CN110982231B - 一种农用白色全生物可控降解塑料吊绳及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是属于农用生物降解高分子材料领域，尤其涉及一种农用白色全生物可控降解塑料吊绳及其制备方法，该吊绳以全生物降解树脂、易加工助剂、增强增韧助剂和稳定性助剂组成，其中增强增韧助剂的加入解决了农用全生物可控降解吊绳机械强度差、易断裂，断裂伸长率过高的难题；易加工助剂解决增强增韧助剂难分散、绳带难切割与成条的问题；稳定性助剂解决了农用全生物可控降解塑料吊绳耐候性差的问题；并通过优选全生物降解树脂的种类和配比，结合功能性助剂开发出1‑2/米克重、功能持效期3‑8个月可调的农用全生物可控降解吊绳，农用全生物可控降解吊绳最低断裂强力＞20daN，断裂伸长率小于20％，降解性能满足农用全生物降解制品国家标准要求。

Description

一种农用白色全生物可控降解塑料吊绳及其制备方法
技术领域
本发明属于农用高分子材料领域，具体涉及一种农用白色全生物可控降解塑料吊绳及其制备方法。
背景技术
吊绳在蔬菜等作物生产中，起到重要的辅助作用，吊绳在蔬菜栽培架或者吊绳挂杆(绳)上悬挂，帮助蔬菜茎杆(秧蔓)引导向上生长、承重，从而起到通风透光增产和便于采摘的作用，然而目前所采用的普通塑料吊绳是难以降解的聚烯烃类吊绳。这些吊绳材料使用后，与蔬菜等作物茎杆(秧蔓)混合在一起难以分离，造成茎杆残秧无法资源化利用，直接影响农业环保和可持续发展，造成农业环境“白色污染”和生态隐患。农用全生物可控降解塑料吊绳是由完全生物降解塑料通过挤塑拉伸加工而成，全生物降解塑料使用后在堆肥条件下能被微生物完全分解，降解的最终产物为二氧化碳、水和无害的无机材料，可完全为自然界消纳，因此以农用全生物可控降解塑料吊绳代替目前的聚烯烃类和聚丙烯类吊绳产品，是解决作物茎杆残秧资源化利用和农田白色污染的重要手段，有着重要的开发利用前景。
但是现有的降解材料在制备吊绳时遇到了诸多的难题，由于降解材料的特殊性导致其制备的吊绳机械强度难以达到要求且难以连续加工生产，且现有技术中只有将降解材料制备为各种膜材料的先例，却从未有过将其制备为作物茎杆(秧蔓)吊绳的先例，因此本领域技术人员缺乏相应的技术基础，难以获得满足农业生产需求的可降解塑料吊绳，也难以直接从可降解膜材中获得相应的技术启示，该技术的发展在世界上处于空白状态，是本领域技术亟待解决的问题之一。
发明内容
本发明针对现有技术存在的诸多不足之处，提供了一种农用白色全生物可控降解塑料吊绳及其制备方法，该农用全生物可控降解塑料吊绳以全生物降解树脂、易加工助剂、增强增韧助剂和稳定性助剂组成，其中增强增韧助剂的加入解决了农用全生物可控降解吊绳机械强度差、易断裂，断裂伸长率过高的难题；易加工助剂解决增强增韧助剂难分散、绳带难切割与成条的问题；稳定性助剂解决了农用全生物可控降解塑料吊绳耐候性差的问题；并通过优选全生物降解树脂的种类和配比，结合功能性助剂开发出1-2/米克重、功能持效期3-7个月可调的农用全生物可控降解吊绳，农用全生物可控降解吊绳最低断裂强力＞20daN，断裂伸长率小于20％，降解性能满足农用全生物降解制品国家标准要求。
本发明的申请人之前曾经提交过若干项生物可降解地膜的专利申请，其中主要采用了可降解的成膜材料为原料进行了制备，效果优良，获得的膜材料从各种性能上都满足了现有农业生产的要求，但是发明人以其为基础进行后续研究时发现，采用其技术方案直接制备可降解吊绳时，其可降解特性被很好的保留下来，但是在实际应用过程中其他问题也随之而来。在申请人的在先申请中，作为膜材使用的可降解材料，要求其断裂伸长率越大越好，这样才能满足地膜的需求，同时提高其机械覆膜的性能，从而满足农业机械化的要求，而将其直接套用于本申请的发明目的后发明人发现，吊绳加工过程中经二次热拉伸收卷过程中，收卷速率快则绳易断，直接影响生产效率；在降低收卷速率的情况下，获得的吊绳断裂伸长率较大，吊绳的弹性形变太大，在使用过程中伴随作物的生长、果实增重，吊绳会被拉长，起不到帮助蔬菜茎杆(秧蔓)承重果实的作用，导致吊绳的吊扎特性丧失；塑料制品的断裂强力、断裂伸长率与配方组成、加工工艺条件及制品规格都有直接关系。而降解农用塑料吊绳与降解地膜的加工设备、工艺及制品规格不同，因此仅仅依靠发明人在先申请的膜材料技术方案配合现有农用吊绳加工工艺，是无法解决现有可降解塑料吊绳生产加工和产品的相关缺陷的，而本发明正是发明人重新设计了技术方案获得的可行性技术方案，可以满足全生物可控降解塑料吊绳的加工、应用等诸多要求。
本发明的具体技术方案是：
一种农用全生物可控降解吊绳，其主要原料组分按重量份计为：
全生物降解树脂80-91份、增强增韧助剂5-20份、易加工助剂0.5-2份，稳定性助剂0.5-1.5份；
其中所述的全生物降解树脂为聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯、聚乳酸、聚碳酸亚丙酯、聚己内酯的一种或几种；其中聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯为必须添加50-85份，其它树脂选择添加一或两种，或不添加，确保全生物降解树脂总量为80-91份。
所述的增强增韧助剂为滑石粉、水滑石、片状石英、二氧化硅或其他增强增韧助剂的一种或几种；其粒径尺寸为1-10μm；
发明人在生产时通过大量实验发现，若不采用添加增强增韧助剂，经T型模头挤出的薄片在二次拉伸时，会严重影响收卷速率，因为收卷速率越高二次拉伸时的力量就越大，吊绳收卷过程中易被拉断；同时制品断裂伸长率高的情况下，若不添加增强增韧助剂，吊绳的形变比较大，而且随着时间的推移，其需要承载的重量也越来越大，形变也越来越大，这个过程中绳子还在不断地老化，导致其性能不能满足使用，因此发明人确定了上述的增强增韧助剂及其添加量；
所述的易加工助剂为有机分散剂芥酸酰胺、油酸酰胺、EBS的一种或两种；
与现有技术相比，上述的易加工助剂可以使所获得的吊绳更加爽滑、易切割分条，方便加工，与发明人在先申请中的易加工助剂无论从目的上还是从备选物质上均有显著的不同，可以更好的和本申请的发明目的适配。
所述的稳定性助剂为紫外光稳定剂、紫外光吸收剂、紫外线屏蔽剂的一种或两种。
所述的紫外线吸收剂为低挥发性苯并三唑类紫外吸收剂Tinuvin 234、328；所述的紫外线稳定剂为空间位阻胺类稳定剂5050H、/>2020；所述的紫外线屏蔽剂为氧化锌、金红石型二氧化钛(钛白粉)的一种；
由于本发明所生产的降解吊绳不涉及透光率和雾度的问题，且制品厚度远大于降解地膜，因此在紫外光稳定剂、紫外光吸收剂、紫外线屏蔽剂组合上较之现有技术有明显的不同，本发明在选择时优选了金红石二氧化钛(钛白粉)作为有效的紫外线屏蔽剂，其稳定性好，添加量调节范围大可以更好的与其他的紫外光稳定剂、紫外光吸收剂配合使用。同时降低上述紫外光稳定剂、紫外光吸收剂的用量，降低整个生产的成本。
同时通过紫外吸收剂、紫外光稳定剂及紫外线屏蔽剂的添加量可以实现降解吊绳功能持效期3-7个月可调；其具体是通过如下方式实现的：
紫外吸收剂、光稳定剂和紫外线屏蔽剂可以单一加入，也可以复配加入，其目的都是减弱紫外线对于降解绳的老化作用，延长降解吊绳功能持效期，通过发明人的长期试验，若按照重量份0.5份加入，功能持效期约可保持3-4个月；若按照重量份总计0.8份加入，功能持效期约可保持5-6个月；若按照重量份总计1.0-1.2份加入，功能持效期约可保持6-7个月；因此可以根据具体的需要，通过调节其用量来实现功能持效期的可控；
上述的滑石粉、水滑石、片状石英、二氧化硅粒径尺寸为1-10μm，上述的增强增韧助剂添加量过大会导致不易加工，螺杆打滑，添加量过小导致其作用不明显，而在粒径的选择上虽然在相同添加量的情况下助剂尺寸越小效果越好，但尺寸越小通常价格越高，因此综合成本和效果的平衡，发明人优选了上述的粒径和用量，同时如上所述由于降解吊绳不涉及透光率和雾度的问题，且制品厚度远大于降解地膜，因此增强增韧助剂的选择也与在先的膜材料选择有明显的不同和标准。
除此之外，现有的吊绳制备方法已经不适用于本申请的目的，因此发明人又提供了一种适配上述组分配比的全新的吊绳制备工艺，具体步骤如下：
(1)将全生物降解树脂、增强增韧助剂、易加工助剂、稳定性助剂按重量份配比高速搅拌机混匀后投入双螺杆挤出机中，于135-160℃挤出、风冷造粒，得到农用全生物可控降解吊绳加工专用料；
(2)将农用全生物可控降解吊绳加工专用料投入T型模头挤塑机进行塑化挤出，切割，热拉伸，拉伸比为3-6，即可得到1-2/米克重的农用白色全生物可控降解塑料吊绳；
其中T型模头挤塑机模口间隙为1-2mm，塑化挤出温度为150-170℃，热拉伸温度为70-110℃。
上述工艺与发明人在先申请中的膜材料工艺明显不同，且为了与全生物可控降解塑料吊绳的目的相适配，发明人重新限定了上述工艺过程中的参数，填补了现有技术的空白。
本发明提供的上述组方和工艺，与现有聚乙烯料和聚丙烯料制绳技术相比，本发明的优点在于：
1.该工艺方法可在相对较低的熔融温度下，主要是螺杆各个区段的温度相对较低的情况下下生产出膜厚为0.3-1.0mm、宽度1-3cm的降解吊绳，可以直接使用常规的加工塑料吊绳的设备，只需要按照上述方法改变加工条件即可正常生产出本申请所提供的生物降解吊绳，大大降低了吊绳的加工成本和加工设备的通用性。
2.采用增强增韧助剂，不仅力学性能得到改善(最低断裂强力>20daN，功能持效期强度满足作物生产吊绳要求)，断裂伸长率小于20％，提高了产品性能的稳定性。
3.该工艺方法采用易加工助剂，使降解吊绳专用料塑化加工过程中各助剂分散均匀，挤出拉伸或吹膜加工性稳定，膜片开口顺滑易切割。
4.该降解吊绳采用全生物降解树脂与稳定性助剂复配，结合不同厚度，提高降解吊绳耐候性，降解吊绳功能持效期3-7个月可调，且堆肥后生物降解树脂可以完全降解，没有任何污染。
具体实施方式
以下通过实施例的具体实施方式，对本发明的上述内容做进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围，除特殊说明外，下述实施例中均采用常规现有技术完成。
实施例1
一种农用全生物可控降解吊绳，其原料组成按照重量份计为：
按照下述步骤制备而成：
步骤1将上述组分置于高速搅拌机进行搅拌混合，无需加温，混和5-8分钟；
步骤2将步骤1混合好的物料经双螺杆造粒机，于135-160℃挤出、风冷造粒，得到全生物降解吊绳专用料；
步骤3将步骤2专用料投入T型模头塑化挤出机进行塑化挤出，塑化温度为150-170℃；模口间隙为1.5mm；塑化挤出等尺寸(3cm)切割后经过热拉伸设备热拉伸成形，拉伸比为4.6，得到厚度为0.65mm，宽1.5cm全生物降解吊绳。
实施例2
一种农用全生物可控降解吊绳，其原料组成按照重量份计为：
按照下述步骤制备而成：
步骤1将上述组分置于高速搅拌机进行搅拌混合，无需加温，混和2-8分钟；
步骤2将步骤1混合好的物料经双螺杆造粒机，于135-160℃挤出，风冷造粒，得到全生物降解吊绳专用料；
步骤3将步骤吊绳专用料投入塑化挤出机进行塑化挤出吹塑，塑化温度为150-170℃，模口间隙为1.8mm；成膜厚度1.5mm，等尺寸(3cm)切割后经过热拉伸设备热拉伸成形，拉伸比为4.0，得到厚度为0.75mm，宽1.5cm全生物降解吊绳。
实施例3
一种农用全生物可控降解吊绳，其原料组成按照重量份计为：
按照下述步骤制备而成：
步骤1将上述组分置于高速搅拌机进行搅拌混合，无需加温，混和2-8分钟；
步骤2将步骤1混合好的物料经双螺杆造粒机，于135-160℃挤出，风冷造粒，得到全生物降解吊绳专用料；
步骤3将步骤吊绳专用料投入塑化挤出机进行塑化挤出吹塑，塑化温度为150-175℃，模口间隙为1.8mm；成膜厚度1.5mm，等尺寸(3cm)切割后经过热拉伸设备热拉伸成形，拉伸比为4.0，得到厚度为0.75mm，宽1.5cm全生物降解吊绳。
实验例
按照塑料拉伸性能的测定，拉伸速率200mm/min，将本发明所得农用全生物可控降解吊绳，与采用本发明发明人在先申请的降解地膜料配方制备的降解吊绳，以及常规的聚乙烯和聚丙烯吊绳进行相关检测和性能实验，各性能如表1所示。
根据上表可知，本申请提供的农用全生物可控降解吊绳的断裂强力和断裂伸长率均好于以发明人在先申请的降解地膜料配方制备的降解吊绳，基本能够达到现有聚乙烯和聚丙烯吊绳的标准，而在功能持效性上实现了可控，较之发明人在先申请的降解地膜料配方制备的降解吊绳功能持效时间明显延长，且能够完全降解，降解性更是明显好于聚乙烯和聚丙烯这种不可降解吊绳，填补了本领域的空白。

Claims (4)

1.一种农用白色全生物可控降解塑料吊绳，其特征在于：其主要组分按重量份计为：
全生物降解树脂80-91份、增强增韧助剂5-20份、易加工助剂0.5-2份；稳定性助剂0.5-1.5份；
其中所述的全生物降解树脂为聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯、聚乳酸、聚碳酸亚丙酯、聚己内酯的一种或几种；其中聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯为必须添加50-85份，其它树脂选择添加一或两种；
所述的增强增韧助剂为滑石粉、水滑石、二氧化硅中的一种或几种；所述的增强增韧助剂粒径尺寸为1-10μm；
所述的稳定性助剂紫外光稳定剂、紫外光吸收剂、紫外线屏蔽剂的一种或两种；
所述的易加工助剂为有机分散剂芥酸酰胺、油酸酰胺、EBS的一种或两种；
其制备方法，具体步骤如下：
（1）将全生物降解树脂、增强增韧助剂、易加工助剂、稳定性助剂按重量份配比高速搅拌机混匀后投入双螺杆挤出机中，于135-160℃挤出、风冷造粒，得到农用全生物可控降解吊绳加工专用料；
（2）将农用全生物可控降解吊绳加工专用料投入T型模头挤塑机进行塑化挤出，切割，热拉伸，拉伸比为3-6，即可得到 1-2/米克重的农用白色全生物可控降解塑料吊绳。
2.根据权利要求1所述的农用白色全生物可控降解塑料吊绳，其特征在于：
所述的紫外线吸收剂为低挥发性苯并三唑类紫外吸收剂Tinuvin 234或328；所述的紫外线稳定剂为空间位阻胺类稳定剂Uvinul® 5050H或CHIMASSORB® 2020；所述的紫外线屏蔽剂为氧化锌或金红石型二氧化钛。
3.权利要求1所述农用白色全生物可控降解塑料吊绳的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：
（1）将全生物降解树脂、增强增韧助剂、易加工助剂、稳定性助剂按重量份配比高速搅拌机混匀后投入双螺杆挤出机中，于135-160℃挤出、风冷造粒，得到农用全生物可控降解吊绳加工专用料；
（2）将农用全生物可控降解吊绳加工专用料投入T型模头挤塑机进行塑化挤出，切割，热拉伸，拉伸比为3-6，即可得到 1-2/米克重的农用白色全生物可控降解塑料吊绳。
4.根据权利要求3所述的农用白色全生物可控降解塑料吊绳的制备方法，其特征在于：T型模头挤塑机模口间隙为1-2mm，塑化挤出温度为150-170℃，热拉伸温度为70-110℃。
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