CN107868420A

CN107868420A - 一种全生物降解花生地膜专用料及其制备方法

Info

Publication number: CN107868420A
Application number: CN201711256559.0A
Authority: CN
Inventors: 付宇经; 宣兆志; 阎宝林; 李开磊; 张鑫科
Original assignee: Shandong Tianye Biodegradation New Material Technology Co Ltd
Current assignee: Shandong Tianye Biodegradation New Material Technology Co Ltd
Priority date: 2017-12-03
Filing date: 2017-12-03
Publication date: 2018-04-03

Abstract

一种全生物降解花生地膜专用料，其特征在于以重量份数计，由以下成分制成：PLA 100份；PBAT 70‑90份；成核剂0.5‑1.0份；复合抗水解剂 5‑10份；复合抗紫外线剂 0.5‑1.5份；分子量调节剂 3‑6份；复合柔性改性剂25‑35份。本发明专用料生产的地膜具有优良的抗水解性能，优良的耐光老化性能，柔韧性能好，地膜开口性好（节省铺设地膜时间），透光度高；该专用料在堆肥条件下能够完全生物降解成二氧化碳和水，不会对土壤和环境造成污染，适合用作花生地膜。

Description

一种全生物降解花生地膜专用料及其制备方法

技术领域

本发明属地面覆盖薄膜技术领域，确切地说，涉及一种全生物降解花生地膜专用料及其制备方法。

背景技术

目前，地膜已经广泛应用于各国农业领域，并且以其独有的保温、保湿、保墒、增肥、增产等作用，备受重视。在我国每年地膜的使用量超过 100 万吨，而这些地膜的材质基本都是 PE 等传统石油基材料，这些材料在使用废弃后会遗留在土壤中，造成严重的白色污染。花生种植在我国极为普遍，具有较大的发展前景。生物聚酯材料如聚甲基乙撑碳酸脂（PPC）、聚乳酸（PLA）、聚对苯二甲酸丁二醇酯-已二酸丁二醇酯（PBAT）作为新型的生物降解材料，是由再生的植物资源原料制成。其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，是世界公认的环境友好材料。采用可完全生物降解高分子树脂制备的生物降解地膜是解决农田“白色污染”问题的有效途径，具有广阔的市场前景。在全生物降解方面，已经申请了不少专利，如申请号为201610985359.8的中国专利一种生物降解除草地膜在马铃薯栽培中的应用，生物降解树脂聚乳酸(PLA)和聚(己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯)(PBAT) 70～97％生，物降解除草剂母粒3～30％，经挤出造粒而制得。有效防治畦面杂草滋生及解决普通塑料带来的环境污染问题，且节省人力劳动力成本。中国专利CN103709695B一种 PLA 改性材料及其制备方法和 PLA 生物降解地膜，其组成为PLA 58-80 重量 %，PBAT 15-40 重量 %，改性滑石粉 0.1-5 重量 %，抗氧剂 0.1-2 重量%，紫外吸收剂0.1-1重量%，光稳定剂0.1-2重量 %，开口剂 0.1-2 重量 %，扩链剂 0.1-1 重量 %，引发剂 0.0005-0.05 重量 %。该专利生产的地膜具有较高的强度和伸长率。经专利分析发现，专用于花生覆盖的降解地膜很少，花生降解地膜需要满足以下特点：（1）由于地膜需要经过夏天高温紫外照射，因而需要添加特殊紫外线和光稳剂；（2）夏天雨水较多，而生物降解材料极易发生水解，单独一种抗水解剂很难满足要求。

针对上述技术特点和问题，本发明提供了一种全生物降解花生地膜专用料及其制备方法，本发明专用料生产的完全生物降解适用于花生覆盖用地膜，针对花生生长期特点，具有优良的抗水解性能和抗光老化性能，生产的地膜柔韧性能好、开口性好（节省铺设地膜时间）、透光度高，且具有完全生物降解性能。

发明内容

本发明目的是提供一种全生物降解花生地膜专用料及其制备方法，该降解专用料通过加入成核剂进一步提高材料的透明度，并增加了地膜的开口性能；分子量调节剂的使用能有效增加降解材料的分子量，提高材料的力学性能；复合柔性改性剂的加入改善了材料的柔软性和成膜性能；通过加入复合抗水解剂及复合抗紫外线剂提高了降解地膜的抗水解性能和耐光老化性能。本发明专用料生产的地膜具有优良的抗水解性能，优良的耐光老化性能，柔韧性能好，地膜开口性好（节省铺设地膜时间），透光度高。该专用料在堆肥条件下能够完全生物降解成二氧化碳和水，不会对土壤和环境造成污染。

一种全生物降解花生地膜专用料，以重量份数计，由以下成分制成：

PLA 100份；PBAT 70-90份；成核剂0.5-1.0份；复合抗水解剂 5-10份；复合抗紫外线剂0.5-1.5份；分子量调节剂 3-6份；复合柔性改性剂 25-35份。

其中所述PLA为聚乳酸，分子量8-15万。该树脂在堆肥条件下，180天相对生物分解率超过90%。

所述的PBAT为聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯，分子量为30000-50000，较低分子量的PBAT具有较好的加工流动性。

所述成核剂为二（对甲基苯亚甲基）山梨醇。

所述的复合抗水解剂为季戊四醇和氧化镁的混合物，其重量比例为1:(2-3)。

由于生物聚酯材料分子中含有羧基，季戊四醇能封闭聚酯材料的残余羧基，有效拟制聚酯材料因水解引起的力学性能下降，而氧化钙则进一步吸收材料中的水分。实验证明，两种抗水解剂合用，使得材料的抗水解性能大幅提高。

所述的复合抗紫外线剂为4，4-[ [（甲基苯胺基）亚甲基]胺]苯甲酸乙酯（Tinuvin10）和4.N-(2-乙氧基苯基)-N’-（4-乙基苯基）-乙二酰胺（紫外线吸收剂VSU），两者复合使用使材料耐光老化性能大大提高，其重量比例为1:(0.5-2)。

所述分子量调节剂为N，N-二羟基(二异丙基)苯胺(HPA)和1，4一丁二醇(BDO)的混合物，重量比为1:(0.5-2)。

所述的复合柔性改性剂为低分子量的聚己内酯与柠檬酸丁酯的混合物，其中聚己内酯平均分子量为1000-3000，聚己内酯与柠檬酸丁酯比例为1：1。该复合物作为PLA树脂的增塑增韧剂。

本发明一种全生物降解花生地膜专用料的制备方法如下：

（1）将PLA、PBAT放到80℃烘箱中烘干4小时，取出，备用；

（2）将PLA、PBAT、成核剂、复合抗水解剂、复合抗紫外线剂、分子量调节剂和柔性改性剂加入到混合机中高速搅拌，搅拌时间5分钟左右，放出物料；

（3）将混配好的物料在双螺杆挤出机中挤出造粒，双螺杆挤出机温度为150℃~170℃，喂料频率为20 Hz ~25Hz，主机转速为 100 r/min ~150r/min。即得全生物降解花生地膜专用料。

将以上专用料在170-195℃条件下吹膜，膜厚为大于6μm。

本发明的有益效果如下：

通过加入成核剂进一步提高材料的透明度，并增加了地膜的开口性能；分子量调节剂的使用能有效增加降解材料的分子量，提高材料的力学性能；复合柔性改性剂的加入改善了材料的柔软性和成膜性能；通过加入复合抗水解剂及复合抗紫外线剂提高了降解地膜的抗水解性能和耐光老化性能；

本发明专用料生产的地膜具有优良的抗水解性能，优良的耐光老化性能，柔韧性能好，地膜开口性好（节省铺设地膜时间），透光度高；该专用料在堆肥条件下能够完全生物降解成二氧化碳和水，不会对土壤和环境造成污染，本发明所用材料易得，选择的生产工艺技术简单成熟，具有实用性和可操作性，适合用作花生地膜。

具体实施方式

下表为实施例和比较例，所述成核剂为二（对甲基苯亚甲基）山梨醇；其中所述PLA分子量10万；所述的PBAT为聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯，分子量为40000，聚己内酯，平均分子量为2000。

实施例和比较例的区别在于，比较例1在实施例6的基础上去掉了紫外线剂VSU，Tinuvin10的用量为VSU和Tinuvin10的总用量，其他与实施例6相同；比较例2没有使用氧化钙，季戊四醇用量为8份，其他与实施例6相同；比较例3在实施例6的基础上将季戊四醇和氧化钙的用量做了对换，其他与实施例6相同；比较例4没有添加复合柔性改性剂，而是全部采用柠檬酸丁酯作为增韧剂，其余与实施例6相同。

表1实施例和比较例配比，kg

。

实施例和比较例的性能测试结果见表2。

表2实施例和比较例的性能测试结果

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所述薄膜透光率测试依据GB/T2410-2008标准测试，薄膜厚度0.01mm，10层叠加。拉伸强度按照GB/T1040-2006测试，紫外光老化按照GB/T16422-2006标准测试。

从实施例和比较例测试结果可看出，本发明实施例无论是保存的时间还是各种性能均优于比较例。

本发明实施例、对比例用于覆盖花生的试验地概况如下：

试验地点：位于山东市淄博市临淄区，土层厚度1.0 m左右，土壤类型为棕壤，土壤质地为砂壤土，前茬作物为红薯，常年产量水平约为37500 kg／hm²。

试验设计:设置田间小区试验，小区面积100 m²，设11个处理，分别为实施例1-6、对比例1-4和普通PE膜的对照组，每处理设3次重复，小区间采取随机区组排列。

供试品种为当地主栽出口大花生品种花育25号，种植方式采取起垄穴播，垄距85cm，穴距17.5cm．双行点播，每穴2粒，每小区230穴；起垄前结合整地亩施N-P-K(15-15-15)三元复合肥40 kg和有机肥(腐熟鸡粪)2 000 kg，播种日期为2016年4月29日，播后喷洒除草剂并覆膜，各处理全生育期田间管理同大田。

试验调查统计：每处理播后调查田间出苗率，各处理分期收获，收获时每小区连续取10株，考察单株分枝数、侧枝长、果针数、总果数、饱果数、烂果数、小区产量。

不同地膜降解情况表3

表3不同地膜降解情况表，降解率%

。

在6月12日之前，降解膜降解速度较缓慢，这与普通地膜一样，对土壤能起到的增温保墒的作用，有利于花生苗期发育；在6月上旬时实施例降解膜，能达到10％左右，此时花生迎来盛花期，既有利于花生的果针人土又能使土壤接纳更多的雨水，改善土壤墒情，在7月中旬到8月中旬，降解率维持在30％～35％，此时是花生的荚果发育期，一定程度的裸露土壤，能够改善土壤的通风透气条件，有利于花生荚果的发育；收获时，降解率达到80％以上，有利于田问操作和花生的收获。

而比较例1-4的降解过早，在6月12日之前，雨水不足，容易受到干旱的影响，影响到产量。

不同处理花生产量考查见表4。

表4不同处理花生产量考查

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以上内容描述了本发明的基本原理和主要特征，本发明不受上述实施例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims

1.一种全生物降解花生地膜专用料，其特征在于以重量份数计，由以下成分制成：PLA100份；PBAT 70-90份；成核剂0.5-1.0份；复合抗水解剂 5-10份；复合抗紫外线剂 0.5-1.5份；分子量调节剂 3-6份；复合柔性改性剂25-35份，其中所述的复合柔性改性剂为低分子量的聚己内酯与柠檬酸丁酯的混合物，其中聚己内酯平均分子量为1000-3000，聚己内酯与柠檬酸丁酯比例为1：1。

2.根据权利要求1所述的全生物降解花生地膜专用料，其特征在于所述PLA为聚乳酸，分子量8-15万。

3.根据权利要求1所述的全生物降解花生地膜专用料，其特征在于所述的PBAT为聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯，分子量为30000-50000。

4.根据权利要求1所述的全生物降解花生地膜专用料，其特征在于所述的成核剂为二（对甲基苯亚甲基）山梨醇。

5.根据权利要求1所述的全生物降解花生地膜专用料，其特征在于所述的复合抗水解剂为季戊四醇和氧化钙的混合物，重量比为1:(2-3)。

6.根据权利要求1所述的全生物降解花生地膜专用料，其特征在于所述的复合抗紫外线剂为4，4-[ [（甲基苯胺基）亚甲基]胺]苯甲酸乙酯和4.N-(2-乙氧基苯基)-N’-（4-乙基苯基）-乙二酰胺，重量比为1:(0.5-2)。

7.根据权利要求1所述的全生物降解花生地膜专用料，其特征在于所述的分子量调节剂为N，N-二羟基(二异丙基)苯胺和1，4一丁二醇的混合物，重量比为1:(0.5-2)。

8.根据权利要求1所述全生物降解花生地膜专用料的制备方法，其特征在于依次包括如下步骤：

（1）将PLA、PBAT放到80℃烘箱中烘干4小时，取出，备用；

（2）将PLA、PBAT、成核剂、复合抗水解剂、复合抗紫外线剂、分子量调节剂和复合柔性改性剂加入到混合机中高速搅拌，搅拌时间5-10分钟，放出物料；

（3）将混配好的物料在双螺杆挤出机中挤出造粒，双螺杆挤出机温度为150~170℃，喂料频率为20~25Hz，主机转速为 100~150r/min，即得全生物降解花生地膜专用料。