CN105419296A - 一种液态地膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种液态地膜，包括：聚丙撑碳酸酯15～30wt％；聚乙烯醇1.0～5wt％；乳化剂2～5wt％；防冻剂1～3wt％；保护剂0.5～2wt％；油相溶剂25～40wt％；水余量。本发明提供的液态地膜由聚丙撑碳酸酯在乳化剂的作用下制备得到，由于聚丙撑碳酸酯为可生物降解的脂肪族聚酯，因此其制备得到的液态地膜降解性能良好；同时，本发明由上述组分共同制备得到的液态地膜保温、保湿性能良好。

Description

一种液态地膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及植物保护技术领域，尤其是涉及一种液态地膜及其制备方法。
背景技术
塑料地膜覆盖技术使得现代农业取得了巨大经济效益，但随着塑料地膜的大量使用，其负面影响日益严峻。塑料地膜回收困难，大量残留在土壤中，破坏土壤结构导致农作物减产以及环境污染。目前地膜残留已经成为人类亟待解决的问题，因此可降解的对土壤无危害的不需要回收的液态地膜的研究开发，顺应了环境保护需要。
可降解液体生态地膜是一种新开发的高分子化合物，与水混合形成一种液体材料，可以随意地喷洒，在土壤表面形成一种功能生态膜，可促进土壤形成团粒，改良土壤结构，能够固结沙粒、集水取水、保墒和促进植物生长等。由于该地膜本身具有可生物降解性能，用后不会残留于土壤中，更不会涉及地膜回收问题，可以用在沙漠、农田、坡耕地、风蚀地区，不会引起二次污染。
中国专利公开号为CN1088229、CN1445275、CN1114327提出以聚乙烯醇为主要原料的一种液态地膜，其特征是可降解，但是其降解效果差，成膜性不好。
中国专利公开号为CN1935878A、CN100443529C提出利用聚乙烯醇、淀粉和丙烯酸合成一种可降解的液态地膜，但其降解性并不完全。
中国专利CN104804355A公开了一种可生物降解农用液态地膜及其制备方法，利用淀粉、蛋白质等原料通过氧化、水解、接枝共聚适量的丙烯酸，制备一种可降解的农用液态地膜。该制备过程工艺复杂，得到的地膜同样降解性能不好。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种液态地膜，本发明提供的液态地膜降解性良好。
本发明提供了一种液态地膜，包括：
优选的，所述聚丙撑碳酸酯Mn为2.5万～6万。
优选的，所述聚乙烯醇选自PVA0588、PVA1788、PVA2488和PVA1799中的一种或几种。
优选的，所述乳化剂选自司盘80、吐温80、吐温40和十八烷基三甲基氯化铵中的两种或两种以上。
优选的，所述防冻剂选自乙二醇、聚乙二醇和甘油中的一种或几种。
优选的，所述保护剂选自可溶性淀粉、羧甲基纤维素和羟乙基纤维素中的一种或几种。
优选的，所述油相溶剂为碳酸二甲酯。
本发明提供了一种如上述技术方案所述的液态地膜的制备方法，包括：
A)将聚丙撑碳酸酯与油相溶剂混合，搅拌，与乳化剂混合，搅拌，得到油溶液；
将聚乙烯醇和保护剂与水混合，得到水溶液；
B)将水溶液加入至油溶液中，与防冻剂混合，搅拌，乳化得到液态地膜。
优选的，所述步骤A)中聚丙撑碳酸酯与油相溶剂混合，搅拌的搅拌时间为10～50min，搅拌速度为300～500rpm。
优选的，所述步骤B)中乳化时间为5～10min，乳化转速为8000～18000rpm。
与现有技术相比，本发明提供了一种液态地膜，包括：聚丙撑碳酸酯15～30wt％；聚乙烯醇1.0～5wt％；乳化剂2～5wt％；防冻剂1～3wt％；保护剂0.5～2wt％；油相溶剂25～40wt％；水余量。本发明提供的液态地膜由聚丙撑碳酸酯在乳化剂的作用下制备得到，由于聚丙撑碳酸酯为可生物降解的脂肪族聚酯，因此其制备得到的液态地膜降解性能良好；同时，本发明由上述组分共同制备得到的液态地膜保温、保湿性能良好。
具体实施方式
本发明提供了一种液态地膜，包括：
本发明提供的液态地膜包括15～30wt％的聚丙撑碳酸酯，优选的包括17～28wt％的聚丙撑碳酸酯，更优选包括19～26wt％的聚丙撑碳酸酯。
本发明对于所述聚丙撑碳酸酯的来源不进行限定，可以为市售或本领域熟知的制备方法制备，更优选为市售。
在本发明中，所述聚丙撑碳酸酯的Mn优选为2.5万～6万，PDI优选为2.5～5。
聚丙撑碳酸酯为二氧化碳和环氧丙烷开环共聚合成的可生物降解的脂肪族聚酯，正因为本发明采用了其制备液态地膜，使得本发明制备得到的液态地膜生物降解性良好。
本发明提供的液态地膜包括1.0～5wt％的聚乙烯醇，优选为1.5～4.5wt％的聚乙烯醇，更优选为1.8～4.3wt％的聚乙烯醇。
本发明对于所述聚乙烯醇来源不进行限定，可以为市售或本领域熟知的制备方法制备，更优选为市售。
在本发明中，所述聚乙烯醇优选选自PVA0588、PVA1788、PVA2488和PVA1799中的一种或几种。
本发明提供的聚乙烯醇具有增稠的作用，并且还可以稳定乳胶团。另外，加入聚乙烯醇还可以使得如何成膜后具有一定的亲水性，使得地膜具有更好的保水作用。同时本发明限定其用量，使得本发明制备得到的液态地膜生物降解性良好。
本发明提供的液态地膜包括2～5wt％的乳化剂，优选包括2.5～4.5wt％的乳化剂，更优选包括3～4wt％的乳化剂。
在本发明中，所述乳化剂优选选自司盘80、吐温80、吐温40和十八烷基三甲基氯化铵中的两种或两种以上。
本发明人创造性的发现，乳化剂虽然种类很多，但是阴离子和非离子型乳化剂单独使用均达不到满意的效果，乳液稳定性不理想，本发明创造性的采用阴离子和非离子型乳化剂复合使用，稳定性良好。
本发明对于上述乳化剂的来源不进行限定，优选为市售。
本发明提供的液态地膜包括1～3wt％的防冻剂，优选包括1.5～2.5wt％的防冻剂。
本发明所述防冻剂优选选自乙二醇、聚乙二醇和甘油中的一种或几种。
本发明对于上述防冻剂的来源不进行限定，优选为市售。
本发明提供的液态地膜包括0.5～2wt％的保护剂，优选包括1～1.5wt％的保护剂。
在本发明中，所述保护剂选自可溶性淀粉、羧甲基纤维素和羟乙基纤维素中的一种或几种。
本发明提供的保护剂有一定的增稠效果，本发明对于上述保护剂的来源不进行限定，优选为市售。
本发明提供的液态地膜包括25～40wt％的油相溶剂，优选包括28～38wt％的油相溶剂，更优选包括30～36wt％的油相溶剂。
在本发明中，所述油相溶剂优选为碳酸二甲酯。本发明对于上述油相溶剂的来源不进行限定，优选为市售。
本发明采用碳酸二甲酯作为有机溶剂，更加的绿色环保。
在本发明中，所述水优选为去离子水。
本发明提供的液态地膜由聚丙撑碳酸酯在乳化剂的作用下制备得到，由于聚丙撑碳酸酯为可生物降解的脂肪族聚酯，因此其制备得到的液态地膜降解性能良好；同时，本发明由上述组分共同制备得到的液态地膜保温、保湿性能良好。
本发明提供了一种如上述技术方案所述的液态地膜的制备方法，包括：
A)将聚丙撑碳酸酯与油相溶剂混合，搅拌，与乳化剂混合，搅拌，得到油溶液；
将聚乙烯醇和保护剂与水混合，得到水溶液；
B)将水溶液加入至油溶液中，与防冻剂混合，搅拌，乳化得到液态地膜。
本发明将聚丙撑碳酸酯与油相溶剂混合，搅拌，与乳化剂混合，搅拌，得到油溶液。
在本发明中，首先将聚丙撑碳酸酯与油相溶剂混合，搅拌，得到混合液。所述聚丙撑碳酸酯与油相溶剂的质量比为(15～30)：(25～40)；优选为(17～28)：(28～38)。所述混合后聚丙撑碳酸酯占油相溶剂的质量百分比优选为25％～40％。
在本发明中，所述油相溶剂优选为碳酸二甲酯。
混合后为搅拌，所述搅拌的温度优选为40～70℃，更优选为40～60℃，最优选为40～50℃。所述搅拌的时间优选为10～50min，更优选为20～50min，最优选为30～45min；所述搅拌的速度优选为300～500rpm，更优选为400～500rpm。本发明对于所述搅拌的具体方式不进行限定，本领域技术人员熟知的即可。
搅拌后加入乳化剂，再次搅拌，得到油溶液。
所述乳化剂与聚丙撑碳酸酯、油相溶剂的质量比为(2～5)：(15～30)：(25～40)；优选为(2.5～4.5)：(17～28)：(28～38)。
在本发明中，所述乳化剂优选选自司盘80、吐温80、吐温40和十八烷基三甲基氯化铵中的两种或两种以上。
所述加入乳化剂再次搅拌的搅拌温度优选为40～70℃，更优选为40～60℃，最优选为40～50℃。所述搅拌的时间优选为5～20min，更优选为8～15min，最优选为10～14min；所述搅拌的速度优选为300～500rpm，更优选为400～500rpm。
本发明将聚乙烯醇和保护剂与水混合，得到水溶液。
在本发明中，所述聚乙烯醇和保护剂的质量比为(1.0～5)：(0.5～2)；优选为(1.5～4.5)：(1～1.5)。
在本发明中，所述聚乙烯醇优选选自PVA0588、PVA1788、PVA2488和PVA1799中的一种或几种。所述保护剂选自可溶性淀粉、羧甲基纤维素和羟乙基纤维素中的一种或几种。
本发明对于所述混合方式不进行限定，本领域技术人员熟知即可。
本发明将水溶液加入至油溶液中，与防冻剂混合，搅拌，乳化得到液态地膜。
制备得到上述油溶液和水溶液后，本发明将水溶液加入至油溶液中，与防冻剂混合，搅拌，得到混合物。
在本发明中，将水溶液加入油溶液上述加入顺序才可以保证制备得到本发明的液态地膜效果好。优选的，将水溶液在搅拌的状态下加入油溶液，更优选的，将水溶液在搅拌的状态下缓慢加入油溶液。
所述搅拌的温度优选为40～70℃，更优选为40～60℃，最优选为40～50℃。所述搅拌的时间优选为10～55min，更优选为25～50min，最优选为30～50min；所述搅拌的速度优选为300～500rpm，更优选为400～500rpm。
在本发明中，加入防冻剂的量和种类上述已经有了清楚地描述，在此不再赘述。
本发明对于加入防冻剂的顺序不进行限定，可以搅拌前或搅拌后加入。
将上述混合物乳化得到液态地膜。
本发明对于所述乳化的具体方式不进行限定，优选可以为在高速剪切机中乳化，所述乳化的时间优选为5～10min，更优选为6～10min，最优选为7～10min。所述乳化剂转速优选为8000～18000rpm，更优选为9000～17000rpm。
乳化最终得到的产品为经2500rpm离心30min不分层即可得到液态地膜。
本发明制备得到的产品为具有长期稳定的、可喷洒、精细分散可降解的水包油乳液。其包含由具有多个碳原子的直链或支链、饱和或不饱和脂肪酸的非碳水化合物多元醇醚和基于碳水化合物的乳化剂组成的乳化剂组合。
本方法制备的液态地膜可广泛用于农林业，如农业生产、防风固沙、治沙造林、植树种草、减少水土流失、盐碱地改良等，可减少土壤水分蒸发，对提高地表温度，促进农作物成活率和抑制地表扬沙具有显著作用。也适合于荒地、沙地治理，水土保持以及公路道路护坡、造林绿化、保护草原植被、防风固沙、树木防冻等。它既有塑料地膜增温、保墒的作用，还可封闭土壤空隙，减少水分蒸发，同时它还具有较强的粘附能力，可改善土壤结构。
本方法制备的液态地膜具有无毒、无公害、无污染、可降解、易操作等特点，使用后不用考虑环境污染以及地膜回收的问题。
本发明优选采用以下方式对制备得到的液态地膜的性能进行测定：
实验设计
供试土壤取自吉林省白城市通榆县，质地为盐碱土。盛装土壤器具为聚乙烯盆，盆口直径为20cm，盆内土表直径18cm，土壤深度为15cm。每个测试平行样3个，空白样3个，求平均值。不同液态地膜喷洒时的重量相同，空白样要相应的做补水处理，即补水量为所喷洒液态地膜中的水重量。
测定项目与方法
温度测试：
温度计插入深度为土壤深度8cm。测试时间为喷洒液态地膜后120h，测试环境为室温25℃。
保湿测试：
用精度为0.5g的电子天平称量盆土重量，计算出与空白样的差值，然后折算成保水量。测试时间为喷洒液态地膜后120h。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的液态地膜及其制备方法进行详细描述。
实施例1
将32克PPC(Mn＝3.2万)溶于70mL碳酸二甲酯溶液中，于40℃条件下搅拌30分钟，搅拌速度为400rpm,向其中加入4克司盘80、2克吐温80乳化剂，继续搅拌成为油溶液，将2.5克聚乙烯醇1788和0.5克羧甲基纤维素钠溶于80mL水中，搅拌状态下将该水溶液缓慢加入上述油溶液中，然后加入3克乙二醇继续搅拌5分钟，使用高速剪切机转速为12000rpm乳化5分钟，经2500rpm离心30分钟不分层，得到液态地膜。该液态地膜270天可完全降解，采用本发明所述的测定方法对制备得到的地膜的性能进行测定，结果如表1所示，表1为本发明实施例和比较例制备得到的液态地膜的保温性能和保湿性能测定结果。
实施例2
将35克PPC(Mn＝5.3万)溶于50mL碳酸二甲酯溶液中，于50℃条件下搅拌50分钟，搅拌速度为500rpm，向其中加入5克吐温80、3克十八烷基三甲基氯化铵，继续搅拌成为油溶液，将2克聚乙烯醇1788和0.5克羧甲基纤维素钠溶于60mL水中，将该水溶液缓慢加入上诉油溶液中，然后加入2.5克甘油继续搅拌5分钟，使用高速剪切机转速为8000rpm乳化10分钟，经2500rpm离心30分钟不分层，得到液态地膜。该液态地膜280天可完全降解，采用本发明所述的测定方法对制备得到的地膜的性能进行测定，结果如表1所示，表1为本发明实施例和比较例制备得到的液态地膜的保温性能和保湿性能测定结果。
实施例3
将45克PPC(Mn＝2.7万)溶于60mL碳酸二甲酯溶液中，于70℃条件下搅拌40分钟，搅拌速度为500rpm，向其中加入6克司盘80、2克吐温80继续搅拌成为油溶液，将3.5克聚乙烯醇2488和1.5克羧甲基纤维素钠溶于70mL水中，将该水溶液缓慢加入上诉油溶液中，然后加入3.5克乙二醇继续搅拌5分钟，使用高速剪切机转速为15000rpm乳化8分钟，经2500rpm离心30分钟不分层，得到液态地膜。该液态地膜260天可完全降解，采用本发明所述的测定方法对制备得到的地膜的性能进行测定，结果如表1所示，表1为本发明实施例和比较例制备得到的液态地膜的保温性能和保湿性能测定结果。
实施例4
将38克PPC(Mn＝4.2万)溶于40mL碳酸二甲酯溶液中，于60℃条件下搅拌35分钟，搅拌速度为300rpm，向其中加入4克司盘80、2克吐温40、2克十八烷基三甲基氯化铵继续搅拌成为油溶液，将1.5克聚乙烯醇1788和0.2克羧甲基纤维素钠溶于50mL水中，将该水溶液缓慢加入上诉油溶液中，然后加入2克乙二醇、1克甘油，继续搅拌5分钟，使用高速剪切机转速为18000rpm乳化6分钟，经2500rpm离心30分钟不分层，得到液态地膜。该液态地膜270天可完全降解，采用本发明所述的测定方法对制备得到的地膜的性能进行测定，结果如表1所示，表1为本发明实施例和比较例制备得到的液态地膜的保温性能和保湿性能测定结果。
实施例5
将37克PPC(Mn＝5.9万)溶于45mL碳酸二甲酯溶液中，于65℃条件下搅拌33分钟，搅拌速度为400rpm，向其中加入5克司盘80、2克吐温80、1克十八烷基三甲基氯化铵继续搅拌成为油溶液，将1.7克聚乙烯醇1788和0.3克羧甲基纤维素钠溶于50mL水中，将该水溶液缓慢加入上诉油溶液中，然后加入2.5克乙二醇、0.5克甘油，继续搅拌5分钟，使用高速剪切机转速为10000rpm乳化10分钟，经2500rpm离心30分钟不分层，得到液态地膜。该液态地膜280天可完全降解，采用本发明所述的测定方法对制备得到的地膜的性能进行测定，结果如表1所示，表1为本发明实施例和比较例制备得到的液态地膜的保温性能和保湿性能测定结果。
实施例6
将42克PPC(Mn＝3.5万)溶于55mL碳酸二甲酯溶液中，于68℃条件下搅拌45分钟，搅拌速度为300rpm，向其中加入3克司盘80、3克吐温40、1克十八烷基三甲基氯化铵继续搅拌成为油溶液，将1.8克聚乙烯醇1788和0.3克羧甲基纤维素钠溶于60mL水中，将该水溶液缓慢加入上诉油溶液中，然后加入2克乙二醇，继续搅拌5分钟，使用高速剪切机转速为13000rpm乳化8分钟，经2500rpm离心30分钟不分层，得到液态地膜。该液态地膜270天可完全降解，采用本发明所述的测定方法对制备得到的地膜的性能进行测定，结果如表1所示，表1为本发明实施例和比较例制备得到的液态地膜的保温性能和保湿性能测定结果。
比较例1
反应釜中加入90kg水，然后加入5kg羧甲基纤维素钠、1.8kg聚乙烯醇(Mn＝4.8万)、0.5kg甘油，升温至80℃，高速搅拌4h，搅拌速度为7000rpm，降至室温得到混合溶液，向该混合溶液中加入磷酸0.5kg，矿物油0.5kg，然后升温至90℃，高速搅拌2h，搅拌速度为8000rpm，然后降至室温得到液态地膜。该液态地膜420天依然不能完全降解。采用本发明所述的测定方法对制备得到的地膜的性能进行测定，结果如表1所示，表1为本发明实施例和比较例制备得到的液态地膜的保温性能和保湿性能测定结果。
比较例2
反应釜中加入100kg水，然后加入2.5kg羧甲基纤维素钠、6kg聚乙烯醇(Mn＝5.8万)、0.5kg甘油，升温至80℃，高速搅拌4h，搅拌速度为8000rpm，降至室温得到混合溶液，向该混合溶液中加入磷酸0.8kg，矿物油0.9kg，然后升温至90℃，高速搅拌2h，搅拌速度为6000rpm，然后降至室温，得到液态地膜。该液态地膜440天依然不能完全降解。采用本发明所述的测定方法对制备得到的地膜的性能进行测定，结果如表1所示，表1为本发明实施例和比较例制备得到的液态地膜的保温性能和保湿性能测定结果。
表1为本发明实施例和比较例制备得到的液态地膜的保温性能和保湿性能测定结果
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种液态地膜，包括：
2.根据权利要求1所述的液态地膜，其特征在于，所述聚丙撑碳酸酯Mn为2.5万～6万。
3.根据权利要求1所述的液态地膜，其特征在于，所述聚乙烯醇选自PVA0588、PVA1788、PVA2488和PVA1799中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的液态地膜，其特征在于，所述乳化剂选自司盘80、吐温80、吐温40和十八烷基三甲基氯化铵中的两种或两种以上。
5.根据权利要求1所述的液态地膜，其特征在于，所述防冻剂选自乙二醇、聚乙二醇和甘油中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的液态地膜，其特征在于，所述保护剂选自可溶性淀粉、羧甲基纤维素和羟乙基纤维素中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的液态地膜，其特征在于，所述油相溶剂为碳酸二甲酯。
8.一种如权利要求1所述的液态地膜的制备方法，包括：
A)将聚丙撑碳酸酯与油相溶剂混合，搅拌，与乳化剂混合，搅拌，得到油溶液；
将聚乙烯醇和保护剂与水混合，得到水溶液；
B)将水溶液加入至油溶液中，与防冻剂混合，搅拌，乳化得到液态地膜。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤A)中聚丙撑碳酸酯与油相溶剂混合，搅拌的搅拌时间为10～50min，搅拌速度为300～500rpm。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤B)中乳化时间为5～10min，乳化转速为8000～18000rpm。
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