CN104725721B - 一种可降解的复合薄膜及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可降解的复合薄膜及其制备方法和应用，属于复合薄膜领域。该复合薄膜包括以下重量份的组分：伊利石粉15‑25份、无毒的有机高分子聚合物30‑45份、秸秆粉5‑15份、淀粉3‑5份、聚乳酸5‑20份。本发明通过上述各组分制备得到的复合薄膜不仅具有良好的生物降解性，对人体安全无毒且成本低廉，能够广泛用于食品包装袋、药品包装袋及地膜中，具有较高的经济适应性。

Description

一种可降解的复合薄膜及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及复合薄膜领域，特别涉及一种可降解的复合薄膜及其制备方法和应用。
背景技术
复合薄膜在日常生活中发挥着重要的作用，其可以用来制备食品包装袋、购物袋、地膜、垃圾袋等。然而，随着复合薄膜的使用越来越频繁，其带来的白色污染也日趋严重。为了减轻白色污染，人们通过向复合薄膜的原料中添加一些能够使塑料进行降解的成分，例如淀粉、碳酸钙等，来制备得到可降解的复合薄膜。
举例来说，CN104151686A提供了一种可降解复合薄膜，其组分及重量份数为：玉米淀粉40-60份，低密度聚乙烯100份，聚碳酸酯10-20份，乙烯-丁烯聚合物12-15份，聚乙烯蜡5-10份，抗氧剂2-4份，紫外线吸收剂0.5-1份，柏木油4.5-6.5份。
发明人发现现有技术至少存在以下问题：
现有技术提供的可降解复合薄膜的成本较高。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供了一种低成本的可降解的复合薄膜及其制备方法和应用。具体技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供了一种可降解的复合薄膜，包括以下重量份的组分：伊利石粉15-25份、无毒的有机高分子聚合物30-45份、秸秆粉5-15份、淀粉3-5份、聚乳酸5-20份。
进一步地，所述复合薄膜还包括以下重量份的组分：2-4份的抗氧剂、1-3份的微量元素添加剂。
具体地，所述淀粉为改性淀粉。
具体地，所述淀粉选自玉米淀粉、红薯淀粉、木薯淀粉、魔芋淀粉中的至少一种。
具体地，所述无毒的有机高分子聚合物选自聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇脂、聚苯乙烯中的至少一种。
具体地，所述伊利石粉包括质量分数至少为50％的白云母。
作为优选，所述伊利石粉包括以下质量百分含量的成分：64.28％-72％的SiO2、12.80％-16.30％的A12O3、0.61％-1.95％的MgO、3.61％-5.21％的K2O、1.92％-3.98％的Na2O、3.20％-5.08％的CaO、0.39％-0.94％的TiO2、1.95％-4.79％的Fe2O3。
第二方面，本发明实施例提供了一种上述的复合薄膜的制备方法，包括：按照复合薄膜中各组分的重量份配比，将伊利石粉、无毒的有机高分子聚合物、秸秆粉、淀粉、以及可选的抗氧剂和微量元素添加剂按比例混合均匀，熔融造粒，然后经挤出成型机吹塑成型，制备得到复合薄膜。
作为优选，所述伊利石粉的目数为800-2000目；所述秸秆粉的目数为800-2000目。
具体地，在所述经挤出成型机吹塑成型的过程中，所述挤出成型机的机头温度为190-200℃；机筒温度分为3区，分别为1区150-170℃，2区170-180℃，3区190-200℃。
第三方面，本发明实施例提供了上述的复合薄膜在制备保鲜膜、食品包装袋、药品包装袋、地膜和棚膜中的应用。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明实施例提供的复合薄膜，包括以下重量份的组分：伊利石粉15-25份、无毒的有机高分子聚合物30-45份、秸秆粉5-15份、淀粉3-5份、聚乳酸5-20份。通过上述各组分制备得到的复合薄膜不仅成本低廉，且具有良好的生物降解性，更加安全环保，能够广泛用于保鲜膜、食品包装袋、药品包装袋、地膜和棚膜中，具有较高的经济适应性。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式作进一步地详细描述。
第一方面，本发明实施例提供了一种可降解的复合薄膜，包括以下重量份的组分：伊利石粉15-25份、无毒的有机高分子聚合物30-45份、秸秆粉5-15份、淀粉3-5份、聚乳酸5-20份。
本发明实施例提供的包括上述组分的复合薄膜，通过以上各组分的协同复配作用，所制备的复合薄膜不仅成本低廉，且具有良好的生物降解性，更加安全环保，能够广泛用于食品包装袋、药品包装袋及地膜中，具有较高的经济适应性。进一步地，本发明实施例提供的复合薄膜，由于其中含有秸秆粉、聚乳酸、淀粉和伊利石粉，不仅使其更易生物降解，且在该复合薄膜降解后，其中的秸秆粉、聚乳酸、淀粉和伊利石粉均可作为土壤中的营养成分，促进植物的生长发育。本领域技术人员可以理解得是，通过上述含量的无毒的有机高分子聚合物的加入，能够赋予所制备的复合薄膜期望的强度和弹性。
特别的是，由于本发明实施例提供的可降解复合薄膜中含有大量的伊利石粉，一方面，伊利石粉价格低廉，更利于降低该复合薄膜的成本。另一方面，伊利石粉安全无毒，更加环保，且其在复合薄膜降解(降解时间为2-10个月)后不仅能提供植物生长所必须的营养元素，利于植物的正常生长发育，还能吸附土壤中的重金属(例如铬、铅、铯等)，防治土壤板结和二次污染，提高植物对有益矿质元素的吸收和利用，有效改善土壤结构。而且，该复合薄膜降解后施于土壤中，其中的伊利石粉能够赋予土壤良好的保温性，有效促进植物的生长发育，提高产量。
具体地，上述无毒的有机高分子聚合物选自聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇脂、聚苯乙烯中的至少一种，优选聚乙烯。
具体地，本发明实施例中所述的“聚乳酸”通过使用可再生的植物资源(如玉米)中所提取的淀粉制备得到，其中淀粉经由糖化得到葡萄糖，再由葡萄糖及一定的菌种发酵制成高纯度的乳酸，再通过化学合成方法合成一定分子量的聚乳酸。所制备的聚乳酸具有良好的生物可降解性，使用后能被自然界中微生物完全降解，最终生成二氧化碳和水，无毒无害，不污染环境。本发明实施例中通过聚乳酸颗粒的加入能够实现复合薄膜的快速降解，且在其降解后进一步提供营养成分促进作物的生长发育。举例来说，该聚乳酸可以为本领域常见的市售的颗粒状聚乳酸原料，例如平湖市金秋工贸有限公司销售的聚乳酸，或者美国NatureWork销售的2003D透明聚乳酸PAL原料。
进一步地，为了提高该复合薄膜的隔氧性以及在该复合薄膜降解后使其能够为土壤补充更多的微量元素。该复合薄膜还包括以下重量份的组分：2-4份的抗氧剂、1-3份的微量元素添加剂。可以理解的是，上述“抗氧剂”、“微量元素添加剂”均为本领域的现有技术，它们可以为常见的市售产品。
更进一步地，还可以向该复合薄膜中加入一些常见的塑料助剂，例如光敏促进剂、降解促进剂，以及着色剂等，以提高该复合薄膜的降解性能及可视性。
由上述可知，本发明实施例还提供了一种具有优选配比组分的复合薄膜，其包括以下重量份的组分：伊利石粉15-25份、聚乙烯35-40份、秸秆粉5-15份、聚乳酸5-20份、淀粉4-5份、2-3份的抗氧剂、2-3份的微量元素添加剂。更优选地，该复合薄膜包括以下重量份的组分：伊利石粉20份、聚乙烯38份、秸秆粉15份、聚乳酸10份、淀粉4.5份、2.5份的抗氧剂以及2.5份的微量元素添加剂。
具体地，上述淀粉可以为改性淀粉，也可以选自玉米淀粉、红薯淀粉、木薯淀粉、魔芋淀粉中的至少一种。其中，改性淀粉可以为本领域常见的市售产品。通过选用上述种类的淀粉，不仅能降低复合薄膜的成本，且利于提高该复合薄膜的生物降解性。
具体地，本发明实施例中所用的伊利石粉包括质量分数至少为50％的白云母。更具体地，该伊利石粉包括以下质量百分含量的成分：64.28％-72％的SiO2、12.80％-16.30％的A12O3、0.61％-1.95％的MgO、3.61％-5.21％的K2O、1.92％-3.98％的Na2O、3.20％-5.08％的CaO、0.39％-0.94％的TiO2、1.95％-4.79％的Fe2O3。具有上述成分限定的伊利石一方面具有良好的隔热、绝缘性能及化学稳定性，能有效提高复合薄膜的综合性能，例如耐热、耐腐蚀及抗静电性能。此外，该类成分的伊利石粉更加容易降解，其降解后可作为长效底肥及土壤改良剂，利于在低温下提高地温并疏松土壤，从而改善土壤结构，更利于植物的生长发育。
第二方面，本发明实施例提供了一种上述的复合薄膜的制备方法，包括：按照复合薄膜中各组分的重量份配比，将伊利石粉、无毒的有机高分子聚合物、秸秆粉、聚乳酸、淀粉、以及可选的抗氧剂和微量元素添加剂按比例混合均匀，熔融造粒，然后经挤出成型机吹塑成型，制备得到复合薄膜。
本领域技术人员可以理解的是，上述“将伊利石粉、无毒的有机高分子聚合物、秸秆粉、聚乳酸、淀粉、以及可选的抗氧剂和微量元素添加剂按比例混合均匀”指的是可以按配制比例，将伊利石粉、无毒的有机高分子聚合物、秸秆粉、淀粉混合均匀，以此作为原料制备得到复合薄膜。或者还可以按照配制比例，将伊利石粉、无毒的有机高分子聚合物、秸秆粉、聚乳酸、淀粉、抗氧剂和微量元素添加剂混合均匀，并以此作为原料制备得到复合薄膜。
作为优选，该复合薄膜中，伊利石粉的目数为800-2000目；秸秆粉的目数为800-2000目。通过将上述各组分限定为特定的目数，不仅能简化该复合薄膜的制备工艺，且能够使所制备的薄膜手感更加光滑。举例来说，该伊利石粉的目数可以为850目、900目、950目等；秸秆粉的目数可以为850目、900目、950目等。此外，所用的聚乙烯可以选自市售的薄膜料级别的聚乙烯颗粒。
其中，在制备复合薄膜的过程中，上述的“熔融造粒，然后经挤出成型机吹塑成型”均为本领域常见的现有技术，本发明实施例在此不对其作具体限定。
进一步地，为了提高所制备的复合薄膜的性能，在上述的经挤出成型机吹塑成型的过程中，挤出成型机的机头温度为190-200℃；机筒温度分为3区，分别为1区150-170℃，2区170-180℃，3区190-200℃。
第三方面，本发明实施例提供了上述的复合薄膜在制备保鲜膜、食品包装袋、药品包装袋、地膜和棚膜中的应用。本发明实施例提供的复合薄膜，由于其安全无毒可适用于各类包装袋的制备，尤其适用于作为食品包装袋、药品包装袋和地膜。
以下将通过具体实施例进一步地描述本发明。
在以下具体实施例中，所涉及的操作未注明条件者，均按照常规条件或者制造商建议的条件进行。所用原料未注明生产厂商及规格者均为可以通过市购获得的常规产品。
其中，实施例1-3中所使用的聚乙烯颗粒均购自淄博超钰经贸有限公司，其型号为齐鲁2100TN00的高压聚乙烯颗粒。
实施例1-4中所使用的聚乳酸颗粒为美国NatureWork销售的规格号为2003D透明聚乳酸PAL原料。
实施例1
本实施例提供了一种可降解的复合薄膜，其包括以下重量份的组分：伊利石粉20份、聚乙烯38份、秸秆粉15份、玉米淀粉4.5份、聚乳酸5份。
其中，上述伊利石粉包括60％(质量分数)白云母。该伊利石粉至少包括以下质量百分含量的成分：66％的SiO2、14.1％的A12O3、1.2％的MgO、5.21％的K2O、3.0％的Na2O、4.8％的CaO、0.94％的TiO2以及3.55％的Fe2O3。
该复合薄膜的制备方法如下：将伊利石粉(目数为900目)、聚乙烯颗粒、秸秆粉(目数为900目)、玉米淀粉和聚乳酸颗粒按上述比例混合均匀，熔融造粒，然后经挤出成型机吹塑成型，制备得到复合薄膜。其中，在吹塑成型的过程中，控制挤出成型机的机头温度为194℃；机筒温度分为3区，分别为1区160℃，2区175℃，3区195℃。
利用本实施例制备得到的复合薄膜制备厚度为0.1mm的食品包装袋，该食品包装袋经检测安全无毒，且其力学性能满足使用要求(拉伸强度为25MPa，断裂伸长率为350％)。而且，本实施例制备得到的复合薄膜的生物降解性较好，且降解时间较短，降解2个月时，其降解率可达到99％。
实施例2
本实施例提供了一种可降解的复合薄膜，其包括以下重量份的组分：伊利石粉25份、聚乙烯40份、秸秆粉13份、木薯淀粉5份、聚乳酸13份。
其中，上述伊利石粉包括56％(质量分数)白云母。该伊利石粉至少包括以下质量百分含量的成分：65％的SiO2、15％的A12O3、1.2％的MgO、4.2％的K2O、2％的Na2O、4.5％的CaO、0.64％的TiO2以及3.79％的Fe2O3。
该复合薄膜的制备方法如下：将伊利石粉(目数为800目)、聚乙烯颗粒、秸秆粉(目数为950目)、木薯淀粉、聚乳酸颗粒按上述比例混合均匀，熔融造粒，然后经挤出成型机吹塑成型，制备得到复合薄膜。其中，在吹塑成型的过程中，控制挤出成型机的机头温度为197℃；机筒温度分为3区，分别为1区170℃，2区178℃，3区197℃。
利用本实施例制备得到的复合薄膜制备厚度为0.12mm的食品包装袋，该食品包装袋经检测安全无毒，且其力学性能满足使用要求(拉伸强度为22MPa，断裂伸长率为350％)。而且，该食品包装袋的生物降解性较好，且降解时间较短，对其进行降解处理后，降解3个月时，其降解率可达到99％。
实施例3
本实施例提供了一种可降解的复合薄膜，其包括以下重量份的组分：伊利石粉23份、聚乙烯45份、秸秆粉10份、木薯淀粉3.5份、聚乳酸20份、抗氧剂2份、硫酸铁3份。
其中，上述伊利石粉包括55％(质量分数)白云母。该伊利石粉至少包括以下质量百分含量的成分：64.28％的SiO2、16.30％的A12O3、0.61％的MgO、5.21％的K2O、1.92％的Na2O、5.08％的CaO、0.39％的TiO2以及4.79％的Fe2O3。
该复合薄膜的制备方法如下：将伊利石粉(目数为950目)、聚乙烯颗粒、秸秆粉(目数为1000目)、木薯淀粉、聚乳酸颗粒、抗氧剂和硫酸铁按上述比例混合均匀，熔融造粒，然后经挤出成型机吹塑成型，制备得到复合薄膜。其中，在吹塑成型的过程中，控制挤出成型机的机头温度为200℃；机筒温度分为3区，分别为1区150℃，2区180℃，3区200℃。
利用本实施例制备得到的复合薄膜制备厚度为0.008mm的地膜，该地膜经检测安全无毒，透光好，保温性强，且力学性能满足使用要求(拉伸负荷为2.5N，断裂伸长率为150％)。此外，该地膜的生物降解性较好，且降解时间较短，对其进行降解处理后，降解4个月时，其降解率可达到99.2％。
实施例4
本实施例提供了一种可降解的复合薄膜，其包括以下重量份的组分：伊利石粉15份、聚丙烯30份、秸秆粉5份、玉米淀粉3份、聚乳酸16份、抗氧剂4份、氧化锌和氧化硒的混合物2份(其中，氧化锌和氧化硒的比例为1:1)。
其中，上述伊利石粉包括50％(质量分数)白云母。该伊利石粉至少包括以下质量百分含量的成分：72％的SiO2、16.30％的A12O3、1.95％的MgO、3.61％的K2O、3.98％的Na2O、3.20％的CaO、0.94％的TiO2以及1.95％的Fe2O3。
该复合薄膜的制备方法如下：将伊利石粉(目数为1000目)、聚丙烯颗粒、秸秆粉(目数为800目)、玉米淀粉、聚乳酸颗粒、抗氧剂和氧化锌和氧化硒的混合物按上述比例混合均匀，熔融造粒，然后经挤出成型机吹塑成型，制备得到复合薄膜。其中，在吹塑成型的过程中，控制挤出成型机的机头温度为190℃；机筒温度分为3区，分别为1区165℃，2区170℃，3区190℃。
利用本实施例制备得到的复合薄膜制备厚度为0.009mm的地膜，该地膜经检测安全无毒，透光好，保温性强，且力学性能满足使用要求(拉伸强度为2.7N，断裂伸长率为150％)。此外，该地膜的生物降解性较好，且降解时间较短，对其进行降解处理后，降解2个月时，其降解率可达到99.5％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种可降解的复合薄膜，包括以下重量份的组分：伊利石粉15-25份、无毒的有机高分子聚合物30-45份、秸秆粉5-15份、淀粉3-5份、聚乳酸5-20份、2-4份的抗氧剂、1-3份的微量元素添加剂；
所述无毒的有机高分子聚合物选自聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇脂、聚苯乙烯中的至少一种；
所述伊利石粉包括以下质量百分含量的成分：64.28％-72％的SiO2、12.80％-16.30％的A12O3、0.61％-1.95％的MgO、3.61％-5.21％的K2O、1.92％-3.98％的Na2O、3.20％-5.08％的CaO、0.39％-0.94％的TiO2、1.95％-4.79％的Fe2O3；
所述伊利石粉的目数为800-2000目，所述秸秆粉的目数为800-2000目；
所述淀粉选自玉米淀粉、红薯淀粉、木薯淀粉、魔芋淀粉中的至少一种。
2.权利要求1所述的复合薄膜的制备方法，包括：按照复合薄膜中各组分的重量份配比，将伊利石粉、无毒的有机高分子聚合物、秸秆粉、聚乳酸、淀粉、抗氧剂和微量元素添加剂按比例混合均匀，熔融造粒，然后经挤出成型机吹塑成型，制备得到复合薄膜；
在所述经挤出成型机吹塑成型的过程中，所述挤出成型机的机头温度为190-200℃；机筒温度分为3区，分别为1区150-170℃，2区170-180℃，3区190-200℃。
3.权利要求1所述的复合薄膜在制备保鲜膜、食品包装袋、药品包装袋、地膜和棚膜中的应用。
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