汪瑾璇 王芷楠 罗 一 孙文捷

（湖南科技大学，湖南 湘潭411201）

0 引言

垃圾袋在生活中使用频率越来越高。将垃圾分类，然后进行装袋，已经成为一种趋势，然而，看似文明的趋势背后隐藏却隐藏着严重的污染问题。因为目前使用的垃圾袋多为“污染型垃圾袋”，而传统“污染型垃圾袋”是以聚氯乙烯为原料的垃圾袋，塑料掩埋经过数百年的时间也不能完全降解,焚烧则会产生高致癌物质“二噁英”和其他有害烟尘和气体[1],对自然环境和人类生活带来不可磨灭的危害。为适应目前垃圾袋多功能和环保化的需求，本团队研究了一种具有环保意义的垃圾袋。此环保垃圾袋将大大改善原有垃圾袋的可降解性，有效降低白色污染，保护生态环境，并且具有木材消耗量为零，三废排放极低等优势。此发明可以推进当前垃圾袋科学技术的快速发展，促进自然生态环境的保护和改善，体现绿色科技共享理念，社会效益显著。

1 设计目的及原理

1.1 设计目的

传统PE垃圾袋回收价值较低，其内部结构稳定，不易降解，在自然环境中长期不分离。这就表明若废塑料垃圾不回收，将变成污染物并不断累积且永久存在，会对环境造成极大危害，进而对农业、动物生存以及土地的可持续利用造成威胁。近年来，合成垃圾袋产品虽然具有良好的书写和印刷性能，但特种功能仍不显著，与传统垃圾袋产品性能差异化不大。此外，合成垃圾袋的发展还存在附加值不高、应用领域有限等问题。

环保垃圾袋指可降解垃圾袋，它降解成水和二氧化碳，不污染空气和土壤。由于光降解和水降解需要在特定环境下才能降解，所以，市场中一般为“生物降解”相对常见。目前，可降解垃圾袋的造价是普通垃圾袋的3～5倍，使用成本比普通垃圾袋高出很多，主动选择可降解垃圾袋的用户并不多。

1.2 设计原理

环保垃圾袋利用高分子界面化学原理[2]，经湿法转相制膜技术开发垃圾袋产品，在生产技术与工艺方面优势十分明显。在生产过程中，只需通过溶解、混合、湿法制膜、干燥等工艺流程即可制得垃圾袋产品，生产过程最高温度为80℃左右，能耗大大降低。另外，该垃圾袋采用湿法转相制膜技术，赋予垃圾袋的表面与截面大量的孔洞结构，这不仅进一步增强了垃圾袋的吸墨、固墨性能，还赋予垃圾袋吸声降噪、隔热保温、触感柔和等新颖功能，生产技术更加先进，降低生产成本[3]。

环保垃圾袋的制作材料如表1所示。

表1 环保垃圾袋的制作材料

2 环保垃圾袋的优点

2.1 概述

环保垃圾袋在用料、生产、特种功能方面较传统垃圾袋有较大的改善，从而达到实现其多功能和环保化的目的。

传统合成垃圾袋所使用的无机填料主要是碳酸钙，此类高分子材料循环使用次数有限，且生物降解性较差、降解周期长，最终给环境带来白色污染。此外，传统垃圾袋需要在高温条件下进行，能耗较高。

合成垃圾袋产品主要使用的高分子材料为聚乙烯、聚丙烯等材料。选用生物质可再生资源—生物碳酸钙和降解型聚氨酯为主要原料，以功能填料为辅助材料，利用高分子界面化学原理，经湿法转相制膜技术研制一系列用聚乙烯、聚丙烯和密胺垃圾袋产品。

生物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，是一种有利于塑料材料的降解的材料，聚乙烯（PE）薄膜中有碳酸钙粉末时，在填埋后，碳酸钙会与CO2和H2O反应，生成Ca（HCO3）2后离开薄膜。留下的微孔，将增大接触面积，从而有利于进一步降解。同时，添加碳酸钙有利于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。在聚乙烯等材料中添加碳酸钙成分，在焚烧时产生有害气体的含量就会减少，这样来就可减少对大气的污染，尤其是当焚烧热氧降解剂配合使用时，对有效防止二噁英的产生具有十分重要的作用。聚氨酯的生物降解性，使其成为具有使用价值的可用材料。聚氨酯是嵌段共聚物，由刚性软链段及柔性硬链段相互交替从而连接，其微球表面结构与生物膜类似，所以聚氨酯其链的结构具有生物降解性。

与传统垃圾袋“高污染、低产出”的现状相比，该生产过程基本可以达到“三废（废水、废气、废渣）零排放”。环保垃圾袋在材料中添加了功能填料，以赋予其多种特种功能，并进行了分析测试。

2.2 优点分析

2.2.1 用料

聚乙烯简称PE，是由乙烯通过聚合反应而制得的一种热塑性树脂。聚乙烯无毒无臭，手感似蜡，耐低温（最低使用温度可达-70～100℃），化学性质相对稳定,在常温下不溶于一般溶剂，且吸水性小。

聚丙烯简称PP,其原料来源比较广泛，而且价格便宜，是在石油炼制时所产生的副产品丙烯，经过精炼，在催化剂的催化作用下进行聚合反应，再分离而得。聚丙烯，密度最小且无毒无味，透明度高，抗摩擦、抗化学腐蚀、防潮，多用于塑料食品工业中，能耐120℃的温度；可吹塑成塑料袋。

密胺塑料属氨基塑料，是由甲醛和三聚氰胺通过缩聚反应而得，再加入填料、着色剂、硬化剂等，经热压所形成。密胺塑料无毒无味，不易变形且表面光滑，手感似瓷器；抗冲击且抗污染能力强；化学性质好，常常用来制作食品包装容器。

2.2.2 特种化需求

垃圾袋的基本功能即利于垃圾回收，很多市民多用塑料袋当垃圾袋，随着人们对生活质量要求的提高，传统塑料袋难以满足其需求。因此要求垃圾袋还必须具有一些特殊的功能。由于各种垃圾袋用途上的差异，综合其原料特性，根据不同用处原料占比不同，从而满足其特种需要，如表2所示:

3 实施途径

垃圾袋在人们生活中越来越普遍，塑料袋自1984年在我国首次使用以来，迅速遍布我国的每个角落，进入人们的日常生活，形成巨大的消费市场。据中国塑料协会塑料再生利用专业委员会统计，我国每天使用塑料袋约30亿个，截至2019年，塑料袋年使用量超过400万吨。而中国快递塑料包装每年消耗量约为180万吨，外卖塑料包装为50多万吨。传统合成垃圾袋以PP、PE、PO、OPP、PPE、CPE、PVC、POF等为主要原料。“塑料不仅污染环境，而且对生态特别是对人的生命健康有严重影响。”生态环境部环境规划院研究员董战峰这样说。塑料袋埋在地下要过大约200年才能腐烂，并且严重污染土壤；塑料袋的原料系高分子化合物，其结构稳定，不易被天然微生物菌降解，不可降解的塑料袋自然腐烂需要200年以上；废塑料袋如不回收，混在土地中，而造成土壤板结，影响农作物吸收养分和水分，导致农作物减产；抛弃在陆、水中的废塑料袋，若被生活在其中的动物当作食物吞入，会影响其生长，甚至会致其死亡；如果采取焚烧处理方式，则会产生有害烟尘和有毒气体，长期污染环境[4]。

表2 不同原料及特种功能

“十三五”以来，随着新发展理念引领经济社会发展不断取得新成就，绿色发展理念持续深入人心，绿色生产生活方式渐成普遍形态。从整体的趋势来看，环保垃圾袋已渐渐成为发展趋势，未来3～5年将迅速占领市场，成为普通塑料制品的替代品。习近平总书记指出：生态环境保护任重而道远[5]。第一，政府要高度重视环保机制的建立，要建立环境安全保护资源库，为环保垃圾袋运用提供丰富多样的社会资源。第二，落实技术投入，科研机构和高校要为环保垃圾袋提供科学研究条件，在资源投入、资源分配、资源保障要能满足环保垃圾袋制作到运用的需求。第三“公众参与”环保垃圾袋的运用增强环保文化的实用性，引导公众积极参与环保关系和环保生活。要求公众以有序的方式参与环保垃圾袋的创新，通过各种环保活动为公众提供启发，有效地提高个人环保知识、环保价值观念和环保参与品质。随着环保观念的提高，控制垃圾袋的使用，更新垃圾袋的使用工艺，寻找更多的环保型代替品，严格按照国家标准生产垃圾袋，降解能力较好，而且使用寿命要比纸袋长得多，综上所述，环保垃圾袋的前景十分广阔[6]。