CN109206716B - 促进作物增产、可以控制降解速度的母料及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及可降解地膜领域，公开了一种促进作物增产、可以控制降解速度的母料，包括以下重量份数的组分组成：聚乙烯10‑200份，聚乙烯醇10‑200份，方解石0.001‑100份，稀土氧化物0.001‑100份，光敏剂0.001‑100份，偶联剂0.001‑100份，交联剂0.001‑100份，复合降解剂0.001‑50份。本发明还提供了上述母料的制造方法。本发明所述母料制得的地膜，通过调整各组分的配比，可以达到增产的目的，又可在15天到3年内降解，避免污染环境，影响土壤的可持续种植。
Description
技术领域
本发明涉及可降解材料领域，特别是指促进作物增产、可以控制降解速度的母料及其制造方法。
背景技术
塑料是一种合成的高分子材料，应用非常广泛。但是废弃塑料带来的“白色污染”也越来越严重。地膜是农业生产中常用的农用物资。铺设地膜可以有效减少土壤水分的蒸发，天旱保墒、雨后提墒，具有保持土壤湿度、提高土壤温度、抑制杂草生长的作用，能够有效提高植物种植的成活率和产量。目前生产上常用的地膜多为人工合成的塑料，在自然条件下难以自动降解，长期使用，残留的地膜废弃物会沉积在土壤种植层，使农作物的种子不能生根发芽，形成大量的白色污染，极大的破坏了土壤的种植环境。而塑料的焚烧过程中常常含有多种有毒有害的物质，造成空气污染。塑料制品在使用完毕后，如果不能及时分解，不仅会严重影响土壤的可持续利用，更是制约现代农业的可持续发展、制约现代工业和包装业的快速发展。因此研究开发安全可降解的地膜母料，具有极其重要的现实意义。
发明内容
本发明提出了一种增产、降解速度可控的地膜母料及其制造方法，即能够提高作物产量，又可以人为控制地膜的降解速度，降解后，不会对土壤造成二次污染，不会对环境造成不利影响。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种增产、降解速度可控的地膜母料，其特征在于，包括以下重量份数的组分组成：聚乙烯10-200份，聚乙烯醇10-200份，方解石0.001-100份，稀土氧化物0.001-100份，光敏剂0.001-100份，偶联剂0.001-100份，交联剂0.001-100份，复合降解剂0.001-50份。
进一步，所述的稀土氧化物的纯度达到90％以上，且所述稀土氧化物中的稀土元素为轻稀土。
进一步，所述的交联剂为酚醛树脂交联剂、不饱和树脂交联剂、聚氨酯用交联剂、环氧树脂交联剂和/或有机过氧化物交联剂。
其中，酚醛树脂交联剂可选择六亚甲基四胺。不饱和树脂交联剂可选择乙烯基单体及反应性稀释剂，例如二乙烯基苯类的物质。聚氨酯用交联剂可选择异氰酸酯、多元醇及胺类化合物等。环氧树脂交联剂可选择多元胺、酸酐及改性树脂等。有机过氧化物交联剂常用的有过氧化二异丙苯(DCP)，过氧化苯甲酰(BPO)等；所述的偶联剂为钛酸酯偶联剂和/或铝酸脂偶联剂。
钛酸酯偶联剂可以选择：异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯、异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯、植物酸型单烷氧基类钛酸酯、焦磷酸型单烷氧基类钛酸酯或者磷酸型单烷氧基类钛酸酯等等。而铝酸脂偶联剂可选择DL-452、DL-411-D或者DL-411-A型等铝酸脂偶联剂。
进一步，所述的光敏剂为碳基化合物和偶氮化合物。
进一步，所述的复合降解剂由以下组分组成：硬脂酸钙、硬脂酸钡、不饱和脂肪酸。
上述增产、降解速度可控的地膜母料的制备方法，包括以下步骤：
(1)先将偶联剂、方解石和聚乙烯，搅拌均匀，再加入交联剂、光敏剂、聚乙烯醇，加热搅拌至完全融化，后降温；
(2)加入稀土氧化物和复合降解剂，加热搅拌至物料反应完全，即得地膜母料。
进一步，所述步骤(1)中，加热至100-120℃，聚乙烯醇融化后，降温至20-80℃。
进一步，所述的步骤(2)中，加入轻稀土和复合降解剂剂后，加热至100-200℃，反应时间20-60min。
一种地膜，上述任一项中所述的母料制备而成。
本发明的有益效果：
本发明所述的母料，通过偶联剂和光敏剂、交联剂的相互作用，把方解石和聚乙烯进行交联，而复合降解剂可以使稀土氧化物与聚乙烯醇、聚乙烯混联时，使碳氢键长链的断裂缓慢发生，从而达到缓释降解的效果。复合降解剂中的不饱和脂肪酸，可以促进聚乙烯醇的生物降解功能，可以控制聚乙烯高分子裂变分解为小分子。而通过调节复合降解剂的添加比例，可以控制聚乙烯在15天到3年内降解，没有有害成分的残留，从而实现有效控制塑料产品降解速度，达到缓释的作用。本发明所述的母料可作为多种塑料制品的原料，例如农用薄膜等。采用本发明所述的母料制得的地膜，重金属含量低于国家标准，降解速度快，即使连续使用，不仅不会引起土壤中重金属含量增加，而且可以确保土壤可持续耕作。在同一块土地连续铺设使用3-5年之后，土壤中塑料残留并未增加，能最大限度的降低地膜使用对农田土壤环境种植的污染和破坏，实现耕地的可持续性。此外，塑料降解是发生在聚合物内部的化学反应，因此，母料及其制品的降解不受环境条件的限制。
聚乙烯，是塑料薄膜制品的基本树脂。
聚乙烯醇，具有生物相容性，可被细菌作为碳源和能源利用，在细菌和酶的作用下，辅助提高聚乙烯完全降解的比例。
交联剂可使线性分子之间产生化学键，形成网状结构，提高地膜的强度。
偶联剂分子结构中有亲无机物的基团和亲有机物的基团，易与无机物表面发生化学反应，又能与合成树脂聚乙烯发生化学反应，生成氢键溶于其中，提高复合材料之间的界面作用。尤其是铝酸脂偶联剂，可以提高无基填料的使用比例，降低生产成本。
复合降解剂，具有降解和缓释作用，破坏聚乙烯的长链分子结构，从而达到地膜降解的目的。由于添加比例而产生不同的降解效果，可以控制聚乙烯制品在15天到3年内降解。
轻稀土化合物本身可以增强光合作用对绿叶、根茎作物的光合氧化促进作用，可以提高植物的叶绿素含量，促进根系发育，增强根系对养分的吸收，促进种子萌发，具有增产的效果。
光敏剂可以把光能转移到对可见光不敏感的反应物上，使其提高或扩大其感光性能，在可见光下对聚乙烯的降解有辅助作用，而其本身不参与化学反应。
方解石的添加可以减少聚乙烯的使用量。聚乙烯每吨价格9500元，而方解石价格低廉每吨仅仅1000元。方解石的添加可以大大降低生产原料成本。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明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作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。
实施例1
一种促进作物增产、可以控制降解速度的母料，包括以下重量份数的组分：聚乙烯10份，聚乙烯醇10份，方解石0.001份，稀土氧化物0.001份，光敏剂0.001份，偶联剂0.00.1份，交联剂0.001份，复合降解剂0.001份。制备方法如下：
(1)先将偶联剂、方解石和聚乙烯，搅拌均匀，再加入交联剂、光敏剂、聚乙烯醇，加热至100-120℃搅拌至完全融化，后降温至20℃；
(2)加入稀土氧化物和复合降解剂，加热至100℃，搅拌、反应20-60min至物料反应完全，即得地膜母料。
制得的母料平均降解天数1103天。
实施例2
一种促进作物增产、可以控制降解速度的母料，包括以下重量份数的组分：聚乙烯100份，聚乙烯醇100份，2000目的方解石50份，稀土氧化物0.001份，光敏剂80份，偶联剂50份，交联剂0.001份，复合降解剂20份。
制备方法如下：
(1)先将偶联剂、方解石和聚乙烯，搅拌均匀，再加入交联剂、光敏剂、聚乙烯醇，加热至100-120℃搅拌至完全融化，后降温至50℃；
(2)加入稀土氧化物和复合降解剂，加热至100℃，搅拌、反应20-60min至物料反应完全，即得地膜母料。
制得的母料平均降解天数71天。
实施例3
一种促进作物增产、可以控制降解速度的母料，包括以下重量份数的组分：聚乙烯200份，聚乙烯醇200份，方解石100份，稀土氧化物100份，光敏剂100份，偶联剂100份，交联剂100份，复合降解剂50份。
制备方法如下：
(1)先将偶联剂、方解石和聚乙烯，搅拌均匀，再加入交联剂、光敏剂、聚乙烯醇，加热至100-120℃搅拌至完全融化，后降温至80℃；
(2)加入稀土氧化物和复合降解剂，加热至200℃，搅拌、反应20-60min至物料反应完全，即得母料。
制得的母料平均降解天数15天。
实施例4
一种促进作物增产、可以控制降解速度的母料，包括以下重量份数的组分：聚乙烯150份，聚乙烯醇30份，方解石80份，稀土氧化物70份，光敏剂100份，偶联剂20份，交联剂100份，复合降解剂5份。
制备方法如下：
(1)先将偶联剂、方解石和聚乙烯，搅拌均匀，再加入交联剂、光敏剂、聚乙烯醇，加热至100-120℃搅拌至完全融化，后降温至60℃；
(2)加入稀土氧化物和复合降解剂，加热至150℃，搅拌、反应20-60min至物料反应完全，即得母料。
制得的母料平均降解天数903天。
实施例5
一种促进作物增产、可以控制降解速度的母料，包括以下重量份数的组分：聚乙烯50份，聚乙烯醇80份，方解石10份，稀土氧化物80份，光敏剂30份，偶联剂20份，交联剂30份，复合降解剂15份。
制备方法如下：
(1)先将偶联剂、方解石和聚乙烯，搅拌均匀，再加入交联剂、光敏剂、聚乙烯醇，加热至100-120℃搅拌至完全融化，后降温至20-80℃；
(2)加入稀土氧化物和复合降解剂，加热至110℃，搅拌、反应20-60min至物料反应完全，即得母料。
制得的母料平均降解天数321天。
实施例6
一种地膜，采用上述实施例1-5中任一项制得的母料制备而成。
上述实施例中，光敏剂可选择碳基化合物或者偶氮化合物，或者二者合用，例如：安息香及醚类，偶氮二异丁氰等。
稀土氧化物可以选择组分里化合物精度达到90％的稀土氧化物，例如含有镧、铈、镨、钕、钷、钐和铕等元素的稀土氧化物。
复合降解剂主要包括以下物质：硬脂酸钙、硬脂酸钡、不饱和脂肪酸。各组分的比例并无特别的限定。
本发明所述的地膜经济效益比较：
将本发明所述的地膜分别用作不同作物的栽培，分别统计其出苗时间。其结果见表1。
表1不同地膜对作物出苗时间的影响
使用本地膜覆盖的部分可以比覆盖普通地膜部分，可以早出苗5-10天，早上市8天左右，可以增加经济收入10％以上，具有显著的经济效益。
此外，由于地膜母料中添加了稀土氧化物，还可以使农作物增强抗病、抗旱、抗寒能力，提高农作物产量，减少农药的使用，减少农药残留，提高农产品品质。
本发明所述的母料毒性实验
待测液的制备：称取本发明实施例1-5的母料制备的地膜50g，用蒸馏水清洗干净，剪碎，加去热原的生理盐水50ml，置高压锅内，110℃灭菌30min，取出。放冷备用。
取昆明种小鼠30只，雌雄各半，体重17-20克，随机分为实验组和对照组，6只为一组。实验组每只小鼠静脉注射待测液1ml，对照组注射等量经过同样灭菌处理的生理盐水。注射后，实验组动物并无异常反应。48小时后，实验组动物并无死亡。说明本发明所述的母料制备的地膜符合塑料膜的毒性要求。
本发明所述的地膜对重金属含量的测定
分别取本发明5个实施例制得的地膜，分别测定其重金属含量，结果如表2。
表2本发明所述的地膜重金属含量比较(单位mg/kg)
| 项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 |
| 镍 | 0.0312 | 0.0501 | 0.0245 | 0.04103 | 0.03151 |
| 钒 | 0.415 | 0.552 | 0.318 | 0.2159 | 0.4487 |
| 钛 | 2.574 | 2.986 | 3.011 | 3.152 | 4.031 |
| 铍 | 0.0063 | 0.0042 | 0.0034 | 0.0029 | 0.0037 |
| 铅 | 0.113 | 0.094 | 0.107 | 0.122 | 0.084 |
| 铬 | 0.0512 | 0.0298 | 0.0316 | 0.0476 | 0.0354 |
| 镉 | 0.0523 | 0.0691 | 0.0715 | 0.0643 | 0.0427 |
| 砷 | 0.0179 | 0.0154 | 0.0163 | 0.0171 | 0.018 |
| 汞 | 0.0132 | 0.023 | 0.0218 | 0.0204 | 0.0126 |
本发明制得的地膜，其重金属含量均低于国家相关的规定，其残留物对土壤农田环境不会造成不良影响。使用本发明所述的地膜，不影响下一期作物种植，土壤可持续耕作，连续使用3-5年之后再进行测定，土壤中重金属含量仍保持在合格水平，土壤里的塑料残留物也并未增加。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种促进作物增产、可以控制降解速度的母料，其特征在于，包括以下重量份数的组分组成：聚乙烯10-100份，聚乙烯醇10-100份，方解石0.001-50份，稀土氧化物0.001-80份，光敏剂0.001-80份，偶联剂0.001-50份，交联剂0.001-30份，复合降解剂0.001-20份；
其中，所述复合降解剂由以下组分组成：硬脂酸钙、硬脂酸钡和不饱和脂肪酸；所述的稀土氧化物的纯度达到90％以上，所述稀土氧化物中稀土元素为轻稀土；所述的交联剂为有机过氧化物交联剂；所述的光敏剂为选自安息香醚类，偶氮二异丁腈；
所述促进作物增产、可以控制降解速度的母料按如下方法制得：
(1)先将偶联剂、方解石和聚乙烯，搅拌均匀，再加入交联剂、光敏剂、聚乙烯醇，加热搅拌至聚乙烯醇完全融化，后降温；
(2)加入稀土氧化物和复合降解剂，加热搅拌至物料反应完全，即得母料。
2.如权利要求1所述的促进作物增产、可以控制降解速度的母料，其特征在于：所述步骤(1)中，加热至100-120℃，聚乙烯醇融化后，降温至20-80℃。
3.如权利要求1所述的促进作物增产、可以控制降解速度的母料，其特在于：所述的步骤(2)中，加入轻稀土和复合降解剂后，加热至100-200℃，反应时间20-60min。
4.一种地膜，其特征在于，采用权利要求1-3中任一项所述的母料制备而成。
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