CN110105727A - 灌溉区农作物用全生物降解地膜材料及其制备方法与应用 - Google Patents

灌溉区农作物用全生物降解地膜材料及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种灌溉区农作物用全生物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：聚对苯二甲酸‑己二酸‑丁二醇酯，聚呋喃二甲酸乙二醇酯，脂肪族羧酸锌类化合物，增容剂，填料，抗氧剂和紫外线吸收剂。本发明的全生物可降解地膜材料，使用刚性较强的PEF在增容剂的作用下，对PBAT进行增刚改性，提升了PBAT的刚性，改善了PBAT的刚韧平衡性。另外，添加脂肪族羧酸锌类化合物后，PBAT和PEF的改性材料在吹膜加工时黏附设备现象消失，吹塑成的地膜具有良好的开口性能，而且并不影响改性材料的力学性能，结合使用无机填料可以大幅降低成本。本发明的全生物降解地膜材料加工条件简单，力学性能优异，成本低，具有良好的发展前景。

Description

灌溉区农作物用全生物降解地膜材料及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于地膜技术领域，具体涉及一种灌溉区农作物用全生物降解地膜材料及其制备方法与应用。
背景技术
我国的季风气候不稳定，降水的季节分配和年际变化都很大。很多地方在发展种植业时都需要引水灌溉，凡是需要水源灌溉发展农业的的地区都称为灌溉农业区。灌溉区已成为我国主要的商品粮基地和经济作物集中区。为了提高灌溉区农作物尤其是经济作物产量，地膜覆盖技术被广泛应用。
地膜覆盖可以避免因灌溉或雨水冲刷而造成的土壤板结现象，可以减少中耕的劳力，并能使土壤疏松，通透性好。能增加土壤的总孔隙度1－10％，降低容重0.02－0.3g/cm3，可增加土壤的稳性团粒1.5％，使土壤中的肥、水、气、热条件得到协调。因此地膜覆盖有效提高了灌溉区水资源利用率和农作物生产能力，促进了这些地区的农作物增产与增收，产生了巨大的经济效益。但是随着使用量的增加和使用范围的扩大，农田残膜污染问题也变得越来越严重，成为了农村“白色污染”的主要来源。开发可降解地膜成为研究的重点。
目前，国内开发较多的可降解地膜主要有光降解地膜、光/生双降解地膜与生物降解地膜。CN103483661A、CN201811119754.3等公开的专利，采用在聚乙烯(PE)地膜中引入光敏性物质，使其在吸收紫外光后引发PE大分子链断裂的一类地膜。其不足在于一是降解受紫外线强度、环境气候等多种因素制约，二是不能完全降解，是否产生二次污染尚不明确。CN201711408963.5、CN201610816248.4等公开的光/生双降解地膜专利，其特点是将地膜降解成小颗粒，短期对作物生长无明显负面影响，但随着时间的推移，土壤中塑料颗粒会逐渐增加，影响作物生长。
发明内容
本发明的一个目的在于提出一种灌溉区农作物用全生物降解地膜材料。
本发明的一种灌溉区农作物用全生物降解地膜材料，包括如下重量份数的原料：聚对苯二甲酸-己二酸-丁二醇酯90份～110份，聚呋喃二甲酸乙二醇酯1份～20份，脂肪族羧酸锌类化合物0.05份～5份，增容剂0.1份～1份，填料1份～30份，抗氧剂0.01份～1份和紫外线吸收剂0.05份～2份。
本发明的全生物可降解地膜材料，使用刚性较强的PEF在增容剂的作用下，对PBAT进行增刚改性，提升了PBAT的刚性，改善了PBAT的刚韧平衡性。另外，添加脂肪族羧酸锌类化合物后，PBAT和PEF的改性材料在吹膜加工时黏附设备现象消失，吹塑成的地膜具有良好的开口性能，而且并不影响改性材料的力学性能，结合使用无机填料可以大幅降低成本。本发明的全生物降解地膜材料加工条件简单，力学性能优异，成本低，具有良好的发展前景。
另外，本发明上述的灌溉区农作物用全生物降解地膜材料，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，所述的灌溉区农作物用全生物降解地膜材料，包括如下重量份数的原料：聚对苯二甲酸-己二酸-丁二醇酯90份，聚呋喃二甲酸乙二醇酯20份，脂肪族羧酸锌类化合物0.05份，增容剂1份，填料1份，抗氧剂1份和紫外线吸收剂0.05份。
作为本发明优选的实施方式，所述的灌溉区农作物用全生物降解地膜材料，包括如下重量份数的原料：聚对苯二甲酸-己二酸-丁二醇酯110份，聚呋喃二甲酸乙二醇酯1份，脂肪族羧酸锌类化合物5份，增容剂0.1份，填料30份，抗氧剂0.01份和紫外线吸收剂2份。
作为本发明优选的实施方式，所述的灌溉区农作物用全生物降解地膜材料，包括如下重量份数的原料：聚对苯二甲酸-己二酸-丁二醇酯100份，聚呋喃二甲酸乙二醇酯10份，脂肪族羧酸锌类化合物2.5份，增容剂0.5份，填料15份，抗氧剂0.5份和紫外线吸收剂1份。
进一步地，所述聚对苯二甲酸-己二酸-丁二醇酯的数均分子量为5万～10万，所述聚呋喃二甲酸乙二醇酯的数均分子量为0.1万～1万。
进一步地，所述脂肪族羧酸锌类化合物至少为丁二酸锌、戊二酸锌、己二酸锌、庚二酸锌和辛二酸锌中的一种；所述增容剂至少为2-甲基-2-恶唑啉、2-乙基-2-恶唑啉、2,2'-(1,3-亚苯基)-二恶唑啉、4,4-二甲基恶唑啉、2-乙基-4,4-二甲基-2-恶唑啉、2-苯基-4,4-二甲基-2-恶唑啉、2,2-双(2-恶唑啉)、2,2'-异丙亚基双(4-苯基-2-恶唑啉)、2,2-(1,4-亚苯基)二恶唑啉和2,4,5-三甲基-3-恶唑啉中的一种；所述填料至少为碳酸钙、滑石粉、二氧化硅、硬脂酸锌和水滑石中的一种；所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂按照重量比为1:1混合，其中，所述受阻酚类抗氧剂的型号包括1010、1076、1024、1098、245、3114、1135、1330或1520，所述亚磷酸酯类抗氧剂为磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三丁酯、磷酸三苯酯、亚磷酸三甲酯、亚磷酸三乙酯、亚磷酸三异丙酯、亚磷酸三苯酯、168或626；所述紫外线吸收剂的型号为UV-531、UV-326、UV-327、UV-328、UV-329、UV-360或UV-234。
本发明的另一个目的在于提出利用所述的灌溉区农作物用全生物降解地膜材料制备地膜的方法。
利用所述的灌溉区农作物用全生物降解地膜材料制备地膜的方法，包括如下步骤：S101：首先将所述聚对苯二甲酸-己二酸-丁二醇酯与所述聚呋喃二甲酸乙二醇酯混合后加热至30℃～80℃干燥1h～8h；S102：将剩余的原料组分与所述步骤S101得到的物料在高速混合机中在500r/min～1500r/min转速下混合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，得到灌溉区农作物用全生物降解地膜。
本发明的再一个目的在于提出所述的灌溉区农作物用全生物降解地膜在农业、林业和畜牧业中的应用。
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。
下列实施例中的试验方法，力学性能按照GB 2017-35795进行性能测定。
实施例1
一种灌溉区农作物用全生物降解地膜材料及其制备方法，具体包含：
PBAT，分子量8万，100份。
PEF，分子量0.5万，5份。
2-甲基-2-恶唑啉,0.3份。
己二酸锌，0.5份。
碳酸钙，5份，滑石粉，5份。
抗氧剂168,0.1份，抗氧剂1010，0.1份。
UV-531，0.5，UV-234，0.5份。
将PBAT、PEF分别放入60℃干燥器中，烘干6小时，将2-甲基-2-恶唑啉、己二酸锌、碳酸钙、滑石粉、抗氧剂168、抗氧剂1010、UV-531、UV-234等按照比例称量，和PBAT、PEF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全生物降解地膜材料。将其吹制成10微米的地膜，进行力学性能测试。结果见表1。
实施例2
一种灌溉区农作物用全生物降解地膜材料及其制备方法，具体包含：
PBAT，分子量8万，100份。.
PEF，分子量0.5万，10份。
2-甲基-2-恶唑啉,0.3份。
己二酸锌，0.5份。
碳酸钙，5份，滑石粉，5份。
抗氧剂168,0.1份，抗氧剂1010，0.1份。
UV-531，0.5，UV-234，0.5份。
将PBAT、PEF分别放入60℃干燥器中，烘干6小时，将2-甲基-2-恶唑啉、己二酸锌、碳酸钙、滑石粉、抗氧剂168、抗氧剂1010、UV-531、UV-234等按照比例称量，和PBAT、PEF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全生物降解地膜材料。将其吹制成10微米的地膜，进行力学性能测试。结果见表1。
实施例3
一种灌溉区农作物用全生物降解地膜材料及其制备方法，具体包含：
PBAT，分子量8万，100份。.
PEF，分子量0.5万，15份。
2-甲基-2-恶唑啉,0.3份。
己二酸锌，0.5份。
碳酸钙，5份，滑石粉，5份。
抗氧剂168,0.1份，抗氧剂1010，0.1份。
UV-531，0.5，UV-234，0.5份。
将PBAT、PEF分别放入60℃干燥器中，烘干6小时，将2-甲基-2-恶唑啉、己二酸锌、碳酸钙、滑石粉、抗氧剂168、抗氧剂1010、UV-531，UV-234等按照比例称量，和PBAT、PEF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全生物降解地膜材料。将其吹制成10微米的地膜，进行力学性能测试。结果见表1。
实施例4
一种灌溉区农作物用全生物降解地膜材料及其制备方法，具体包含：
PBAT，分子量8万，100份。.
PEF，分子量0.5万，10份。
2-甲基-2-恶唑啉,0.3份。
庚二酸锌，0.5份。
碳酸钙，5份，滑石粉，5份。
抗氧剂168,0.1份，抗氧剂1010，0.1份。
UV-531，0.5，UV-234，0.5份。
将PBAT、PEF分别放入60℃干燥器中，烘干6小时，将2-甲基-2-恶唑啉、庚二酸锌、碳酸钙、滑石粉、抗氧剂168、抗氧剂1010、UV-531、UV-234等按照比例称量，和PBAT、PEF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全生物降解地膜材料。将其吹制成10微米的地膜，进行力学性能测试。结果见表1。
实施例5
一种灌溉区农作物用全生物降解地膜材料及其制备方法，具体包含：
PBAT，分子量8万，100份。.
PEF，分子量0.5万，10份。
2-甲基-2-恶唑啉,0.3份。
戊二酸锌，0.5份。
碳酸钙，5份，滑石粉，5份。
抗氧剂168,0.1份，抗氧剂1010，0.1份。
UV-531，0.5，UV-234，0.5份。
将PBAT、PEF分别放入60℃干燥器中，烘干6小时，将2-甲基-2-恶唑啉、戊二酸锌、碳酸钙、滑石粉、抗氧剂168、抗氧剂1010、UV-531、UV-234等按照比例称量，和PBAT、PEF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全生物降解地膜材料。将其吹制成10微米的地膜，进行力学性能测试。结果见表1。
实施例6
一种灌溉区农作物用全生物降解地膜材料及其制备方法，具体包含：
PBAT，分子量10万，100份。.
PEF，分子量1万，5份。
2-乙基-2-恶唑啉,0.3份。
己二酸锌，0.5份。
碳酸钙，5份，滑石粉，5份。
抗氧剂168,0.1份，抗氧剂1010，0.1份。
UV-531，0.5，UV-234，0.5份。
将PBAT、PEF分别放入60℃干燥器中，烘干6小时，将2-乙基-2-恶唑啉、己二酸锌、碳酸钙、滑石粉、抗氧剂168、抗氧剂1010、UV-531、UV-234等按照比例称量，和PBAT、PEF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全生物降解地膜材料。将其吹制成10微米的地膜，进行力学性能测试。结果见表1。
对比例1
PBAT，分子量8万，100份。.
抗氧剂168,0.1份，抗氧剂1010，0.1份。
UV-531，0.5，UV-234，0.5份。
将PBAT放入60℃干燥器中，烘干6小时，将抗氧剂168、抗氧剂1010、UV-531、UV-234等按照比例称量，和PBAT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165℃，挤出造粒后得到对比例1的全生物降解地膜材料。将其吹制成10微米的地膜，进行力学性能测试。结果见表1。
对比例2
PBAT，分子量8万，100份。.
己二酸锌，0.5份。
碳酸钙，5份，滑石粉，5份。
抗氧剂168,0.1份，抗氧剂1010，0.1份。
UV-531，0.5，UV-234，0.5份。
将PBAT放入60℃干燥器中，烘干6小时，己二酸锌、碳酸钙、滑石粉、抗氧剂168、抗氧剂1010、UV-531、UV-234等按照比例称量，和PBAT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165℃，挤出造粒后得到对比例2的全生物降解地膜材料。将其吹制成10微米的地膜，进行力学性能测试。结果见表1。
表1：全生物降解地膜力学性能及加工性能
由表1可以看，本发明制备的全生物降解地膜材料，改善了PBAT刚韧平衡性差、粘附模具的现象，综合力学性能优异，完全满足国标GB 2017-35795要求。本发明公布的全生物降解地膜材料制备的全生物降解地膜，不仅仅可以用于灌溉区农作物使用，其他地区例如高原地区、干旱地区也可以使用。
综上，本发明的全生物可降解地膜材料，使用刚性较强的PEF在增容剂的作用下，对PBAT进行增刚改性，提升了PBAT的刚性，改善了PBAT的刚韧平衡性。另外，添加脂肪族羧酸锌类化合物后，PBAT和PEF的改性材料在吹膜加工时黏附设备现象消失，吹塑成的地膜具有良好的开口性能，而且并不影响改性材料的力学性能，结合使用无机填料可以大幅降低成本。本发明的全生物降解地膜材料加工条件简单，力学性能优异，成本低，具有良好的发展前景。
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之内。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 (8)

1.一种灌溉区农作物用全生物降解地膜材料，其特征在于，包括如下重量份数的原料：聚对苯二甲酸-己二酸-丁二醇酯90份～110份，聚呋喃二甲酸乙二醇酯1份～20份，脂肪族羧酸锌类化合物0.05份～5份，增容剂0.1份～1份，填料1份～30份，抗氧剂0.01份～1份和紫外线吸收剂0.05份～2份。
2.根据权利要求1所述的灌溉区农作物用全生物降解地膜材料，其特征在于，包括如下重量份数的原料：聚对苯二甲酸-己二酸-丁二醇酯90份，聚呋喃二甲酸乙二醇酯20份，脂肪族羧酸锌类化合物0.05份，增容剂1份，填料1份，抗氧剂1份和紫外线吸收剂0.05份。
3.根据权利要求1所述的灌溉区农作物用全生物降解地膜材料，其特征在于，包括如下重量份数的原料：聚对苯二甲酸-己二酸-丁二醇酯110份，聚呋喃二甲酸乙二醇酯1份，脂肪族羧酸锌类化合物5份，增容剂0.1份，填料30份，抗氧剂0.01份和紫外线吸收剂2份。
4.根据权利要求1所述的灌溉区农作物用全生物降解地膜材料，其特征在于，包括如下重量份数的原料：聚对苯二甲酸-己二酸-丁二醇酯100份，聚呋喃二甲酸乙二醇酯10份，脂肪族羧酸锌类化合物2.5份，增容剂0.5份，填料15份，抗氧剂0.5份和紫外线吸收剂1份。
5.根据权利要求1所述的灌溉区农作物用全生物降解地膜材料，其特征在于，所述聚对苯二甲酸-己二酸-丁二醇酯的数均分子量为5万～10万，所述聚呋喃二甲酸乙二醇酯的数均分子量为0.1万～1万。
6.根据权利要求1所述的灌溉区农作物用全生物降解地膜材料，其特征在于，所述脂肪族羧酸锌类化合物至少为丁二酸锌、戊二酸锌、己二酸锌、庚二酸锌和辛二酸锌中的一种；所述增容剂至少为2-甲基-2-恶唑啉、2-乙基-2-恶唑啉、2,2'-(1,3-亚苯基)-二恶唑啉、4,4-二甲基恶唑啉、2-乙基-4,4-二甲基-2-恶唑啉、2-苯基-4,4-二甲基-2-恶唑啉、2,2-双(2-恶唑啉)、2,2'-异丙亚基双(4-苯基-2-恶唑啉)、2,2-(1,4-亚苯基)二恶唑啉和2,4,5-三甲基-3-恶唑啉中的一种；所述填料至少为碳酸钙、滑石粉、二氧化硅、硬脂酸锌和水滑石中的一种；所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂按照重量比为1:1混合，其中，所述受阻酚类抗氧剂的型号包括1010、1076、1024、1098、245、3114、1135、1330或1520，所述亚磷酸酯类抗氧剂为磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三丁酯、磷酸三苯酯、亚磷酸三甲酯、亚磷酸三乙酯、亚磷酸三异丙酯、亚磷酸三苯酯、168或626；所述紫外线吸收剂的型号为UV-531、UV-326、UV-327、UV-328、UV-329、UV-360或UV-234。
7.利用权利要求1-6任一项所述的灌溉区农作物用全生物降解地膜材料制备地膜的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S101：首先将所述聚对苯二甲酸-己二酸-丁二醇酯与所述聚呋喃二甲酸乙二醇酯混合后加热至30℃～80℃干燥1h～8h；
S102：将剩余的原料组分与所述步骤S101得到的物料在高速混合机中在500r/min～1500r/min转速下混合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，得到灌溉区农作物用全生物降解地膜。
8.权利要求1-7任一项所述的灌溉区农作物用全生物降解地膜在农业、林业和畜牧业中的应用。
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