CN104356611A - 适合高湿热环境使用的全生物降解地膜及其制备方法 - Google Patents

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CN104356611A CN201410537357.3A CN201410537357A CN104356611A CN 104356611 A CN104356611 A CN 104356611A CN 201410537357 A CN201410537357 A CN 201410537357A CN 104356611 A CN104356611 A CN 104356611A
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丁建萍
李旭娟
姜天伟
王小蓓
任英杰
潘哆吉
魏志和
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Abstract

本发明涉及生物降解地膜技术领域，是一种适合高湿热环境使用的全生物降解地膜及其制备方法，该适合高湿热环境使用的全生物降解地膜按下述步骤得到：第一步，将所需量的生物降解聚酯树脂和封端剂混合后得到初混合料；第二步，向初混合料中依序加入所需量的耐老化剂、润滑剂和辅助剂搅拌和混合后得到终混合料；第三步，将终混合料依序经过双螺杆挤出机挤出、冷却、造粒和吹膜后得到适合高湿热环境使用的全生物降解地膜。本发明所述的适合高湿热环境使用的全生物降解地膜在高湿度和高温度环境下具有的韧性好和强度高的特点，能够满足作物对地膜的使用需求，本发明所述的适合高湿热环境使用的全生物降解地膜使用后能够完全崩解。

Description

适合高湿热环境使用的全生物降解地膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及生物降解地膜技术领域，是一种适合高湿热环境使用的全生物降解地膜及其制备方法。
背景技术
地膜在我国农业生产过程中具有重要作用，其不仅具有保温、保湿和保肥的作用，而且还具有防病虫和防旱抗涝等作用，能够促进作物的生长发育，提高作物产量，增加生产效益。传统的农用地膜采用聚乙烯塑料制成，随着地膜大规模的使用，大量地膜碎片会残留在土壤中，在自然条件下，由于传统的聚乙烯塑料很难分解，不仅会破坏土壤结构，影响作物生长而导致减产，而且严重的影响农业的可持续发展，破坏了生存环境和生态平衡，威胁着人类的生存，因此，被誉为“白色革命”的地膜覆盖栽培技术，却同时带来了“白色危害”。目前解决塑料造成的“白色污染”主要有两种方法：其一，将已使用的塑料回收利用，但使用后的农用地膜存在老化严重、污染和回收物清洗困难等问题，一般难以回收利用；其二，大力推广使用可降解的塑料，这是从根本上解决“白色污染”问题有效途径之一。目前可降解的塑料（降解地膜）的制造技术主要为光降解、光/生物双降解和生物降解。但是由于地膜需要在不同的地区、不同的气候条件和不同的土壤环境进行使用，满足不同的作物类型的使用要求，并且具有保温、保墒和灭草的功能。一般情况下，作物需要使用地膜的时间为50天至60天。在使用的过程中，降解地膜要能按时降解，既不能推后降解，也不能提前降解。所以不同的作物、不同的区域对降解地膜的技术要求不同，并且由于难度大，生产成本较高，至今市场上鲜有成功的能够满足各种气候和使用条件的降解地膜产品，尤其是湿度高和温度高的地区，目前还未记载有在湿度高和温度高的地区使用的降解地膜。公开号为101948598的中国专利文献公开了一种由淀粉和聚乙烯醇组成的降解地膜，但淀粉和聚乙烯醇对水敏感，不适用于高热和高湿度的环境中。涉及全降解地膜的公开号为102311630、102653601、102140185、102875231和102936400的中国专利文献中使用了淀粉成分，由于淀粉塑化后的回生老化以及淀粉固有的亲水性和吸水性，使得含有淀粉的制品对湿热环境非常敏感，性能下降快，无法满足高湿热环境中的使用要求。公开号为102850626的中国专利文献公开的降解地膜中含有聚乙烯、聚丙烯成分，无法满足完全降解的要求。公开号为10272694的中国专利文献公开了一种采用醇酸单体聚合成低聚物后扩链得到聚酯生物降解农用地膜的方法，公开号为103627151的中国专利文献公开了一种聚酯类完全生物降解地膜，公开号为103709687的中国专利文献公开了一种含有PBAT的组合物及其制备方法和PBAT全生物降解地膜，以上三个中国专利文献（10272694、103627151、103709687）均能够实现地膜的全生物降解，但其成分都含有聚酯材料，在高热高湿的农田使用环境下易发生水解、光老化和应力老化等行为，造成制品性能无法满足田间使用周期的要求。公开号为102165012的中国专利文献公开了在共混过程中采用酸清除剂和基于苯乙烯、丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯的含环氧基共聚物等来提高生物聚酯的耐水解性，但该方法无法满足在高湿热环境对薄膜制品使用性能的要求。
发明内容
本发明提供了一种适合高湿热环境使用的全生物降解地膜及其制备方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有降解地膜存在不能在高湿热环境中满足农作物使用要求的问题。
本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种适合高湿热环境使用的全生物降解地膜，原料按重量份数计包括生物降解聚酯树脂100份、封端剂0.1份至5份、耐老化剂0.3份至1.5份、润滑剂0.5份至5份和5.1份至52份的辅助剂，该适合高湿热环境使用的全生物降解地膜按下述步骤得到：第一步，将所需量的生物降解聚酯树脂和封端剂混合后得到初混合料；第二步，向初混合料中依序加入所需量的耐老化剂、润滑剂和辅助剂搅拌和混合后得到终混合料，搅拌速度为600转/分钟至1500转/分钟，混合时间为2分钟至7分钟；第三步，将终混合料依序经过双螺杆挤出机挤出、冷却、造粒和吹膜后得到适合高湿热环境使用的全生物降解地膜。
下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进：
上述生物降解聚酯树脂可为聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚丁二酸/己二酸丁二醇酯和聚丁二酸/对苯二甲酸丁二醇酯中的一种以上。
上述封端剂可为环氧树脂、含有环氧树脂基团的乙烯-丙烯酸-缩水甘油酯共聚物、双噁唑啉、聚噁唑啉、碳化二亚胺和聚碳化二亚胺中的一种以上。
上述耐老化剂可包括紫外吸收剂和光稳定剂，紫外吸收剂与光稳定剂的质量比为0.3：1至2：1，紫外吸收剂为二苯甲酮类紫外吸收剂、苯并三唑类紫外吸收剂和三嗪类紫外吸收剂中的一种以上，光稳定剂为光稳定剂622或光稳定剂770或光稳定剂944或光稳定剂3346。
上述二苯甲酮类紫外吸收剂可为紫外吸收剂UV-9或紫外吸收剂UV-531；或/和，苯并三唑类紫外吸收剂为紫外吸收剂UV-P或紫外吸收剂UV326或紫外吸收剂UV234；或/和，三嗪类紫外吸收剂为紫外吸收剂1164或紫外吸收剂1577。
上述辅助剂可为0.1份至2份的开口剂或/和5份至50份的填料；或/和，润滑剂为脂肪酸盐类润滑剂、脂肪酸酯润滑剂、有机羧酸酰胺类润滑剂或蜡类润滑剂中的一种以上。
上述开口剂可为滑石粉或二氧化硅或碳酸钙或粘土，开口剂的目数为1000至10000目，填料为蒙脱土、水镁石、滑石粉、碳酸钙和炭黑中的一种以上，填料的目数为3000目至10000目；或/和，脂肪酸盐类润滑剂为硬脂酸锌，有机羧酸酰胺类润滑剂为油酸酰胺或芥酸酰胺，蜡类润滑剂为液体石蜡或PE蜡。
本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种适合高湿热环境使用的全生物降解地膜的制备方法，原料按重量份数计包括生物降解聚酯树脂100份、封端剂0.1份至5份、耐老化剂0.3份至1.5份、润滑剂0.5份至5份和5.1份至52份的辅助剂，该适合高湿热环境使用的全生物降解地膜按下述步骤得到：第一步，将所需量的生物降解聚酯树脂和封端剂混合后得到初混合料；第二步，向初混合料中依序加入所需量的耐老化剂、润滑剂和辅助剂搅拌和混合后得到终混合料，搅拌速度为600转/分钟至1500转/分钟，混合时间为2分钟至7分钟；第三步，将终混合料依序经过双螺杆挤出机挤出、冷却、造粒和吹膜后得到适合高湿热环境使用的全生物降解地膜。
下面是对上述发明技术方案之二的进一步优化或/和改进：
上述生物降解聚酯树脂可为聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚丁二酸/己二酸丁二醇酯和聚丁二酸/对苯二甲酸丁二醇酯中的一种以上。
上述封端剂可为环氧树脂、含有环氧树脂基团的乙烯-丙烯酸-缩水甘油酯共聚物、双噁唑啉、聚噁唑啉、碳化二亚胺和聚碳化二亚胺中的一种以上。
上述耐老化剂可包括紫外吸收剂和光稳定剂，紫外吸收剂与光稳定剂的质量比为0.3：1至2：1，紫外吸收剂为二苯甲酮类紫外吸收剂、苯并三唑类紫外吸收剂和三嗪类紫外吸收剂中的一种以上，光稳定剂为光稳定剂622或光稳定剂770或光稳定剂944或光稳定剂3346。
上述二苯甲酮类紫外吸收剂可为紫外吸收剂UV-9或紫外吸收剂UV-531；或/和，苯并三唑类紫外吸收剂为紫外吸收剂UV-P或紫外吸收剂UV326或紫外吸收剂UV234；或/和，三嗪类紫外吸收剂为紫外吸收剂1164或紫外吸收剂1577。
上述辅助剂可为0.1份至2份的开口剂或/和5份至50份的填料；或/和，润滑剂为脂肪酸盐类润滑剂、脂肪酸酯润滑剂、有机羧酸酰胺类润滑剂或蜡类润滑剂中的一种以上。
上述开口剂可为滑石粉或二氧化硅或碳酸钙或粘土，开口剂的目数为1000至10000目，填料为蒙脱土、水镁石、滑石粉、碳酸钙和炭黑中的一种以上，填料的目数为3000目至10000目；或/和，脂肪酸盐类润滑剂为硬脂酸锌，有机羧酸酰胺类润滑剂为油酸酰胺或芥酸酰胺，蜡类润滑剂为液体石蜡或PE蜡。
本发明所述的适合高湿热环境使用的全生物降解地膜在高湿度和高温度环境下具有的韧性好和强度高的特点，能够满足作物对地膜的使用需求，本发明所述的适合高湿热环境使用的全生物降解地膜使用后能够完全崩解，不会对田地的后续种植使用造成不良影响。
具体实施方式
本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例1：该适合高湿热环境使用的全生物降解地膜，原料按重量份数计包括生物降解聚酯树脂100份、封端剂0.1份至5份、耐老化剂0.3份至1.5份、润滑剂0.5份至5份和5.1份至52份的辅助剂，该适合高湿热环境使用的全生物降解地膜按下述步骤得到：第一步，将所需量的生物降解聚酯树脂和封端剂混合后得到初混合料；第二步，向初混合料中依序加入所需量的耐老化剂、润滑剂和辅助剂搅拌和混合后得到终混合料，搅拌速度为600转/分钟至1500转/分钟，混合时间为2分钟至7分钟；第三步，将终混合料依序经过双螺杆挤出机挤出、冷却、造粒和吹膜后得到适合高湿热环境使用的全生物降解地膜。根据本实施例获得的适合高湿热环境使用的全生物降解地膜在温度为35℃至60℃、湿度为62％至90％的田间使用，本实施例获得的适合高湿热环境使用的全生物降解地膜的使用时间为50天至75天，本实施例获得的适合高湿热环境使用的全生物降解地膜在田间使用过程中的力学性能（拉伸强度保持率/%(简写为拉伸强度/%)，断裂伸长率/%(简写为断裂伸长/%)）变化如表1所示，将在田间使用过的根据本实施例获得的适合高湿热环境使用的全生物降解地膜土埋后的形状崩解时间为60天至83天。通过使用时间可知，本实施例获得的适合高湿热环境使用的全生物降解地膜能够满足作物在高湿度和高温度环境的使用需求，通过形状崩解时间可知，在田地下次投入使用之前，本实施例获得的适合高湿热环境使用的全生物降解地膜能够完全崩解，不会对田地的后续种植使用造成不良影响。
实施例2：该适合高湿热环境使用的全生物降解地膜，原料按重量份数计包括生物降解聚酯树脂100份、封端剂0.1份或5份、耐老化剂0.3份或1.5份、润滑剂0.5份或5份和5.1份或52份的辅助剂，该适合高湿热环境使用的全生物降解地膜按下述步骤得到：第一步，将所需量的生物降解聚酯树脂和封端剂混合后得到初混合料；第二步，向初混合料中依序加入所需量的耐老化剂、润滑剂和辅助剂搅拌和混合后得到终混合料，搅拌速度为600转/分钟或1500转/分钟，混合时间为2分钟或7分钟；第三步，将终混合料依序经过双螺杆挤出机挤出、冷却、造粒和吹膜后得到适合高湿热环境使用的全生物降解地膜。
实施例3：与上述实施例的不同之处在于，生物降解聚酯树脂为聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚丁二酸/己二酸丁二醇酯和聚丁二酸/对苯二甲酸丁二醇酯中的一种以上。
实施例4：与上述实施例的不同之处在于，封端剂为环氧树脂、含有环氧树脂基团的乙烯-丙烯酸-缩水甘油酯共聚物、双噁唑啉、聚噁唑啉、碳化二亚胺和聚碳化二亚胺中的一种以上。
实施例5：与上述实施例的不同之处在于，耐老化剂包括紫外吸收剂和光稳定剂，紫外吸收剂与光稳定剂的质量比为0.3：1至2：1，紫外吸收剂为二苯甲酮类紫外吸收剂、苯并三唑类紫外吸收剂和三嗪类紫外吸收剂中的一种以上，光稳定剂为光稳定剂622或光稳定剂770或光稳定剂944或光稳定剂3346。
实施例6：与上述实施例的不同之处在于，二苯甲酮类紫外吸收剂为紫外吸收剂UV-9或紫外吸收剂UV-531；或/和，苯并三唑类紫外吸收剂为紫外吸收剂UV-P或紫外吸收剂UV326或紫外吸收剂UV234；或/和，三嗪类紫外吸收剂为紫外吸收剂1164或紫外吸收剂1577。
实施例7：与上述实施例的不同之处在于，辅助剂为0.1份至2份的开口剂或/和5份至50份的填料；或/和，润滑剂为脂肪酸盐类润滑剂、脂肪酸酯润滑剂、有机羧酸酰胺类润滑剂或蜡类润滑剂中的一种以上。
实施例8：与上述实施例的不同之处在于，开口剂为或滑石粉或二氧化硅或碳酸钙或粘土，开口剂的目数为1000至10000目，填料为蒙脱土、水镁石、滑石粉、碳酸钙和炭黑中的一种以上，填料的目数为3000目至10000目；或/和，脂肪酸盐类润滑剂为硬脂酸锌，有机羧酸酰胺类润滑剂为油酸酰胺或芥酸酰胺，蜡类润滑剂为液体石蜡或PE蜡。
实施例9：该适合高湿热环境使用的全生物降解地膜按下述制备方法得到：将100份聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯（熔指：3.5）和1份2,2-(1,4-亚苯基)二恶唑啉（双噁唑啉）混合后得到初混合料，向初混合料中依序加入0.5份紫外吸收剂UV326、1份光稳定剂622、0.5份油酸酰胺、2.5份液体石蜡、0.2份二氧化硅（3000目），混合均匀后，依序经过双螺杆挤出机挤出、冷却、造粒和吹膜后得到适合高湿热环境使用的全生物降解地膜。根据本实施例获得的适合高湿热环境使用的全生物降解地膜在温度为35℃至60℃、湿度为62％至90％的田间使用，本实施例获得的适合高湿热环境使用的全生物降解地膜的使用时间为50天，本实施例获得的适合高湿热环境使用的全生物降解地膜在田间使用过程中的力学性能（拉伸强度保持率/%(简写为拉伸强度/%)，断裂伸长率/%(简写为断裂伸长/%)）变化如表1所示，将在田间使用过的根据本实施例获得的适合高湿热环境使用的全生物降解地膜土埋后的形状崩解时间为60天。
实施例10：该适合高湿热环境使用的全生物降解地膜，按下述制备方法得到：将100份聚丁二酸/对苯二甲酸丁二醇酯（熔指：3.8）和0.5份的聚苯并双恶唑（聚噁唑啉）混合后得到初混合料，向初混合料中依序加入0.3份紫外吸收剂UV1164、0.2份光稳定剂3346、0.5份芥酸酰胺、1.5份PE蜡、2份蒙脱土（10000目）混合均匀后，依序经过双螺杆挤出机挤出、冷却、造粒和吹膜后得到适合高湿热环境使用的全生物降解地膜。根据本实施例获得的适合高湿热环境使用的全生物降解地膜在温度为35℃至60℃、湿度为62％至90％的田间使用，本实施例获得的适合高湿热环境使用的全生物降解地膜的使用时间为75天，本实施例获得的适合高湿热环境使用的全生物降解地膜在田间使用过程中的力学性能（拉伸强度保持率/%(简写为拉伸强度/%)，断裂伸长率/%(简写为断裂伸长/%)）变化如表1所示，将在田间使用过的根据本实施例获得的适合高湿热环境使用的全生物降解地膜土埋后的形状崩解时间为83天。
通过表1可知，实施例1、实施例9和实施例10获得的的适合高湿热环境使用的全生物降解地膜的拉伸强度保持率和断裂伸长率在使用75天后均大于0，说明本发明所述的适合高湿热环境使用的全生物降解地膜具有韧性好和强度高的特点，同时，通过拉伸强度保持率和断裂伸长率在不同时间的值可以看出，本发明所述的适合高湿热环境使用的全生物降解地膜能够满足作物对地膜的使用需求。
综上所述，本发明所述的适合高湿热环境使用的全生物降解地膜在高湿度和高温度环境下具有的韧性好和强度高的特点，能够满足作物对地膜的使用需求，本发明所述的适合高湿热环境使用的全生物降解地膜使用后能够完全崩解，不会对田地的后续种植使用造成不良影响。
以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。
表1
  实施例1 实施例1 实施例9 实施例9 实施例10 实施例10
  拉伸强度/% 断裂伸长/% 拉伸强度/% 断裂伸长/% 拉伸强度/% 断裂伸长/%
0天 100 100 100 100 100 100
30天 43.1至65.9 45.5至78.9 43.1 45.5 65.9 78.9
40天 30.8至45.1 38.8至57.7 30.8 38.8 45.1 57.7
50天 14.4至15.3 18.6至21.4 14.4 18.6 15.3 21.4
75天 7.5至9.5 10.4至16.9 7.5 10.4 9.5 16.9

Claims (9)

1.一种适合高湿热环境使用的全生物降解地膜，其特征在于原料按重量份数计包括生物降解聚酯树脂100份、封端剂0.1份至5份、耐老化剂0.3份至1.5份、润滑剂0.5份至5份和5.1份至52份的辅助剂，该适合高湿热环境使用的全生物降解地膜按下述步骤得到：第一步，将所需量的生物降解聚酯树脂和封端剂混合后得到初混合料；第二步，向初混合料中依序加入所需量的耐老化剂、润滑剂和辅助剂搅拌和混合后得到终混合料，搅拌速度为600转/分钟至1500转/分钟，混合时间为2分钟至7分钟；第三步，将终混合料依序经过双螺杆挤出机挤出、冷却、造粒和吹膜后得到适合高湿热环境使用的全生物降解地膜。
2.根据权利要求1所述的适合高湿热环境使用的全生物降解地膜，其特征在于生物降解聚酯树脂为聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚丁二酸/己二酸丁二醇酯和聚丁二酸/对苯二甲酸丁二醇酯中的一种以上。
3.根据权利要求1或2所述的适合高湿热环境使用的全生物降解地膜，其特征在于封端剂为环氧树脂、含有环氧树脂基团的乙烯-丙烯酸-缩水甘油酯共聚物、双噁唑啉、聚噁唑啉、碳化二亚胺和聚碳化二亚胺中的一种以上。
4.根据权利要求1或2所述的适合高湿热环境使用的全生物降解地膜，其特征在于耐老化剂包括紫外吸收剂和光稳定剂，紫外吸收剂与光稳定剂的质量比为0.3：1至2：1，紫外吸收剂为二苯甲酮类紫外吸收剂、苯并三唑类紫外吸收剂和三嗪类紫外吸收剂中的一种以上，光稳定剂为光稳定剂622或光稳定剂770或光稳定剂944或光稳定剂3346。
5.根据权利要求3所述的适合高湿热环境使用的全生物降解地膜，其特征在于耐老化剂包括紫外吸收剂和光稳定剂，紫外吸收剂与光稳定剂的质量比为0.3：1至2：1，紫外吸收剂为二苯甲酮类紫外吸收剂、苯并三唑类紫外吸收剂和三嗪类紫外吸收剂中的一种以上，光稳定剂为光稳定剂622或光稳定剂770或光稳定剂944或光稳定剂3346。
6.根据权利要求4或5所述的适合高湿热环境使用的全生物降解地膜，其特征在于二苯甲酮类紫外吸收剂为紫外吸收剂UV-9或紫外吸收剂UV-531；或/和，苯并三唑类紫外吸收剂为紫外吸收剂UV-P或紫外吸收剂UV326或紫外吸收剂UV234；或/和，三嗪类紫外吸收剂为紫外吸收剂1164或紫外吸收剂1577。
7.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的适合高湿热环境使用的全生物降解地膜，其特征在于辅助剂为0.1份至2份的开口剂或/和5份至50份的填料；或/和，润滑剂为脂肪酸盐类润滑剂、脂肪酸酯润滑剂、有机羧酸酰胺类润滑剂或蜡类润滑剂中的一种以上。
8.根据权利要求7所述的适合高湿热环境使用的全生物降解地膜，其特征在于开口剂为滑石粉或二氧化硅或碳酸钙或粘土，开口剂的目数为1000至10000目，填料为蒙脱土、水镁石、滑石粉、碳酸钙和炭黑中的一种以上，填料的目数为3000目至10000目；或/和，脂肪酸盐类润滑剂为硬脂酸锌，有机羧酸酰胺类润滑剂为油酸酰胺或芥酸酰胺，蜡类润滑剂为液体石蜡或PE蜡。
9.一种根据权利要求2或3或4或5或6或7或8所述的适合高湿热环境使用的全生物降解地膜的制备方法，其特征在于原料按重量份数计包括生物降解聚酯树脂100份、封端剂0.1份至5份、耐老化剂0.3份至1.5份、润滑剂0.5份至5份、开口剂0.1份至2份和5份至50份的填料，该适合高湿热环境使用的全生物降解地膜的制备方法按下述步骤进行：第一步，将所需量的生物降解聚酯树脂和封端剂混合后得到初混合料；第二步，向初混合料中依序加入所需量的耐老化剂、润滑剂、开口剂和填料搅拌和混合后得到终混合料，搅拌速度为600转/分钟至1500转/分钟，混合时间为2分钟至7分钟；第三步，将终混合料依序经过双螺杆挤出机挤出、冷却、造粒和吹膜后得到适合高湿热环境使用的全生物降解地膜。
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