CN110041673A - 马铃薯种植用可降解地膜材料及其制备方法和应用 - Google Patents

马铃薯种植用可降解地膜材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及马铃薯种植用可降解地膜材料及其制备方法和应用，所述材料包括如下原料：聚对苯甲酸己二酸丁二醇酯，聚乳酸，聚甲基乙撑碳酸酯，相容剂，无机填料，抗氧剂，紫外线吸收剂和功能助剂。本发明的马铃薯种植用可降解地膜材料，与传统聚乙烯地膜相比，应用于马铃薯种植后，亩产量和大薯率明显增加，具有良好的应用前景。

Description

马铃薯种植用可降解地膜材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于材料加工技术领域，具体涉及一种马铃薯种植用可降解地膜材料及其制备方法和应用。
背景技术
马铃薯是全球第四大重要的粮食作物，仅次于小麦、水稻和玉米。相比小麦、玉米、水稻，马铃薯种植周期短，耐寒、耐旱，适应性广，产量高，且营养丰富。马铃薯含有多种维生素，如维生素C、维生素A、维生素B1、维生素B2、维生素pp、维生素E、维生素B3、维生素B6、维生素M等。此外，马铃薯还包含多种人体必须的无机元素，如钙、磷、铁、钾、钠、锌、锰等。2016年，我国农业部发布了《关于推进马铃薯产业开发的指导意见》，标志着我国正式开始实施马铃薯主粮化战略。意见指出，在不挤占三大主粮用地的前提下，因地制宜扩大马铃薯种植面积，到2020年马铃薯的种植面积要达到1亿亩以上。我国马铃薯种植面积和产量均约占世界的四分之一，已成为马铃薯第一生产大国。我国马铃薯的主产区集中在甘肃、宁夏、内蒙古以及东北地区，很大一部分种植面积分布在山坡丘陵地区，给马铃薯的增产带来不利的影响，严重制约着我国马铃薯产业的发展。
马铃薯地膜覆盖栽培技术可以使马铃薯增产约25％左右，是一种高效的种植方式。但目前使用的传统的聚乙烯地膜无法降解。短期内，聚乙烯残膜会导致农作物生长缓慢或黄化死亡，造成大面积减产；长期来看，聚乙烯残膜留存在土壤内不仅抑制土壤中微生物的生长，降低土壤肥力，更会破坏土壤的理化结构，降低耕地质量。目前针对聚乙烯残膜一般的处理方法是回收后焚烧或掩埋。焚烧后会产生大量的有害气体，污染环境；掩埋则未能从根本上解决污染问题。而且不少地区残膜被风化成小碎片，根本无法回收。
为了减少传统聚乙烯地膜带来的环境污染问题，能够应用于马铃薯种植的可降解地膜成为近期研究者们关注的热点。整体上而言，目前针对马铃薯种植用可降解地膜材料的研究仍然较少，尚无成熟可大规模推广产品，仍需要进行大量研究工作。
发明内容
本发明的一个目的在于提出一种马铃薯种植用可降解地膜材料。
本发明的马铃薯种植用可降解地膜材料，包括如下重量份数的原料：聚对苯甲酸己二酸丁二醇酯95份～108份，聚乳酸1份～20份，聚甲基乙撑碳酸酯0.5份～5份，相容剂0.1份～1份，无机填料0.5份～30份，抗氧剂0.01份～1份，紫外线吸收剂0.01份～2.5份和功能助剂0.1份～5份。
本发明的马铃薯种植用可降解地膜材料，其中的聚对苯甲酸己二酸丁二醇酯(PBAT)和聚乳酸(PLA)以及添加的聚甲基乙撑碳酸酯(PPC)均属于完全可生物降解的材料，可以完全降解为二氧化碳和水，不会污染环境。功能助剂白藜芦醇，本身作为植保剂，可以在一定程度上保护马铃薯幼苗免受真菌和细菌的伤害，提高马铃薯幼苗的成活率；其结构中包含的羟基，可以和聚对苯甲酸己二酸丁二醇酯、聚乳酸中的羧基发生反应，起到封端剂的作用，从而延缓聚对苯甲酸己二酸丁二醇酯和聚乳酸的降解；同时结合紫外线吸收剂的使用，保证了本发明所述降解地膜的使用周期。使用本发明提供的马铃薯种植用可降解地膜材料，与传统聚乙烯地膜相比，应用于马铃薯种植后，亩产量和大薯率明显增加，具有良好的应用前景。
另外，本发明上述的马铃薯种植用可降解地膜材料，还可以具有如下附加的技术特征：
作为本发明优选的实施方式，所述的马铃薯种植用可降解地膜材料，包括如下重量份数的原料：聚对苯甲酸己二酸丁二醇酯95份，聚乳酸20份，聚甲基乙撑碳酸酯0.5份，相容剂1份，无机填料0.5份，抗氧剂1份，紫外线吸收剂0.01份和功能助剂5份。
作为本发明优选的实施方式，所述的马铃薯种植用可降解地膜材料，包括如下重量份数的原料：聚对苯甲酸己二酸丁二醇酯108份，聚乳酸1份，聚甲基乙撑碳酸酯5份，相容剂0.1份，无机填料30份，抗氧剂0.01份，紫外线吸收剂2.5份和功能助剂0.1份。
作为本发明优选的实施方式，所述的马铃薯种植用可降解地膜材料，包括如下重量份数的原料：聚对苯甲酸己二酸丁二醇酯100份，聚乳酸10份，聚甲基乙撑碳酸酯2.5份，相容剂0.5份，无机填料15份，抗氧剂0.5份，紫外线吸收剂1.25份和功能助剂2.5份。
作为本发明优选的实施方式，所述的马铃薯种植用可降解地膜材料，所述聚对苯甲酸己二酸丁二醇酯的数均分子量为5万～15万，所述聚乳酸的数均分子量为2万～10万，所述聚甲基乙撑碳酸酯5万～10万。
作为本发明优选的实施方式，所述的马铃薯种植用可降解地膜材料，所述聚对苯甲酸己二酸丁二醇酯的数均分子量为5万～10万，所述聚乳酸的数均分子量为4万～8万，所述聚甲基乙撑碳酸酯5万～8万。
作为本发明优选的实施方式，所述的马铃薯种植用可降解地膜材料，所述无机填料至少为碳酸钙、滑石粉、二氧化硅、硬脂酸锌和水滑石中的一种；所述抗氧剂至少为抗氧剂168、抗氧剂1010、抗氧剂1076和抗氧剂2246中的一种；所述紫外线吸收剂至少为2-羟基-4-辛氧基二苯甲酮、2-羟基-4甲氧基二苯甲酮、2,4-二羟基二苯甲酮、对氨基苯甲酸甲酯、对氨基苯甲酸乙酯、对氨基苯甲酸丁酯和对氨基苯甲酸甘油酯中的一种。
本发明的另一个目的在于提出所述的马铃薯种植用可降解地膜材料的制备方法。
所述的马铃薯种植用可降解地膜材料的制备方法，包括如下步骤：S101：首先将所述聚对苯甲酸己二酸丁二醇酯、所述聚乳酸和所述聚甲基乙撑碳酸酯在30℃～80℃温度下烘干1h～8h；S102：将所述步骤S101得到的产物与所述剩余原料混合后加入到所述高速混合机中搅拌混合1min～5min；S103：将所述步骤S102得到的物料投入到螺杆挤出机中，在160℃～210℃温度下挤出造粒，得到马铃薯种植用可降解地膜材料。
进一步地，所述的马铃薯种植用可降解地膜材料的制备方法，在所述步骤S102中，所述高速混合机的转速为500r/min～1500r/min。
本发明的再一个目的在于提出所述的马铃薯种植用可降解地膜材料在材料加工技术领域中的应用。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
实施例1
实施例1提出了一种马铃薯种植用可降解地膜材料，包括如下重量份数的原料：PBAT，分子量8万，100份、PLA，分子量5万，10份、PPC，分子量5万，1.0份、相容剂4368,0.3份、碳酸钙10份；2，4-二羟基二苯甲酮1.0份、抗氧剂168 0.1份、抗氧剂1010，0.1份和白藜芦醇2.0份。
实施例1的马铃薯种植用可降解地膜材料的制备方法包括如下步骤：将PBAT、PLA、PPC分别放入50℃干燥器中，烘干6小时，将4368、碳酸钙、抗氧剂168、抗氧剂1010、2，4-二羟基二苯甲酮、白藜芦醇等按照比例称量，和PBAT、PLA、PPC一起加入到高混器中进行混合，转速1000转/分钟，混合2分钟。然后将混合好的物料加入到螺杆挤出机中进行挤出造粒，熔体温度设置180℃，挤出造粒后得到本发明所述的马铃薯种植用地膜专用料。将其吹制成10微米厚的地膜，进行马铃薯种植实验。结果见表1。
实施例2
实施例2提出了一种马铃薯种植用可降解地膜材料，包括如下重量份数的原料：PBAT，分子量8万，100份、PLA，分子量5万，10份、PPC，分子量5万1.0份、相容剂4370 0.3份、碳酸钙10份、2，4-二羟基二苯甲酮1.0份、抗氧剂168 0.1份、抗氧剂1010 0.1份和白藜芦醇2.0份。
实施例2的马铃薯种植用可降解地膜材料的制备方法包括如下步骤：将PBAT、PLA、PPC分别放入50℃干燥器中，烘干6小时，将4370、碳酸钙、抗氧剂168、抗氧剂1010、2，4-二羟基二苯甲酮、白藜芦醇等按照比例称量，和PBAT、PLA、PPC一起加入到高混器中进行混合，转速1000转/分钟，混合2分钟。然后将混合好的物料加入到螺杆挤出机中进行挤出造粒，熔体温度设置180℃，挤出造粒后得到本发明所述的马铃薯种植用地膜专用料。将其吹制成10微米厚的地膜，进行马铃薯种植实验。结果见表1。
实施例3
实施例3提出了一种马铃薯种植用可降解地膜材料，包括如下重量份数的原料：PBAT，分子量8万，100份、PLA，分子量5万，10份、PPC，分子量5万，1.0份、相容剂4380 0.3份、碳酸钙10份、2，4-二羟基二苯甲酮1.0份、抗氧剂168 0.1份、抗氧剂1010 0.1份和白藜芦醇2.0份。
实施例3的马铃薯种植用可降解地膜材料的制备方法包括如下步骤：将PBAT、PLA、PPC分别放入50℃干燥器中，烘干6小时，将4380、碳酸钙、抗氧剂168、抗氧剂1010、2，4-二羟基二苯甲酮、白藜芦醇等按照比例称量，和PBAT、PLA、PPC一起加入到高混器中进行混合，转速1000转/分钟，混合2分钟。然后将混合好的物料加入到螺杆挤出机中进行挤出造粒，熔体温度设置180℃，挤出造粒后得到本发明所述的马铃薯种植用地膜专用料。将其吹制成10微米厚的地膜，进行马铃薯种植实验。结果见表1。
实施例4
实施例4提出了一种马铃薯种植用可降解地膜材料，包括如下重量份数的原料：PBAT，分子量8万，100份、PLA，分子量5万，10份、PPC，分子量5万，1.0份、相容剂4370 0.3份、碳酸钙10份、二氧化硅10份、2，4-二羟基二苯甲酮1.0份、抗氧剂168 0.1份、抗氧剂10100.1份和白藜芦醇2.0份。
实施例4的马铃薯种植用可降解地膜材料的制备方法包括如下步骤：将PBAT、PLA、PPC分别放入50℃干燥器中，烘干6小时，将4370、碳酸钙、二氧化硅、抗氧剂168、抗氧剂1010、2，4-二羟基二苯甲酮、白藜芦醇等按照比例称量，和PBAT、PLA、PPC一起加入到高混器中进行混合，转速1000转/分钟，混合2分钟。然后将混合好的物料加入到螺杆挤出机中进行挤出造粒，熔体温度设置180℃，挤出造粒后得到本发明所述的马铃薯种植用地膜专用料。将其吹制成10微米厚的地膜，进行马铃薯种植实验。结果见表1。
实施例5
实施例5提出了一种马铃薯种植用可降解地膜材料，包括如下重量份数的原料：PBAT，分子量8万，100份、PLA，分子量5万，10份、PPC，分子量5万，1.0份、相容剂4368 0.3份、碳酸钙10份、滑石粉5份、2，4-二羟基二苯甲酮1.0份、抗氧剂168 0.1份、抗氧剂1010 0.1份和白藜芦醇2.0份。
实施例5的马铃薯种植用可降解地膜材料的制备方法包括如下步骤：将PBAT、PLA、PPC分别放入50℃干燥器中，烘干6小时，将4370、碳酸钙、滑石粉、抗氧剂168、抗氧剂1010、2，4-二羟基二苯甲酮、白藜芦醇等按照比例称量，和PBAT、PLA、PPC一起加入到高混器中进行混合，转速1000转/分钟，混合2分钟。然后将混合好的物料加入到螺杆挤出机中进行挤出造粒，熔体温度设置180℃，挤出造粒后得到本发明所述的马铃薯种植用地膜专用料。将其吹制成10微米厚的地膜，进行马铃薯种植实验。结果见表1。
实施例6
实施例6提出了一种马铃薯种植用可降解地膜材料，包括如下重量份数的原料：PBAT，分子量10万，100份、PLA，分子量8万，10份、PPC，分子量6万，1.0份、相容剂4370 0.3份、碳酸钙10份、硬脂酸锌5份、2-羟基-4甲氧基二苯甲酮1.0份、抗氧剂168 0.1份、抗氧剂1010 0.1份和白藜芦醇3.0份。
实施例6的马铃薯种植用可降解地膜材料的制备方法包括如下步骤：将PBAT、PLA、PPC分别放入50℃干燥器中，烘干6小时，将4370、碳酸钙、硬脂酸锌、抗氧剂168、抗氧剂1010、2-羟基-4甲氧基二苯甲酮、白藜芦醇等按照比例称量，和PBAT、PLA、PPC一起加入到高混器中进行混合，转速1000转/分钟，混合2分钟。然后将混合好的物料加入到螺杆挤出机中进行挤出造粒，熔体温度设置190℃，挤出造粒后得到本发明所述的马铃薯种植用地膜专用料。将其吹制成10微米厚的地膜，进行马铃薯种植实验。结果见表1。
将实施例1-6制备的地膜和10微米厚的普通聚乙烯地膜进行马铃薯种植实验，土壤、水、肥条件一致，结果见表1。
表1：实施例1-6和对比例的地膜种植试验结果
亩产量(Kg/亩) 大薯率(％)
实施例1 3120 72
实施例2 3500 85
实施例3 3250 75
实施例4 3250 70
实施例5 3300 76
实施例6 3400 80
10微米聚乙烯地膜 2800 65
由表1可以看出，依照本发明提供的可降解地膜专用料吹制的地膜，用于马铃薯种植时，亩产量和大薯率均高于同等厚度的传统聚乙烯地膜。
综上，本发明的马铃薯种植用可降解地膜材料，其中的聚对苯甲酸己二酸丁二醇酯(PBAT)和聚乳酸(PLA)以及添加的聚甲基乙撑碳酸酯(PPC)均属于完全可生物降解的材料，可以完全降解为二氧化碳和水，不会污染环境。功能助剂白藜芦醇，本身作为植保剂，可以在一定程度上保护马铃薯幼苗免受真菌和细菌的伤害，提高马铃薯幼苗的成活率；其结构中包含的羟基，可以和聚对苯甲酸己二酸丁二醇酯、聚乳酸中的羧基发生反应，起到封端剂的作用，从而延缓聚对苯甲酸己二酸丁二醇酯和聚乳酸的降解；同时结合紫外线吸收剂的使用，保证了本发明所述降解地膜的使用周期。使用本发明提供的马铃薯种植用可降解地膜材料，与传统聚乙烯地膜相比，应用于马铃薯种植后，亩产量和大薯率明显增加，具有良好的应用前景。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种马铃薯种植用可降解地膜材料，其特征在于，包括如下重量份数的原料：聚对苯甲酸己二酸丁二醇酯95份～108份，聚乳酸1份～20份，聚甲基乙撑碳酸酯0.5份～5份，相容剂0.1份～1份，无机填料0.5份～30份，抗氧剂0.01份～1份，紫外线吸收剂0.01份～2.5份和功能助剂0.1份～5份。
2.根据权利要求1所述的马铃薯种植用可降解地膜材料，其特征在于，包括如下重量份数的原料：聚对苯甲酸己二酸丁二醇酯95份，聚乳酸20份，聚甲基乙撑碳酸酯0.5份，相容剂1份，无机填料0.5份，抗氧剂1份，紫外线吸收剂0.01份和功能助剂5份。
3.根据权利要求1所述的马铃薯种植用可降解地膜材料，其特征在于，包括如下重量份数的原料：聚对苯甲酸己二酸丁二醇酯108份，聚乳酸1份，聚甲基乙撑碳酸酯5份，相容剂0.1份，无机填料30份，抗氧剂0.01份，紫外线吸收剂2.5份和功能助剂0.1份。
4.根据权利要求1所述的马铃薯种植用可降解地膜材料，其特征在于，包括如下重量份数的原料：聚对苯甲酸己二酸丁二醇酯100份，聚乳酸10份，聚甲基乙撑碳酸酯2.5份，相容剂0.5份，无机填料15份，抗氧剂0.5份，紫外线吸收剂1.25份和功能助剂2.5份。
5.根据权利要求1-4任一项所述的马铃薯种植用可降解地膜材料，其特征在于，所述聚对苯甲酸己二酸丁二醇酯的数均分子量为5万～15万，所述聚乳酸的数均分子量为2万～10万，所述聚甲基乙撑碳酸酯5万～10万。
6.根据权利要求1-4任一项所述的马铃薯种植用可降解地膜材料，其特征在于，所述聚对苯甲酸己二酸丁二醇酯的数均分子量为5万～10万，所述聚乳酸的数均分子量为4万～8万，所述聚甲基乙撑碳酸酯5万～8万。
7.根据权利要求1-4任一项所述的马铃薯种植用可降解地膜材料，其特征在于，所述无机填料至少为碳酸钙、滑石粉、二氧化硅、硬脂酸锌和水滑石中的一种；所述抗氧剂至少为抗氧剂168、抗氧剂1010、抗氧剂1076和抗氧剂2246中的一种；所述紫外线吸收剂至少为2-羟基-4-辛氧基二苯甲酮、2-羟基-4甲氧基二苯甲酮、2,4-二羟基二苯甲酮、对氨基苯甲酸甲酯、对氨基苯甲酸乙酯、对氨基苯甲酸丁酯和对氨基苯甲酸甘油酯中的一种。
8.权利要求1-7任一项所述的马铃薯种植用可降解地膜材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S101：首先将所述聚对苯甲酸己二酸丁二醇酯、所述聚乳酸和所述聚甲基乙撑碳酸酯在30℃～80℃温度下烘干1h～8h；
S102：将所述步骤S101得到的产物与所述剩余原料混合后加入到所述高速混合机中搅拌混合1min～5min；
S103：将所述步骤S102得到的物料投入到螺杆挤出机中，在160℃～210℃温度下挤出造粒，得到马铃薯种植用可降解地膜材料。
9.根据权利要求8所述的马铃薯种植用可降解地膜材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤S102中，所述高速混合机的转速为500r/min～1500r/min。
10.权利要求1-9任一项所述的马铃薯种植用可降解地膜材料在材料加工技术领域中的应用。
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