CN101402794B - 一种多功能可降解液态地膜、制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多功能可降解液态地膜，其组成包括如下重量比例的：聚醚多元醇-聚乙烯醇-聚天门冬氨酸盐聚合物15.0～40.0％，乳化剂1.0～5.0％，分散展着剂0.5～5.0％，pH值调节剂0.1～5.0％，防冻剂1.0～5.0％，水余量；本发明地膜兑水喷施于土壤表面后，其中的高分子与土壤颗粒结合，可迅速在土壤表面形成一层黑色的固化膜，抑制土壤水分蒸发，促使土壤吸收较多的太阳能，起到提高地温的功效。液态地膜完全降解为农作物可吸收的腐植酸类有机肥、水和二氧化碳，降解产物有效促进土壤团粒的形成，水稳性团粒数量提高10～15％，土壤容重可降低5～10％。在沙性土壤地表喷施，有效减缓水分下渗，保水、节约灌溉用水量。可在一定范围内替代塑料地膜，具有一定的社会意义及市场前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种多功能可降解液态地膜、制备方法及应用，具体地说是一种以高分子聚合物为主要成分的多功能可降解液态地膜，属于设施农业技术领域。
背景技术
近三十年来，塑料地膜覆盖技术的推广对我国粮食的增产和人们的菜篮子丰富做出了重要贡献。但随着塑料地膜的大量使用，其负面影响日益明显。塑料地膜回收困难，大量残留在农田中，破坏土壤结构，导致农作物减产。据测算，在每亩土地中只要残留4kg的塑料垃圾，就会使玉米减产15％左右，小麦减产13％左右，蔬菜减产15％～60％。“白色革命”逐渐变成了“白色污染”。因此农业生产中急需一种即具有塑料地膜保温、减少土壤水分蒸发的功效又不产生环境生态污染的塑料地膜替代品。近年来，科技工作者开始研制可降解液态地膜，主要以乳化沥青、聚乙烯醇、聚丙烯酸酯及其聚合物的一种或几种为主要原料，如：发明专利公布说明书CN1232857 A公布了“沥青乳剂及其制备方法”，介绍了一种以乳化沥青为主要成分的液态地膜，该物质具有一定提高低温的功效，但不能避免沥青的二次污染，且稀释时遇硬水容易破乳导致成膜性降低；发明专利公布说明书CN CN1445275A公布了“聚乙烯醇改性物-液体生态地膜的制备”，介绍了一种以聚乙烯醇、羧甲基纤维素、醋酸乙酯聚合物为主要原料的液态地膜，该物质具有一定的成膜性，因其成膜成分中亲水基较多，导致耐水能力较差；发明专利公布说明书CN1935878A公布了“一种多功能可降解液态地膜及其制备方法”，介绍了一种以淀粉接枝丙烯酸类聚合物为主要原料的液态地膜，该物质具有一定的保水功效，但成膜性较差。上述发明专利产品虽然在一定程度上避免了“白色污染”，但普通存在成膜差，韧性小，耐水性能低，保温差、延迟农作物出苗时间等缺点，对使用与推广具有一定的局限性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多功能可降解液态地膜、制备方法及应用方向，所要解决的技术问题是使该液态地膜具有优良的成膜性能，不延迟农作物出苗时间，保温、减少土壤水分蒸发的功效稳定，不产生环境生态污染。
本发明的技术方案是这样实现的：这种多功能可降解液态地膜，其组成包括如下重量比例的：聚醚多元醇-聚乙烯醇-聚天门冬氨酸盐聚合物15.0～40.0％，乳化剂1.0～5.0％，分散展着剂0.5～5.0％，pH值调节剂0.1～5.0％，防冻剂1.0～5.0％，水余量；
所述的聚醚多元醇-聚乙烯醇-聚天门冬氨酸盐聚合物是由包括如下重量比例的：聚醚多元醇60.0～70.0％、聚天门冬氨酸盐25.0～35.0％和聚乙烯醇1000余量聚合得到的；
所述的乳化剂是选自十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、壬基酚聚氧乙烯(10)醚其中一种或几种；
所述的分散展着剂是选自亚甲基二萘磺酸钠、聚羧酸钠盐、乙氧基改性三硅氧烷其中一种或几种；
所述的pH值调节剂是选自氨水、氢氧化钾、氢氧化钠其中一种或几种；
所述的防冻剂是选自乙二醇、聚乙二醇、甘油其中一种或几种。
所述的多功能可降解液态地膜，其组成包括如下重量比例的：聚醚多元醇-聚乙烯醇-聚天门冬氨酸盐聚合物20.0～30.0％、乳化剂2.0～3.0％、分散展着剂1.0～3.0％、pH值调节剂0.1～3.0％、防冻剂2.0～3.0％和水余量。
所述的多功能可降解液态地膜，所述的聚醚多元醇用聚醚多元醇聚合母液、聚氧化丙烯多元醇、聚氧化乙烯多元醇或由农作物秸秆、制糖业废渣在催化剂作用下经浓硫酸液化得到液化产物其中一种或几种代替。
所述的多功能可降解液态地膜，其组成包括如下重量比例的：聚醚多元醇-聚乙烯醇-聚天门冬氨酸盐聚合物16.0～18.0％，乳化剂十二烷基硫酸钠1.5％、壬基酚聚氧乙烯(10)醚2.5％，分散展着剂亚甲基二萘磺酸钠2.0％、乙氧基改性三硅氧烷0.05％，pH值调节剂氨水1.0％，防冻剂乙二醇4.0％，水余量。
所述的多功能可降解液态地膜，其组成包括如下重量比例的：聚醚多元醇-聚乙烯醇-聚天门冬氨酸盐聚合物25.0％，乳化剂十二烷基硫酸钠2.5％、壬基酚聚氧乙烯(10)醚2.0％，分散展着剂亚甲基二萘磺酸钠2.5％、乙氧基改性三硅氧烷0.10％，pH值调节剂氨水2.0％，防冻剂乙二醇3.0％，水余量。
所述的多功能可降解液态地膜，其组成包括如下重量比例的：聚醚多元醇-聚乙烯醇-聚天门冬氨酸盐聚合物20.0～30.0％，乳化剂十二烷基硫酸钠2.5％、壬基酚聚氧乙烯(10)醚2.5％，分散展着剂亚甲基二萘磺酸钠3.0％、乙氧基改性三硅氧烷0.15％，pH值调节剂氨水4.5％，防冻剂乙二醇2.0％，水余量。
上述的多功能可降解液态地膜的制备方法包括以下步骤：
A、聚醚多元醇-聚乙烯醇-聚天门冬氨酸聚合物的制备
在反应器中加入液态地膜组成总量30-g0％的水，依次计量加入聚醚多元醇、聚天门冬氨酸盐，升温至80～90℃，加入聚乙烯醇1000，高速剪切搅拌20～30min，降温到45℃以下得到聚合物乳液；
B、在步骤A的聚合乳液中计量加入复合乳化剂、分散展着剂、防冻剂、pH值调节剂及余量水，调节pH至7-8，高速剪切搅拌20～30min，即可得到可降解的液态地膜。
上述的多功能可降解液态地膜的应用方法是：将液态地膜兑水稀释8～20倍，用普通喷雾器土壤表面喷施，亩用液态地膜稀释液80～100千克用于防风固沙，土壤保温、抑制土壤水分蒸发。
本发明田间试验表明，具有以下主要特点与功效：
1.具有传统塑料地膜功效：
土壤增温2～6℃，蒸发抑制率30％以上，土壤表层含水量可提高20％。该地膜兑水喷施于土壤表面后，其中的高分子与土壤颗粒结合，可迅速在土壤表面形成一层黑色的固化膜，抑制土壤水分蒸发，促使土壤吸收较多的太阳能，起到提高地温的功效。
2.弥补了现有液态地膜的不足：
①抗硬水能力强；②耐水性增强；③成膜均一：该液态地膜类似于微乳液，分散粒径小，分散均匀，成膜性能高；④不延迟农作物出苗时间：成膜物质不溶于水，只分散于水中，可迅速附着于土壤固化成膜，不会渗透到种子周围土壤，避免影响出苗时间。
3.改良土壤功效：
液态地膜完全降解为农作物可吸收的腐植酸类有机肥、水和二氧化碳，降解产物有效促进土壤团粒的形成，水稳性团粒数量提高10～15％，土壤容重可降低5～10％。
4.提高肥料利用率：
降解中间产物聚天门冬氨酸可吸收和富集土壤中对植物生长有利的元素如N、P、K及Ca、Mg、S、Mn、Cu、Fe、B等，当每亩土壤含40～60克聚天门冬氨酸时，土壤有机质含量可提高8～10％，全氮提高了6～8％，速效磷提高11～15％，速效钾提高25～40％。
5.防渗集水、节水灌溉功效：
沙性土壤地表喷施，有效减缓水分下渗，保水、节约灌溉用水量。
综上所述，本发明可在一定范围内替代塑料地膜及弥补现有液态地膜使用上的不足，具有一定的社会意义及市场前景。
具体实施方式
实施例1：
(1)聚醚多元醇-聚乙烯醇-聚天门冬氨酸盐聚合物的制备
在反应器中加入300千克水，依次加入240.0千克聚醚多元醇聚合母液(羟值100±5mg KOH/g、粘度3000±500mPa·s/25℃，聚醚多元醇含量50％，青岛瑞诺化工有限公司产)、150.0千克聚天门冬氨酸钠溶液(石家庄德赛化工有限公司产，分子量3000～5000，含量40％)。升温至80～90℃，加入15.0千克聚乙烯醇(聚合度1000，含量98％)，高速剪切搅拌20～30min，降温到45℃以下。得到含160～180千克聚醚多元醇-聚乙烯醇-聚天门冬氨酸聚合物的聚合乳液。
(2)液态地膜的制备
在上述聚合乳液中，加入15.0千克十二烷基硫酸钠、25.0千克壬基酚聚氧乙烯(10)醚、20.0千克亚甲基二萘磺酸钠、0.5千克乙氧基改性三硅氧烷、40.0千克乙二醇，10.0千克氨水调节pH至7-8、加入余量水至1000千克，高速剪切搅拌20～30min，即可得到可降解的液态地膜，其中聚醚多元醇-聚乙烯醇-聚天门冬氨酸聚合物的重量百分比为16.0～18.0％。
该液态地膜兑水稀释8～10倍，用普通喷雾器土壤表面喷施，亩用稀释液80～100千克。
实施例2：
(1)聚醚多元醇-聚乙烯醇-聚天门冬氨酸盐聚合物的制备
在反应器中加入300千克水，依次加入200.0千克聚醚多元醇聚合母液(羟值60±5mg KOH/g、粘度2000±500mPa·s/25℃，聚醚多元醇含量80％，青岛瑞诺化工有限公司产)、250.0千克千克聚天门冬氨酸钠溶液(石家庄德赛化工有限公司产，分子量3000～5000，含量40％)。升温至80～90℃，加入20.0千克聚乙烯醇(聚合度1000，含量98％)，高速剪切搅拌20～30min，降温到45℃以下，得到含240～250千克聚醚多元醇-聚乙烯醇-聚天门冬氨酸聚合物的聚合乳液。
(2)液态地膜的制备
在上述聚合乳液中，加入25.0千克十二烷基硫酸钠、20.0千克壬基酚聚氧乙烯(10)醚、25.0千克亚甲基二萘磺酸钠、1.0千克乙氧基改性三硅氧烷、30.0千克乙二醇，20.0千克氨水调节pH至7-8，加入余量水至1000千克，高速剪切搅拌20～30min，即可得到可降解的液态地膜。其中聚醚多元醇-聚乙烯醇-聚天门冬氨酸聚合物的重量百分比为25.0％。
该液态地膜兑水稀释8～10倍，用普通喷雾器土壤表面喷施，可用于防风固沙。
实施例3：
(1)聚醚多元醇-聚乙烯醇-聚天门冬氨酸盐聚合物的制备
在反应器中加入200千克水，依次加入250.0千克聚醚多元醇聚合母液(羟值150±5mg KOH/g、粘度1000±200mPa·s/25℃，分子量4000，聚醚多元醇含量80％，天津石油化工公司第三石油化工厂产)、300.0千克千克聚天门冬氨酸钠溶液(石家庄德赛化工有限公司产，分子量3000～5000，含量40％)。升温至80～90℃，加入25.0千克聚乙烯醇(聚合度1000，含量98％)，高速剪切搅拌20～30min，降温到45℃以下，得到含280～300千克聚醚多元醇-聚乙烯醇-聚天门冬氨酸聚合物的聚合乳液。
(2)液态地膜的制备
在上述聚合乳液中，加入25.0千克十二烷基硫酸钠、25.0千克壬基酚聚氧乙烯(10)醚、30.0千克亚甲基二萘磺酸钠、1.5千克乙氧基改性三硅氧烷、20.0千克乙二醇、45.0千克氨水调节pH至7-8、加入余量水至1000千克，高速剪切搅拌20～30min，即可得到1000千克可降解的液态地膜，其中聚醚多元醇-聚乙烯醇-聚天门冬氨酸聚合物的重量百分比为28.0～30.0％。
该液态地膜兑水稀释15～20倍，用普通喷雾器土壤表面喷施，亩用稀释液80～100千克。土壤保温、抑制土壤水分蒸发效果显著。
本发明对所需聚醚多元醇的纯度要求不严格，使用以多元醇或有机胺为起始剂，与环氧丙烷聚合反应或与环氧丙烷、环氧乙烷共聚反应可得到聚氧化丙烯多元醇(PPG)、由乙二醇或二甘醇为起始剂与环氧乙烷聚合反应可得到聚氧化乙烯多元醇(PEG)，或者利用农作物秸秆、制糖业废渣在催化剂作用下经浓硫酸液化生产的聚醚多元醇均可。以上技术均已成熟，且已大规模、工厂化生产，如：上海高桥石油化工公司、青岛瑞诺化工有限公司，天津石油化工公司第三石油化工厂、福建省新达保温材料有限公司等。
在聚合物原料选择方面，本发明上述实施例特别给出了利用聚醚多元醇聚合母液代替聚醚多元醇的实施例，由于聚合母液不需经过分离、过滤、水洗等工艺，原料成本可降低三分之一至二分之一。聚天门冬氨酸盐既含有象蛋白质结构一样的酰胺基团又含有羧酸侧链，既能完全生物降解，又具有螯合和分散等功能，是新一代可生物降解高分子材料，本发明以聚乙烯醇为分散剂，聚醚多元醇与聚天门冬氨酸盐在温度80～90℃条件下，利用单体间自交联性质，迅速反应，得到一种褐色聚合乳液，主要成分为聚醚多元醇-聚乙烯醇-聚天门冬氨酸聚合物，该聚合反应的产率大于90％，剩余少量反应物及反应副产物不需分离，不影响应用效果。
本发明列举的实施例旨在更进一步地阐明多功能可降解液态地膜的制备方法及应用方向，而不对本发明的范围构成任何限制。
Claims (8)
1.一种多功能可降解液态地膜，其组成包括如下重量比例的：聚醚多元醇-聚乙烯醇-聚天门冬氨酸盐聚合物15.0～40.0％，乳化剂1.0～5.0％，分散展着剂0.5～5.0％，pH值调节剂0.1～5.0％，防冻剂1.0～5.0％，水余量；
所述的聚醚多元醇-聚乙烯醇-聚天门冬氨酸盐聚合物是由包括如下重量比例的：聚醚多元醇60.0～70.0％、聚天门冬氨酸盐25.0～35.0％和聚乙烯醇1000余量聚合得到的；
所述的乳化剂是选自十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、壬基酚聚氧乙烯(10)醚其中一种或几种；
所述的分散展着剂是选自亚甲基二萘磺酸钠、聚羧酸钠盐、乙氧基改性三硅氧烷其中一种或几种；
所述的pH值调节剂是选自氨水、氢氧化钾、氢氧化钠其中一种或几种；
所述的防冻剂是选自乙二醇、聚乙二醇、甘油其中一种或几种。
2.根据权利要求1所述的多功能可降解液态地膜，其组成包括如下重量比例的：聚醚多元醇-聚乙烯醇-聚天门冬氨酸盐聚合物20.0～30.0％、乳化剂2.0～3.0％、分散展着剂1.0～3.0％、pH值调节剂0.1～3.0％、防冻剂2.0～3.0％和水余量。
3.根据权利要求1所述的多功能可降解液态地膜，其特征在于：所述的聚醚多元醇用聚醚多元醇聚合母液或由农作物秸秆、制糖业废渣在催化剂作用下经浓硫酸液化得到液化产物其中一种或几种代替。
4.根据权利要求1所述的多功能可降解液态地膜，其组成包括如下重量比例的：聚醚多元醇-聚乙烯醇-聚天门冬氨酸盐聚合物16.0～18.0％，乳化剂十二烷基硫酸钠1.5％、壬基酚聚氧乙烯(10)醚2.5％，分散展着剂亚甲基二萘磺酸钠2.0％、乙氧基改性三硅氧烷0.05％，pH值调节剂氨水1.0％，防冻剂乙二醇4.0％，水余量。
5.根据权利要求1所述的多功能可降解液态地膜，其组成包括如下重量比例的：聚醚多元醇-聚乙烯醇-聚天门冬氨酸盐聚合物25.0％，乳化剂十二烷基硫酸钠2.5％、壬基酚聚氧乙烯(10)醚2.0％，分散展着剂亚甲基二萘磺酸钠2.5％、乙氧基改性三硅氧烷0.10％，pH值调节剂氨水2.0％，防冻剂乙二醇3.0％，水余量。
6.根据权利要求1所述的多功能可降解液态地膜，其组成包括如下重量比例的：聚醚多元醇-聚乙烯醇-聚天门冬氨酸盐聚合物20.0～30.0％，乳化剂十二烷基硫酸钠2.5％、壬基酚聚氧乙烯(10)醚2.5％，分散展着剂亚甲基二萘磺酸钠3.0％、乙氧基改性三硅氧烷0.15％，pH值调节剂氨水4.5％，防冻剂乙二醇2.0％，水余量。
7.根据权利要求1-2和4-6中的任意一项权利要求所述的多功能可降解液态地膜的制备方法，其特征包括以下步骤：
A、聚醚多元醇-聚乙烯醇-聚天门冬氨酸聚合物的制备
在反应器中加入液态地膜组成总量30-90％的水，依次计量加入聚醚多元醇、聚天门冬氨酸盐，升温至80～90℃，加入聚乙烯醇1000，高速剪切搅拌20～30min，降温到45℃以下得到聚合物乳液；
B、在步骤A的聚合乳液中计量加入复合乳化剂、分散展着剂、防冻剂、pH值调节剂及余量水，调节pH至7-8，高速剪切搅拌20～30min，即可得到可降解的液态地膜。
8.根据权利要求1-6任意一项权利要求所述的多功能可降解液态地膜的应用方法，其特征在于：将液态地膜兑水稀释8～20倍，用普通喷雾器土壤表面喷施，亩用液态地膜稀释液80～100千克用于防风固沙，土壤保温、抑制土壤水分蒸发。
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