CN105623232B - 一种生物降解地膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于膜材料领域，尤其涉及一种生物降解地膜及其制备方法。本发明提供的生物降解地膜由包括以下重量份组分的原料制成：二氧化碳‑环氧丙烷共聚物80～120份；聚(己二酸丁二醇酯‑对苯二甲酸丁二醇酯)20～300份；紫外吸收剂0.1～1份；光稳定剂0.2～2份；微米颗粒2～5份；所述微米颗粒包括碳酸钙微米颗粒、硬脂酸钙微米颗粒、水铝钙石微米颗粒和氧化锌微米颗粒中的一种或多种。本发明以二氧化碳‑环氧丙烷共聚物、聚(己二酸丁二醇酯‑对苯二甲酸丁二醇酯)、紫外吸收剂、光稳定剂和微米颗粒作为原料，通过各原料间的协同作用，延缓了使用过程中地膜表面的pH值下降速度。

Description

一种生物降解地膜及其制备方法
技术领域
本发明属于膜材料领域，尤其涉及一种生物降解地膜及其制备方法。
背景技术
地膜具有保温、保湿、保墒、增肥的作用，能够大幅提高农作物产量。我国地膜的使用量很大，为保障我国粮食和经济作物的安全供给做出了重要贡献。据预测，未来10年，我国地膜用量约以10％的数量增长，未来覆盖面积有望达到5亿亩，用量达到200万吨。但是随着铺膜量的日益增加，农田中残留地膜的治理已经到了刻不容缓的地步。而全生物降解地膜是在使用后能迅速在土壤环境中发生生物降解而自动消失的新产品，被认为是一个最有可能解决农田“白色污染”的方案，发展潜力巨大。
聚(己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯)具有良好的力学性能和吹膜性能，是一种理想的地膜材料，但现有的聚(己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯)地膜材料在使用过程中会产生大量的酸性分解产物，造成地膜表面的pH值显著下降，从而对地膜覆盖区域的农作物生长造成不良影响。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种生物降解地膜及其制备方法，本发明提供的生物降解地膜在使用过程中地膜表面的pH值下降缓慢。
本发明提供了一种生物降解地膜，由包括以下重量份组分的原料制成：
所述微米颗粒包括碳酸钙微米颗粒、硬脂酸钙微米颗粒、水铝钙石微米颗粒和氧化锌微米颗粒中的一种或多种。
优选的，所述二氧化碳-环氧丙烷共聚物在190℃测试温度和2.16kg测试负荷下的熔融指数为0.5～1g/10min。
优选的，所述聚(己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯)在190℃测试温度和2.16kg测试负荷下的熔融指数为2～4g/10min。
优选的，所述紫外吸收剂包括紫外吸收剂571、紫外吸收剂765、紫外吸收剂531和紫外吸收剂234中的一种或多种。
优选的，所述光稳定剂包括光稳定剂944、光稳定剂622、光稳定剂770和光稳定剂2020中的一种或多种。
优选的，所述微米颗粒的粒径小于等于5μm。
优选的，以重量份数计，所述原料包括：
本发明提供了一种生物降解地膜的制备方法，包括以下步骤：
原料依次经过熔融共混、造粒和吹塑，得到生物降解地膜；
所述原料包括80～120重量份二氧化碳-环氧丙烷共聚物、20～300重量份的聚(己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯)、0.1～1重量份的紫外吸收剂、0.2～2重量份的光稳定剂和2～5重量份的微米颗粒；所述微米颗粒包括碳酸钙微米颗粒、硬脂酸钙微米颗粒、水铝钙石微米颗粒和氧化锌微米颗粒中的一种或多种。
优选的，所述熔融共混的温度为140～200℃。
优选的，所述吹塑的温度为150～170℃。
与现有技术相比，本发明提供了一种生物降解地膜及其制备方法。本发明提供的生物降解地膜由包括以下重量份组分的原料制成：二氧化碳-环氧丙烷共聚物80～120份；聚(己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯)20～300份；紫外吸收剂0.1～1份；光稳定剂0.2～2份；微米颗粒2～5份；所述微米颗粒包括碳酸钙微米颗粒、硬脂酸钙微米颗粒、水铝钙石微米颗粒和氧化锌微米颗粒中的一种或多种。本发明以二氧化碳-环氧丙烷共聚物、聚(己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯)、紫外吸收剂、光稳定剂和微米颗粒作为原料，通过各原料间的协同作用，延缓了使用过程中地膜表面的pH值下降速度。实验结果表明，本发明提供的生物降解地膜在氙灯老化实验进行96h后，地膜表面pH值依然高于6.5。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种生物降解地膜，由包括以下重量份组分的原料制成：
所述微米颗粒包括碳酸钙微米颗粒、硬脂酸钙微米颗粒、水铝钙石微米颗粒和氧化锌微米颗粒中的一种或多种。
本发明提供的生物降解地膜由原料制成，所述原料包括二氧化碳-环氧丙烷共聚物、聚(己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯)、紫外吸收剂、光稳定剂和微米颗粒。其中，所述二氧化碳-环氧丙烷共聚物是本发明提供的地膜的主要组成部分，其与地膜中的其他组分协同作用可以明显延缓使用过程中地膜表面pH值的下降速度。在本发明提供的一个实施例中，所述二氧化碳-环氧丙烷共聚物在190℃测试温度和2.16kg测试负荷下的熔融指数为0.5～1g/10min。在本发明中，所述二氧化碳-环氧丙烷共聚物在所述原料中的含量为80～120重量份；在本发明提供的一个实施例中，所述二氧化碳-环氧丙烷共聚物在所述原料中的含量为100重量份。
在本发明中，所述聚(己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯)的英文名称：Poly(butyleneadipate-co-terephthalate)，缩写简称为PBAT，所述聚(己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯)是本发明提供的地膜的主要组成部分，其与地膜中的其他组分协同作用可以明显延缓使用过程中地膜表面pH值的下降速度。在本发明提供的一个实施例中，所述聚(己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯)在190℃测试温度和2.16kg测试负荷下的熔融指数为2～4g/10min。在本发明中，所述聚(己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯)在所述原料中的含量为20～300重量份；在本发明提供的一个实施例中，所述聚(己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯)在所述原料中的含量为100～200重量份。
在本发明中，所述紫外吸收剂在所述原料中的含量为0.1～1重量份；在本发明提供的一个实施例中，所述紫外吸收剂在所述原料中的含量为0.2～0.5重量份。在本发明提供的一个实施例中，所述紫外吸收剂包括紫外吸收剂571、紫外吸收剂765、紫外吸收剂531和紫外吸收剂234中的一种或多种。
在本发明中，所述光稳定剂在所述原料中的含量为0.2～2重量份；在本发明提供的一个实施例中，所述光稳定剂在所述原料中的含量为0.4～1.5重量份。在本发明提供的一个实施例中，所述光稳定剂包括光稳定剂944、光稳定剂622、光稳定剂770和光稳定剂2020中的一种或多种。在本发明提供的一个所述光稳定剂包括光稳定剂944和光稳定剂770的实施例中，所述光稳定剂944和光稳定剂770的质量比优选为(0.5～2)：1，更优选为1:1。在本发明提供的一个所述光稳定剂包括光稳定剂944、光稳定剂622和光稳定剂770的实施例中，所述光稳定剂944、光稳定剂622和光稳定剂770的质量比优选为(0.5～2)：(0.5～2)：1，更优选为1:1:1。
在本发明中，所述微米颗粒包括碳酸钙微米颗粒、硬脂酸钙微米颗粒、水铝钙石微米颗粒和氧化锌微米颗粒中的一种或多种。在本发明提供的一个实施例中，所述碳酸钙微米颗粒为轻质碳酸钙微米颗粒，所述轻质碳酸钙微米颗粒的沉降体积为2.4～2.8mL/g。在本发明提供的一个实施例中，所述微米颗粒的粒径小于等于5μm。在本发明提供的一个实施例中，所述微米颗粒在所述原料中的含量为2～5重量份。在本发明中，所述微米颗粒通过与地膜中的其他组分协同作用可以明显延缓使用过程中地膜表面pH值的下降速度。
在本发明提供的一个实施例中，以重量份数计，所述原料包括：
在本发明提供的一个实施例中，所述生物降解地膜的厚度为8～12μm。
本发明以二氧化碳-环氧丙烷共聚物、聚(己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯)、紫外吸收剂、光稳定剂和微米颗粒作为原料，通过各原料间的协同作用，延缓了使用过程中地膜表面的pH值下降速度。实验结果表明，本发明提供的生物降解地膜在氙灯老化实验进行96h后，地膜表面pH值依然高于6.5。
本发明提供了一种生物降解地膜的制备方法，包括以下步骤：
原料依次经过熔融共混、造粒和吹塑，得到生物降解地膜；
所述原料包括80～120重量份二氧化碳-环氧丙烷共聚物、20～300重量份的聚(己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯)、0.1～1重量份的紫外吸收剂、0.2～2重量份的光稳定剂和2～5重量份的微米颗粒；所述微米颗粒包括碳酸钙微米颗粒、硬脂酸钙微米颗粒、水铝钙石微米颗粒和氧化锌微米颗粒中的一种或多种。
在本发明提供的制备方法中，原料首先进行熔融共混和造粒，所述原料包括二氧化碳-环氧丙烷共聚物、聚(己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯)、紫外吸收剂、光稳定剂和微米颗粒。在本发明中，所述二氧化碳-环氧丙烷共聚物在所述原料中的含量为80～120重量份，优选为100重量份；所述二氧化碳-环氧丙烷共聚物在190℃测试温度和2.16kg测试负荷下的熔融指数优选为0.5～1g/10min。在本发明中，所述聚(己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯)在所述原料中的含量为20～300重量份，优选为100～200重量份；所述聚(己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯)在190℃测试温度和2.16kg测试负荷下的熔融指数优选为2～4g/10min。在本发明中，所述紫外吸收剂在所述原料中的含量为0.1～1重量份，优选为0.2～0.5重量份；所述紫外吸收剂优选包括紫外吸收剂571、紫外吸收剂765、紫外吸收剂531和紫外吸收剂234中的一种或多种。在本发明中，所述光稳定剂在所述原料中的含量为0.2～2重量份，优选为0.4～1.5重量份；所述光稳定剂优选包括光稳定剂944、光稳定剂622、光稳定剂770和光稳定剂2020中的一种或多种。在本发明中，所述微米颗粒在所述原料中的含量为2～5重量份；所述微米颗粒包括碳酸钙微米颗粒、硬脂酸钙微米颗粒、水铝钙石微米颗粒和氧化锌微米颗粒中的一种或多种；所述微米颗粒的粒径优选小于等于5μm。在本发明中，所述原料熔融共混的温度优选为140～200℃。在本发明中，所述原料优选在本领域技术人员熟知的双螺杆造粒机中进行熔融共混和造粒。在本发明提供的一个实施例中，共混造粒过程中，所述双螺杆造粒机一区的温度为140℃，二区的温度为165±5℃，三区的温度为180±5℃，四区的温度为190±5℃，五区的温度为195±5℃，六区的温度为195±5℃，七区的温度为190±5℃，模头的温度为170℃。原料完成熔融共混和造粒后，得到塑料颗粒。
得到塑料颗粒后，将所述塑料颗粒吹塑。其中，所述吹塑的温度优选为150℃～170℃。本发明对所述塑料颗粒吹塑所采用的装置没有特别限定，优选为本领域技术人员熟知的吹膜机。在本发明提供的一个实施例中，吹塑成型过程中，所述吹膜机一区为160℃，二区温度为165±5℃，三区温度为165±5℃，模头温度为170℃。塑料颗粒吹塑结束后，得到生物降解地膜。
采用本发明提供的方法能够制得使用过程中表面pH值下降缓慢的的生物降解地膜。实验结果表明，本发明提供的生物降解地膜在氙灯老化实验进行96h后，地膜表面pH值依然高于6.5。
为更清楚起见，下面通过以下实施例进行详细说明。
以下实施例中所用的原料均为市售：所用二氧化碳-环氧丙烷共聚物均由浙江台州邦丰塑料有限公司购买获得；所用聚(己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯)由屯河化工股份有限公司购买获得；所用紫外吸收剂和光稳定剂均由巴斯夫公司购买获得；所用微米颗粒均为市售。
实施例1
将20重量份的熔融指数为3.5g/10min的聚(己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯)、100重量份的熔融指数为0.5g/10min的二氧化碳-环氧丙烷共聚物、0.2重量份紫外吸收剂765、0.2重量份光稳定剂944、0.2重量份光稳定剂770和2重量份的轻质碳酸钙微粒颗粒(粒径5μm，沉降体积2.4～2.8mL/g)在混合机里混合均匀，然后将得到的混合物加入双螺杆造粒机中进行造粒，得到塑料颗粒；所述造粒过程中双螺杆造粒机一区的温度为140℃，二区的温度为165℃，三区的温度为180℃，四区的温度为190℃，五区的温度为195℃，六区的温度为195℃，七区的温度为190℃，模头的温度为170℃。
得到塑料颗粒后，将所述塑料颗粒在常用的制备地膜设备上进行吹塑成型，吹膜机温度一区为160℃，二区温度为165℃，三区温度为165℃，模头温度为170℃，得到厚度为10微米的生物降解地膜。
实施例2
将300重量份的熔融指数为3.5g/10min的聚(己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯)、100重量份的熔融指数为0.5g/10min的二氧化碳-环氧丙烷共聚物、0.5重量份紫外吸收剂234、0.5重量份光稳定剂944、0.5重量份光稳定剂622、0.5重量份光稳定剂770和5重量份轻质碳酸钙微粒颗粒(粒径5μm，沉降体积2.4～2.8mL/g)在混合机里混合均匀，然后将得到的混合物加入双螺杆造粒机中进行造粒，得到塑料颗粒；所述造粒过程中双螺杆造粒机一区的温度为140℃，二区的温度为165℃，三区的温度为180℃，四区的温度为190℃，五区的温度为195℃，六区的温度为195℃，七区的温度为190℃，模头的温度为170℃。
得到塑料颗粒后，将所述塑料颗粒在常用的制备地膜设备上进行吹塑成型，吹膜机温度一区为160℃，二区温度为165℃，三区温度为165℃，模头温度为170℃，得到厚度为10微米的生物降解地膜。
实施例3
将300重量份的熔融指数为3.5g/10min的聚(己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯)、100重量份的熔融指数为0.5g/10min的二氧化碳-环氧丙烷共聚物、0.5重量份紫外吸收剂234、0.5重量份光稳定剂944、0.5重量份光稳定剂622、0.5重量份光稳定剂770和2重量份的氧化锌微粒颗粒(沉降体积2.4～2.8mL/g)在混合机里混合均匀，然后将得到的混合物加入双螺杆造粒机中进行造粒，得到塑料颗粒；所述造粒过程中双螺杆造粒机一区的温度为140℃，二区的温度为165℃，三区的温度为180℃，四区的温度为190℃，五区的温度为195℃，六区的温度为195℃，七区的温度为190℃，模头的温度为170℃。
得到塑料颗粒后，将所述塑料颗粒在常用的制备地膜设备上进行吹塑成型，吹膜机温度一区为160℃，二区温度为165℃，三区温度为165℃，模头温度为170℃，得到厚度为10微米的生物降解地膜。
实施例4
将100重量份的熔融指数为3.5g/10min的聚(己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯)、100重量份的熔融指数为0.5g/10min的二氧化碳-环氧丙烷共聚物、0.5重量份紫外吸收剂234、0.5重量份光稳定剂944、0.5重量份光稳定剂622、0.5重量份光稳定剂770和2重量份的轻质碳酸钙微粒颗粒(粒径5μm，沉降体积2.4～2.8mL/g)在混合机里混合均匀，然后将得到的混合物加入双螺杆造粒机中进行造粒，得到塑料颗粒；所述造粒过程中双螺杆造粒机一区的温度为140℃，二区的温度为165℃，三区的温度为180℃，四区的温度为190℃，五区的温度为195℃，六区的温度为195℃，七区的温度为190℃，模头的温度为170℃。
得到塑料颗粒后，将所述塑料颗粒在常用的制备地膜设备上进行吹塑成型，吹膜机温度一区为160℃，二区温度为165℃，三区温度为165℃，模头温度为170℃，得到厚度为10微米的生物降解地膜。
比较例1
将100重量份的熔融指数为3.5g/10min的聚(己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯)、0.5重量份紫外吸收剂234、0.5重量份光稳定剂944、0.5重量份光稳定剂622、0.5重量份光稳定剂770和2重量份的轻质碳酸钙微粒颗粒(粒径5μm，沉降体积2.4～2.8mL/g)在混合机里混合均匀，然后将得到的混合物加入双螺杆造粒机中进行造粒，得到塑料颗粒；所述造粒过程中双螺杆造粒机一区的温度为140℃，二区的温度为165℃，三区的温度为180℃，四区的温度为190℃，五区的温度为195℃，六区的温度为195℃，七区的温度为190℃，模头的温度为170℃。
得到塑料颗粒后，将所述塑料颗粒在常用的制备地膜设备上进行吹塑成型，吹膜机温度一区为160℃，二区温度为165℃，三区温度为165℃，模头温度为170℃，得到厚度为12微米的生物降解地膜。
比较例2
将300重量份的熔融指数为3.5g/10min的聚(己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯)、100重量份的熔融指数为0.5g/10min的二氧化碳-环氧丙烷共聚物、0.5重量份紫外吸收剂234、0.5重量份光稳定剂944、0.5重量份光稳定剂622和0.5重量份光稳定剂770在混合机里混合均匀，然后将得到的混合物加入双螺杆造粒机中进行造粒，得到塑料颗粒；所述造粒过程中双螺杆造粒机一区的温度为140℃，二区的温度为165℃，三区的温度为180℃，四区的温度为190℃，五区的温度为195℃，六区的温度为195℃，七区的温度为190℃，模头的温度为170℃。
得到塑料颗粒后，将所述塑料颗粒在常用的制备地膜设备上进行吹塑成型，吹膜机温度一区为160℃，二区温度为165℃，三区温度为165℃，模头温度为170℃，得到厚度为10微米的生物降解地膜。
实施例5
本实施例旨在对实施例1～4和比较例1～2制备的生物降解地膜在使用过程中其表面pH值的下降情况和力学性能进行评价，具体过程如下：
将实施例1～4和比较例1～2制备的生物降解地膜在去离子水中浸泡并进行氙灯加速老化实验，然后测试其表面pH值和力学性能。其中，pH值用pH计测试，力学性能依照GB/T 1040.3塑料薄膜拉伸性能实验方法标准进行测试。氙灯加速老化实验，采用ATILAS公司的Ci3000+氙灯老化仪，依照ASTM G155-05标准的7A户外模拟方法对样品进行室内人工加速老化试验。用人工的方法模拟在自然气候中受到的光、热、氧、湿气、降雨为主要老化破坏的环境因素。主要试验条件为辐射强度0.55w/m2，波长为340nm。
实施例1～4和比较例1～2制备的生物降解地膜在使用过程中其表面pH值和力学性能的测试结果详见表1：
表1.地膜pH值和力学性能数据表
通过表1可以看出，相比于比较例，实施例制得的生物降解地膜在氙灯老化96h后的表面pH值更高，说明实施例制得的生物降解地膜在老化过程中其表面的pH值下降更为缓慢。
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 (8)

1.一种生物降解地膜，由包括以下重量份组分的原料制成：
所述微米颗粒包括碳酸钙微米颗粒、硬脂酸钙微米颗粒、水铝钙石微米颗粒和氧化锌微米颗粒中的一种或多种；
所述紫外吸收剂包括紫外吸收剂571、紫外吸收剂765、紫外吸收剂531和紫外吸收剂234中的一种或多种；
所述光稳定剂包括光稳定剂944、光稳定剂622、光稳定剂770和光稳定剂2020中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的地膜，其特征在于，所述二氧化碳-环氧丙烷共聚物在190℃测试温度和2.16kg测试负荷下的熔融指数为0.5～1g/10min。
3.根据权利要求1所述的地膜，其特征在于，所述聚(己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯)在190℃测试温度和2.16kg测试负荷下的熔融指数为2～4g/10min。
4.根据权利要求1所述的地膜，其特征在于，所述微米颗粒的粒径小于等于5μm。
5.根据权利要求1所述的地膜，其特征在于，以重量份数计，所述原料包括：
6.一种生物降解地膜的制备方法，包括以下步骤：
原料依次经过熔融共混、造粒和吹塑，得到生物降解地膜；
所述原料包括80～120重量份二氧化碳-环氧丙烷共聚物、20～300重量份的聚(己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯)、0.1～1重量份的紫外吸收剂、0.2～2重量份的光稳定剂和2～5重量份的微米颗粒；所述微米颗粒包括碳酸钙微米颗粒、硬脂酸钙微米颗粒、水铝钙石微米颗粒和氧化锌微米颗粒中的一种或多种；所述紫外吸收剂包括紫外吸收剂571、紫外吸收剂765、紫外吸收剂531和紫外吸收剂234中的一种或多种；所述光稳定剂包括光稳定剂944、光稳定剂622、光稳定剂770和光稳定剂2020中的一种或多种。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述熔融共混的温度为140～200℃。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述吹塑的温度为150～170℃。
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