專利名稱：生物可分解性塑料添加劑之制造方法
技術領域：
本發(fā)明為有關最為廣用之聚烯類塑料、樹脂及聚酯類樹脂，在使用后掩埋或放置后易引起生物分解之環(huán)保性塑料、樹脂添加劑(EnvironmentalProtection Additive，簡稱EPAd)及其塑料或樹脂混合形成之母料(Environmental Protection Plastic，簡稱EPP、Environmental ProtectiveResin，簡稱EPR)之制造方法，屬于可分解性塑膠添加劑制造技術。
背景技術：
20世紀以來石化工業(yè)為人類帶來莫大的便利，而其中最大的成就即是為世界帶來塑料文明，改變和提供了生活上種種的用品，但這些塑料制品使用數(shù)年之后必需丟棄，而廢棄的塑料處理，也為人類帶來另一個環(huán)保問題，以日本而言，其廢棄塑料以燒毀方式處理占49％，以掩埋方式處理占41％，回收再利用的部分僅有10％。塑料在焚化爐中燃燒會產(chǎn)生難以估計的高熱，如此將會縮短焚化爐的使用壽命，而以掩埋處理，塑料因長時間不易分解，并會釋放具有可能攪亂人類內(nèi)分泌系統(tǒng)的化學物質(zhì)。為了解決前述傳統(tǒng)塑料所造成的環(huán)境污染問題，生物分解性塑料即應運而生。生物分解性塑料具有一般塑料的功能，而且使用后在自然界受到細菌、霉菌、藻類等微生物的作用，能逐漸分解成二氧化碳、水及其它無害的殘留物質(zhì)。雖然微生物不容易分解石化產(chǎn)品聚烯烴化合物及芳香族聚合物，但是只要時間夠長幾乎所有的含碳物質(zhì)終究會分解，因此所定義的生物分解性塑料雖無嚴密的時間界定，期待在環(huán)境可能容許范圍內(nèi)盡快完全分解。另外，材料的加工性亦是必需考慮的條件，能否利用射出或壓出等一般程序作成各種形狀的制品或薄膜、發(fā)泡體、纖維等，與材料的實用價值息息相關。
生物分解性塑料大致可以分為天然聚合物(淀粉系)、微生物系、化學合成系等三種。若從材料開發(fā)的年代來區(qū)隔的話，則第一代產(chǎn)品出現(xiàn)在80年代，代表性產(chǎn)品是添加淀粉的聚烯烴聚合物，這種材料經(jīng)生物分解之后，變成許多難以繼續(xù)分解的碎片。第二代產(chǎn)品則出現(xiàn)在90年代，主要產(chǎn)品有意大利Novamont公司所推出的淀粉系材料及以聚己內(nèi)脂(Polycaprolactone)為主的脂肪族聚酯類材料。21世紀生物分解性塑料的制造技術則著重在降低生產(chǎn)成本、縮短分解所需時間及靈活控制材料物性三個方向。以全球市場現(xiàn)況來看，1998年生物分解性塑料在美國、西歐、日本等三個主要地區(qū)的總需求量達到1.8萬噸，價值達9500萬美元，預估到2003年需求量將成長至9.1萬噸。換言之，從1998至2003年平均每年的需求成長率達到37％，美國需求量約占全球的一半左右，過去數(shù)年淀粉系產(chǎn)品居主導，日本市場則是由聚酯類主導。
為解決塑料類對環(huán)境沖擊的問題，根本方式就需減少廢棄物量，因此既然塑料類產(chǎn)品需10年以上才會變型老化，則此類用品該耐用10年后才可丟棄，如此再經(jīng)掩埋處理，則可在短時間內(nèi)分解成各種土壤再利用物質(zhì)，或者采用焚化方法時，則也因已有部份分解，故更容易燃燒，甚至能完全燃燒而不會產(chǎn)生污染大氣環(huán)境的情形。這些塑料類的產(chǎn)品在石化工業(yè)大規(guī)模投產(chǎn)下，其成本相當?shù)土耶a(chǎn)品用途甚廣，因此很難去抑制其生產(chǎn)，就其經(jīng)濟的角度來看，這類產(chǎn)品有其市場需求與經(jīng)濟利益，故而無法以特別的手段來加以限制；就因為經(jīng)濟價值高，方便性強，在大量使用后對環(huán)境的危害也大，所以不斷地研究開發(fā)，尋求各種替代品，或開創(chuàng)新的技術產(chǎn)品，使不分解物變?yōu)榭缮锓纸庑?，或者不完全燃燒現(xiàn)象能改變?yōu)橥耆紵男庐a(chǎn)品，達到保護環(huán)境的目的。
一般居家與生活上廣泛使用的各式塑料袋、規(guī)格袋以及垃圾收集袋等，當最終處置進掩埋場后，因塑料百年不會分解造成環(huán)境的二次公害，而以焚化爐燃燒處理時，又因燃燒產(chǎn)生有害氣體，特別是戴奧辛的排放，污染環(huán)境。
綜合以上觀點，針對現(xiàn)有塑料類制品，其技術容易且價格低廉，要加以改變時，現(xiàn)有生物可分解的替代品，其制造技術方式較難，而且生產(chǎn)成本相對較高，雖能夠解決目前的環(huán)境污染問題，常因成本過高而無法全面推動，達到澈底解決塑料類制品對環(huán)境的危害性。
本發(fā)明系關于制造可生物分解塑料類物品之添加劑制備方法，以及藉由此添加劑與塑料、樹脂類混合組成之環(huán)保母料制造方法。本發(fā)明之添加劑，可將塑料物品百年不會分解的問題，以生物可分解技術達到環(huán)保處理的目的，此添加劑稱之為環(huán)保性添加劑EPAd(Environmental protectionAdditive)；EPAd添加劑與塑料類(如PP、PS、PCV等)、樹脂類(如PET、各聚脂類等)混合之組成物，可具生物分解性與完全燃燒性，稱之為環(huán)保母料，而EPAd添加劑與塑料混合之母料稱之為環(huán)保塑料母料EPP(EnvironmentalProtection Plastics)，另外與樹脂混合之母料則稱之為環(huán)保樹脂母料EPR(Environmental Protection Resin)。因此本創(chuàng)新發(fā)明之可分解塑料類之EPAd添加劑及其與塑料、樹脂混合組成之母料，可同時解決塑料類因掩埋、燃燒時所衍生之環(huán)保問題。
眾所周知，由于科學技術的進步，現(xiàn)今制造一般使用品均已達到耐用的經(jīng)濟價值，即具有耐破、耐候、耐分解及耐久使用等良好品質(zhì)，但使用期間為良好性之物品，一旦廢棄不用后，即視為廢棄物處理，以現(xiàn)有處理方式，不是采用掩埋方法，就是以焚化燃燒方式處理，而既然這些塑料類產(chǎn)品本身具有耐分解性，以掩埋方式處理，因其長期性的原型，占據(jù)掩埋場的使用空間，造成環(huán)境的永遠傷害，人類、生物的生活空間也將因此而減少，而這些使用后的掩埋場再被利用的機率也相對減少。若采用焚化燃燒處理，則因塑料制品在焚化爐燃燒條件下，將形成燃燒不完全現(xiàn)象，而產(chǎn)生二次污染物的環(huán)境新問題。
本發(fā)明的目的為提供在塑料中加入生物可分解物(菌類)、燃燒會完全的無機物(碳酸鈣等等)，以制備EPAd添加劑及生物可分解塑料、樹脂之EPP/EPR母料，上述所提及之添加物質(zhì)不僅可維持其在可使用期間具備應有的物品性質(zhì)，并隨物品之需求，制造各種不同的產(chǎn)品，替代原有的塑料產(chǎn)品，而本發(fā)明造價低廉，制造技術與現(xiàn)有塑料類制造產(chǎn)品一致，同時具有環(huán)保效益，因此可替代現(xiàn)有塑料制品的生產(chǎn)方式，達到市場經(jīng)濟價值。

發(fā)明內(nèi)容
EPAd添加劑的制備方法本發(fā)明中的EPAd添加劑之組成以碳酸鈣為主要成分，最多占重量的80～97％，其它組成為牛骨粉占3～15％，環(huán)控素(益菌素)0.2～2％，幾丁多醣(Chitosan，聚葡萄胺糖)0.1～3％；其制備方法是將上述組成物質(zhì)重量秤取后，充分攪拌混合即可。其中環(huán)控素為生物分解之益菌素，其含有好氧性及厭氧性之菌種，總稱為Bacillus，其用量多寡可控制分解時間。
EPR/EPR環(huán)保母料的制備方法EPP/EPR環(huán)保母料之組成主要包括塑料、樹脂重量比例5～40％，EPAd添加劑為60～95％之重量，其制備方法系依據(jù)上述EPAd添加劑與塑料、樹脂類之重量比例組合，注入溶合劑于熔合機經(jīng)高溫(120～200℃)熔融攪拌混合，再經(jīng)擠壓射出成型作成顆粒母料，此射出成型之母粒，即為本發(fā)明之EPP/EPR母料。因制成的EPP/EPR母料中含有碳酸鈣及牛骨粉，可將加熱熔融的液狀塑料樹脂吸收，并提升溫度氣化而具備了良好的完全燃燒性，另外添加物中的幾丁多醣提高燃燒溫度，即氣化產(chǎn)生燃燒不熔融，使無機物產(chǎn)生多孔性吸收熔融塑料，因此本發(fā)明制品將可克服焚化燃燒處理時的缺點，為一符合潮流趨勢之環(huán)保產(chǎn)品。
聚乙烯環(huán)保塑料產(chǎn)品之制備方法聚乙烯環(huán)保塑料系以添加聚乙烯塑料所制備之EPP母料20～45重量％，和聚乙烯55～70重量％混合，混合物于80℃干燥混合攪拌溶合，經(jīng)吹膜成型機射出成型為所置備之產(chǎn)品。
具體實施例方式以下為本發(fā)明中環(huán)保母料制成之各式塑料產(chǎn)品案例。
1.家庭、工廠用規(guī)格袋。家庭、工廠、醫(yī)院用垃圾袋。超級市場用背心袋。
(1)物料成分HDPE 70％，環(huán)保母料30％(2)規(guī)格厚度0.133mm，寬73cm，長73cm(3)測試結果依CNS-12987試驗拉力橫向1.1kgf/25mm寬，縱向2.1kgf/25mm寬伸長率橫向350％，縱向260％(4)裂解結果掩埋300天，裂解約60％(5)燃燒毒性氣體測試結果依ABD-0031 ASTM E662-96規(guī)范測試條件以12層為一組，爐溫1026℃，燃燒4分鐘作測試結果煙濃度DM值約97~105毒性氣體-HCl1ppmHF0ppmSO20ppm NOx1ppmHCN0ppmCO1ppm(6)特性燃點低，可完全燃燒，燒燒后殘渣成多孔性松質(zhì)固體，無粘貼性，易粉碎。(工研院分析結果)2.農(nóng)業(yè)用雙層銀墨布。
(1)物料成分HDPE 60％，環(huán)保母料40％
(2)規(guī)格厚度0.133mm，寬73cm，長73cm(3)測試結果依CNS-12987試驗拉力橫向1.1kgf/25mm寬，縱向2.1kgf/25mm寬伸長率橫向350％，縱向260％(4)裂解結果掩埋300天，裂解約60％3.農(nóng)業(yè)、工程用覆蓋布。
(1)物料成分HDPE 50％，LDPE 15％，環(huán)保母料35％裂解結果掩埋700天，裂解約60％(2)物料成分HDPE 50％，LDPE 5％，環(huán)保母料45％裂解結果掩埋500天，裂解約60％(3)物料成分HDPE 40％，LDPE 30％，環(huán)保母料30％裂解結果掩埋1200天，裂解約60％(4)物料成分HDPE 50％，LDPE 30％，環(huán)保母料20％裂解結果掩埋1500天，裂解約60％日本檢測報告檢測機構日本財團法人建材試驗中心理事長—大高英男東京都中央?yún)^(qū)日本橋茅場町2丁目9番8號檢測名稱家庭用垃圾收集袋之燃燒產(chǎn)生氣體分析試驗日期平成10年10月6日字號依試第8H70626號1.檢測內(nèi)容家庭用垃圾收集袋，燃燒產(chǎn)生氣體之分析，其分析項目如下(1)氯化氫(2)硫氧化物 (3)氰化氫(4)氟化氫(5)氮氧化物 (6)一氧化碳2.樣品名稱、尺寸及數(shù)量如下表1表示。
表1 樣品
3.分析方法(1)燃燒取300mg試體作為分析樣品，放入900℃可調(diào)溫度之不銹鋼制燃燒容器中，然后依2/min之速度通入14.0之空氣至燃燒容器中，將樣品燃燒，燃燒氣體全部捕集到事先已抽真空之干燥容器內(nèi)。
(2)氣體采取分析氣體采取及分析方法如表2所示。
表2 氣體采取及分析
(3)計算前(2)項中所得之測定值，采用下式計算出氣體發(fā)生率。
氣體發(fā)生率(％)＝A/M 100A(2)項中所得氣體成分之測定值(氣體成分產(chǎn)生量)mg(硫氧化物用SO2，氮氧化物為NO2)M分析樣品之質(zhì)量mg4.檢測結果氯化氫、硫氧化物、氰化氫、氟化氫、氮氧化物及一氧化碳檢測分析結果如表3所示。
表3 分析結果
試驗日11月4日～12月10日附件一為日本財團法人建材試驗中心之試驗成績書。
權利要求
1.一種生物可分解性塑料樹脂添加劑之組成物制造方法，其特征在于系添加劑組成物為無機物碳酸鈣、牛骨粉，有機物幾丁多醣(Chitosan，聚葡萄胺糖)粉及環(huán)控素(益菌素)組成物與塑料樹脂類經(jīng)成型機加熱混合熔融射出成型顆粒為母料。
2.根據(jù)權利要求1所述之母料制造方法，其特征在于其為添加劑與塑料，樹脂類經(jīng)攪拌混合，注入熔合機內(nèi)高溫(120～200℃)經(jīng)射出成形1～2mm粒狀物為母料。
3.根據(jù)權利要求2所述之母料顆粒制造方法，其特征在于其系塑料或樹脂為540％，添加劑60～95％。
4.根據(jù)權利要求1所述之添加劑制造方法，其特征在于其中，碳酸鈣80～97％，牛骨粉3～15％，環(huán)控素(益菌素)0.2～2％，幾丁多醣粉0.1～3％之重量百分比配合所組成，經(jīng)均勻混合制造成添加劑。
5.根據(jù)權利要求3所述之母料顆粒制造方法，其特征在于其中塑料類為PP、P.S、PVC類。
6.根據(jù)權利要求3所述之母料顆粒制造方法，其特征在于其中樹脂類為PET，各聚脂類。
7.根據(jù)權利要求3所述之母料顆粒制造方法，其特征在于其中組成配合所得樹脂顆粒20～45％之重量百分比的含量與塑料類混合，加工成型即可得具備本發(fā)明特性之塑料物品。
全文摘要
本發(fā)明為生物可分解性塑料添加劑之制造方法,該添加劑由無機化合物之碳酸鈣、牛骨粉及有機物之環(huán)控素(益菌素,Bacillus)、幾丁多醣(聚葡萄胺糖,Chitosan)所混合均勻高溫熔融后擠壓射出成型顆粒狀之環(huán)保塑料母料(EPP)或環(huán)保樹脂母料(EPR)。母料與塑料在某設定比例下制造環(huán)保塑料物品,在焚化燃燒時碳酸鈣、牛骨粉之無機物可吸熱熔融塑料、樹脂并吸收使易氣化燃燒,可達到完全燃燒之目的,添加劑中之有機物則產(chǎn)生塑料、樹脂之裂解,因加入之量而改變使用期限,可做為時間上之控制作用。
文檔編號C08K9/04GK1422906SQ0113985
公開日2003年6月11日 申請日期2001年12月3日 優(yōu)先權日2001年12月3日
發(fā)明者宮腰正則, 邱秀蓮 申請人:邱秀蓮, 宮腰正則