CN104629277A - 一种生物降解塑料农膜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物降解塑料农膜，包括生物降解塑料农膜本体，所述生物降解塑料农膜与水的浸润角>70°；本发明通过调整农膜与水的浸润角在一定的范围内（>70°），降低了农膜的表面浸润性能，控制水滴在其表面难以展开，提高农膜表面的疏水性，降低水蒸气的透过性，防止热量的散失，从而可以有效得提高农膜对土壤的保墒及保温能力；其生产工艺简单，生产成本较低。

Description

一种生物降解塑料农膜

技术领域

本发明涉及一种农膜，具体涉及一种具有长诱导期老化、优异保墒、保温能力的生物降解塑料农膜。

背景技术

近年来，生物降解塑料的发展与日俱增，应用不断扩大，在包装材料，一次性餐具，农膜和日用制品等领域开始逐步取代传统塑料。生物降解塑料农膜主要应用于农作物土壤覆盖，覆盖农田后可以起到提高地温、保质土壤湿度、促进种子发芽和幼苗快速增长的作用，还有抑制杂草生长的作用。近30年来国内外广泛开展了可降解农用薄膜的研究工作，已开发出淀粉添加型生物降解农膜、光降解农膜、光/生物降解农膜、植物纤维农膜和液态喷洒膜等。

但是到目前为止，由于生物降解塑料农膜在放置或使用过程中太过容易降解，从而导致生物降解塑料农膜的使用性能快速恶化，其耐紫外线性能、耐水解性能和耐酸解性能较差，从而使得生物降解塑料农膜的使用寿命过短，在使用过程中对土壤保墒、保温能力低，极大地限制了生物降解塑料农膜的实际应用。

现有技术中，主要是采用透明膜与不透明膜交替排列或双色膜复合的结构来提高农膜对土壤的保墒、保温能力。如CN201210356869.0公开了一种新型农业地膜，其采用的是透明膜与不透明膜按一定宽度沿长度方向交替排列的结构。CN201420339619.0公开的一种黑白双色可降解地膜，其中间为黑色，两边为白色；黑色地膜起保温保墒及除草的作用，两侧白色地膜也有保温保墒的作用。然而这种结构生产工艺复杂，成本较高，对土壤的保墒、保温能力仍需进一步改善。

发明内容

目前尚未见到研究农膜浸润性影响土壤保墒及保温能力的文献，本发明通过研究出乎意料的发现，农膜的浸润性能对土壤的保墒及保温能力有重要影响，降低农膜表面浸润性能，可控制水滴在其表面难以展开，提高农膜表面的疏水性，降低水蒸气的透过性，防止热量的散失，从而可以有效的提高农膜对土壤的保墒及保温能力。

本发明的目的在于提供一种具有长诱导期老化、优异保墒、保温能力的生物降解塑料农膜。

本发明通过如下方式实现：

一种生物降解塑料农膜，包括生物降解塑料本体，所述生物降解塑料农膜与水的浸润角>70°，优选70°<浸润角<90°。

浸润角，也叫接触角（contact angle）是指在气、液、固三相交点处所作的气-液界面的切线穿过液体与固-液交界线之间的夹角θ，是润湿程度的量度。可根据标准GB/T 30693-2014《塑料薄膜与水接触角的测量》按照外形图像分析方法进行测定。

影响生物降解塑料农膜的浸润角可以包括多种方法，如引入低表面能材料涂层、改变表面微观结构、施加外场等。

其中，所述生物降解塑料农膜的总厚度为2-25μm，优选4-13μm。

其中，生物降解塑料农膜与水的浸润角和所述生物降解塑料农膜的总厚度的数值比值范围为3.0-40，优选4.87-17.75。

所述生物降解塑料本体为生物降解均聚酯和/或生物降解共聚酯。

所述生物降解均聚酯选自聚乳酸PLA、聚羟基乙酸、聚3- 羟基丁酸PHB、聚3- 羟基戊酸、聚3- 羟基己酸、聚己内酯PCL、聚羟基丁基酸酯、聚戊内酯、聚碳酸亚丙酯树脂PPC的一种或几种。

所述生物降解共聚酯选自聚丁二酸乙二醇酯、聚丁二酸丁二醇酯PBS、聚丁二酸丁二醇共己二酸酯PBSA、聚对苯二甲酸丁二醇共丁二酸酯PBST、聚对苯二甲酸丁二醇共己二酸酯PBAT的一种或几种。

优选的，所述生物降解塑料本体的外表面两侧分别覆有油膜层。本发明通过在生物降解塑料农膜本体的外表面两侧分别油膜层，不仅能够使生物降解塑料具有适当的生物降解速度，而且能提高生物降解塑料在放置使用过程中的阻隔性能，从而起到阻隔外界的作用，具有耐水解、耐酸解和隔水性能，最终能延长生物降解塑料农膜的保存和使用时间，在实际应用中更耐用，同时可以进一步增加农膜使用过程中对土壤的保墒、保温能力。

其中，所述生物降解塑料本体的外表面的油膜层厚度为0.01~2.5μm。

其中，所述油膜层常温下溶于溶剂油且不溶于水。所述溶剂油可以定义为对某些物质起溶解、稀释、洗涤和抽提等作用的轻质石油产品，由原油经常压蒸馏所得沸点范围较窄的轻质油馏分经酸碱等精制而得，也可由催化重整的产物经芳烃抽提后的抽余物再进行蒸馏精制而成，主要成分为烷烃、环烷烃和芳烃。石油溶剂通常按其98％馏出温度或干点100％馏出温度分为70、90、120、180、190、200等牌号。

①70号溶剂油。沸程60～70℃。主要成分为饱和烃。

②90号溶剂油，又称石油醚，沸程60～90℃，主要用作工业溶剂和化学试剂。

③120号溶剂油，又称橡胶溶剂油，沸程80～120℃。

④ 180号溶剂油，又称航空洗涤油。沸程40～180℃。

⑤190号溶剂油，又称工业汽油，沸程40～190℃。

⑥200号溶剂油 ，俗称松香水 。

优选地，所述油膜层选自高沸点烃、白凡士林、黄凡士林、脂肪酸酯、芳香酸酯、硅油类物质或高碳醇及其酯中的一种或几种。

所述高沸点烃为沸点在160℃以上的烷烃、烯烃和芳香烃，优选石蜡、矿油、聚异丁烯、氢化聚异丁烯。

所述芳香酸酯选自一元芳香酸酯，二元芳香酸酯，三元芳香酸酯，四元芳香酸酯的一种或几种，优选对苯二甲酸二油醇酯；所述脂肪酸酯选自一元脂肪酸酯，二元脂肪酸酯，三元脂肪酸酯，四元脂肪酸酯的一种或几种，优选脂肪酸甘油单酯、脂肪酸甘油双酯、脂肪酸甘油三酯、脂肪酸硬脂醇酯，优选三油酸甘油酯。

所述硅油类物质通式为：

所述硅油类物质选自甲基硅油、甲基含氢硅油、甲基苯基硅油、甲基乙烯基硅油的一种或几种；更优选地，所述硅油类物质为甲基硅油和/或甲基含氢硅油。

所述高碳醇及其酯为含8个碳原子及其以上的醇及其酯，具体为对苯二甲酸二辛酯，对苯二甲酸二硬脂醇酯，己二酸二月桂醇酯，22碳醇，油醇等。

本发明所述的生物降解塑料农膜的制备方法，可以是借由生物降解塑料农膜配方中的物质析出至生物降解塑料农膜外层得到，也可以是在生物降解塑料农膜表面直接进行表面涂覆得到, 还可以通过改变生物降解塑料农膜表面微观结构，如改变农膜表面粗糙程度而得到特定浸润角的农膜。

在生物降解塑料农膜表面直接进行表面涂覆包括如下步骤：

a）将生物降解塑料本体进行除油、除杂、除电的预处理；

b）将油膜层的油脂涂覆在步骤a）预处理后的生物降解塑料表面；或者采用喷涂方式将油膜层的油脂通过一次或多次喷涂在步骤a）预处理后的生物降解塑料表面；

c）通过光照或在线加热干燥，干燥时间为1~60min，即得。

其中步骤c）所述的光照选自紫外、红外、日光灯或正常光照。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

1）本发明通过调整农膜与水的浸润角在一定的范围内（>70°），降低了农膜的表面浸润性能，控制水滴在其表面难以展开，提高农膜表面的疏水性，降低水蒸气的透过性，防止热量的散失，从而可以有效得提高农膜对土壤的保墒及保温能力；

2）本发明生产工艺简单，生产成本较低。

附图说明

图1为本发明具有表面覆盖膜的生物降解塑料农膜的结构示意图。

图中：1、生物降解塑料本体；2、第一油膜层；3、第二油膜层。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明，以下实施例和对比例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受下述实施例的限制。

实施例1

如图1所示，一种生物降解塑料农膜，包括生物降解塑料本体1，所述生物降解塑料本体1的上外表面覆有一层第一油膜层2，第一油膜层2的厚度为0.1μm；所述生物降解塑料本体1的下外表面覆有一层第二油膜层3，第二油膜层3厚度为1.0μm，所述生物降解塑料农膜的总厚度为15μm，农膜的浸润角73°。

其中，生物降解塑料本体为PBAT生物降解共聚酯。

首先，通过将生物降解塑料本体进行除油、除杂、除电的预处理，然后将第一油膜层的22碳醇和第二油膜层的三油酸甘油酯分别涂覆在经过预处理后的生物降解塑料本体的上、下外表面，通过紫外在线干燥固化30min，即得所述的生物降解塑料农膜。

在制备得到的生物降解塑料农膜的放置过程中，其上、下外表面形成的油膜，不仅能够使生物降解塑料具有适当的生物降解速度，而且能提高生物降解塑料在放置过程中的阻隔性能，从而起到阻隔外界的作用，具有耐水解、耐酸解和隔水性能，最终能延长生物降解塑料的保存时间，更耐用，还能有效提升作物保墒、保温能力。

实施例2

如图1所示，一种生物降解塑料农膜，包括生物降解塑料本体1，所述生物降解塑料本体1的上外表面覆有三层第一油膜层2，第一热油膜层2的厚度为0.5μm；所述生物降解塑料本体1的下外表面覆有两层第二油膜层3，第二油膜层3厚度为0.5μm，所述生物降解塑料农膜的总厚度为5μm，油膜层物质选自对苯二甲酸二油醇酯，农膜的浸润角71°。其余同实施例1。

其中，生物降解塑料本体为PPC生物降解均聚酯。

实施例3

如图1所示，一种生物降解塑料农膜，包括生物降解塑料本体1，所述生物降解塑料本体1的上外表面覆有两层第一油膜层2，第一油膜层2的厚度为1.5μm；所述生物降解塑料本体1的下外表面覆有两层第二油膜层3，第二油膜层3厚度为2.5μm，所述生物降解塑料农膜的总厚度为13μm，油膜层物质选自白凡士林和聚异丁烯按照1：1的比例混合均匀而成，农膜的浸润角75°。其余同实施例1。

其中，生物降解塑料本体为PBSA生物降解共聚酯。

实施例4

如图1所示，一种生物降解塑料农膜，包括生物降解塑料本体1，所述生物降解塑料本体1的上外表面覆有一层第一油膜层2，第一油膜层2的厚度为4μm；所述生物降解塑料本体1的下外表面覆有一层第二油膜层3，第二油膜层3厚度为4μm，所述生物降解塑料农膜的总厚度为15μm，油膜层物质选自黄凡士林，农膜的浸润角82°。其余同实施例1。

其中，生物降解塑料本体为PCL生物降解均聚酯。

实施例5

按照以下配方比例称量原材料：

生物降解塑料本体99份；

硅油0.6份，氢化聚异丁烯0.4份。

将称量的原材料预先在烘箱中80℃烘干5小时，然后在高速混合机里低速搅拌10分钟，在高速搅拌5分钟后出，将混合均匀的物料送入双螺杆挤出机中，在温度为160~240℃进行挤出造粒得到生物降解塑料组合物；将所得的生物降解塑料组合物通过水下热切方式造成颗粒后，在除湿干燥机中80℃烘干2小时，然后送入单螺杆挤出吹膜机制成厚度为4μm 的生物降解塑料薄膜。农膜的浸润角71°。放置30天以后，其上下表面分别具有一层析出油膜。以此时间得到的农膜为基准，进行相关性能测试。

其中，生物降解塑料本体为PBAT生物降解均聚酯。

实施例6

按照以下配方比例称量原材料：

生物降解塑料本体95份；

液体石蜡5份；

将称量的原材料预先在烘箱中80℃烘干5小时，然后在高速混合机里低速搅拌10分钟，在高速搅拌5分钟后出，将混合均匀的物料送入双螺杆挤出机中，在温度为160~240℃进行挤出造粒得到生物降解塑料组合物；将所得的生物降解塑料组合物通过水下热切方式造成颗粒后，在除湿干燥机中80℃烘干2小时，然后送入单螺杆挤出吹膜机制成厚度为13μm 的生物降解塑料薄膜。农膜的浸润角74°。放置一个月以后，其上下表面分别具有一层析出油膜。以此时间得到的农膜为基准，进行相关性能测试。

其中，生物降解塑料本体为PHB生物降解均聚酯。

对比例1：

农膜的浸润角63°，生物降解塑料农膜的总厚度为15μm，农膜仅包含生物降解塑料本体，未对其表面进行处理。

其中，生物降解塑料本体为PBAT生物降解共聚酯。

对比例2：

农膜的浸润角58°，生物降解塑料农膜的总厚度为5μm，农膜仅包含生物降解塑料本体，未对其表面进行处理。

其中，生物降解塑料本体为PPC生物降解共聚酯。

表1 实施例与对比例性能测试

各性能指标的测试方法如下：

    生物降解测试方法：参考ISO14855的测试方法，以材料的90天堆肥后CO₂ 释放量为降解性指标。

耐水解性能：在温度为60度，相对湿度60%的条件下30天内的拉伸强度保持率来表示。

保墒能力：采用烘干法。分别在0~50cm土层内每10cm取同样重量土样1次，土样在105~110℃温度范围内烘至恒重（约8h），然后计算土壤水分含量W_水。分别测算未覆盖农膜的土地，与同一时间跨度、同一地块相邻实验田覆盖了实施例与对比例农膜的土地在第1天和第60天的土壤水分含量，以水分损失率表示保墒能力，即(W_水1-W_水60)/W_水1

    保温能力：土壤温度测定采用地温计，插入土下深度分别为5cm、10cm和15cm，上午9:00，下午15:00，晚上21点分别读取土下5cm、10cm及15cm地温，计算每天平均地温T。分别监测未覆盖农膜的土地，与同一时间跨度、同一地块相邻实验田覆盖了实施例与对比例农膜的土地在1-90天时的平均地温，并计算每天的T_△，T_△=(T_覆膜-T_未覆膜)/T_未覆膜。，保温能力为90天T_△的平均值。

破孔数量：分别取同一时间跨度、覆盖同一地块相邻实验田的实施例与对比例农膜，在铺设以后第90天时使用目测法得到10m*0.9m面积农膜上出现破孔的数量。

浸润角：浸润角，也叫接触角（contact angle）是指在气、液、固三相交点处所作的气-液界面的切线穿过液体与固-液交界线之间的夹角θ，是润湿程度的量度。可根据标准GB/T 30693-2014《塑料薄膜与水接触角的测量》按照外形图像分析方法进行测定。

Claims (10)

1.一种生物降解塑料农膜，包括生物降解塑料本体，其特征在于：所述生物降解塑料农膜与水的浸润角>70°。

2.根据权利要求1所述的生物降解塑料农膜，其特征在于：所述生物降解塑料农膜与水的浸润角为70°<浸润角<90°。

3.根据权利要求1或2所述的生物降解塑料农膜，其特征在于，所述生物降解塑料农膜的总厚度为2-25μm，优选4-13μm。

4.根据权利要求1或2所述的生物降解塑料农膜，其特征在于：所述生物降解塑料农膜与水的浸润角和所述生物降解塑料农膜的总厚度的数值比值范围为3.0-40，优选4.87-17.75。

5.根据权利要求1或2所述的生物降解塑料农膜，其特征在于，所述生物降解塑料本体为生物降解均聚酯和/或生物降解共聚酯。

6.根据权利要求5所述的生物降解塑料农膜，其特征在于，所述生物降解均聚酯选自聚乳酸PLA、聚羟基乙酸、聚3- 羟基丁酸PHB、聚3- 羟基戊酸、聚3- 羟基己酸、聚己内酯PCL、聚羟基丁基酸酯、聚戊内酯、聚碳酸亚丙酯PPC的一种或几种；所述生物降解共聚酯选自聚丁二酸乙二醇酯、聚丁二酸丁二醇酯PBS、聚丁二酸丁二醇共己二酸酯PBSA、聚对苯二甲酸丁二醇共丁二酸酯PBST、聚对苯二甲酸丁二醇共己二酸酯PBAT的一种或几种。

7.根据权利要求1或2所述的生物降解塑料农膜，其特征在于，所述生物降解塑料本体的外表面两侧均覆有油膜层。

8.根据权利要求7所述的生物降解塑料农膜，其特征在于，所述生物降解塑料本体的外表面的油膜层厚度为0.01~2.5um。

9.根据权利要求7所述的生物降解塑料农膜，其特征在于，所述油膜层常温下溶于溶剂油且不溶于水。

10.根据权利要求7所述的生物降解塑料农膜，其特征在于，所述油膜层选自高沸点烃、白凡士林、黄凡士林、脂肪酸酯、芳香酸酯、硅油类物质、高碳醇及其酯中的一种或几种。