CN103756270A - 一种全生物降解地膜母粒及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全生物降解地膜母粒，包括按重量比由以下成分构成：PBAT70%～80%，改性纳米二氧化硅10%～30%，分散剂4%～7%，润滑加工助剂3%～6%，色粉0%-5%。本发明还公开了其制备方法和应用。使用该母粒后的地膜产品力学性能分别为纵向拉伸强度≥23MPa，横向拉伸强度≥21MPa，纵向断裂伸长率＞205%，横向断裂伸长率＞322%，纵向、横向直角撕裂强度均＞120N/mm。

Description

一种全生物降解地膜母粒及其制备方法和应用

（一）发明领域

本发明涉及一种全生物降解地膜母粒及其制备方法和应用，属于塑料母粒制造技术领域。

（二）技术背景

由于农用地膜能有效控制土壤温度和湿度，减少水分和营养物流失，防止杂草生长，为作物生长创造有利的生态环境，是世界粮食和经济作物增产的有效途径之一。中国是农业大国，目前国内地膜覆盖面积在达2亿亩，年用量约为100万吨，其覆盖面积和用量均列世界第一。

然而，地膜覆盖技术在给农业增产增收带来巨大经济效益的同时，也严重污染土地。目前使用的农膜以化纤作原料，其主要成分是聚乙烯、聚氯乙烯，可在田间残留几十年不降解，连年使用导致碎膜逐年累积于土壤耕层，造成土壤板结、通透性变差、根系生长受阻，后茬作物减产。2013年5月8日中央电视台焦点访谈对这一问题进行了着重报道，全国农用残膜平均达到100Kg/公顷，若累积20年后，则会高达430Kg/公顷！其中地膜残留所造成玉米、棉花的减产分别达到了10%和23%！另外大量残留地膜的分解物也有可能污染水源。

为了开发出不可降解地膜的环保替代品，国内外广泛开展了全生物降解地膜的研究。目前已开发的主要产品是由聚乳酸（PLA）、聚己内酯（PCL）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、聚甲基乙撑碳酸酯（PPC）、聚对苯二甲酸/己二酸丁二酯（PBAT）、聚烷酸酯（PHA）、改性淀粉等互相复配得到的产品。但是复配后的复合树脂在吹膜加工的过程中仍然存在强度低、膜泡易断裂、难开口；地膜产品厚度过厚，成本增加；薄膜的强度和拉伸强度不如纯聚乙烯薄膜制品，不适宜机械铺膜等问题。本发明的目的是克服上述现有全生物降解地膜存在的不足，提供一种增强型纳米全生物降解地膜母粒，以满足全生物降解地膜产品的机械性能需求。其具有优良的加工和使用性能，废弃后对环境友好。

（三）发明内容

为了实现上述目的，本发明的发明人进行了大量深入细致的研究工作，结果发现，通过在地膜生产过程中加入一定量的纳米全生物降解地膜母粒，同时辅以相应的加工工艺，就可以同时解决现有全生物降解地膜存在的以上问题。

本发明目的之一是提供一种全生物降解地膜母粒。该母粒以PBAT为载体，具有全生物降解的特性，所述母粒含有如下的组分：PBAT70%～80%，改性纳米二氧化硅10%～30%，分散剂4%～8%，润滑加工助剂3%～6%，色粉0%-5%(均为重量百分比)，各组分重量百分比之和为100.

其中所述PBAT为国产或进口PBAT树脂，熔体指数为12g/10min；

所述改性纳米二氧化硅优选为安徽敬业纳米科技有限公司产品YJ100-02或YJ100-05；

所述分散剂优选为EBS和/或芥酰酸胺等；

所述润滑加工剂为液体石蜡和/或高分子蜡等；

所述色粉为无机或有机色粉，优选为耐酸性的无机或有机色粉。

本发明的目的之二是提供一种上述全生物降解地膜母粒的制备方法。所述制备方法包括如下步骤：称取处方量的组分并加入到混料器中，混合温度优选为120～150℃，充分混合均匀；将混合料加入到螺杆挤出机中，设定挤出温度为120～160℃，挤出切粒成形后用铝塑复合袋包装成成品。

本发明所制备的全生物降解地膜母粒，具有如下突出优势：

（1）以PBAT作为地膜母粒载体，综合考虑了该母粒的完全降解性能和后期应用时与其他地膜树脂的相容性；

（2）本发明通过添加有机改性纳米二氧化硅作为增强剂，增加了与其他树脂的相容性，分散均匀，提高了树脂的机械性能；

本发明的目的之三是提供一种上述全生物降解地膜母粒的应用方法。通过以下技术方案实现：该地膜是由PBAT、PLA、PPC、PHA、改性淀粉中的一种或多种作为主要成分，添加上述全生物降解地膜母粒，地膜母粒用量以改性纳米二氧化硅最终比例是0.5%-15%（重量百分数）为标准。将上述成分均匀混合，再通过挤出吹塑工艺制作成增强型纳米全生物降解地膜，纳米二氧化硅均匀分散在地膜树脂中。所生产出的全生物降解地膜，具有节约助剂、加工性能好、拉伸强度高，使用该母粒后厚度为0.008mm地膜产品力学性能分别为：纵向拉伸负荷≥1.9N，横向拉伸负荷≥1.6N，纵向断裂伸长率＞205%，横向断裂伸长率＞322%，纵向、横向直角撕裂强度均＞120N/mm。所有地膜树脂均高于普通吹塑聚乙烯地膜满足机械铺膜的力学性能标准，有利于机械铺设；无色地膜透光率＞85%、保温和保湿性能显著等功能，对农作物的生长发育有明显作用，尤其是在我国冬季北方地区可明显提高农作物的产量、品质和经济效益；有色地膜母粒着色率高，着色均匀，地膜色度均匀，遮阴和除草效果明显。

（四）附图说明

图1一种全生物降解地膜母粒及纳米增强型全生物降解地膜加工工艺流程图。

图2纳米增强型全生物降解地膜中纳米二氧化硅的分散SEM扫描电镜照片。

（五）具体实施方式

制备全生物降解地膜母粒的方法，步骤如下：首先准确称取PBAT、改性纳米二氧化硅、分散剂、润滑加工助剂或色粉，称好后混和均匀，加入高混机内，启动高混机，高混机中速运转5分钟，切换成高速运转5分钟，当物料温度升到130～150℃左右时继续高速运转10分钟，观察物料，待混合均匀后，使物料温度下降到50℃以下；放出物料，进入粉碎机粉碎成颗粒状，设定挤出温度为120～160℃。

前述制备方法进一步包括，将混合好的料放入双螺杆挤出机的进一步啮合、塑化、物料呈现均一态，最后完成挤出造粒成全生物降解地膜母粒。

前述混合方法进一步包括，将全生物降解地膜母粒与基础全生物降解树脂混合，基础树脂有：PBAT、PLA、PPC、PHA、改性淀粉中的一种或多种；其中按重量比，全生物降解地膜母粒20～100％，基础塑料树脂0～80%。

前述混合方法进一步包括，将混合料置于双螺杆挤出机中进行塑化、进一步混合造粒。

前述制备方法进一步包括，将混好的粒料至于挤出吹膜机中，设置螺杆温度为120～160℃，挤出吹塑成均匀筒状薄膜，经裁切、分卷制成纳米增强型全生物降解地膜产品。

EBS和/或芥酰酸胺等；

所述润滑加工剂为液体石蜡和/或高分子蜡等；

实施实例1本发明生产的全生物降解地膜透明母粒

本实施方式的母粒由如下重量百分比成分组成：

PBAT  63%，

改性纳米二氧化硅  30%，

EBS           4%，

液体石蜡      3%，

制备工艺：在高速混合机中混合30分钟，转速700～1000r/min；将混合料置于长径比1：48的双螺杆挤出机中造粒，得到透明全生物降解地膜母料。

实施实例2本发明生产的全生物降解地膜透明母粒

PBAT  75%，

改性纳米二氧化硅  15%，

芥酰酸胺      5%，

液体石蜡      5%，

制备工艺同实施例1中所述制备方法。

实施实例3本发明全生物降解地膜黑母粒

PBAT  75%，

改性纳米二氧化硅  10%，

EBS           5%，

高分子蜡      5%，

炭黑  5%

制备工艺同实施例1中所述制备方法。

实施实例4本发明全生物降解地膜绿母粒

PBAT  75%，

改性纳米二氧化硅  10%，

芥酰酸胺      5%，

液体石蜡      5%，

酞菁绿G       5%

制备工艺同实施例1中所述制备方法。

实施实例5本发明全生物降解地膜母粒应用

PBAT                                 80%

实施例1制备的全生物降解地膜母粒      20%

制备工艺：按上述配方将各种原料称重，并置于高速混合机中搅拌5分钟。经均匀混合后，通过双螺杆挤出造粒，将混合料置于挤出吹膜机的料斗中，5个加热段分别设定温度130℃、135℃、145℃、145℃、150℃，挤出吹塑成均匀筒状薄膜（薄膜厚度为0.006-0.12mm均可，薄膜宽度90-200cm均可），经裁切、分卷制成纳米增强型全生物降解地膜。

实施实例6本发明全生物降解地膜母粒应用

组分及用量（重量百分数）

PBAT                                   60

PLA                                    20

实施例2制备的全生物降解地膜黑母粒      20

制备工艺：按上述配方将各种原料称重，并置于高速混合机中搅拌5分钟。经均匀混合后，通过双螺杆挤出造粒，将混合料置于挤出吹膜机的料斗中，5个加热段分别设定温度130℃、135℃、145℃、145℃、155℃，挤出吹塑成均匀筒状薄膜（薄膜厚度为0.006-0.12mm均可，薄膜宽度90-200cm均可），经裁切、分卷制成纳米增强型全生物降解地膜。

实施实例7本发明全生物降解地膜母粒应用

组分及用量（重量百分数）

PBAT                                   50

PHA                                    30

实施例3制备的全生物降解地膜绿母粒      20

制备工艺：按上述配方将各种原料称重，并置于高速混合机中搅拌5分钟。经均匀混合后，通过双螺杆挤出造粒，将混合料置于挤出吹膜机的料斗中，5个加热段分别设定温度135℃、145℃、155℃、155℃、160℃，挤出吹塑成均匀筒状薄膜（薄膜厚度为0.006-0.12mm均可，薄膜宽度90-200cm均可），经裁切、分卷制成纳米增强型全生物降解地膜。

实施实例8本发明全生物降解地膜母粒应用

组分及用量（重量百分数）

PBAT                                 65

PPC                                  15

实施例4制备的全生物降解地膜母粒      20

制备工艺：按上述配方将各种原料称重，并置于高速混合机中搅拌5分钟。经均匀混合后，通过双螺杆挤出造粒，将混合料置于挤出吹膜机的料斗中，5个加热段分别设定温度130℃、135℃、145℃、145℃、150℃，挤出吹塑成均匀筒状薄膜（薄膜厚度为0.006-0.12mm均可，薄膜宽度90-200cm均可），经裁切、分卷制成纳米增强型全生物降解地膜。

实施实例9本发明全生物降解地膜母粒应用

组分及用量（重量百分数）

PBAT                                 30

改性淀粉                             50

实施例1制备的全生物降解地膜母粒      20

制备工艺：按上述配方将各种原料称重，并置于高速混合机中搅拌5分钟。经均匀混合后，通过双螺杆挤出造粒，将混合料置于挤出吹膜机的料斗中，5个加热段分别设定温度120℃、130℃、135℃、135℃、145℃，挤出吹塑成均匀筒状薄膜（薄膜厚度为0.006-0.12mm均可，薄膜宽度90-200cm均可），经裁切、分卷制成纳米增强型全生物降解地膜。

Claims (3)

1.一种全生物降解地膜母粒，是以PBAT为载体，具有全生物降解的特性；其特征在于所述母粒组分及配比以重量百分比计为：PBAT70%～80%，改性纳米二氧化硅10%～30%，分散剂4%～8%，润滑加工助剂3%～6%和色粉0%-5%；各组分重量百分比之和为100；

所述PBAT为国产或进口PBAT树脂，熔体指数为12g/10min；

所述分散剂为EBS和/或芥酰酸胺等；

所述润滑加工剂为液体石蜡和/或高分子蜡等；

所述色粉为无机或有机色粉，优选为耐酸性的无机或有机色粉。

2.如权利要求1所述的一种全生物降解地膜母粒的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

将PBAT、改性纳米二氧化硅、分散剂、润滑加工助剂和色粉混和均匀；加入高混机内，启动高混机，高混机中速运转5分钟，切换成高速运转5分钟，当物料温度升到130～150℃时继续高速运转10分钟，速度控制在700～1000r/min；使物料温度下降到50℃以下；放出物料，进入粉碎机粉碎成颗粒状；将粒料置于双螺杆挤出机中，设置螺杆温度120℃～160℃，挤出造粒成全生物降解地膜母粒。

3.如权利要求1所述的一种全生物降解地膜母粒在生产全生物降解地膜中的应用。

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