CN102936400B - 全降解驱虫地膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种全降解驱虫地膜及其制备方法，所述全降解驱虫地膜各组分按质量份数计的配比为：PBAT30～60%；聚乳酸10～30%；淀粉10～30%；增塑剂5～10%；扩链剂0～2%；填料5～10%；植物源农药缓释微囊5～20%；全降解色母粒0～5%。其制备方法为：先将植物源农药吸附在硅藻土上再和聚乙烯醇按照特定的工艺处理后得到植物源农药微囊后再和PBAT、淀粉、聚乳酸、增塑剂、扩链剂、填料按特定的生产工艺制成用于全降解驱虫地膜的材料。本发明提供了具有驱虫效果的生物全降解地膜，对于减少作物农药残留，保护环境具有重要意义，符合可持续性发展的要求。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，特别涉及一种全降解驱虫地膜及其制备方法。
背景技术
地膜是农业生产中重要的生产资料之一，不仅能够提高地温、保水、保土、保肥提高肥效，而且还有灭草、防病虫、防旱抗涝、抑盐保苗、改进近地面光热条件，使产品卫生清洁等多项功能。
我国作为一个农业大国，幅员辽阔，各地的气候差异很大，所以近三十年以来地膜的应用和发展都十分的迅速，是世界上地膜消耗最多、覆盖面积最大、覆盖作物种类最广的国家。蓬勃发展的地膜覆盖技术，使中国这个传统农业大国，走出了一条农业高产稳产的路，为中国的经济发展做出了重大贡献。
地膜覆盖技术在给我国农业增产带来巨大效益的同时,也给土壤带来了严重的污染,存在着白色污染的潜在危险。由于目前使用的大多数地膜为聚乙烯或聚氯乙烯地膜,该类地膜稳定性极高,残留在土壤中的碎片不能被土壤微生物降解,也不能被作物吸收利用。大量的地膜残留给农田生态环境以及农业生产带来了严重的负面影响，造成土壤结构破坏、耕地质量下降、作物减产以及农事操作受阻、次生环境污染等一系列问题。
另外在农作物的生长过程中难免会受到虫害的侵扰，导致收成下降。为了降低虫害对作物的影响，人们常采用种植前使用泡过农药的种子或在作物生长期内多次喷洒农药等方式来达到驱虫杀虫的目的，但是采用这些传统的除虫方法，不但浪费大量的人力物力而且会使大量的农药残留在作物的表面或者果实中，对人的身体健康造成极大的威胁和危害。
植物源农药来源于自然，能在自然界降解，一般不会污染环境及农产品，在环境和人体中积累毒性的可能性不大，对人和牲畜相对安全，对害虫天敌伤害小，且害虫对其难以产生抗体，具有低毒，低残留的特点，能够保持农产品的高品质，在加上使用成本低等优点越来越收到人们的重视与青睐。在全世界面临人口迅速增长、环境污染压力日趋严重的今天，更深入、更广泛的研究和开发安全、无毒、来源广、成本低的植物源农药具有重要的经济意义和社会意义。
硅藻土是一种硅质岩石，有无定形的SiO2组成，多呈浅黄色或浅灰色，质软，多孔而轻。天然硅藻土有特殊的多孔性结构，具有良好的吸附性能。
因此，研制一种既能全降解又同时具备安全无污染驱虫功能的地膜具有重要的经济和社会效益。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种全降可驱虫地膜及其制备方法。
为达到上述目的，本发明提供一种全降解可驱虫地膜，所述全降解可驱虫地膜各组分按质量份数计的配比为：
PBAT 30～60%；
聚乳酸 10～30%；
淀粉 10～30%；
增塑剂 5～10%；
扩链剂 0～2%；
植物源农药微囊 5～20%；
填料 5～10%；
全降解色母粒 0～5%。
所述的植物源农药微囊由以下步骤制备：将硅藻土粉末完全浸润在植物源农药里，超声振荡2-8小时后，抽滤，干燥，得到负载有植物源农药的硅藻土粉末；再将此粉末分散于聚乙烯醇的丙三醇溶液中，再用喷雾干燥法制备得到植物源农药聚乙烯醇微囊。
优选地，所述的植物源农药包括薄荷油、桉树油、肉桂油、猪毛蒿油、菊蒿油、松节油、芸香精油、百里香油、芜香精油中的一种或几种。
优选地，其中所述PBAT的密度为1.26g/cm3，玻璃化转变温度为-29℃，熔点为115℃。
优选地，其中所述聚乳酸的平均分子量为4～150万，玻璃化温度范围为40～60℃。
优选地，其中所述淀粉为玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉、小麦淀粉或豌豆淀粉的一种或几种。
优选地，其中所述扩链剂为巴斯夫扩链剂JONCRYL ADR-4368或巴斯夫扩链剂JONCRYL ADR-4370S中的一种。
优选地，其中所述增塑剂为乙二醇、丙二醇、丙三醇、木糖醇、甘露醇或乙醇胺的一种或几种。
优选地，其中所述的驱虫微囊为用硅藻土和聚乙烯醇经过特定工艺进行包裹的薄荷油、桉树油、肉桂油、猪毛蒿油、菊蒿油、松节油、芸香精油、百里香油、芜香精油等等的一种或几种。
优选地，其中所述填料为滑石粉、轻质碳酸钙、氧化铝或氢氧化铝的一种或几种。
优选地，其中所述全降解色母粒的颜色为黑色或白色的一种。
所述全降解可驱虫地膜的制备方法，包括以下步骤：
1）化肥微囊的制备：将硅藻土粉末完全浸润在植物源农药里，超声振荡2-8小时后，抽滤，干燥，得到负载有植物源农药的硅藻土粉末。再将此粉末分散于聚乙烯醇的丙三醇溶液中，再用喷雾干燥法制备得到植物源农药聚乙烯醇微囊；
2）原料混合均匀：按照上述比例将步骤1)得到的植物源农药微囊和PBAT、聚乳酸、淀粉、增塑剂、扩链剂、填料加入到高速混合机中，并使之混和均匀；
3）在双螺杆挤出机内反应：将步骤2）得到的混合物加入双螺杆挤出机内混炼，经挤出后冷却、造粒；
4）将步骤3）得到的粒料再配合全降解色母粒经过二次加工，即可得到全降解可驱虫地膜。
本发明利用全降解地膜覆盖空间区域内的温度和湿度对植物源农药微囊表面的聚乙烯醇进行溶解，使化肥微囊表面形成多孔缓释结构，在潮湿的条件和日照的条件下使植物源农药缓慢的从微囊表面的小孔释放出来，利用其气味对昆虫进行毒杀、熏杀，进而起到驱虫的效果。等到作物收割完毕后，全降解地膜不用回收，将其直接填埋在土壤中待地膜在土壤中完全降解后，残留在膜内的植物源农药又能进一步抑制土壤中昆虫及虫卵的生长发育起到持续的驱虫作用，为下一季的种植带来方便。和传统的聚乙烯地膜相比较起来，在减少了收膜及后期喷洒农药的人工成本的同时也杜绝了聚乙烯碎膜在土壤中的残留减少了农药在作物中或作物表面的残留，保护环境的同时，减少了残留农药对人类的威胁，符合可持续性发展的要求。
同时，本发明还具有以下有益效果：
1）本发明采用聚乙烯醇包覆负载有植物源农药的硅藻土粉末制备得到植物源农药微囊，提高了植物源农药的缓释性能及与树脂的相容性；
2）本发明采用热塑性淀粉与PBAT和聚乳酸的共混体系，使热塑性淀粉均匀的分散于树脂混合物的基体中，在降低材料成本的同时，保持了材料的生物全降解性能；
3）本发明所使用的增塑剂，使得淀粉具有了热塑性，从而提高了淀粉的可加工性能；
4）本发明所使用的扩链剂，使得PBAT和PLA两相界面张力减小，界面结合力增大，从而改善了共混体系的力学相容性及机械性能；
5）本发明生产过程中所使用的双螺杆挤出机，冷却水循环利用，不产生废水、废气和废渣，且可实现规模化生产。
具体实施方式
以下将结合具体的实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
将硅藻土粉末完全浸润在薄荷油里，超声振荡4小时后，抽滤，干燥，得到负载有薄荷油的硅藻土粉末。再将此粉末分散于聚乙烯醇的丙三醇溶液中，再将此混合物喷入惰性热气流使液滴收缩成球形，进而干燥，可得薄荷油微囊。
将40质量份PBAT、20质量份聚乳酸、20质量份玉米淀粉、5质量份丙三醇、2质量份巴斯夫扩链剂JONCRYL ADR-4368、5质量份薄荷油微囊和8质量份轻质碳酸钙在高速混合机中混合均匀，然后将混合物在双螺杆挤出机中混炼，双螺杆挤出机各段温度设定为T1=140℃，T2=150℃，T3=150℃，T4=155℃，T5=155℃，T6=155℃，双螺杆挤出机转速为R=300r·min-1；之后，挤出、冷却、造粒即得到用于全降解可驱虫地膜的材料；再配合全降解色母粒经过二次加工即得到全降解可驱虫地膜，通过降解测试和田间种植对比试验，结果如下表：
通过上表可知，使用全降解可驱虫地膜和普通聚乙烯地膜对作物的生长情况几乎无影响。
实施例2
将硅藻土粉末完全浸润在肉桂油里，超声振荡6小时后，抽滤，干燥，得到负载有肉桂油的硅藻土粉末。再将此粉末分散于聚乙烯醇的丙三醇溶液中，再将此混合物喷入惰性热气流使液滴收缩成球形，进而干燥，可得肉桂油微囊。
将30质量份PBAT、30质量份聚乳酸、10质量份木薯淀粉、5质量份乙二醇、20质量份肉桂油微囊和5质量份滑石粉在高速混合机中混合均匀，然后将混合物在双螺杆挤出机中混炼，双螺杆挤出机各段温度设定为T1=155℃，T2=160℃，T3=165℃，T4=165℃，T5=160℃，T6=165℃，双螺杆挤出机转速为R=300r·min-1；之后，挤出、冷却、造粒即得到用于全降解可驱虫地膜的材料；再配合色母粒经过二次加工即得到全降解可驱虫地膜，通过降解测试和田间种植对比试验，结果如下表：
通过上表可知，使用全降解可驱虫地膜和普通聚乙烯地膜对作物的生长情况几乎无影响。
实施例3
将硅藻土粉末完全浸润在菊蒿油里，超声振荡8小时后，抽滤，干燥，得到负载有菊蒿油的硅藻土粉末。再将此粉末分散于聚乙烯醇的丙三醇溶液中，再将此混合物喷入惰性热气流使液滴收缩成球形，进而干燥，可得菊蒿油微囊。
将60质量份聚PBAT、10质量份聚乳酸、10质量份玉米淀粉、5质量份丙二醇、10质量份菊蒿油微囊和5质量份轻质碳酸钙在高速混合机中混合均匀，然后将混合物在双螺杆挤出机中混炼，双螺杆挤出机各段温度设定为T1=145℃，T2=155℃，T3=160℃，T4=160℃，T5=165℃，T6=165℃，双螺杆挤出机转速为R=300r·min-1；之后，挤出、冷却、造粒即得到用于全降解可驱虫地膜的材料；再配合全降解色母粒经过二次加工即得到全降解可驱虫地膜，其性能如下：
通过上表可知，使用全降解可驱虫地膜和普通聚乙烯地膜对作物的生长情况几乎无影响。
实施例4
将硅藻土粉末完全浸润在百里香油里，超声振荡2小时后，抽滤，干燥，得到负载有百里香油的硅藻土粉末。再将此粉末分散于聚乙烯醇的丙三醇溶液中，再将此混合物喷入惰性热气流使液滴收缩成球形，进而干燥，可得百里香油微囊。
将30质量份PBAT、10质量份聚乳酸、30质量份小麦淀粉、10质量份丙二醇、2质量份巴斯夫扩链剂JONCRYL ADR-4370S、8质量份百里香油微囊和10质量份滑石粉在高速混合机中混合均匀，然后将混合物在双螺杆挤出机中混炼，双螺杆挤出机各段温度设定为T1=145℃，T2=150℃，T3=155℃，T4=160℃，T5=160℃，T6=165℃，双螺杆挤出机转速为R=300r·min-1；之后，挤出、冷却、造粒即得到用于全降解可驱虫地膜的材料；再配合全降解色母粒经过二次加工即得到全降解可驱虫地膜，其性能如下：
通过上表可知，使用全降解可驱虫地膜和普通聚乙烯地膜对作物的生长情况几乎无影响。
实施例5
将硅藻土粉末完全浸润在芸香精油里，超声振荡4小时后，抽滤，干燥，得到负载有芸香精油的硅藻土粉末。再将此粉末分散于聚乙烯醇的丙三醇溶液中，再将此混合物喷入惰性热气流使液滴收缩成球形，进而干燥，可得芸香精油微囊。
将40质量份PBAT、15质量份聚乳酸、15质量份玉米淀粉、6质量份乙醇胺、1质量份巴斯夫扩链剂JONCRYL ADR-4370S、15质量份芸香精油微囊和8质量份轻质碳酸钙在高速混合机中混合均匀，然后将混合物在双螺杆挤出机中混炼，双螺杆挤出机各段温度设定为T1=135℃，T2=140℃，T3=155℃，T4=155℃，T5=160℃，T6=165℃，双螺杆挤出机转速为R=300r·min-1；之后，挤出、冷却、造粒即得到用于全降解可驱虫地膜的材料；再配合色母粒经过二次加工即得到全降解可驱虫地膜，其性能如下：
通过上表可知，使用全降解可驱虫地膜和普通聚乙烯地膜对作物的生长情况几乎无影响。
实施例6
将硅藻土粉末完全浸润在松节油里，超声振荡5小时后，抽滤，干燥，得到负载有松节油的硅藻土粉末。再将此粉末分散于聚乙烯醇的丙三醇溶液中，再将此混合物喷入惰性热气流使液滴收缩成球形，进而干燥，可得松节油微囊。
将50质量份PBAT、10质量份聚乳酸、15质量份玉米淀粉、8质量份乙醇胺、2质量份巴斯夫扩链剂JONCRYL ADR-4370S、10质量份松节油微囊和5质量份轻质碳酸钙在高速混合机中混合均匀，然后将混合物在双螺杆挤出机中混炼，双螺杆挤出机各段温度设定为T1=145℃，T2=150℃，T3=155℃，T4=160℃，T5=160℃，T6=165℃，双螺杆挤出机转速为R=300r·min-1；之后，挤出、冷却、造粒即得到用于全降解可驱虫地膜的材料；再配合全降解色母粒经过二次加工即得到全降解可驱虫地膜，其性能如下：
通过上表可知，使用全降解可驱虫地膜和普通聚乙烯地膜对作物的生长情况几乎无影响。
实施例7
将硅藻土粉末完全浸润在桉树油里，超声振荡3小时后，抽滤，干燥，得到负载有桉树油的硅藻土粉末。再将此粉末分散于聚乙烯醇的丙三醇溶液中，再将此混合物喷入惰性热气流使液滴收缩成球形，进而干燥，可得桉树油微囊。
将50质量份PBAT、20质量份聚乳酸、20质量份小麦淀粉、8质量份丙二醇、2质量份巴斯夫扩链剂JONCRYL ADR-4370S、20质量份桉树油微囊和10质量份滑石粉在高速混合机中混合均匀，然后将混合物在双螺杆挤出机中混炼，双螺杆挤出机各段温度设定为T1=145℃，T2=150℃，T3=155℃，T4=160℃，T5=160℃，T6=165℃，双螺杆挤出机转速为R=300r·min-1；之后，挤出、冷却、造粒即得到用于全降解可驱虫地膜的材料；再配合全降解色母粒经过二次加工即得到全降解可驱虫地膜，其性能如下：
通过上表可知，使用全降解可驱虫地膜和普通聚乙烯地膜对作物的生长情况几乎无影响。
实施例8
将硅藻土粉末完全浸润在猪毛蒿油里，超声振荡2小时后，抽滤，干燥，得到负载有猪毛蒿油的硅藻土粉末。再将此粉末分散于聚乙烯醇的丙三醇溶液中，再将此混合物喷入惰性热气流使液滴收缩成球形，进而干燥，可得猪毛蒿油微囊。
将40质量份PBAT、10质量份聚乳酸、20质量份小麦淀粉、8质量份丙二醇、2质量份巴斯夫扩链剂JONCRYL ADR-4370S、10质量份猪毛蒿油微囊和10质量份滑石粉在高速混合机中混合均匀，然后将混合物在双螺杆挤出机中混炼，双螺杆挤出机各段温度设定为T1=145℃，T2=150℃，T3=155℃，T4=160℃，T5=160℃，T6=165℃，双螺杆挤出机转速为R=300r·min-1；之后，挤出、冷却、造粒即得到用于全降解可驱虫地膜的材料；再配合全降解色母粒经过二次加工即得到全降解可驱虫地膜，其性能如下：
通过上表可知，使用全降解可驱虫地膜和普通聚乙烯地膜对作物的生长情况几乎无影响。
实施例9
将硅藻土粉末完全浸润在芜香精油里，超声振荡2小时后，抽滤，干燥，得到负载有芜香精油的硅藻土粉末。再将此粉末分散于聚乙烯醇的丙三醇溶液中，再将此混合物喷入惰性热气流使液滴收缩成球形，进而干燥，可得芜香精油微囊。
将55质量份PBAT、10质量份聚乳酸、15质量份小麦淀粉、5质量份丙二醇、2质量份巴斯夫扩链剂JONCRYL ADR-4370S、8质量份芜香精油微囊和5质量份滑石粉在高速混合机中混合均匀，然后将混合物在双螺杆挤出机中混炼，双螺杆挤出机各段温度设定为T1=145℃，T2=150℃，T3=155℃，T4=160℃，T5=160℃，T6=165℃，双螺杆挤出机转速为R=300r·min-1；之后，挤出、冷却、造粒即得到用于全降解可驱虫地膜的材料；再配合全降解色母粒经过二次加工即得到全降解可驱虫地膜，其性能如下：
通过上表可知，使用全降解可驱虫地膜和普通聚乙烯地膜对作物的生长情况几乎无影响。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种全降解驱虫地膜，其特征在于，所述全降解驱虫地膜各组分按质量份数计的配比为：
所述的植物源农药微囊由以下步骤制备：将硅藻土粉末完全浸润在植物源农药里，超声振荡2-8小时后，抽滤，干燥，得到负载有植物源农药的硅藻土粉末；再将此粉末分散于聚乙烯醇的丙三醇溶液中，再用喷雾干燥法制备得到植物源农药聚乙烯醇微囊。
2.根据权利要求1所述的全降解驱虫地膜，其特征在于，所述的植物源农药包括薄荷油、桉树油、肉桂油、猪毛蒿油、菊蒿油、松节油、芸香精油、百里香油、芜香精油中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的全降解驱虫地膜，其特征在于，所述PBAT的密度为1.26g/cm3，玻璃化转变温度为-29℃，熔点为115℃。
4.根据权利要求1所述的全降解驱虫地膜，其特征在于，所述聚乳酸的平均分子量为4～150万，玻璃化温度范围为40～60℃。
5.根据权利要求1所述的全降解驱虫地膜，其特征在于，所述淀粉为玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉、小麦淀粉或豌豆淀粉的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的全降解驱虫地膜，其特征在于，所述扩链剂为巴斯夫扩链剂JONCRYL ADR-4368或巴斯夫扩链剂JONCRYL ADR-4370S中的一种。
7.根据权利要求1所述的全降解驱虫地膜，其特征在于，所述增塑剂为乙二醇、丙二醇、丙三醇、木糖醇、甘露醇或乙醇胺的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的全降解驱虫地膜，其特征在于，所述填料为滑石粉、轻质碳酸钙、氧化铝或氢氧化铝的一种或几种。
9.一种权利要求1所述的全降解驱虫地膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将硅藻土粉末完全浸润在植物源农药里，超声振荡2-8小时后，抽滤，干燥，得到负载有植物源农药的硅藻土粉末；再将此粉末分散于聚乙烯醇的丙三醇溶液中，再用喷雾干燥法制备得到植物源农药聚乙烯醇微囊；
2)按照上述比例将所述植物源农药聚乙烯醇微囊与PBAT、聚乳酸、淀粉、增塑剂、扩链剂、填料加入到高速混合机中，并使之混和均匀；
3)在双螺杆挤出机内反应：将步骤2)得到的混合物加入双螺杆挤出机内混炼，经挤出后冷却、造粒；
4)将步骤3)得到的粒料再配合全降解色母粒经过二次加工，即可得到全降解驱虫地膜。
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