薄膜相比， )淀粉-聚乙烯生物降解薄膜的力学性能也是比较理想的，实际应用中可以承受一定的载荷而不发生损坏，如现在许多大型超市使用的降解塑料袋，已满足使用用求。同时，研究中还发现降解薄膜的热封强度较高、摩擦系数适中，些均有利于包装领域的生产及使用要求。这 虽然，粉 -淀聚乙烯生物降解薄膜在其生产和使用中仍有一

膜受拉伸时会因“缺陷效应而使受力方向的两界面分离、形成空穴，向水平方向扩展。故这种局部应力集中现象的出并

现， J定会使生物降解膜的拉伸性能比同等条件下的聚乙烯薄膜的拉伸性能差。24降解薄膜直角撕裂强度分析 .表 5直角撕裂强度试验结果 Ta . 5R e uls o i h ng e t a t e g h e t b s t frg ta l e r sr n t t s

试样项目Fl F 2 F3 PE CP P

撕裂强度纵向 17 5 l4 0 l . 2 9 9 18 2 3 . 6 5 .4 5 2 4 4 3 .8 9 .5

些不尽如人意的地方，如与通用塑料薄膜相比，偏高；价格降

∥c m

横向 10 1 20 1 194 255 267 9.6 1.4 6 .6 7 .0 3 .9

解控制的时效问题、评价问题有待于规范、统一；降解过程中聚乙烯分子骨架的降解时间仍较长等，但降解塑料作为一种理想的治理塑料废弃物的全新技术途径，经各国科学家的积极开发和应用研究，将会取得更令人满意的效果，在包装领域的应用也将大放异彩。

表5试验数据同样显示，降解薄膜因结构“缺陷”造成了直角撕裂强度也小于通用塑料薄膜的结果。25降解试验结果及分析 .

要 淀烯解膜 生降薄墨 (28 25 )-: 2帅料 用宴的粉量在环以上，。前0场使[,…; .包材吐降塑[包工，2的解膜环污小4%型料 8%。众], 跫曼易淀含染的保塑目，上 4 绿装料物解料]装程0降薄：譬均 0 市艳 J . 2, o有的高达一

所周知，粉含量越高，膜的降解性能越

好。土埋试验表明，淀薄 降解效果还是较显著的。

【]陈玉等.色包装材料的进展[ .包装工程， o, ( ) 5华绿¨ 2 12 6: o 2,

[]张捷， 6等.多糖类生物降解材料的研究进展[]中国塑料， J.

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