CN104098920A - 一种草粉基可降解农用地膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种草粉基可降解农用地膜，其特征在于包括有按重量100份计的如下组分作为原料：草粉45～55份；乙烯丙烯酸共聚物树脂，也即EAA树脂5～15份；含环氧基的有机硅丙烯酸树脂5～15份；有机硅树枝型树脂单体1～5份；环氧大豆油1～3份；聚乙烯蜡1～3份；二氧化钛1～3份；碳酸钙1～4份；聚乙烯15～30份；马来酸酐接枝改性聚乙烯5～15份；光降解母粒0.1～0.6份；吸湿母粒0.3～1.5份。这种地膜力学性能和耐水性能优异，且可根据不同地区和气候条件及作物品种控制降解速率。本发明同时提供这种农用地膜的制备方法，方法流程简单，原料充足，易于实施推广。

Description

一种草粉基可降解农用地膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种草粉基可降解农用地膜及其制备方法，属于高分子材料技术领域。
背景技术
农用塑料地膜是在20世纪50年代开始被在农业生产中采用的。我国于1978年从日本引进农用地膜，并在国内的农作物种植中广泛采用。为了充分利用地膜的增产作用，并消除塑料地膜带来的农田地力下降和环境污染的问题，发达国家相继开始研究可降解地膜。
目前，主要的可降解地膜包括有：生物降解地膜、光降解地膜、光/生物降解地膜和利用植物纤维制成的可降解地膜。然而现有的上述这类地膜的力学性能和耐水性能差，降解诱导期和降解速率慢，且不可控，降解后的物质无法起到肥田作用。
发明内容
本发明目的是：提供一种力学性能和耐水性能优异，且可根据不同地区和气候条件及作物品种控制降解速率的可变废为宝的草粉基可降解农用地膜。
本发明的技术方案是：一种草粉基可降解农用地膜，其特征在于包括有按重量100份计的如下组分作为原料：
草粉 45～55份；
乙烯丙烯酸共聚物树脂，也即EAA树脂 5～15份；
含环氧基的有机硅丙烯酸树脂 5～15份；
有机硅树枝型树脂单体 1～5份；
环氧大豆油 1～3份；
聚乙烯蜡 1～3份；
二氧化钛 1～3份；
碳酸钙 1～4份；
聚乙烯 15～30份；
马来酸酐接枝改性聚乙烯 5～15份；
光降解母粒 0.1～0.6份；
吸湿母粒 0.3～1.5份。
进一步的，本发明中所述的草粉为杂交狼尾草草粉、狼尾草草粉、麦草草粉、芦竹粉、毛白杨草粉中的任一种，粒径在200～500目。
进一步的，本发明中所述的乙烯丙烯酸共聚物树脂(EAA树脂)为陶氏3004型号EAA树脂、杜邦2806牌号吹塑EAA树脂、杜邦2014牌号薄膜级EAA高强度树脂中的任一种。
进一步的，本发明中所述的含环氧基的有机硅丙烯酸树脂的基本结构式为：
其数均分子量5000～8000。
进一步的，本发明中所述的有机硅树枝型树脂单体其基本结构式为：
结构式中其端基Me为环氧基、甲氧基、乙氧基中的任一种，其数均分子量3000～5000。
进一步的，本发明中所述的碳酸钙、二氧化钛的粒径均在1250～1500目。
进一步的，本发明中所述的聚乙烯为低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、高密度聚乙烯中的任一种或两种以上的混合物。
进一步的，本发明中所述的马来酸酐接枝改性聚乙烯的马来酸酐接枝率(％)为0.7～1.8，被接枝的聚乙烯为低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、高密度聚乙烯中的任一种。
需指出的是本发明中所述环氧大豆油、聚乙烯蜡均为市售产品，起增塑、润滑剂作用；所述的光降解母粒为d2w，Symphony环保公司产品；吸湿母粒为市售产品，添加量视原料的干燥情况而定，通常少量加入。
本发明同时提供上述草粉基可降解农用地膜的制备方法，其特征在于以生产100公斤所述草粉基可降解农用地膜计，包括下述步骤：
1)在一台100升的密炼机中加入草粉45～55公斤、乙烯丙烯酸共聚物树脂(EAA树脂)5～15公斤、含环氧基的有机硅丙烯酸树脂5～15公斤、有机硅树枝型树脂单体1～5公斤、环氧大豆油1～3公斤、聚乙烯蜡1～3公斤、二氧化钛1～3公斤、碳酸钙1～4公斤，在110～125℃条件下密炼1.5～2.5小时，然后倒入双锥加料器加入到单螺杆造粒机，单螺杆造粒机三个加热区温度分别控制在120～125℃，125～135℃，125～135℃，模头温度控制在130～135℃，出模头后进入气垫风冷，冷却后进入切粒机，得改性草粉母料；
2)以聚乙烯15～30公斤、马来酸酐接枝改性聚乙烯5～15公斤、光降解母粒0.1～0.6公斤在拌料机中混合均匀后进入双螺杆造粒机进行常规造粒，加热区的温度设定一区130～140℃、二区150～160℃、三区175～185℃；加热区的温度高低视聚乙烯单体情况而定，冷却后进入切粒机，得光降解树脂；
3)以步骤1)与2)所得全部产品加吸湿母粒0.5～1.5公斤在拌料机中混合均匀后进入吹膜机组，一区加热温度控制在135～140℃，二区温度145～155℃，三区温度165～170℃，四区温度170～180℃，模头温度控制在180～190℃，吹涨比控制在1:3.5～5，牵引速度控制在35～40米/分钟，以保持合适的拉伸与取向，最后获得膜宽为0.4～1.0米，厚度为1.5～5丝(1丝为10微米)的草粉基可降解农用地膜产品。
本发明提供的这种草粉基可降解农用地膜实际上由聚乙烯、马来酸酐接枝改性聚乙烯为原料，加入一定量光降解母料后成一组分，另一组分采用含环氧基的有机硅丙烯酸树脂、乙烯丙烯酸共聚物树脂(EAA树脂)、有机硅树枝型树脂对草粉进行接枝改性，两组分混合后通过挤出吹塑成草粉基可降解农用地膜。
本发明的优点是：
通过一年多应用，本发明提供的草粉基可降解农用地膜与普通的聚乙烯地膜具有同样的增产、保湿的作用，同时可以根据不同地区和气候条件及作物品种，控制降解速率，降解后草粉有较好的肥田作用。本发明提供的这种草粉基可降解农用地膜其拉伸强度可以达到12Mpa以上，一般在5～8个月可以实现完全降解。
本发明创新之处：
一、采用专有的含环氧基有机硅丙烯酸树脂、有机硅树枝型树脂配以市售的乙烯丙烯酸共聚物树脂(EAA树脂)对草粉进行接枝改性，较为方便地制备了草粉基改性料。
二、采用聚乙烯、马来酸酐接枝改性聚乙烯为原料，加入一定量光降解母料后成一光降解组分，通过一定时间的光照能达到完全降解。解决了因为添加了聚乙烯、马来酸酐接枝改性聚乙烯等成分而使草粉基可降解农用地膜不能完全降解的问题。
三、草粉为低成本原料，原材料供应充足，变废为宝，比较容易推广使用，草粉取代淀粉可节省宝贵的粮食资源。
四、可根据不同地区和气候条件及作物品种，控制降解速率，更贴切地适合作物的生长规律。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为实施例1中聚乙烯与马来酸酐接枝改性聚乙烯组分添加1％光降解母粒(d2w公司)及不添加光降解母粒所得的膜产品在UV照射条件下羰基光密度测量对比图，添加1％光降解母粒(d2w公司)的从48小时起开始分解，到240小时基本分解完毕，而不添加光降解母粒的基本不分解。
具体实施方式
实施例一：以100公斤计，本实施例提供的草粉基可降解农用地膜的制备方法如下：
1)在一台100升的密炼机中加入粒径500目杂交狼尾草草粉55公斤、陶氏3004型号EAA树脂7.5公斤、含环氧基的有机硅丙烯酸树脂5公斤、有机硅树枝型树脂单体2.5公斤、环氧大豆油1公斤、聚乙烯蜡1公斤、粒径1250目二氧化钛1公斤、粒径1500目碳酸钙1公斤，在125℃条件下密炼2.5小时，然后倒入双锥加料器加入到单螺杆造粒机，单螺杆造粒机三个加热区温度分别控制在125℃，130℃，135℃，模头温度控制在135℃，出模头后进入气垫风冷，冷却后进入切粒机，得改性草粉母粒74公斤。
2)以低密度聚乙烯15公斤、马来酸酐接枝改性高密度聚乙烯10公斤(马来酸酐接枝率为0.7％)、光降解母粒0.25公斤在拌料机中混合均匀后进入双螺杆造粒机进行常规造粒，加热区的温度设定一区130℃、二区150℃、三区175℃，得25.25公斤含光降解成分的光降解树脂。
3)以步骤1)与2)所得全部产品加吸湿母粒0.75公斤在拌料机中混合均匀后进入吹膜机组，一区加热温度控制在135℃，二区温度155℃，三区温度165℃，四区温度170℃，模头温度控制在180℃，吹涨比控制在1:3.5，牵引速度控制在35米/分钟，得膜宽为0.4米，厚度为2.5丝(1丝为10微米)草粉基可降解农用地膜产品。
由图1可知，为实施例1中聚乙烯与马来酸酐接枝改性聚乙烯组分添加1％光降解母粒(d2w公司)及不添加光降解母粒所得的地膜产品在UV照射条件下羰基光密度测量对比图，添加1％光降解母粒(d2w公司)的从48小时起开始分解，到240小时基本分解完毕，而不添加的基本不分解。由聚乙烯与马来酸酐接枝改性聚乙烯组分添加1％光降解母粒(d2w公司)组成的光降解树脂与改性草粉母粒共混吹膜，得到的膜宽为0.4米，厚度为2.5丝(1丝为10微米)草粉基可降解农用地膜产品根据ASTM D-638标准测试，其拉伸强度为12.5Mpa。经室外田间测试，5个月已完全降解，其原因在于改性草粉母粒总量较高达到74％是能较快降解的主要因素。
实施例二：以100公斤计，本实施例提供的草粉基可降解农用地膜的制备方法如下：
1)在一台100升的密炼机中加入粒径250目狼尾草草粉50公斤、陶氏3004型号EAA树脂7公斤、含环氧基的有机硅丙烯酸树脂5公斤、有机硅树枝型树脂单体2公斤、环氧大豆油1公斤、聚乙烯蜡1公斤、粒径1250目二氧化钛1公斤、粒径1500目碳酸钙1公斤，在125℃条件下密炼2.5小时，然后倒入双锥加料器加入到单螺杆造粒机，单螺杆造粒机三个加热区温度分别控制在125℃，130℃，135℃，模头温度控制在135℃，出模头后进入气垫风冷，冷却后进入切粒机，得改性草粉母粒68公斤。
2)以高密度聚乙烯20公斤、马来酸酐接枝改性低密度聚乙烯11.5公斤(马来酸酐接枝率为1％)、光降解母粒0.3公斤在拌料机中混合均匀后进入双螺杆造粒机进行常规造粒，加热区的温度设定一区140℃、二区160℃、三区185℃，得31.8公斤含光降解成分的光降解树脂。
3)以步骤1)与2)所得全部产品加吸湿母粒0.2公斤在拌料机中混合均匀后进入吹膜机组，一区加热温度控制在135℃，二区温度155℃，三区温度170℃，四区温度180℃，模头温度控制在190℃，吹涨比控制在1:4，牵引速度控制在38米/分钟，以保持合适的拉伸与取向。得膜宽为0.6米，厚度为2丝(1丝为10微米)草粉基可降解农用地膜产品。根据ASTM D-638标准测试，其拉伸强度为13.5Mpa。经室外田间测试，6个月已完全降解，比实施例一时间长的原因在于改性草粉母粒总量较略低为68％。
实施例三：以100公斤计，本实施例提供的草粉基可降解农用地膜的制备方法如下：
1)在一台100升的密炼机中加入300目麦草草粉45公斤、杜邦2014牌号薄膜级EAA高强度树脂15公斤、含环氧基的有机硅丙烯酸树脂5公斤、有机硅树枝型树脂单体3公斤、环氧大豆油1公斤、聚乙烯蜡1公斤、1250目二氧化钛1公斤、1300目碳酸钙1公斤，在110～125℃条件下密炼1.5～2.5小时，然后倒入双锥加料器加入到单螺杆造粒机，单螺杆造粒机三个加热区温度分别控制在120℃，130℃，135℃，模头温度控制在135℃，出模头后进入气垫风冷，冷却后进入切粒机，得改性草粉母料72公斤。
2)以线性低密度聚乙烯22.5公斤、马来酸酐接枝改性高密度聚乙烯5公斤(马来酸酐接枝率为1.2％)、光降解母粒0.3公斤在拌料机中混合均匀后进入双螺杆造粒机进行常规造粒，加热区的温度设定一区135℃、二区160℃、三区180℃，得27.8公斤含光降解成分的光降解树脂。
3)以步骤1)与2)所得全部产品加吸湿母粒0.2公斤在拌料机中混合均匀后进入吹膜机组，一区加热温度控制在135℃，二区温度150℃，三区温度170℃，四区温度175℃，模头温度控制在185℃，吹涨比控制在1:5，牵引速度控制在40米/分钟，以保持合适的拉伸与取向。得膜宽为1.0米，厚度为1.5丝(1丝为10微米)草粉基可降解农用地膜产品。根据ASTM D-638标准测试，其拉伸强度为15Mpa。经室外田间测试，5个月已完全降解，能较快降解的原因是改性草粉母粒总量72％较高，另外可降解农用地膜比较薄，受光照比面积较大。
实施例四：以100公斤计，本实施例提供的草粉基可降解农用地膜的制备方法如下：
1)在一台100升的密炼机中加入200目芦竹粉55公斤、杜邦2806牌号吹塑EAA树脂7.5公斤、含环氧基的有机硅丙烯酸树脂5公斤、有机硅树枝型树脂单体2.5公斤、环氧大豆油1公斤、聚乙烯蜡1公斤、粒径1250目二氧化钛1公斤、粒径1500目碳酸钙1公斤，在125℃条件下密炼2.5小时，然后倒入双锥加料器加入到单螺杆造粒机，单螺杆造粒机三个加热区温度分别控制在125℃，130℃，135℃，模头温度控制在135℃，出模头后进入气垫风冷，冷却后进入切粒机，得改性草粉母粒74公斤。
2)以低密度聚乙烯15公斤、马来酸酐接枝改性高密度聚乙烯10公斤(马来酸酐接枝率为1.8％)、光降解母粒0.25公斤在拌料机中混合均匀后进入双螺杆造粒机进行常规造粒，加热区的温度设定一区135℃、二区150℃、三区175℃，得25.25公斤含光降解成分的光降解树脂。
3)以步骤1)与2)所得全部产品加吸湿母粒0.75公斤在拌料机中混合均匀后进入吹膜机组，一区加热温度控制在135℃，二区温度155℃，三区温度165℃，四区温度170℃，模头温度控制在180℃，吹涨比控制在1:3.5，牵引速度控制在35米/分钟，得膜宽为0.4米，厚度为5丝(1丝为10微米)草粉基可降解农用地膜产品。根据ASTM D-638标准测试，其拉伸强度为12Mpa。经室外田间测试，8个月能完全降解，较慢降解的原因尽管改性草粉母粒总量74％较高，但可降解农用地膜比较厚，受光照比面积较小。
当然上述实施例只是为说明本发明的技术构思及特点所作的例举而非穷举，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种草粉基可降解农用地膜，其特征在于包括有按重量100份计的如下组分作为原料：
草粉 45～55份；
乙烯丙烯酸共聚物树酯，也即EAA树脂 5～15份；
含环氧基的有机硅丙烯酸树脂 5～15份；
有机硅树枝型树脂 1～5份；
环氧大豆油 1～3份；
聚乙烯蜡 1～3份；
二氧化钛 1～3份；
碳酸钙 1～4份；
聚乙烯 15～30份；
马来酸酐接枝改性聚乙烯 5～15份；
光降解母粒 0.1～0.6份；
吸湿母粒 0.3～1.5份。
2.根据权利要求1所述的一种草粉基可降解农用地膜，其特征在于所述的草粉为杂交狼尾草草粉、狼尾草草粉、麦草草粉、芦竹粉、毛白杨草粉中的任一种，粒径在200～500目。
3.根据权利要求1所述的一种草粉基可降解农用地膜，其特征在于所述的乙烯丙烯酸共聚物树脂为陶氏3004型号EAA树脂、杜邦2806牌号吹塑EAA树脂、杜邦2014牌号薄膜级EAA高强度树脂中的任一种。
4.根据权利要求1所述的一种草粉基可降解农用地膜，其特征在于：所述的含环氧基的有机硅丙烯酸树脂的基本结构式为：
其数均分子量5000～8000。
5.根据权利要求1所述的一种草粉基可降解农用地膜，其特征在于：
所述的有机硅树枝型树脂单体其基本结构式为：
结构式中其端基Me为环氧基、甲氧基、乙氧基中的任一种，其数均分子量3000～5000。
6.根据权利要求1所述的一种草粉基可降解农用地膜，其特征在于：所述的碳酸钙、二氧化钛的粒径均在1250～1500目。
7.根据权利要求1所述的一种草粉基可降解农用地膜，其特征在于：所述的聚乙烯为低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、高密度聚乙烯中的任一种或两种以上的混合物。
8.根据权利要求1所述的一种草粉基可降解农用地膜，其特征在于：所述的马来酸酐接枝改性聚乙烯的马来酸酐接枝率为0.7％～1.8％，被接枝的聚乙烯为低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、高密度聚乙烯中的任一种。
9.一种如权利要求1～8中任意一项所述草粉基可降解农用地膜的制备方法，其特征在于以生产100公斤所述草粉基可降解农用地膜计，包括下述步骤：
1)在一台100升的密炼机中加入草粉45～55公斤、乙烯丙烯酸共聚物树脂5～15公斤、含环氧基的有机硅丙烯酸树脂5～15公斤、有机硅树枝型树脂单体1～5公斤、环氧大豆油1～3公斤、聚乙烯蜡1～3公斤、二氧化钛1～3公斤、碳酸钙1～4公斤，在110～125℃条件下密炼1.5～2.5小时，然后倒入双锥加料器加入到单螺杆造粒机，单螺杆造粒机三个加热区温度分别控制在一区120～125℃，二区125～135℃，三区125～135℃，模头温度控制在130～135℃，出模头后进入气垫风冷，冷却后进入切粒机，得改性草粉母料；
2)以聚乙烯15～30公斤、马来酸酐接枝改性聚乙烯5～15公斤、光降解母粒0.1～0.6公斤在拌料机中混合均匀后进入双螺杆造粒机进行常规造粒，加热区的温度设定一区130～140℃、二区150～160℃、三区175～185℃；冷却后进入切粒机，得光降解树脂；
3)以步骤1)与2)所得全部产品加吸湿母粒0.5～1.5公斤在拌料机中混合均匀后进入吹膜机组，一区加热温度控制在135～140℃，二区温度145～155℃，三区温度165～170℃，四区温度170～180℃，模头温度控制在180～190℃，吹涨比控制在1:3.5～5，牵引速度控制在35～40米/分钟，最后获得膜宽为0.4～1.0米，厚度为1.5～5丝的草粉基可降解农用地膜产品。
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