CN110229485A - 一种可降解保温保湿农用薄膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可降解保温保湿农用薄膜的制备方法，将淀粉和柠檬酸加入去离子水中，搅拌反应后，倒入培养皿中，初步烘干脱水后，磨成粉末状，洗涤、抽滤，烘干得柠檬酸改性淀粉；将中空二氧化钛微球、聚乙烯吡咯烷酮加入水中，超声分散均匀得组分A；将可膨胀微球加入到甲基乙烯基硅橡胶中，充分混合均匀，再与组分A混合搅拌均匀，得到隔热保温组分；将柠檬酸改性淀粉分散在水中，在水浴中搅拌糊化后，倒入聚乳酸溶液中，再加入改性钠基蒙脱土、所得隔热保温组分，超声搅拌分散后，倒入模具中，室温干燥后揭膜，真空干燥，得到可降解农用薄膜。
Description
技术领域
本发明属于可降解农用薄膜领域，具体涉及一种可降解保温保湿农用薄膜的制备方法。
背景技术
随着石油资源的过度开发，各种不可降解的农用薄膜材料对环境污染越来越大。因此，从环保和能源再生的角度来说，聚乳酸的研究与开发无论是在生物来源还是回收再利用方面，都具有十分重要意义。但是纯聚乳酸薄膜具有保温、保湿性能差的缺点，以此为出发点，本申请提供了一种保温、保湿性能好的农用薄膜的制备方法。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种可降解保温保湿农用薄膜的制备方法，依照该方法制备的农用薄膜具有优异的保温、保湿性能。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种可降解保温保湿农用薄膜的制备方法，包括如下步骤，下述原料按重量份计：
（1）柠檬酸改性淀粉的制备：
将10-15份淀粉和0.3-0.5份柠檬酸加入80-90份去离子水中，在75-80℃下搅拌反应20-24h后，倒入培养皿中，初步烘干脱水后，磨成粉末状，洗涤、抽滤，在40-45℃下烘干20-24h得柠檬酸改性淀粉；
柠檬酸与淀粉发生了酯化交联反应，淀粉分子上羟基部分被酯基取代，亲水基团减少，疏水基团增多，薄膜吸附水蒸气的能力下降，水蒸气渗透转移水平下降，导致薄膜的水蒸气透过率减少，同时未与淀粉交联也会影响薄膜孔径大小，从而使薄膜水蒸气透过率发生变化，降低薄膜的雾度、亲水性和水蒸汽透过率，柠檬酸改性淀粉能提高复合膜的力学性能；
（2）隔热保温组分的制备：
将1-2份中空二氧化钛微球、0.05-0.1份聚乙烯吡咯烷酮加入5-10份水中，超声分散均匀得组分A；将2-3份可膨胀微球加入到10-15份甲基乙烯基硅橡胶中，充分混合均匀，再与组分A混合搅拌均匀，得到隔热保温组分；
中空结构的二氧化钛不但具备一般大孔和中孔材料的特性，而且具备其它材料所不能及的一些优异性能，如在可见光下的透明性、良好的热阻隔性和反射性，
通过物理共混法将中空二氧化钛微球引入到聚乳酸薄膜中，可显著提升薄膜的保温性和力学性能；
（3）可降解农用薄膜的制备：
将（1）中所得柠檬酸改性淀粉1:5分散在水中，在90-95℃水浴中搅拌糊化20-30min后，倒入130-195份聚乳酸溶液中，再加入3-6份改性钠基蒙脱土、（2）中所得隔热保温组分，超声搅拌分散25-40min后，倒入模具中，室温干燥24-25h后揭膜，于95-105℃下真空干燥2-4h，得到可降解农用薄膜；
通过溶液插层技术将柠檬酸改性淀粉、有机蒙脱土与聚乳酸共混改性得到可降解薄膜，使柠檬酸改性淀粉能够有效吸附于有机蒙脱土表面，有机蒙脱土和柠檬酸改性淀粉具有协同增强增韧聚乳酸的作用，有机蒙脱土在可降解薄膜中分散性较好，可提高薄膜的阻隔性，有机蒙脱土的添加可加快复合膜的降解速度；
进一步的，步骤（3）中将50-75份聚乳酸在40-45℃干燥处理20-24h后，溶解在80-120份三氯甲烷中，得到聚乳酸溶液。
进一步的，步骤（3）中改性钠基蒙脱土的制备：将3-6份钠基蒙脱土和105-210份去离子水搅拌5-6h混合均匀，静置5-6h得钠基蒙脱土溶液，将1.35-2.7份十六烷基三甲基溴化铵和0.1-0.2份浓盐酸混合后，在70-80℃下搅拌滴加到钠基蒙脱土溶液中，在80-85℃烘箱中干燥至恒重，在30-35℃下加入0.03-0.06份硅烷偶联剂KH550与1.5-3份无水乙醇的混合液，搅拌混合4-5h，得到改性钠基蒙脱土。
本发明相比现有技术具有以下优点：
（1）柠檬酸与淀粉发生了酯化交联反应，淀粉分子上羟基部分被酯基取代，亲水基团减少，疏水基团增多，薄膜吸附水蒸气的能力下降，水蒸气渗透转移水平下降，导致薄膜的水蒸气透过率减少，同时未与淀粉交联也会影响薄膜孔径大小，从而使薄膜水蒸气透过率发生变化，降低薄膜的雾度、亲水性和水蒸汽透过率，柠檬酸改性淀粉能提高复合膜的力学性能。
（2）中空结构的二氧化钛不但具备一般大孔和中孔材料的特性，而且具备其它材料所不能及的一些优异性能，如在可见光下的透明性、良好的热阻隔性和反射性，通过物理共混法将中空二氧化钛微球引入到聚乳酸薄膜中，可显著提升薄膜的保温性能和力学性能。
（3）以十六烷基三甲基溴化铵、硅烷偶联剂KH550为改性剂，以去离子水、无水乙醇为溶剂，对钠基蒙脱土进行改性，作为聚乳酸薄膜填料，复合薄膜具有良好的力学性能和阻燃性能；十六烷基三甲基溴化铵-去离子水混合液可以降低改性蒙脱土片层间的极性，提高亲油性；硅烷偶联剂KH550-无水乙醇混合液与改性蒙脱土表面的羟基发生化学作用，提高分散性；
通过溶液插层技术将柠檬酸改性淀粉、改性钠基蒙脱土与聚乳酸共混改性得到可降解农用薄膜，使柠檬酸改性淀粉能够有效吸附于改性钠基蒙脱土表面改性钠基蒙脱土和柠檬酸改性淀粉具有协同增强增韧聚乳酸的作用，改性钠基蒙脱土在可降解薄膜中分散性较好，可提高薄膜的阻隔性，可加快复合膜的降解速度。
具体实施方式
实施例1
一种可降解保温保湿农用薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤，下述原料按重量份计：
（1）柠檬酸改性淀粉的制备：
将10份淀粉和0.3份柠檬酸加入80份去离子水中，在75℃下搅拌反应24h后，倒入培养皿中，初步烘干脱水后，磨成粉末状，洗涤、抽滤，在40℃下烘干24h得柠檬酸改性淀粉；
（2）隔热保温组分的制备：
将1份中空二氧化钛微球、0.05份聚乙烯吡咯烷酮加入5份水中，超声分散均匀得组分A；将2份可膨胀微球加入到10份甲基乙烯基硅橡胶中，充分混合均匀，再与组分A混合搅拌均匀，得到隔热保温组分；
（3）可降解农用薄膜的制备：
将（1）中所得柠檬酸改性淀粉1:5分散在水中，在90℃水浴中搅拌糊化30min后，倒入130份聚乳酸溶液中，再加入3份改性钠基蒙脱土、（2）中所得隔热保温组分，超声搅拌分散25min后，倒入模具中，室温干燥24h后揭膜，于95℃下真空干燥4h，得到可降解农用薄膜；
其中，将50份聚乳酸在40℃干燥处理24h后，溶解在80份三氯甲烷中，得到聚乳酸溶液；
改性钠基蒙脱土的制备：将3份钠基蒙脱土和105份去离子水搅拌5h混合均匀，静置5h得钠基蒙脱土溶液，将1.35份十六烷基三甲基溴化铵和0.1份浓盐酸混合后，在70℃下搅拌滴加到钠基蒙脱土溶液中，在80℃烘箱中干燥至恒重，在30℃下加入0.03份硅烷偶联剂KH550与1.5份无水乙醇的混合液，搅拌混合5h，得到改性钠基蒙脱土。
实施例2
一种可降解保温保湿农用薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤，下述原料按重量份计：
（1）柠檬酸改性淀粉的制备：
将15份淀粉和0.5份柠檬酸加入90份去离子水中，在80℃下搅拌反应20h后，倒入培养皿中，初步烘干脱水后，磨成粉末状，洗涤、抽滤，在45℃下烘干20h得柠檬酸改性淀粉；
（2）隔热保温组分的制备：
将2份中空二氧化钛微球、0.1份聚乙烯吡咯烷酮加入10份水中，超声分散均匀得组分A；将3份可膨胀微球加入到15份甲基乙烯基硅橡胶中，充分混合均匀，再与组分A混合搅拌均匀，得到隔热保温组分；
（3）可降解农用薄膜的制备：
将（1）中所得柠檬酸改性淀粉1:5分散在水中，在95℃水浴中搅拌糊化20min后，倒入195份聚乳酸溶液中，再加入6份改性钠基蒙脱土、（2）中所得隔热保温组分，超声搅拌分散40min后，倒入模具中，室温干燥25h后揭膜，于105℃下真空干燥2h，得到可降解农用薄膜；
其中，将75份聚乳酸在45℃干燥处理24h后，溶解在120份三氯甲烷中，得到聚乳酸溶液；
改性钠基蒙脱土的制备：将6份钠基蒙脱土和210份去离子水搅拌6h混合均匀，静置6h得钠基蒙脱土溶液，将2.7份十六烷基三甲基溴化铵和0.2份浓盐酸混合后，在80℃下搅拌滴加到钠基蒙脱土溶液中，在85℃烘箱中干燥至恒重，在35℃下加入0.06份硅烷偶联剂KH550与3份无水乙醇的混合液，搅拌混合4h，得到改性钠基蒙脱土。
对比实施例1
本对比实施例1与实施例1相比，在步骤（1）中未用柠檬酸对淀粉进行改性处理，除此外的方法步骤均相同。
对比实施例2
本对比实施例2与实施例2相比，在步骤（2）中未添加中空二氧化钛微球，除此外的方法步骤均相同。
对照组 纯聚乳酸薄膜
为了对比本发明制备的可降解农用薄膜的性能，对上述实施例1、实施例2、对比实施例1、对比实施例2方法对应制得的可降解农用薄膜，以及对照组对应的纯聚乳酸薄膜，按照行业标准进行性能检测，具体对比数据如下表1所示：
水蒸气透过率：按照GB/T 1037—1988《塑料薄膜和片材透水蒸气性试验方法（杯式法）》标准，采用透湿性测试仪进行测试；
表1
按照本发明实施例的方法制备可降解农用薄膜具有优异的力学性能、阻燃性能和保温、保湿性能，其拉伸强度为43MPa，断裂伸长率为300%，极限氧指数为32%，该薄膜120d土壤堆埋生物降解速率为85%，薄膜表现出良好的可降解性能；
在对比实施例1中未用柠檬酸对淀粉进行改性处理，导致可降解农用薄膜的水蒸气透过率增大，保湿性能降低，但是仍然优于对照组纯聚乳酸薄膜的保湿性能；在对比实施例2中未添加中空二氧化钛微球，导致可降解农用薄膜的导热系数增大，保温性能降低，但是仍然优于对照组纯聚乳酸薄膜的保温性能。
Claims (3)
1.一种可降解保温保湿农用薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤，下述原料按重量份计：
（1）制备柠檬酸改性淀粉：
将10-15份淀粉和0.3-0.5份柠檬酸加入80-90份去离子水中，在75-80℃下搅拌反应20-24h后，倒入培养皿中，初步烘干脱水后，磨成粉末状，洗涤、抽滤，在40-45℃下烘干20-24h得柠檬酸改性淀粉；
（2）制备隔热保温组分：
将1-2份中空二氧化钛微球、0.05-0.1份聚乙烯吡咯烷酮加入5-10份水中，超声分散均匀得组分A；将2-3份可膨胀微球加入到10-15份甲基乙烯基硅橡胶中，充分混合均匀，再与组分A混合搅拌均匀，得到隔热保温组分；
（3）可降解农用薄膜的制备：
将（1）中所得柠檬酸改性淀粉1:5分散在水中，在90-95℃水浴中搅拌糊化20-30min后，倒入130-195份聚乳酸溶液中，再加入3-6份改性钠基蒙脱土、（2）中所得隔热保温组分，超声搅拌分散25-40min后，倒入模具中，室温干燥24-25h后揭膜，于95-105℃下真空干燥2-4h，得到可降解农用薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种可降解保温保湿农用薄膜的制备方法，其特征在于，步骤（3）中将50-75份聚乳酸在40-45℃干燥处理20-24h后，溶解在80-120份三氯甲烷中，得到聚乳酸溶液。
3.根据权利要求1所述的一种可降解保温保湿农用薄膜的制备方法，其特征在于，步骤（3）中改性钠基蒙脱土的制备：
将3-6份钠基蒙脱土和105-210份去离子水搅拌5-6h混合均匀，静置5-6h得钠基蒙脱土溶液，将1.35-2.7份十六烷基三甲基溴化铵和0.1-0.2份浓盐酸混合后，在70-80℃下搅拌滴加到钠基蒙脱土溶液中，在80-85℃烘箱中干燥至恒重，在30-35℃下加入0.03-0.06份硅烷偶联剂KH550与1.5-3份无水乙醇的混合液，搅拌混合4-5h，得到改性钠基蒙脱土。
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