CN110591260A

CN110591260A - 一种旱地专用喷涂型降解地膜材料及制备方法

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Publication number: CN110591260A
Application number: CN201910819156.5A
Authority: CN
Inventors: 吴广龙
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-08-31
Filing date: 2019-08-31
Publication date: 2019-12-20

Abstract

本发明涉及农用薄膜领域，公开了一种旱地专用喷涂型降解地膜材料及制备方法。包括如下制备过程：(1)将无机纤维、多孔无机粉体、棕榈酸、Na₂HP₄·12H₂O研磨分散制得絮状分散体；(2)将淀粉、植物纤维、尿素加入水中，升温搅拌制得淀粉糊；(3)将交联剂、丙烯酸乳液、絮状分散体加入淀粉糊中分散均匀，即得旱地专用喷涂型降解地膜材料。本发明制得的地膜材料喷涂在旱沙地表面，能够形成良好保水性的地膜，在使用完可经过暴晒，达到快速完全降解，有效解决传统的塑料农膜带来的白色污染问题，产品在生产过程无需水，环保无污染，在干旱地区使用具有巨大的市场潜力。

Description

一种旱地专用喷涂型降解地膜材料及制备方法

技术领域

本发明涉及农用薄膜领域，公开了一种旱地专用喷涂型降解地膜材料及制备方法。

背景技术

农用地膜能够提高土壤温度，保持土壤水分，维持土壤结构，而且能起到防虫除草提高农作物的产量的作用，对于现代农业的发展具有重要意义。现在我国地膜材料以聚乙烯材料为主，但是由于地膜一般厚度为0.004～0.008mm，这种超薄地膜回收十分困难，随着使用时间和用量的增长，滞留在土地里地膜越来越多，会引起土壤板结、产量下降等一系列严重问题。目前农田中残留地膜的治理已经到了刻不容缓的地步。地膜残留土壤中所造成的“白色污染”问题，一直困扰着地膜产业可持续发展。由于残存在农田中的薄膜又造成土地结构的破坏，如果连续使用地膜达五年以上，则每亩地的残留量增加到20公斤左右，就会造成作物减产20％。因此，可降解地膜的研究和应用成为必然趋势。

目前常用的可降解地膜主要有生物降解地膜、光降解地膜、光/生物降解地膜、植物纤维地膜、液态喷洒薄膜、多功能农用薄膜等。国内研究开发较多的是生物降解地膜、光降解地膜和光/生双降解地膜。其中，生物降解地膜是在自然条件下，通过土壤微生物的生命活动而进行降解的一类地膜。生物降解地膜分为化学合成高分子基地膜、天然高分子基地膜两大类。

生物降解地膜主要有淀粉基生物塑料、聚乳酸(PLA)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、二氧化碳聚合物(PPC)、聚己内酯(PCL)、聚羟基脂肪酸酯(PHA)等具有生物降解功能的生物塑料。然而该类生物塑料难以在一年内完全降解，影响来年种植。特别是难以加工成薄性的薄膜，因此成本较普通乙烯高很多。因此，提高生物降解塑料地膜的降解速率成为主要的研究课题。

中国发明专利申请号201810515942.1公开了一种可降解合成橡胶乳液地膜及其制备方法。配制加入合成橡胶、甘油，杀菌剂苯甲酸钠，非离子型表面活性剂，增粘剂等以一定的比例混合，制备乳液浓度为0.5～5％的合成橡胶乳液，将本乳液喷洒于干旱地区的农田表面，以及沙漠地区的表面，可以取代现有的农用地膜。该乳液地膜的优点在于：其原料使用了可以完全降解的合成橡胶，降解的产物大多无毒无害。施工方便，只要进行简单的喷洒就可以了。可以有效的解决干旱地区的保水问题。

中国发明专利申请号201010569700.4公开了一种生物降解地膜，包含地膜层和营养层，地膜层主要用聚烃基脂肪酸酯、热塑性淀粉和辅助性成分制成；营养层由有机质和植物纤维制成。结构特点是地膜层的内侧设有营养层，且二者复合为一体。该生物降解地膜可以被数种水生细菌降解水、二氧化碳和有机质，不会对环境造成污染，并且能减少水分蒸发，提高水的利用率，进而提高农作物的成活率。同时该生物降解地膜能改良土壤、增加土壤肥力，有效提高广大西部干旱地区农作物的产量。

根据上述，现有方案中用于农业的可降解地膜，在北方干旱地区使用时，由于旱地、旱沙地由土壤较干，难以为生物塑料提供生物降解的环境，制约了生物降解地膜的应用和降解。

发明内容

目前应用较广的旱地、旱沙地使用的生物降解塑料，因缺少生物降解的环境，难以在一年内快速降解，制约了生物降解塑料在干旱区的应用。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

一种旱地专用喷涂型降解地膜材料的制备方法，其特征在于，制备的具体过程为：

(1)将无机纤维、多孔无机粉体、棕榈酸、Na2HP4·12H2O混合，以400～500r/min的转速研磨分散2～4h，制得絮状分散体；

(2)将淀粉、植物纤维、尿素加入水中，升温到60～80℃，以200～300r/min的转速搅拌30～40min，制得淀粉糊；

(3)将交联剂、丙烯酸乳液、步骤(1)制得的絮状分散体加入步骤(2)制得的淀粉糊中，分散均匀，即可制得旱地专用喷涂型降解地膜材料。

无机纤维作为增强填料加入可降解地膜中，可有效增强塑料地膜的力学强度。海泡石纤维是一种天然矿物纤维，是海泡石矿物的纤维状变种，称之为α-海泡石；作为一种层链状的硅酸盐矿物，结构中两层硅氧四面体中间夹一层镁氧八面体，形成2:1型的层状结构单元；其四面体层是连续的，层中活性氧的指向周期性的发生倒转，八面体层形成上下层相间排列的通道；通道的取向与纤维轴一致，允许水分子、金属阳离子、有机小分子等进入其中，海泡石具有较好的耐热性，海泡石还有良好离子交换和催化特性，及耐腐蚀、抗辐射、绝缘、隔热等优异特性。硅灰石属于一种链状偏硅酸盐，又是一种呈纤维状、针状硅酸盐。由于其特殊的晶体形态结晶结构决定了其性质，硅灰石具有良好的绝缘性，同时具有很高的白度、良好的介电性能和较高的耐热、耐候性能。本发明通过添加无机纤维，可有效增强地膜材料的强度。作为本发明的优选，步骤(1)所述无机纤维为海泡石纤维、硅灰石纤维中的一种。

沸石是一种含水的碱或碱土金属铝硅酸盐矿物，沸石的晶体构造可分为三种组分：铝硅酸盐骨架，骨架内含可交换阳离子M的孔道和空洞，潜在相的水分子，即沸石水；沸石的骨架构造比较空疏。在沸石构造中，金属阳离子位于晶体构造较大并相互通连的孔道或空洞间。按沸石矿物特征分为架状、片状、纤维状及未分类四种，按孔道体系特征分为一维、二维、三维体系。任何沸石都由硅氧四面体和铝氧四面体组成。四面体只能以顶点相连，即共用一个氧原子，而不能“边”或“面”相连。铝氧四面体本身不能相连，其间至少有一个硅氧四面体。而硅氧四面体可以直接相连。硅氧四面体中的硅，可被铝原子置换而构成铝氧四面体。但铝原子是三价的，所以在铝氧四面体中，有一个氧原子的电价没有得到中和，而产生电荷不平衡，使整个铝氧四面体带负电。为了保持中性，必须有带正电的离子来抵消。由于沸石具有独特的内部结构和结晶化学性质。作为本发明的优选，步骤(1)所述多孔无机粉体为沸石粉。沸石作为多孔无机粉体填料，不仅具有增强地膜材料的效果，而且可与棕榈酸、Na2HP4·12H2O共同组合为良好的高温分解剂，促进地膜材料的分解和降解。

作为本发明的优选，步骤(1)所述各原料组分为，按质量百分数计，无机纤维30～35％、多孔无机粉体20～25％、棕榈酸4～8％、Na2HP4·12H2O 32～46％。

作为本发明的优选，步骤(2)所述淀粉为绿豆淀粉、木薯淀粉、甘薯淀粉、红薯淀粉、马铃薯淀粉、麦类淀粉、菱角淀粉、藕淀粉、玉米淀粉中的至少一种。

作为本发明的优选，步骤(2)所述植物纤维为棉纤维、木棉纤维、亚麻纤维、苎麻纤维、黄麻纤维、竹纤维、剑麻纤维、蕉麻纤维、椰子纤维中的至少一种。

作为本发明的优选，步骤(2)所述各原料组分为，按质量百分数计，淀粉30～35％、植物纤维20～25％、尿素8～12％、水28～42％。

交联淀粉是含有两个或两个以上官能团的化学试剂，即交联剂同淀粉分子的羟基作用生成的衍生物。颗粒中淀粉分子间由氢键结合成颗粒结构，在热水中受热，氢键强度减弱，颗粒吸水膨胀，黏度上升，达到最高值，表示膨胀颗粒已经达到了最大的水合作用。继续加热氢键破裂，颗粒破裂，黏度下降。交联化学键的强度远高于氢键，能增强颗粒结构的强度，抑制颗粒膨胀、破裂和黏度下降。交联淀粉主要性能体现在其耐酸、耐碱性和耐剪切力，冷冻穗定性和冻融稳定性好，并且具有糊化温度高，膨胀性小、黏度大和耐高温等性质。选择环氧氯丙烷作为交联剂，可得到性能良好的交联淀粉，显著增强淀粉基地膜材料的性能，保持了良好的降解性能。作为本发明的优选，步骤(3)所述交联剂为环氧氯丙烷。

作为本发明的优选，步骤(3)所述各原料组分为，按质量百分数计，交联剂1～3％、丙烯酸乳液25～30％、絮状分散体30～35％、淀粉糊32～44％。

将植物纤维、无机纤维、棕榈酸、Na2HP4·12H2O分散在交联的淀粉和丙烯酸乳液中制备成喷涂型降解地膜材料，该材料喷涂在旱沙地表面，能够形成良好保水性的地膜，其中，植物纤维、无机纤维赋予地膜良好的柔性和强度，使形成的膜不易破裂；其中的多孔无机粉体、棕榈酸、Na2HP4·12H2O组合为良好的高温分解剂，其为相变材料，在高于60℃时由固态变为液态。因此，该地膜在使用完后，在深耕前，经过暴晒，相变材料转化为液态，促进地膜分裂，达到快速完全降解，而且降解常为粉末性的淀粉、植物纤维，不会造成土壤的板结。

由上述方法制备得到的一种旱地专用喷涂型降解地膜材料，可在干旱地表面形成良好保水性的地膜，进一步在暴晒条件下可实现快速完全分解。

本发明提供的一种旱地专用喷涂型降解地膜材料及制备方法，将无机纤维、多孔无机粉体、棕榈酸、Na2HP4·12H2O研磨分散，形成絮状分散体；将淀粉、植物纤维、尿素、水搅拌加热制备成淀粉糊；然后加入交联剂、丙烯酸乳液、絮状分散体混合均匀即可。

本发明提供了一种旱地专用喷涂型降解地膜材料及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：

1、提出了将植物纤维、无机纤维、棕榈酸、Na2HP4·12H2O分散在交联的淀粉和丙烯酸乳液中制备成喷涂型降解地膜材料制备旱地专用喷涂型降解地膜材料的方法。

2、本发明制得的地膜材料喷涂在旱沙地表面，能够形成良好保水性的地膜，在使用完后，在深耕前，经过暴晒，相变材料转化为液态，促进地膜分裂，达到快速完全降解，而且降解常为粉末性的淀粉、植物纤维，不会造成土壤的板结。

3、本发明制得的地膜材料使得降解膜在中国西北旱啥地应用良好，有效解决传统的塑料农膜、普通降解膜难以在旱沙地降解的问题，产品在生产过程无需水，环保无污染，在干旱地区使用具有巨大的市场潜力。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。

实施例1

(1)将无机纤维、多孔无机粉体、棕榈酸、Na2HP4·12H2O混合，以460r/min的转速研磨分散3.5h，制得絮状分散体；无机纤维为海泡石纤维；多孔无机粉体为沸石粉；

各原料组分为，按质量百分数计，无机纤维33％、多孔无机粉体23％、棕榈酸6％、Na2HP4·12H2O 38％；

(2)将淀粉、植物纤维、尿素加入水中，升温到70℃，以260r/min的转速搅拌34min，制得淀粉糊；淀粉为绿豆淀粉；植物纤维为棉纤维；

各原料组分为，按质量百分数计，淀粉33％、植物纤维23％、尿素10％、水34％；

(3)将交联剂、质量浓度15％的丙烯酸乳液、步骤(1)制得的絮状分散体加入步骤(2)制得的淀粉糊中，分散均匀，即可制得粘度16000cP的旱地专用喷涂型降解地膜材料；交联剂为环氧氯丙烷；

各原料组分为，按质量百分数计，交联剂2％、丙烯酸乳液27％、絮状分散体32％、淀粉糊39％。

实施例2

(1)将无机纤维、多孔无机粉体、棕榈酸、Na2HP4·12H2O混合，以420r/min的转速研磨分散3.5h，制得絮状分散体；无机纤维为硅灰石纤维；多孔无机粉体为沸石粉；

各原料组分为，按质量百分数计，无机纤维32％、多孔无机粉体21％、棕榈酸5％、Na2HP4·12H2O 42％；

(2)将淀粉、植物纤维、尿素加入水中，升温到65℃，以220r/min的转速搅拌38min，制得淀粉糊；淀粉为木薯淀粉；植物纤维为木棉纤维；

各原料组分为，按质量百分数计，淀粉32％、植物纤维21％、尿素9％、水38％；

(3)将交联剂、质量浓度15％的丙烯酸乳液、步骤(1)制得的絮状分散体加入步骤(2)制得的淀粉糊中，分散均匀，即可制得粘度12000cP的旱地专用喷涂型降解地膜材料；交联剂为环氧氯丙烷；

各原料组分为，按质量百分数计，交联剂1％、丙烯酸乳液27％、絮状分散体31％、淀粉糊41％。

实施例3

(1)将无机纤维、多孔无机粉体、棕榈酸、Na2HP4·12H2O混合，以480r/min的转速研磨分散2.5h，制得絮状分散体；无机纤维为海泡石纤维；多孔无机粉体为沸石粉；

各原料组分为，按质量百分数计，无机纤维34％、多孔无机粉体24％、棕榈酸7％、Na2HP4·12H2O 35％；

(2)将淀粉、植物纤维、尿素加入水中，升温到75℃，以280r/min的转速搅拌32min，制得淀粉糊；淀粉为甘薯淀粉；植物纤维为亚麻纤维；

各原料组分为，按质量百分数计，淀粉34％、植物纤维24％、尿素11％、水31％；

(3)将交联剂、质量浓度15％的丙烯酸乳液、步骤(1)制得的絮状分散体加入步骤(2)制得的淀粉糊中，分散均匀，即可制得粘度18000cP的旱地专用喷涂型降解地膜材料；交联剂为环氧氯丙烷；

各原料组分为，按质量百分数计，交联剂3％、丙烯酸乳液28％、絮状分散体34％、淀粉糊35％。

实施例4

(1)将无机纤维、多孔无机粉体、棕榈酸、Na2HP4·12H2O混合，以400r/min的转速研磨分散4h，制得絮状分散体；无机纤维为硅灰石纤维；多孔无机粉体为沸石粉；

各原料组分为，按质量百分数计，无机纤维30％、多孔无机粉体20％、棕榈酸4％、Na2HP4·12H2O 46％；

(2)将淀粉、植物纤维、尿素加入水中，升温到60℃，以200r/min的转速搅拌40min，制得淀粉糊；淀粉为马铃薯淀粉；植物纤维为苎麻纤维；

各原料组分为，按质量百分数计，淀粉30％、植物纤维20％、尿素8％、水42％；

(3)将交联剂、质量浓度15％的丙烯酸乳液、步骤(1)制得的絮状分散体加入步骤(2)制得的淀粉糊中，分散均匀，即可制得粘度10000cP的旱地专用喷涂型降解地膜材料；交联剂为环氧氯丙烷；

各原料组分为，按质量百分数计，交联剂1％、丙烯酸乳液25％、絮状分散体30％、淀粉糊44％。

实施例5

(1)将无机纤维、多孔无机粉体、棕榈酸、Na2HP4·12H2O混合，以500r/min的转速研磨分散2h，制得絮状分散体；无机纤维为海泡石纤维；多孔无机粉体为沸石粉；

各原料组分为，按质量百分数计，无机纤维35％、多孔无机粉体25％、棕榈酸8％、Na2HP4·12H2O 32％；

(2)将淀粉、植物纤维、尿素加入水中，升温到80℃，以300r/min的转速搅拌30min，制得淀粉糊；淀粉为麦类淀粉；植物纤维为黄麻纤维；

各原料组分为，按质量百分数计，淀粉35％、植物纤维25％、尿素12％、水28％；

(3)将交联剂、质量浓度15％的丙烯酸乳液、步骤(1)制得的絮状分散体加入步骤(2)制得的淀粉糊中，分散均匀，即可制得粘度20000cP的旱地专用喷涂型降解地膜材料；交联剂为环氧氯丙烷；

各原料组分为，按质量百分数计，交联剂3％、丙烯酸乳液30％、絮状分散体35％、淀粉糊32％。

对比例1

对比例1没有添加多孔无机粉体、棕榈酸、Na2HP4·12H2O，其他条件和实施例5相同。

上述性能指标的测试方法为：

选择西北甘肃种植油葵的旱沙地为试验田，在4月初种植初期将实施例1-5、对比例1得到的地膜材料喷涂在地表面，喷涂厚度为0.15-0.2mm，等9月中旬收完油葵后，取出油葵杆，受太阳直接照晒，地表温度在短时间内会达到60℃以上，含有多孔无机粉体、棕榈酸、Na2HP4·12H20高温分解剂的薄膜，在高于60℃时的瞬时由固态变为液态。因此，该地膜在使用完后，在深耕前，经过暴晒，相变材料转化为液态，促进地膜分裂，达到快速完全粉化降解，观察并测量地膜的降解过程，记录完全降解时间。如表1.

表1：

Claims

1.一种旱地专用喷涂型降解地膜材料的制备方法，其特征在于，制备的具体过程为：

(1)将无机纤维、多孔无机粉体、棕榈酸、Na₂HP₄·12H₂O混合，以400～500r/min的转速研磨分散2～4h，制得絮状分散体；

2.根据权利要求1所述一种旱地专用喷涂型降解地膜材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述无机纤维为海泡石纤维、硅灰石纤维中的一种。

3.根据权利要求1所述一种旱地专用喷涂型降解地膜材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述多孔无机粉体为沸石粉。

4.根据权利要求1所述一种旱地专用喷涂型降解地膜材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述各原料组分为，按质量百分数计，无机纤维30～35％、多孔无机粉体20～25％、棕榈酸4～8％、Na₂HP₄·12H₂O 32～46％。

5.根据权利要求1所述一种旱地专用喷涂型降解地膜材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述淀粉为绿豆淀粉、木薯淀粉、甘薯淀粉、红薯淀粉、马铃薯淀粉、麦类淀粉、菱角淀粉、藕淀粉、玉米淀粉中的至少一种。

6.根据权利要求1所述一种旱地专用喷涂型降解地膜材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述植物纤维为棉纤维、木棉纤维、亚麻纤维、苎麻纤维、黄麻纤维、竹纤维、剑麻纤维、蕉麻纤维、椰子纤维中的至少一种。

7.根据权利要求1所述一种旱地专用喷涂型降解地膜材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述各原料组分为，按质量百分数计，淀粉30～35％、植物纤维20～25％、尿素8～12％、水28～42％。

8.根据权利要求1所述一种旱地专用喷涂型降解地膜材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述交联剂为环氧氯丙烷。

9.根据权利要求1所述一种旱地专用喷涂型降解地膜材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述各原料组分为，按质量百分数计，交联剂1～3％、丙烯酸乳液25～30％、絮状分散体30～35％、淀粉糊32～44％。

10.权利要求1～9任一项所述方法制备得到的一种旱地专用喷涂型降解地膜材料。