CN107793593A - 一种可降解栽培袋及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于塑料领域，公开了一种可降解栽培袋，其原料按照重量份数计包括：改性植物淀粉60‑80份、玉米芯糊化料10‑15份、麦麸粉2‑5份、木粉2‑5份、增塑剂5‑10份、添加剂4‑8份。本发明的一种可降解栽培袋具有弹性、柔韧性好、韧性好且可快速降解，适用于农作物、花卉等培育过程，保护环境，节约人力成本，可行性高。

Description

一种可降解栽培袋及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种塑料领域，具体涉及一种可降解栽培袋及其制备方法。
背景技术
我国是农业大国，在农作物栽培过程中，为了提高农作物的成活率，常常采用栽培袋栽 培幼株的做法，以防止幼株受到自然环境的影响在花卉栽培、经济作物培育等方面具有广泛 应用。但是幼株移栽时，却需要消耗大量人力将幼株从栽培袋中移入土壤中，而且使用过的 栽培袋不易降解，容易造成环境污染。数据表明，聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯等塑料的分解 至少要300年以上，人们看到越来越多的塑料垃圾等严重地危害生态环境。
80年代末，美、欧、日等国家开始发展淀粉塑料制品，进入90年代，发展更为迅速。我国科学家多年来也在大力从事降解塑料，并在降解塑料的降解机理和控制研究方面做出了 突出贡献。淀粉塑料是利用化学反应对淀粉进行化学改性，减少淀粉的羟基、改变其原有的 结构，从而改变淀粉相应的性能，把原淀粉变成热塑性淀粉后得到的具有类似塑料特性的新 型可降解材料，具有优异的可降解性和阻燃性；但由于淀粉中葡萄糖分子之间的键能小，是 淀粉塑料材料存在力学性能差、耐水性差等诸多缺陷，因此，对淀粉塑料的改性处理是研究 的重要方向。
现有技术中专利号ZL01138290.2、发明名称为一种淀粉基生物全降解材料及其制备方法 的专利，其中弹性和柔韧性好，但韧性不够；目前有的淀粉塑料虽然刚性和韧性好，但是其 它性能又不能满足要求。因此，研制一种具有弹性、柔韧性好、韧性好且可快速降解的栽培 袋具有重要意义。
发明内容
本发明的发明目的在于提供一种可降解的栽培袋，本发明的栽培袋具有弹性、柔韧性好、 韧性好且可快速降解，适用于农作物、花卉等培育过程，保护环境，节约人力成本，可行性 高。
为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种可降解栽培袋，其原料按照重量份数计包括：改性植物淀粉60-80份、玉米芯糊化 料10-15份、麦麸粉2-5份、木粉2-5份、增塑剂5-10份、添加剂4-8份；所述增塑剂的原料按照重量百分比计包括：聚乙烯醇65-75％、甘油10-15％、水10-20％；所述添加剂的原料按照重量百分比计包括：乙二醛50-60％、辛烯基琥珀酸酐25-35％、聚乙二醇8-15％、羧基丁腈胶乳5-15％。
在本发明中，进一步的，所述改性植物淀粉的原料为玉米淀粉、小麦淀粉、马铃薯淀粉、 木薯淀粉中的一种或者多种。
在本发明中，进一步的，所述改性植物淀粉植的制备方法为：将所选取的淀粉均匀混合， 添加所述淀粉混合料重量百分比10-15％的水，搅拌均匀后，添加所述淀粉混合料重量百分比 10-20％的改性剂，混合均匀，加热至60-80℃，待其成糊状，冷却至室温，即得。
在本发明中，进一步的，所述改性剂按照重量百分比包括纳米SiO230-50％、虫胶20-35％、 树胶15-25％、蜂胶10-30％。
在本发明中，进一步的，所述玉米芯糊化料的制备方法为：将玉米芯烘干至水分低于5％， 粉碎，过200目筛，所得粉末加入适量水，搅拌均匀后，加热至40-60℃，待其成糊状，冷却 至室温，即得。
在本发明中，进一步的，所述一种可降解栽培袋的制备方法，包括如下步骤：将所述所 得的改性植物淀粉和玉米芯糊化料混合均匀，升温至60-80℃，加入聚乙烯醇、甘油和水，然 后升温至120-130℃并保温10-30分钟；依次加入其他各组分，混合均匀后，升温至140-160 ℃，含水量控制在5-10％之间，经过双螺杆挤出机造粒，吹膜，制袋，冷却后得到所述栽培 袋。
由于我国农作物栽培技术的不断进步，一种可完全降解并且可控降解时间的栽培袋具有 重要作用，而改性淀粉塑料也得到了国家的大力支持。
本发明的改性剂包括纳米SiO2、虫胶、树胶、蜂胶。其中纳米SiO2尺寸范围在1～100nm， 具有对抗紫外线的光学性能，能提高其他材料抗老化、强度和耐化学性能。虫胶，是紫胶虫 吸取寄主树树液后分泌出的紫色天然树脂，粘着力强，光泽好，对紫外线稳定，电绝缘性能 良好，兼有热塑性和热固性，能溶于醇和碱，耐油、耐酸，对人无毒、无刺激。树胶，人工 采集杨树芽，经过蒸煮、碾压、提出等一系列提取工艺，制成的胶状物质，常用作凝固剂、胶粘剂、润滑剂或成膜物质。蜂胶，是一种具有芳香气味的胶状固体物，其具有很高营养，同时也对致病细菌、病毒、原虫等，有抑制或杀灭作用。
本发明中改性植物淀粉利用本发明的改性剂进行改型后，在纳米SiO2和虫胶的作用下有 一定的抗紫外线能力，能够提高栽培袋的抗老化能力；而虫胶本身粘着力强的特点与淀粉混 合，相互促进增加粘合性，能够提高栽培袋的力学性能；纳米SiO2添加到淀粉塑料中栽培袋 的吸水率大大降低；树胶和蜂胶的添加在协调、润滑和耐水性方面对栽培袋的性能有较大促 进作用。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
(1)本发明的栽培袋主要成分为改性植物淀粉，该淀粉原料经过本发明的改性剂改型后， 既具有了纳米SiO2和虫胶的抗紫外线能力，虫胶的粘着力强的特点，又在树胶、蜂胶的协调 作用下，本发明的改性植物淀粉具有润滑和耐水性方面的作用，使得利用所述改性植物淀粉 制备的栽培袋在抗老化性、粘连性和耐水性方面得到了较大改进。
(2)本发明的栽培袋中添加了玉米芯糊化料、麦麸粉、木粉，三者纤维素含量较高，兼 具有组织均匀性、韧性、耐磨性，与改性的改性植物淀粉合用，相互包容性好，能够提高栽 培袋的机械性能，同时本发明的栽培袋的透光率也较好。
(3)本发明的栽培袋中添加的增塑剂和添加剂，所述增塑剂包括：聚乙烯醇、甘油、水； 三者配伍使用可增加本发明栽培袋的可塑性和柔软性，降低脆性，使塑料易于加工成型；所 述添加剂包括：乙二醛、辛烯基琥珀酸酐、聚乙二醇、羧基丁腈胶乳；其中乙二醛作为交联 剂可以增强薄膜的力学性能；聚乙二醇的薄膜防水性能稍微改善；辛烯基琥珀酸酐具有连接 骨架作用；羧基丁腈胶乳阴离子型高分子聚合物乳液，四者复合使用，兼容性好并相互促进 大大提高了栽培袋的机械性能，分布较均匀，具有较好的可塑性和柔软性。
(4)本发明的栽培袋制备过程简单，并具有弹性、柔韧性好、韧性好且可快速降解，有 效的方便了农作物、花卉等培育过程，对环境污染小，可行性高。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合实 施例，进一步阐述本发明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不 用于限定本发明。
本发明所用的原料均可从市面上购买。
实施例1
(1)原料：玉米淀粉60kg、改性剂6kg、玉米芯糊化料10kg、麦麸粉2kg、木粉2kg、 增塑剂5kg、添加剂4kg；
其中所述改性剂包括纳米SiO23.0kg、虫胶1.4kg、树胶1kg、蜂胶0.6kg；
其中所述增塑剂包括聚乙烯醇3.5kg、甘油0.5kg、水1.0kg；
其中所述添加剂包括乙二醛2.2kg、辛烯基琥珀酸酐1.0kg、聚乙二醇0.4kg、羧基丁腈 胶乳0.4kg。
(2)制备过程：1)制备改性玉米淀粉：在60kg玉米淀粉中添加6kg水，搅拌均匀后，添加纳米SiO23.0kg、虫胶1.4kg、树胶1kg、蜂胶0.6kg，混合均匀，加热至60℃，待其成糊状，冷却至室温，即得；
2)制备玉米芯糊化料：将玉米芯烘干至水分低于5％，粉碎，过200目筛，所得粉末加 入1kg水，搅拌均匀后，加热至40℃，待其成糊状，冷却至室温，即得；
3)制备栽培袋：将1)和2)中所得物按重量份数混合均匀，升温至60℃，加入聚乙烯醇3.5kg、甘油0.5kg、水1.0kg，然后升温至120℃并保温10分钟；依次加入其他各组分， 混合均匀后，升温至140℃，含水量控制在5％，经过双螺杆挤出机造粒，吹膜，制袋，冷却 后得到所述栽培袋。
实施例2
(1)原料：玉米淀粉40kg、马铃薯淀粉25kg、改性剂9kg、玉米芯糊化料12kg、麦麸粉3kg、木粉3kg、增塑剂6kg、添加剂5kg；
其中所述改性剂包括纳米SiO24.5kg、虫胶2.0kg、树胶1.5kg、蜂胶1.0kg；
其中所述增塑剂包括聚乙烯醇4.2kg、甘油0.8kg、水1.0kg；
其中所述添加剂包括乙二醛2.5kg、辛烯基琥珀酸酐1.5kg、聚乙二醇0.5kg、羧基丁腈胶 乳0.5kg。
(2)制备过程：1)制备改性淀粉：在40kg玉米淀粉、25kg马铃薯淀粉中添加7.5kg水， 搅拌均匀后，添加纳米SiO24.5kg、虫胶2.0kg、树胶1.5kg、蜂胶1.0kg，混合均匀，加热至 65℃，待其成糊状，冷却至室温，即得；
2)制备玉米芯糊化料：将玉米芯烘干至水分低于5％，粉碎，过200目筛，所得粉末加 入1.5kg水，搅拌均匀后，加热至45℃，待其成糊状，冷却至室温，即得；
3)制备栽培袋：将1)和2)中所得物按重量份数混合均匀，升温至65℃，加入聚乙烯醇4.2kg、甘油0.8kg、水1.0kg，然后升温至120℃并保温15分钟；依次加入其他各组分， 混合均匀后，升温至140℃，含水量控制在6％，经过双螺杆挤出机造粒，吹膜，制袋，冷却 后得到所述栽培袋。
实施例3
(1)原料：玉米淀粉30kg、小麦淀粉20kg、马铃薯淀粉20kg、改性剂10kg、玉米芯糊化料14kg、麦麸粉4kg、木粉4kg、增塑剂8kg、添加剂6kg；
其中所述改性剂包括纳米SiO24.0kg、虫胶3.0kg、树胶1.5kg、蜂胶1.5kg；
其中所述增塑剂包括聚乙烯醇5.5kg、甘油1.0kg、水1.5kg；
其中所述添加剂包括乙二醛3.5kg、辛烯基琥珀酸酐1.5kg、聚乙二醇0.5kg、羧基丁腈胶 乳0.5kg。
(2)制备过程：1)制备改性淀粉：在30kg玉米淀粉、20kg小麦淀粉、20kg马铃薯淀粉中添加10kg水，搅拌均匀后，添加纳米SiO24.0kg、虫胶3.0kg、树胶1.5kg、蜂胶1.5kg， 混合均匀，加热至70℃，待其成糊状，冷却至室温，即得；
2)制备玉米芯糊化料：将玉米芯烘干至水分低于5％，粉碎，过200目筛，所得粉末加 入1.5kg水，搅拌均匀后，加热至50℃，待其成糊状，冷却至室温，即得；
3)制备栽培袋：将1)和2)中所得物按重量份数混合均匀，升温至70℃，加入聚乙烯醇5.5kg、甘油1.0kg、水1.5kg，然后升温至125℃并保温25分钟；依次加入其他各组分， 混合均匀后，升温至150℃，含水量控制在8％，经过双螺杆挤出机造粒，吹膜，制袋，冷却 后得到所述栽培袋。
实施例4
(1)原料：玉米淀粉40kg、小麦淀粉20kg、马铃薯淀粉10kg、木薯淀粉10kg、改性剂16kg、玉米芯糊化料15kg、麦麸粉5kg、木粉5kg、增塑剂10kg、添加剂8kg；
其中所述改性剂包括纳米SiO26.0kg、虫胶4.0kg、树胶3.0kg、蜂胶3.0kg；
其中所述增塑剂包括聚乙烯醇7.0kg、甘油1.5kg、水1.5kg；
其中所述添加剂包括乙二醛4.0kg、辛烯基琥珀酸酐2.0kg、聚乙二醇1.0kg、羧基丁腈胶 乳1.0kg。
(2)制备过程：1)制备改性淀粉：在40kg玉米淀粉、20kg小麦淀粉、10kg马铃薯淀粉、10kg木薯淀粉中添加12kg水，搅拌均匀后，添加纳米SiO26.0kg、虫胶4.0kg、树胶3.0kg、蜂胶3.0kg，混合均匀，加热至80℃，待其成糊状，冷却至室温，即得；
2)制备玉米芯糊化料：将玉米芯烘干至水分低于5％，粉碎，过200目筛，所得粉末加 入2.0kg水，搅拌均匀后，加热至60℃，待其成糊状，冷却至室温，即得；
3)制备栽培袋：将1)和2)中所得物按重量份数混合均匀，升温至80℃，加入聚乙烯醇7.0kg、甘油1.5kg、水1.5kg，然后升温至130℃并保温30分钟；依次加入其他各组分， 混合均匀后，升温至160℃，含水量控制在10％，经过双螺杆挤出机造粒，吹膜，制袋，冷 却后得到所述栽培袋。
对比例1：一种栽培袋中，其改性剂中仅含有纳米SiO24.0kg；其他原料和制备方法与实 施例3相同。
对比例2：一种栽培袋中，其改性剂中仅含有虫胶3.0kg；其他原料和制备方法与实施例3相同。
对比例3：一种栽培袋中，其改性剂中含有树胶3.0kg和蜂胶3.0kg；其他原料和制备方 法与实施例3相同。
对比例4：一种栽培袋中，其改性剂中含有纳米SiO24.0kg和虫胶3.0kg；其他原料和制 备方法与实施例3相同。
对比例5：一种栽培袋中，其改性剂中含有纳米SiO24.0kg、树胶3.0kg和蜂胶3.0kg；其 他原料和制备方法与实施例3相同。
对比例6：一种栽培袋中，其改性剂中含有纳米虫胶3.0kg、树胶3.0kg和蜂胶3.0kg；其 他原料和制备方法与实施例3相同。
对比例7：一种栽培袋中，淀粉不经过本发明改性剂改性过程；其他原料和制备方法与 实施例3相同。
下面通过实验证明本发明的栽培袋的机械性能：
试验1：采用本发明实施例1-4、对比例7制备的栽培袋及普通PE塑料进行性能测试实 验记录实验结果，记录数据如表1所示：
表1
注：①上述实验数据重复检验5次；
②ab小写字母表示5％显著性差异。
由上述实验数据分析可知，实施例采用本发明技术方案制得的栽培袋增强复合材料的冲 击强度、拉伸强度、断裂伸长率，吸水性也显著降低；而对比例1制备方法中采用的淀粉为 进行改性处理，致使淀粉与纤维等原料间相容性降低，该栽培袋的性能明显较差降低；实施 例的栽培袋在于普通PE塑料相比，在冲击强度、拉伸强度方面，接近了普通PE塑料的性能。
试验2：根据热氧老化试验标准GB/T7141-2008对本发明实施例3、对比例1-7进行加速 老化对比试验(90℃，500h)，并分别测定该塑料人工加速老化前后的拉伸强度、冲击强度， 记录实验数据如表2所示：
表2
序号 拉伸强度保持率/％ 冲击强度保持率/％
实施例3 83.2a 75.8a
对比例1 24.1b 22.5b
对比例2 26.1b 28.3b
对比例3 19.2b 17.5b
对比例4 60.3b 58.7b
对比例5 45.3b 40.9b
对比例6 34.2b 35.5b
对比例7 12.2a 10.1a
注：①拉伸强度保持率＝(人工加速老化的拉伸强度-人工加速老化前的拉伸强度)÷人 工加速老化前的拉伸强度×100％；
冲击强度保持率＝(人工加速老化的冲击强度-人工加速老化前的冲击强度)÷人工加速 老化前的冲击强度×100％；
②ab小写字母表示5％显著性差异。
由上述实验数据分析可知，实施例采用本发明实施例3、对比例1-7制得的栽培袋在进行 人工加速老化实验后，本发明实施例3在实验前后的拉伸强度、冲击强度均有较好的保持状 态；而对比例1-7，在改性剂中单独添加纳米SiO24.0kg或虫胶3.0kg或树胶1.5kg和蜂胶1.5kg 均不能保持较好的拉伸强度、冲击强度；而当纳米SiO24.0kg或虫胶3.0kg或树胶1.5kg和蜂 胶1.5kg两两组合时，拉伸强度、冲击强度均得到了一定提高；只有纳米SiO24.0kg、虫胶3.0kg、 树胶1.5kg和蜂胶1.5kg共同作用时，达到较好的拉伸强度、冲击强度保持；因此本发明中， 改性植物淀粉利用本发明的改性剂进行改型后而制备的栽培袋在抗老化性及老化后的保持状 态得到了较大改进。
试验3：通过土埋法考察采用本发明实施例1-4、对比例7制备的栽培袋及普通PE塑料 的降解情况，每个试验样品截取面积为20×20cm2，平行5份，埋于普通田土地表10-15cm深 处(田土地表在pH6.5-7.2；含水量60-70％之间)，通过观察1周、2周、4周、12周这四点时间点试验样品的降解情况，记录数据如表3所示：
表3
/ 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 对比例7 普通PE塑料
初始重量/g 1.5245b 1.5222b 1.5249b 1.5236b 1.4932a 1.2334a
1周时重量/g 1.4046b 1.4022b 1.4001b 1.4024b 1.4046a 1.2321a
2周时重量/g 1.2952b 1.2931b 1.2915b 1.2922b 1.3096a 1.2302a
4周时重量/g 1.1891b 1.1893b 1.1880b 1.1842b 1.1915a 1.2298a
12周时重量/g 0.0725b 0.0701b 0.0692b 0.0709b 0.0.739a 1.2275a
注：①所采集实验数据为5次平行实验的平均值；
②ab小写字母表示5％显著性差异。
有上表可知：本实施例、对比例制备的栽培袋在前4周时能保持较好的性能，降解较为 缓慢，第4周分别降解了22.0％、21.9％、22.1％、22.3％和20.2％，外观上表现为出现直径在 0.5cm左右的小洞平均为6个；而在第12周时几乎降解95％以上；而普通PE塑料在第12个 月仅仅降解了4.8％；因此，本发明的栽培袋在普通田土间可较快速降解，并不产生对环境有 害的残留物质，环境友好，可行性高。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征 或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (6)

1.一种可降解栽培袋，其特征在于，其原料按照重量份数计包括：改性植物淀粉60-80份、玉米芯糊化料10-15份、麦麸粉2-5份、木粉2-5份、增塑剂5-10份、添加剂4-8份；
所述增塑剂的原料按照重量百分比计包括：聚乙烯醇65-75％、甘油10-15％、水10-20％；
所述添加剂的原料按照重量百分比计包括：乙二醛50-60％、辛烯基琥珀酸酐25-35％、聚乙二醇8-15％、羧基丁腈胶乳5-15％。
2.根据权利要求1所述的一种可降解栽培袋，其特征在于，所述改性植物淀粉的原料为玉米淀粉、小麦淀粉、马铃薯淀粉、木薯淀粉中的一种或者多种。
3.根据权利要求1所述的一种可降解栽培袋，其特征在于，所述改性植物淀粉植的制备方法为：将所选取的淀粉均匀混合，添加所述淀粉混合料重量百分比10-15％的水，搅拌均匀后，添加所述淀粉混合料重量百分比10-20％的改性剂，混合均匀，加热至60-80℃，待其成糊状，冷却至室温，即得。
4.根据权利要求3所述的一种可降解栽培袋，其特征在于，所述改性剂按照重量百分比包括纳米SiO230-50％、虫胶20-35％、树胶15-25％、蜂胶10-30％。
5.根据权利要求1所述的一种可降解栽培袋，其特征在于，所述玉米芯糊化料的制备方法为：将玉米芯烘干至水分低于5％，粉碎，过200目筛，所得粉末加入适量水，搅拌均匀后，加热至40-60℃，待其成糊状，冷却至室温，即得。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种可降解栽培袋的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将所述所得的改性植物淀粉和玉米芯糊化料混合均匀，升温至60-80℃，加入聚乙烯醇、甘油和水，然后升温至120-130℃并保温10-30分钟；依次加入其他各组分，混合均匀后，升温至140-160℃，含水量控制在5-10％之间，经过双螺杆挤出机造粒，吹膜，制袋，冷却后得到所述栽培袋。
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