[发明专利]一种可生物降解的管材及其制备方法和应用

说明书

一种可生物降解的管材，其中包括：至少一种醋酸纤维素或其衍生物；至少一种可以降低醋酸纤维素热加工温度的塑化剂。配方中包括的纤维素材料包括取代度为1.5到2.8的醋酸纤维素或者其衍生物。制备方法包括将粉碎后的醋酸纤维素和塑化剂混合，高温挤出，切割制备成热塑型聚合物母粒。然后通过吹塑的方法加工成可控长度的管材。本发明的可生物降解管材可用于卷烟滤棒或作为饮料吸管。本发明管材利用醋酸纤维素和可降解的塑化剂，材料在自然环境下可以降解，有效减少环境污染。

技术领域

本发明属于可降解聚合物制品技术领域，涉及可以生物降解的基于醋酸纤维素的塑料管材以及制备方法。

背景技术

随着石油基塑料的开发应用，为人类生活带来了很多方便，但同时也带来了很大的环境问题。塑料袋、塑料包装、一次性聚丙烯快餐盒，塑料餐具杯盘、塑料饮料瓶、酸奶杯等日常生活用品用量很大，但自然降解速率缓慢，引发了环境污染。传统的石油基塑料难以在环境中降解，如PP、PE，其应用于塑料包装及一次性餐具会产生大量的塑料微粒，对生态环境产生不可逆转的损害。2019年3月27日，欧洲议会表决通过一次塑料制品禁令，自2021年起开始全面禁用一次性塑料产品，以控制塑料垃圾造成的环境污染。

通过在塑料材料里面添加环境友好材料，可以降低塑料材料的使用量。添加剂包括无机盐，如碳酸钙，或添加天然高分子，如木粉、淀粉等。这种方法尽管在一定程度上有效，但是树脂基材仍是难以降解的石油基材料，而且降解后残余的小颗粒状不可降解塑料有可能对环境产生更大的危害。CN110527191A提供了一种无机降解可塑性母粒材料，含有如下组分：56-72％质量的碳酸钙矿粉；3-10％质量的聚乙烯；18-30％质量的聚丙烯；2-5％质量的玻璃纤维；以及3-5％质量的助剂。CN110330718A公开了一种全降解聚乙烯塑料薄膜及其制备方法，成分主要为聚乙烯、生态降解塑料母粒、淀粉、纳米氧化锌、抗坏血酸、聚乙烯醇和醋酸纤维素。这种方法生产的塑料制品可以在环境中快速崩解，但其树脂基材会以微粒形式快速流入环境中，难以从本质上解决白色污染的问题。

为了减少塑料制品应用带来的环境问题，人们尝试了很多新的饮食用具材料，包括可再生木材、木浆、木屑和纸板纸。但由于纸质材料不适用一些接触水的场合，需要对纸质材料做出很多改进。

从本质上解决环境污染的问题需要可以完全生物降解的材料，如淀粉塑料、聚乳酸(PLA)、聚羟基脂肪酸酯(PHA)，这些材料可以在自然环境中快速降解。问题在于淀粉塑料和PLA需要用可食用原料加工，存在与民争粮的问题。PHA是微生物合成的一种细胞内聚酯，生物合成效率低。

常用制备吸管的可降解材料包括纸、PLA及包括环保型添加剂的PLA，植物纤维材料(大米、甘蔗、麦秆)、海藻等，其中PLA用做吸管的居多。除去成本因素以外，PLA作为吸管还有其他技术缺陷例如软化温度较低，不适于装热的食物和饮料。

CN109370180A公开了一种吸管制造用的可降解PLA生物材料，包括：聚乳酸树脂15-25份、聚丙交酯5-20份、功能助剂1-3份、聚丙烯流动剂0.3-0.7份、增容剂10-15份、功能母粒5-8份、抗氧剂0.2-0.5份、菱镁改性剂8-12份、环氧树脂20-25份、高密度聚乙烯35-45份、聚碳酸酯35-55份、聚氯乙烯3-8份、烷基铝2-10份、母料5-30份和聚对苯二甲酸-己二酸-丁二醇共聚酯20-30份。

CN109467777A公开了一种吸管制造用的可降解PLA生物材料及其制备方法，该PLA生物材料采用如下重量份的原料：聚乳酸PLA的分子量为5-40万；聚乙烯共聚物的分子量为2-25万；有机金属化合物的分子量为0.05-5万；功能助剂的分子量为0.2-1万；竹纤维的分子量为8-55万。

另外一个选择是用纤维素为原料，经过酰基化后可以应用于环保型可降解材料。Juergen Puls等在《Degradation of Cellulose Acetate-Based Materials》中系统总结了醋酸纤维素的降解性能。醋酸纤维素作为环保可降解材料已经被广泛用于烟草过滤市场。