CN109206727A - 一种可降解聚乙烯农用薄膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种热氧和光氧兼具备的可降解复合聚乙烯农用薄膜及其制备方法，其制备过程是：先将各种组分通过双螺杆挤出机挤出制得塑料母料，然后母料与聚乙烯树脂混合吹塑；其组分及重量份数为：线性低密度聚乙烯树脂93～99.3份，氧化聚乙烯蜡0.4～4份，高岭土0.1～1份，纳米二氧化钛0.1～1份，硬脂酸铁0.1～1份；制备过程操作简单，且生产过程环保，无污染，配方简单，便于生产，具有良好的推广价值。实验制得的农用薄膜在紫外线老化箱中：辐照0.95瓦/平方厘米，温度60℃，照射120小时，冷凝温度50℃，实验120小时；农用薄膜降解了80％。

Description

一种可降解聚乙烯农用薄膜及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种热氧和光氧兼具备的可降解聚乙烯复合聚乙烯薄膜及其制备方法。
背景技术
生物降解塑料又叫绿色塑料，是指一类由自然界存在的微生物如细菌、霉菌(真菌)和藻类的作用而引起降解的塑料。理想生物降解塑料是一种具有优良的使用性能、废弃后可被环境微生物完全分解、最终被无机化而成为自然界中碳素循环的一个组成部分的高分子材料。
根据美国材料试验协会(ASTM)通过的有关塑料的术语标准ASTMD883-92对可降解塑料的定义可知：可降解塑料即在特定的环境条件下，其化学结构发生明显变化，并用标准的测试方法能测定其物质性能变化的塑料。通常可降解塑料具备以下特征：在阳光、氧、微生物等自然环境条件影响下，塑料的外观发生明显的变化；力学性能发生明显的降低；化学结构发生改变，含氧化合物被引入到塑料中等。只有当塑料聚合物发生了以上变化，使自身的分子量降低及产生小分子含氧化合物后，才能被自然界中的微生物分解。可降解塑料有望解决塑料废弃物的污染问题，因此已经成为当前研究的热点。
可降解薄膜既具有传统塑料的功能和特性、又可在达到使用寿命之后，通过土壤和水中的微生物作用或阳光中紫外线的作用，在自然环境中断链降解，最终以还原形式重新进入生态环境中，回归大自然。国内研发的品种已涵盖光降解、光生物降解、光氧化生物降解、高淀粉含量型生物降解、高碳酸钙填充型光氧降解、全生物降解等。自然界的微生物将降解后的小分子物质分解后，微生物会释放出致热和有毒的组分如内毒素，将该薄膜用在植被上时，会导致植被生长不旺盛。
发明内容
有鉴于此，本发明为了解决降解薄膜的微生物会释放出致热和有毒组分的问题，提供一种热氧和光氧兼具备的可降解复合聚乙烯农用薄膜及其制备方法，该薄膜在自然环境中较短时间内就能完全分解，最终生成二氧化碳和水。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：包括以下重量份的原料：线性低密度聚乙烯树脂50～99份、润滑剂0.4～4份、生物助降解剂0.1～1份、光降解剂0.1～1份、热降解剂0.1～1份，光降解剂为纳米二氧化钛，热降解剂为硬脂酸铁、硬脂酸锰、硬脂酸铈中的一种或者多种。
本基础方案的原理在于：二氧化钛的禁带宽为3.2eV，纳米二氧化钛吸收了波长小于387.5nm的紫外线光波后，价带中的电子会被激发到导带，形成带负电荷的高活性电子，同时在价带上产生带正电荷的空穴。在电场作用下，电子—空穴对发生分离而迁移到二氧化钛表面上的不同位置。分布在二氧化钛表面的空穴与吸附在表面的OH-和H2O氧化成OH自由基。电子与二氧化钛表面的氧反应，生成超氧离子，超氧离子上强还原剂，能使有机物分解。OH自由基的氧化能力最强，可以不加选择的使有机物全部氧化降解，包括穿透细胞膜，破坏膜结构使得细菌、病毒和微生物细胞分解，也能降解细胞产生的毒素。研究表明数均相对分子质量小于5000的聚乙烯链段可以被生物降解。
进一步，生物助降解剂为高岭土和硅灰石中的一种或者多种。
进一步，润滑剂为氧化聚乙烯蜡、硬脂酸甘油酯、石蜡、聚乙烯蜡中的一种或者多种。
一种可降解聚乙烯农用薄膜的制备方法，包括如下步骤：
A、将纳米二氧化钛0.1～1份、硬脂酸铁0.1～1份、高岭土0.1～1份置于超声机中超声分散25～30min，得到降解剂混合物；
B、将步骤A制得的降解剂混合物、线性低密度聚乙烯树脂30～49份、氧化聚乙烯蜡0.4～4份加入混合机中均匀混合，混合温度为50～60℃，混合机转速为160r/min，时间为20～25min，将混合物置于双螺杆挤出机中挤出造粒，造粒温度为145～160℃，得到降解聚乙烯母粒；
C、将步骤B制得的降解聚乙烯母粒、线性低密度聚乙烯树脂20～50份置于混合机中均匀混合，混合温度为60～70℃，混合机转速为120r/min，时间为10～15min，混合后的物料经薄膜吹塑机吹塑成型，吹膜温度为150～165℃，得到可降解聚乙烯薄膜。
进一步，纳米二氧化钛、硬脂酸铁、高岭土的质量分数比为1：1：1。
进一步，氧化聚乙烯蜡、降解剂混合物中纳米二氧化钛、硬脂酸铁、高岭土的质量分数比为4：1：1：1。
进一步，双螺杆挤出机的螺杆长径比为35～55。
进一步，可降解聚乙烯薄膜的厚度为8～60um。
本发明的有益效果在于：
1、本发明制备的可降解聚乙烯薄膜在阳光紫外线照射、环境温度影响及微生物的作用下会自动分解，废弃后的薄膜能被自然界中微生物完全降解消化，最终生成二氧化碳和水，较相同厚度的线性低密度聚乙烯薄膜拉伸性能有所提高；本发明的制备方法工艺简单、生产效率高、工业化实施容易、可用普通塑料吹膜机进行生产。
2、本发明制备的可降解聚乙烯薄膜铺设后，能有效吸收阳光中的190nm～380nm的紫外线，紫外线的高能量能够使得二氧化钛能级跃迁，将纳米二氧化钛表面电子激活，产生超氧离子和OH自由基，超氧离子强的还原性能够使得有机物分解，OH自由基超强的氧化性能够使得有机物全部降解，使得土壤中的细菌、病毒、微生物细胞以及微生物细胞产生的毒素全部降解成为二氧化碳和水，对植被的生长起到促进作用。
3、纳米二氧化钛能吸收紫外线，还能透过可见光，是性能优越、极有发展前途的物理屏蔽型的紫外线防护剂，不会影响植物吸收可见光范围内的生长光能，并且薄膜中未添加任何有害物质，价格较低，可作为药材、绿色蔬菜水果的农用薄膜。
4、硬脂酸铁中的Fe离子与纳米二氧化钛混合，能够使得纳米二氧化钛的光降解效果更好，尤其是自然光条件下的光催化效果更好；掺铁纳米二氧化钛光催化剂对多种细菌的灭菌力极强。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1是可降解聚乙烯农用薄膜的工艺流程图；
图2是可降解聚乙烯农用薄膜透光性能的对比曲线；
图3是可降解聚乙烯农用薄膜扫描电镜图；
图4是实施例一与对比例中聚乙烯农用薄膜透光性能的对比曲线；
图5是可降解聚乙烯农用薄膜老化实验后的微观结构图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
如图1所示的可降解聚乙烯农用薄膜的工艺流程图，具体生产步骤如下：
实施例1：
A、将纳米二氧化钛20g、硬脂酸铁20g、高岭土20g置于超声机中超声分散25min，得到降解剂混合物；
B、将步骤A制得的降解剂混合物、线性低密度聚乙烯树脂860g、氧化聚乙烯蜡80g加入混合机中均匀混合，混合温度为50℃，混合机转速为160r/min，时间为20min，将混合物置于双螺杆挤出机中挤出造粒，造粒温度为120℃，得到降解聚乙烯母粒；
C、将步骤B制得的降解聚乙烯母粒1000g、线性低密度聚乙烯树脂1000g置于混合机中均匀混合，混合温度为60℃，混合机转速为120r/min，时间为10min，混合后的物料经薄膜吹塑机吹塑成型，吹膜温度为160℃，得到可降解聚乙烯薄膜。
实施例2：
实施例2与实施例1的区别在于：步骤C取步骤B制得的生物降解母粒700g、线性低密度聚乙烯树脂1300g置于混合机中均匀混合。
实施例3：
实施例3与实施例1的区别在于：步骤C取步骤B制得的生物降解母粒300g、线性低密度聚乙烯树脂1700g置于混合机中均匀混合。
实施例4：
实施例4与实施例1的区别在于：步骤C取步骤B制得的生物降解母粒100g、线性低密度聚乙烯树脂1900g置于混合机中均匀混合。
对比例：
对比例为纯聚乙烯树脂薄膜。
如图2、图4所示的可降解聚乙烯农用薄膜透光性能的对比曲线。
本发明的透光性测试方法为：
取纯聚乙烯树脂薄膜样5个，实施例1至实施例4中的降解薄膜样选取5个，用紫外线/可见光分光光度计测量透光率，空气为空白对照，比较两者的透光率。
图3为可降解聚乙烯农用薄膜扫描电镜图；图5为可降解聚乙烯农用薄膜老化实验后的微观结构图。
本发明的降解测试方法是：取3～5个纯聚乙烯薄膜样与3～5降解薄膜样在紫外线老化试验箱中：辐射实验(温度60，辐射强度0.95下试验100小时)；冷凝实验(温度50，湿度100％下试验100小时)后，用扫描电镜SEM、红外光谱仪等测试两组样的微观结构变化，并比较，实施例1中的农用薄膜降解率达到了80％。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (8)

1.一种可降解聚乙烯农用薄膜，其特征在于，包括以下重量份的原料：
线性低密度聚乙烯树脂50～99份、润滑剂0.4～4份、生物助降解剂0.1～1份、光降解剂0.1～1份、热降解剂0.1～1份，所述光降解剂为纳米二氧化钛，所述热降解剂为硬脂酸铁、硬脂酸锰、硬脂酸铈中的一种或者多种。
2.如权利要求1所述的可降解聚乙烯农用薄膜，其特征在于，所述生物助降解剂为高岭土和硅灰石中的一种或者多种。
3.如权利要求2所述的可降解聚乙烯农用薄膜，其特征在于，所述润滑剂为氧化聚乙烯蜡、硬脂酸甘油酯、石蜡、聚乙烯蜡中的一种或者多种。
4.一种权利要求1所述的可降解聚乙烯农用薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、将纳米二氧化钛0.1～1份、硬脂酸铁0.1～1份、高岭土0.1～1份置于超声机中超声分散25～30min，得到降解剂混合物；
B、将步骤A制得的降解剂混合物、线性低密度聚乙烯树脂30～49份、氧化聚乙烯蜡0.4～4份加入混合机中均匀混合，混合温度为50～60℃，混合机转速为160r/min，时间为20～25min，将混合物置于双螺杆挤出机中挤出造粒，造粒温度为145-160℃，得到降解聚乙烯母粒；
C、将步骤B制得的降解聚乙烯母粒、线性低密度聚乙烯树脂20～50份置于混合机中均匀混合，混合温度为60～70℃，混合机转速为120r/min，时间为10～15min，混合后的物料经薄膜吹塑机吹塑成型，吹膜温度为150～165℃，得到可降解聚乙烯薄膜。
5.如权利要求4所述的可降解聚乙烯农用薄膜的制备方法，其特征在于，所述纳米二氧化钛、硬脂酸铁、高岭土的质量分数比为1：1：1。
6.如权利要求5所述的可降解聚乙烯农用薄膜的制备方法，其特征在于，所述氧化聚乙烯蜡、降解剂混合物中纳米二氧化钛、硬脂酸铁、高岭土的质量分数比为4：1：1：1。
7.如权利要求6所述的可降解聚乙烯农用薄膜的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机的螺杆长径比为35～55。
8.如权利要求7所述的可降解聚乙烯农用薄膜的制备方法，其特征在于，所述可降解聚乙烯薄膜的厚度为8～60um。
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