CN103087482A - 全降解保温地膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全降解保温地膜及其制备方法，所述全降解保温地膜各组分按质量份数计的配比为：PBAT30～60份；聚乳酸10～30份；淀粉10～30份；增塑剂5～10份；扩链剂0～2份；填料5～10份；全降解水滑石母粒5～20份；全降解色母粒0～5份。其制备方法为：先将水滑石粉末和PBAT在双螺杆中挤出造粒成全降解水滑石母粒后再和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保温地膜的材料，最后配合全降解色母粒经过二次加工得到全降解保温地膜。本发明的全降解保温地膜，能在土壤中完全降解，且保温性能好、生产成本低，具有良好的经济和社会效益，值得推广应用。

Description

全降解保温地膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种全降解可追肥地膜及其制备方法，属于高分子材料技术领域。

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，在我国东北部地区常年气温较低，地膜使用的需求更加的迫切，如何提高地膜的保温性能成为当务之急。实验证明使用传统的黑色地膜，只有利于地表温度的提高，但土壤中作物根部的温度远低于地表的温度，没有起到真正意义上的保温作用，依然严重影响作物的生长和发育，对产量有着负面的影响。

层状双羟基复合金属氢氧化物俗称水滑石（layered double hydroxides，简写为LDHs），是一类阴离子型层状化合物，其主要特征是主体层板组成和层板电荷密度在一定范围内具有可调变形而且层间客体阴离子具有可交换性。上述特征使水滑石成一类具有特殊结构和性能的功能材料。

典型的LDHs化合物是镁铝碳酸根型水滑石：MgAl-CO3-LDHs，其结构与水镁石Mg（OH）2结构相似，有MgO6八面体组成的菱形单元层，由于Mg与Al离子半径相近，层板上的Mg和Al离子相间排列，Mg与Al层带正电荷，两侧为带负电的OH层，再外侧为碳酸根与H2O层。由于水滑石的结构特点，层间CO32-离子的反对称伸缩振动，在7~8μm的波长范围具有较强的红外吸收，使得水滑石在地膜应用中有很多优点：增透、缓释、保温、与光稳定剂有协同和热稳定作用等，是水滑石与其他保温剂、缓释剂相比有显著的优越性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种全降解保温地膜及其制备方法，在提高地膜的保温性能增产增收的同时，全降解地膜可以在土壤中完全降解成二氧化碳和水，与传统聚乙烯地膜相比在减少了后期收膜工作量的同时也杜绝了聚乙烯碎膜在土壤中的残留造成的土力下降的问题。保护了环境，符合可持续性发展的要求。

为达到上述目的，本发明提供一种全降解保温地膜，所述全降解保温地膜各组分按质量份数计的配比为：

PBAT                                     30～60份；

聚乳酸                                   10～30份；

淀粉                                     10～30份；

增塑剂                                   5～10份；

扩链剂                                   0～2份；

全降解水滑石母粒                         5～20份；

填料                                     5～10份；

全降解色母粒                             0～5份。

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JONCRYLADR-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，其中所述的全降解水滑石母粒为水滑石粉末与PBAT树脂按照5：5～8：2比例通过熔融挤出的方式制备得到的插层聚合物。

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。

所述全降解保温地膜的制备方法，包括以下步骤：

1）全降解水滑石母粒的制备：将水滑石粉末与PBAT树脂颗粒按照5：5～8：2的比例在高速混合机中混合均匀后，通过双螺杆挤出机挤出造粒制备得到全降解水滑石母粒；

2）原料混合均匀：按照上述比例将步骤1)得到的全降解水滑石母粒和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2）得到的粒料再配合全降解色母粒经过二次加工，即可得到全降解保温地膜。

本发明具有以下有益效果：

1）本发明采用采用水滑石粉体与PBAT树脂通过熔融挤出的方式制备全降解水滑石母粒，使得水滑石粉体和PBAT树脂进行了充分的插层反应，提高了水滑石保温功能性的同时也增加了水滑石粉末在整个体系中的分散性；

2）本发明采用热塑性淀粉填充PBAT和聚乳酸，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60质量份的水滑石粉末和40质量份的PBAT树脂在高速混合机中混合均匀后，通过双螺杆挤出机挤出造粒，得到全降解水滑石母粒。

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质量份全降解水滑石母粒和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保温地膜的材料；再配合全降解色母粒经过二次加工即得到全降解保温地膜，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，使用全降解保温地膜作物的作物单株生长情况要优于使用普通聚乙烯地膜作物的生长情况。

实施例2

将70质量份的水滑石粉末和30质量份的PBAT树脂在高速混合机中混合均匀后，通过双螺杆挤出机挤出造粒，得到全降解水滑石母粒。

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全降解水滑石母粒和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保温地膜的材料；再配合色母粒经过二次加工即得到全降解保温地膜，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，使用全降解保温地膜作物的生长情况要优于使用普通聚乙烯地膜作物的生长情况。

实施例3

将50质量份的水滑石粉末和50质量份的PBAT树脂在高速混合机中混合均匀后，通过双螺杆挤出机挤出造粒，得到全降解水滑石母粒。

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质量份全降解水滑石母粒和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保温地膜的材料；再配合全降解色母粒经过二次加工即得到全降解保温地膜，其性能如下：

通过上表可知，使用全降解保温地膜作物的生长情况要优于使用普通聚乙烯地膜作物的生长情况。

实施例4

将80质量份的水滑石粉末和20质量份的PBAT树脂在高速混合机中混合均匀后，通过双螺杆挤出机挤出造粒，得到全降解水滑石母粒。

将30质量份PBAT、10质量份聚乳酸、30质量份小麦淀粉、10质量份木糖醇、2质量份巴斯夫扩链剂JONCRYL ADR-4370S、8质量份全降解水滑石母粒和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保温地膜的材料；再配合全降解色母粒经过二次加工即得到全降解保温地膜，其性能如下：

通过上表可知，使用全降解保温地膜作物的生长情况要优于使用普通聚乙烯地膜作物的生长情况。

实施例5

将60质量份的水滑石粉末和40质量份的PBAT树脂在高速混合机中混合均匀后，通过双螺杆挤出机挤出造粒，得到全降解水滑石母粒。

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质量份全降解水滑石母粒和8质量份氧化铝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保温地膜的材料；再配合色母粒经过二次加工即得到全降解保温地膜，其性能如下：

通过上表可知，使用全降解保温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55质量份的水滑石粉末和35质量份的PBAT树脂在高速混合机中混合均匀后，通过双螺杆挤出机挤出造粒，得到全降解水滑石母粒。

将50质量份PBAT、10质量份聚乳酸、15质量份玉米淀粉、8质量份甘露醇、2质量份巴斯夫扩链剂JONCRYL ADR-4370S、10质量份全降解水滑石母粒和5质量份氢氧化铝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保温地膜的材料；再配合全降解色母粒经过二次加工即得到全降解保温地膜，其性能如下：

通过上表可知，使用全降解保温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 (10)

1.一种全降保温地膜，其特征在于，所述全降解保温地膜各组分按质量份数计的配比为：

PBAT                                       30～60份；

聚乳酸                                     10～30份；

淀粉                                       10～30份；

增塑剂                                     5～10份；

扩链剂                                     0～2份；

全降解水滑石母粒                           5～20份；

填料                                       5～10份；

全降解色母粒                               0～5份。

2.根据权利要求1所述的全降解保温地膜，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℃。

3.根据权利要求1所述的全降解保温地膜，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℃。

4.根据权利要求1所述的全降解保温地膜，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。

5.根据权利要求1所述的全降解保温地膜，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。

6.根据权利要求1所述的全降解保温地膜，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。

7.根据权利要求1所述的全降解保温地膜，其特征在于，所述的全降解水滑石母粒为水滑石粉末与PBAT树脂按照5：5～8：2比例通过熔融挤出的方式制备得到的插层聚合物。

8.根据权利要求1所述的全降解保温地膜，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.根据权利要求1所述的全降解保温地膜，其特征在于，所述全降解色母粒的颜色为黑色或白色的一种。

10.一种权利要求1所述的全降解保温地膜的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

1）全降解水滑石母粒的制备：将水滑石粉末与PBAT树脂颗粒按照5：5～8：2比例在高速混合机中混合均匀后，通过双螺杆挤出机挤出造粒制备得到全降解水滑石母粒；

2）原料混合均匀：按照上述比例将步骤1)得到的全降解水滑石母粒和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2）得到的粒料再配合全降解色母粒经过二次加工，即可得到全降解保温地膜。