CN108684401A - 可降解农用地膜及其制备方法 - Google Patents

可降解农用地膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种可降解农用地膜及其制备方法，涉及生物降解材料技术领域。本发明可降解农用地膜主要由羊毛纤维、聚乳酸以及任选加入的可降解功能性辅料充分混合后，经气流成网制得。本发明创造性的将羊毛纤维与聚乳酸两种原料结合到一起来进行农用地膜的制备，利用羊毛纤维柔韧性好、拉伸强度高的特点有效缓解了现有聚乳酸地膜产品柔韧性较差，质地较脆的缺点，制备得到的农用地膜不但具有良好的光泽度和透明度，还具有柔韧性好，强度高的特点；同时，本发明使用的羊毛纤维和聚乳酸均为完全可降解物，降解后不会有任何残留；此外，本发明可降解农用地膜经气流成网制得，该一次成型的结构也提高了本发明农用地膜保温保墒的效果。

Description

可降解农用地膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及生物降解材料技术领域，尤其是涉及一种可降解农用地膜及其制备方法。
背景技术
农用地膜，由于其具有气密性强，覆盖后能显著地减少土壤水分蒸发，使土壤湿度稳定，并能长期保持湿润的特点，被广泛应用于农业生产之中。地膜覆盖后可提高土壤温度，保持土壤水分，维持土壤结构，防止害虫侵袭作物和某些微生物引起的病害，也可减少养分的淋溶、流失、挥发，提高养分的利用率等，促进植物生长。中国十几亿人的粮食蔬菜完全自行解决，而且还可以出口，地膜的功劳不可或缺。
目前，国内外所使用的大部分地膜都是不可降解的合成聚合物，如聚乙烯(PE)，聚氯乙烯(PVC)。用这些材料作为地膜给农业带来经济效益的同时，也对环境造成了污染。其危害主要是在土壤中不能降解，大量残留物导致土壤结构的破坏，给下一次的耕作播种带来巨大困难，一些农业生态专家指出，我国地膜的“白色污染”已经超过了农田生态环境所能承受的限度。近年来，各地大力推广普及测土配方施肥、高新节水等技术，但作物的增产效果基本被残膜抵消。如何应对这一“白色灾难”，需要从可回收或可降解地膜着手。然而由于投入严重不足，目前在我国还缺少有效的残膜回收机械，以及真正实用的可降解地膜产品，治理工作难见成效。
近年来，随着科技的进步，也出现了一些可降解的农用地膜，但这些地膜普遍是在树脂中加入光敏剂和促进剂而制成，实际上还是无法完全进行降解，存在降解不彻底的问题，特别是一些光降解地膜，其降解在土壤内部无法进行。因此，研究开发出一种由完全可降解物组成的，同时具有柔韧性好、强度高，光泽度和透明度较佳的优点的农用地膜，以满足现代农业的需要，变得十分必要和迫切。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种可降解农用地膜，所述可降解农用地膜主要由羊毛纤维、聚乳酸以及任选加入的可降解功能性辅料充分混合后，经气流成网制得，制备得到的农用地膜不但具有良好的光泽度和透明度，还具有柔韧性好，强度高的特点。
本发明的第二目的在于提供一种可降解农用地膜的制备方法，该方法制得的地膜不存在化工辅料添加的问题，同时，本发明可降解农用地膜一次成型的结构可以直接均衡地展开保墒、渐进改良土壤，随着羊毛纤维与聚乳酸的自然降解，降解产物还可以作为生态肥，为土壤提供营养。
本发明提供的一种可降解农用地膜，所述可降解农用地膜主要由羊毛纤维、聚乳酸以及任选加入的可降解功能性辅料充分混合后，经气流成网制得。
进一步的，按重量份数计，所述农用地膜包括以下组分：羊毛纤维60～90份、聚乳酸10～40份和可降解功能性辅料0～10份。
更进一步的，按重量份数计，所述农用地膜包括以下组分：羊毛纤维70～80份、聚乳酸20～30份和可降解功能性辅料0～5份；
优选的，按重量份数计，所述农用地膜包括以下组分：羊毛纤维80份、聚乳酸20份和可降解功能性辅料3份。
进一步的，所述羊毛纤维为废旧羊毛衣服依次经过切割、乳化、开松制得。
进一步的，所述可降解功能性辅料为土壤改良剂、发酵鸡粪、米糠以及颗粒控释肥中的一种或两种以上的组合。
更进一步的，所述土壤改良剂为泥炭土、蛭石、珍珠岩、风化煤和膨润土的一种或几种的混合。
更进一步的，所述颗粒控释肥为多元素复混肥；
优选的，所述多元素复混肥为氮磷钾三元复合肥。
本发明提供的一种可降解农用地膜的制备方法，所述方法包括以下步骤：
首先，将羊毛纤维和聚乳酸混合均匀，随后在气流成网机中成网，任选的在成网过程中通过撒粉装置将可降解功能性辅料填充于网中，然后对成网纤维进行热熔并压制，得到可降解农用地膜。
进一步的，所述对成网纤维进行热熔的热熔温度为170～195℃。
进一步的，所述对成网纤维进行压制的压力为100～500MPa。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的可降解农用地膜主要由羊毛纤维、聚乳酸以及任选加入的可降解功能性辅料充分混合后，经气流成网制得。本发明创造性的将羊毛纤维与聚乳酸两种原料结合到一起来进行农用地膜的制备，利用羊毛纤维柔韧性好、拉伸强度高的特点有效缓解了现有聚乳酸地膜产品柔韧性较差，质地较脆的缺点，制备得到的农用地膜不但具有良好的光泽度和透明度，还具有柔韧性好，强度高的特点；同时，本发明中的羊毛纤维和聚乳酸都是可完全降解物，降解后不会有任何残留；此外，本发明可降解农用地膜经气流成网制得，该一次成型的结构也提高了本发明农用地膜保温保墒的效果。
本发明提供的一种可降解农用地膜的制备方法，所述方法为将羊毛纤维和聚乳酸混合均匀，随后在气流成网机中成网，任选的在成网过程中通过撒粉装置将可降解功能性辅料填充于网中，然后对成网纤维进行热熔并压制，得到可降解农用地膜。由上述制备方法制得的地膜不存在化工辅料添加的问题，同时，本发明可降解农用地膜一次成型的结构可以直接均衡地展开保墒、渐进改良土壤，随着羊毛纤维与聚乳酸的自然降解，降解产物还可以作为生态肥，为土壤提供营养。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
根据本发明的一个方面，一种可降解农用地膜，所述可降解农用地膜主要由羊毛纤维、聚乳酸以及任选加入的可降解功能性辅料充分混合后，经气流成网制得，其中：
聚乳酸(PLA)作为一种新型的生物降解材料，是由再生的植物资源，如玉米淀粉等为原料制成。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。另外，聚乳酸还具有其他生物降解材料不具备的一些特性，如高强度、高透明度、耐候性好等特性，其制造的薄膜有着良好的光泽度和透明度。但是，由于聚乳酸成膜后的柔韧性较差，质地也较脆，因此，很难将其应用于农业地膜的制备。
羊毛纤维是一种无公害、可自然降解，绿色环保的纯天然产品，其制品具有柔韧性好、拉伸强度高的特点，同时羊毛纤维降解后可以转化为生态肥对土壤提供滋养。
本发明创造性的将羊毛纤维与聚乳酸两种原料结合到一起来进行农用地膜的制备，利用羊毛纤维柔韧性好、拉伸强度高的特点有效缓解了现有聚乳酸地膜产品柔韧性较差，质地较脆的缺点，制备得到的农用地膜不但具有良好的光泽度和透明度，还具有柔韧性好，强度高的特点；同时，本发明中的羊毛纤维和聚乳酸都是可完全降解物，降解后不会有任何残留；此外，本发明可降解农用地膜经气流成网制得，不存在分层隔断的问题，该一次成型的结构也提高了本发明农用地膜保温保墒的效果。
在本发明的一种优选实施方式中，按重量份数计，所述农用地膜包括以下组分：羊毛纤维60～90份、聚乳酸10～40份和可降解功能性辅料0～10份。
本发明中，上述羊毛纤维典型但非限制性的含量为：60份、70份、80份或90份。
本发明中，上述聚乳酸典型但非限制性的含量为：10份、20份、30份或40份。
本发明中，上述可降解功能性辅料典型但非限制性的含量为：0份、2份、4份、6份、8份或10份。
在上述优选实施方式中，按重量份数计，所述农用地膜包括以下组分：羊毛纤维70～80份、聚乳酸20～30份和可降解功能性辅料0～5份；
优选的，按重量份数计，所述农用地膜包括以下组分：羊毛纤维80份、聚乳酸20份和可降解功能性辅料3份。
本发明中，通过对各组分原料用量比例的进一步调整和优化，从而进一步优化了本发明可降解农用地膜的效果。
在本发明的一种优选实施方式中，所述羊毛纤维为废旧羊毛衣服依次经过切割、乳化、开松制得。
作为一种优选的实施方式，本发明羊毛纤维为废旧羊毛衣服依次经过切割、乳化、开松制得，实现了废物的循环利用，具有环保经济的优点。
在本发明的一种优选实施方式中，所述可降解功能性辅料为土壤改良剂、发酵鸡粪、米糠以及颗粒控释肥中的一种或两种以上的组合。
上述土壤改良剂作为可降解功能性辅料应用于本发明可降解农用地膜中，可以显著提高土壤中的有机质，腐殖酸及营养成份，进而有效的改善土壤的保墒保水性能，提高土壤肥力。
上述发酵鸡粪、米糠以及颗粒控释肥作为可降解功能性辅料应用于本发明可降解农用地膜中，在地膜降解的过程中作为肥料释放于土壤之中，为农作物提供营养。
在上述优选实施方式中，所述土壤改良剂为泥炭土、蛭石、珍珠岩、风化煤和膨润土的一种或几种的混合。其中：泥炭土具有质轻、持水、保肥、有利于微生物生长的优点，同时含有很高的有机质，腐殖酸及营养成份。可以有效的改善土壤的保墒保水性能，提高土壤肥力。
蛭石是一种黏土矿物，为层状结构的硅酸盐。一般由黑云母经热液溶变或风化形成，由于蛭石有离子交换的能力，它对土壤的营养有极大的作用。
珍珠岩、风化煤和膨润土具有调整土壤的pH值，土壤中的离子浓度，提高土壤生物活性的效果。
在上述优选实施方式中，所述颗粒控释肥为多元素复混肥；
优选的，所述多元素复混肥为氮磷钾三元复合肥。
更优选的，所述氮磷钾三元复合肥中氮、磷、钾元素各占复合肥质量百分数的15％。所述氮磷钾三元复合肥具有养分含量高、副成分少且物理性状好等优点，其中，氮磷钾三种微量元素分别占复合肥质量百分数的15％，对植物种子的萌发和生长有着十分重要的作用。
本发明提供的一种可降解农用地膜的制备方法，所述方法包括以下步骤：
首先，将羊毛纤维和聚乳酸混合均匀，随后在气流成网机中成网，任选的在成网过程中通过撒粉装置将可降解功能性辅料填充于网中，然后对成网纤维进行热熔并压制，得到可降解农用地膜。
本发明提供的一种可降解农用地膜的制备方法，所述方法为将羊毛纤维和聚乳酸混合均匀，随后在气流成网机中成网，任选的在成网过程中通过撒粉装置将可降解功能性辅料填充于网中，然后对成网纤维进行热熔并压制，得到可降解农用地膜。由上述制备方法制得的地膜不存在化工辅料添加的问题，同时，本发明可降解农用地膜一次成型的结构可以直接均衡地展开保墒、渐进改良土壤，随着羊毛纤维与聚乳酸的自然降解，降解产物还可以作为生态肥，为土壤提供营养。
在本发明的一种优选实施方式中，所述对成网纤维进行热熔的热熔温度为170～195℃。
本发明中，上述热熔温度典型但非限制性的含量为：170℃、175℃、180℃、185℃、190℃或195℃。
在本发明的一种优选实施方式中，所述对成网纤维进行压制的压力为100～500MPa。
本发明中，上述压制压力典型但非限制性的含量为：100MPa、200MPa、300MPa、400MPa或500MPa。
下面将结合实施例和对比例对本发明的技术方案进行进一步地说明。
实施例1
一种可降解农用地膜，按重量份数计，所述农用地膜包括以下组分：羊毛纤维60份和聚乳酸40份；
所述可降解农用地膜的制备方法包括以下步骤：首先将羊毛纤维和聚乳酸混合均匀，随后在气流成网机中成网，然后以170℃的温度对纤维网进行热熔，然后以100MPa的压力进行压制，得到可降解农用地膜。
实施例2
一种可降解农用地膜，按重量份数计，所述农用地膜包括以下组分：羊毛纤维90份、聚乳酸10份和可降解功能性辅料10份；
所述可降解功能性辅料为土壤改良剂；
所述可降解农用地膜的制备方法包括以下步骤：首先将羊毛纤维和聚乳酸混合均匀，随后在气流成网机中成网，在成网过程中通过撒粉装置将可降解功能性辅料填充于网中，然后以195℃的温度对纤维网进行热熔，然后以500MPa的压力进行压制，得到可降解农用地膜。
实施例3
一种可降解农用地膜，按重量份数计，所述农用地膜包括以下组分：羊毛纤维70份、聚乳酸20份和可降解功能性辅料2份；
所述可降解功能性辅料为发酵鸡粪；
所述可降解农用地膜的制备方法包括以下步骤：首先将羊毛纤维和聚乳酸混合均匀，随后在气流成网机中成网，在成网过程中通过撒粉装置将可降解功能性辅料填充于网中，然后以175℃的温度对纤维网进行热熔，然后以200MPa的压力进行压制，得到可降解农用地膜。
实施例4
一种可降解农用地膜，按重量份数计，所述农用地膜包括以下组分：羊毛纤维80份、聚乳酸30份和可降解功能性辅料8份；
所述可降解功能性辅料为米糠；
所述可降解农用地膜的制备方法包括以下步骤：首先将羊毛纤维和聚乳酸混合均匀，随后在气流成网机中成网，任选的在成网过程中通过撒粉装置将可降解功能性辅料填充于网中，然后以190℃的温度对纤维网进行热熔，然后以400MPa的压力进行压制，得到可降解农用地膜。
实施例5
一种可降解农用地膜，按重量份数计，所述农用地膜包括以下组分：羊毛纤维80份、聚乳酸20份和可降解功能性辅料3份；
所述可降解功能性辅料为氮磷钾三元复合肥；
所述可降解农用地膜的制备方法包括以下步骤：首先将羊毛纤维和聚乳酸混合均匀，随后在气流成网机中成网，在成网过程中通过撒粉装置将可降解功能性辅料填充于网中，然后以180℃的温度对纤维网进行热熔，然后以300MPa的压力进行压制，得到可降解农用地膜。
实施例6
一种可降解农用地膜，按重量份数计，所述农用地膜包括以下组分：羊毛纤维100份、聚乳酸10份和可降解功能性辅料3份；
所述可降解功能性辅料为氮磷钾三元复合肥；
本实施例可降解农用地膜制备方法同实施例5。
实施例7
一种可降解农用地膜，按重量份数计，所述农用地膜包括以下组分：羊毛纤维50份、聚乳酸50份和可降解功能性辅料3份；
所述可降解功能性辅料为氮磷钾三元复合肥；
本实施例可降解农用地膜制备方法同实施例5。
对比例1
一种可降解农用地膜，按重量份数计，所述农用地膜包括以下组分：聚乳酸100份和可降解功能性辅料3份；
所述可降解功能性辅料为氮磷钾三元复合肥；
本实施例可降解农用地膜制备方法同实施例5。
实验例1
为表明本发明农用地膜具有柔韧性好、强度高以及光泽度和透明度好的特点，现特将实施例1～7和对比例1制备得到的10μm厚的可降解农用地膜进行性能检测，其结果如下表所示：
由上述表格可知，本发明对比例1不包含羊毛纤维的可降解农用地膜，其纵向断裂强力为50牛(N)，纵向断裂伸长度为4％，横向断裂强力为12牛，横向断裂伸长度为4.2％；本发明实施例1～5提供的羊毛纤维60～90份、聚乳酸10～40份制备得到的可降解农用地膜，其纵向断裂强力为10～15牛，纵向断裂伸长度为30～35％，横向断裂强力为4～8牛，横向断裂伸长度为35～46％。而实施例6和实施例7不在上述羊毛纤维60～90份、聚乳酸10～40份的重量份数范围内制备得到的可降解农用地膜其效果明显低于本发明实施例1～5。
综上所述，本发明创造性的将羊毛纤维与聚乳酸两种原料结合到一起来进行农用地膜的制备，利用羊毛纤维柔韧性好、拉伸强度高的特点有效缓解了现有聚乳酸地膜产品柔韧性较差，质地较脆的缺点，制备得到的农用地膜不但具有良好的光泽度和透明度，还具有柔韧性好，强度高的特点；同时，本发明中的羊毛纤维和聚乳酸都是可完全降解物，降解后不会有任何残留；此外，本发明可降解农用地膜经气流成网制得，不存在分层隔断的问题，该一次成型的结构也提高了本发明农用地膜保温保墒的效果。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种可降解农用地膜，其特征在于，所述可降解农用地膜主要由羊毛纤维、聚乳酸以及任选加入的可降解功能性辅料充分混合后，经气流成网制得。
2.根据权利要求1所述的可降解农用地膜，其特征在于，按重量份数计，所述农用地膜包括以下组分：羊毛纤维60～90份、聚乳酸10～40份和可降解功能性辅料0～10份。
3.根据权利要求2所述的可降解农用地膜，其特征在于，按重量份数计，所述农用地膜包括以下组分：羊毛纤维70～80份、聚乳酸20～30份和可降解功能性辅料0～5份；
优选的，按重量份数计，所述农用地膜包括以下组分：羊毛纤维80份、聚乳酸20份和可降解功能性辅料3份。
4.根据权利要求1～3任一项所述的可降解农用地膜，其特征在于，所述羊毛纤维为废旧羊毛衣服依次经过切割、乳化、开松制得。
5.根据权利要求1～3任一项所述的可降解农用地膜，其特征在于，所述可降解功能性辅料为土壤改良剂、发酵鸡粪、米糠以及颗粒控释肥中的一种或两种以上的组合。
6.根据权利要求5所述的可降解农用地膜，其特征在于，所述土壤改良剂为泥炭土、蛭石、珍珠岩、风化煤和膨润土的一种或几种的混合。
7.根据权利要求5所述的可降解农用地膜，其特征在于，所述颗粒控释肥为多元素复混肥；
优选的，所述多元素复混肥为氮磷钾三元复合肥。
8.一种根据权利要求1～7任一项所述的可降解农用地膜的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
首先，将羊毛纤维和聚乳酸混合均匀，随后在气流成网机中成网，任选的在成网过程中通过撒粉装置将可降解功能性辅料填充于网中，然后对成网纤维进行热熔并压制，得到可降解农用地膜。
9.根据权利要求8所述的可降解农用地膜的制备方法，其特征在于，所述对成网纤维进行热熔的热熔温度为170～195℃。
10.根据权利要求8所述的可降解农用地膜的制备方法，其特征在于，所述对成网纤维进行压制的压力为100～500MPa。
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