CN112063125A - 制备全生物降解地膜的专用料及其制备的全降解地膜及该地膜制备方法 - Google Patents

制备全生物降解地膜的专用料及其制备的全降解地膜及该地膜制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种制备全生物降解地膜的专用料及全生物降解地膜，包含原料：PBAT、PBS、PPC、滑石粉、润滑剂、纳米活性碳酸钙、纳米二氧化硅、黑色母粒、紫外吸收剂、光稳定剂、抗氧剂、SMA、相容剂；黑色母粒为炭黑和PBAT按比例混合造粒得到；将上述原料混合后搅拌均匀，挤出得到专用料，在将改专用料吹膜制备得到全降解地膜。本发明通过使用原料PBS替换PLA，使产品原料降低对PLA的依赖，并且生产出的生物全降解地膜的强度及耐候性达到生产要求。

Description

制备全生物降解地膜的专用料及其制备的全降解地膜及该地 膜制备方法
技术领域
本发明涉及全生物降解农用薄膜技术领域，尤其涉及一种由PBS增强的高强度全生物降解地膜。
背景技术
在我国农业领域，地膜覆盖技术的应用对生产力的显著提高和生产方式的改变具有巨大的作用。地膜覆盖具有增温保墒、防病抗虫和抑制杂草等功能，使作物增产 20％～50％。但同时，地膜覆盖广泛应用也带来了一系列问题，如技术泛用和回收不利，地膜残留导致的“白色污染”等。
地膜残留一是会改变土壤结构。残膜会降低土壤含水量，削弱抗旱能力，引起次生盐渍化，造成土壤板结且肥力下降，阻碍土壤对农作物水分、养分供应；二是会影响种子发芽。种子受到残膜包裹，因透气性差而腐烂，因得不到水分而枯萎，种子发芽率难以保证，最终影响作物产量；三是会降低农机作业质量和效率。土壤中残膜的大量存在会使机械频发故障，机械作业时断时续，质量和效率都受到严重影响。这些问题对我国农业可持续发展极为不利。
现在随着社会经济的发展所带来“白色污染”已日益加重，环境污染治理已迫在眉睫。为了保证人们的生活质量的前提下，降低白色污染最有效的措施是将降解材料代替生活中的常规塑料。我国是农业大国，也是农用地膜使用大国，每年耕地所残留的地膜也在给土地造成严重的负担。全生物降解薄膜是解决土地污染的有效途径之一。目前我国大部分土地都是采用机械播种、铺膜。为了满足机械铺膜，我们所要研究的全生物降解地膜需要满足机械铺膜的强度和韧性。
PBAT具有非常优异的成膜性，可吹塑成膜。PBAT是由对苯二甲酸、己二酸、1， 4丁二醇聚合而成的一种芳香族聚酯，有着长亚甲基链的柔顺性，又有芳环的韧性。PBAT有着较高任性的同时力学强度较低，所以需要对PBAT进行增强，在全生物可降解材料中PLA、PBS有着较高的力学强度，可以对PBAT进行补充。
现在大多数降级地膜采用的原料为PBAT和PLA制备，但是目前只有美国的 Natureworks生产的PLA可以满足降解地膜的生产要求，近年来由于美国的技术封锁和产品垄断，PLA市场供不应求。PLA已经不能满足国内的市场需求，所以寻求一种可以替代PLA的原料迫在眉睫。PBS虽然具有较高的力学强度，但是PBS和PBAT 相容性差、产品耐候性差，在制备讲解地膜时使用无法达到生产需要。
因此，申请人开发出一款利用PBS和PBAT混合制备全降解地膜的制备方法，生产的全降解地膜能够达到生产要求，找到了一种替换PLA制备全降解地膜的制备方法。
发明内容
本发明通过使用原料PBS替换PLA，使产品原料降低对PLA的依赖，并且生产出的生物全降解地膜的强度及耐候性达到生产要求。
本发明公开了一种制备全生物降解地膜的专用料，其特征在于：
由如下重量份原料组成：PBAT 40～80、PBS 1～30、PPC 0～20、滑石粉0.1～ 20、润滑剂0.1～5、纳米活性碳酸钙0.1～30、纳米二氧化硅0.1～5、SMA 0.1～5、相容剂0.01～1；
制备全生物降解地膜的专用料通过以下步骤制备：
(1)、热烘脱水：将PBAT、PPC、黑色母粒50～80℃热烘至含水率0.05％以下，热烘时间0～5h；
(2)、物料混合：将PBAT、PBS、PPC、滑石粉、纳米活性碳酸钙、润滑剂、相容剂、SMA按照配比投入高混机内，按照500～1000r/min混合50～120s，1000～ 2000r/min混合0～60s混合均匀；
所述滑石粉、纳米活性碳酸钙需要预先热处理，即将滑石粉、活性碳酸钙在60～110℃热烘至含水率0.05％以下，热烘时间0～3h，之后再降温至室温；
(3)、挤出造粒：将混合物料投入双螺杆挤出机，挤出温度110℃～195℃，制得全生物降解地膜的专用料。
所述的PBS熔指在15～25g/10min。
所述的PBAT熔指在2～6g/10min，端羧基＜25。
所述SMA为苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物。
所述的滑石粉、纳米活性碳酸钙、纳米二氧化硅粒径＜5μm。
所述的相容剂由环氧型相容剂、过氧型相容剂、异氰酸酯类相容剂其中一种或多种按照任意配比混合；
或者，所述的润滑剂由液体石蜡、色拉油、硬脂酸单甘脂、聚乙烯蜡其中一种或多种按照任意配比混合。
作为改进，原料还包含重量份的黑色母粒0.1～10、紫外吸收剂0.1～5、光稳定剂0.1～5、抗氧剂0.1～5；
所述黑色母粒为炭黑和PBAT按照重量比1：1～10的比例混合并挤出得到；
所述的抗氧剂由抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂264、抗氧剂1076、抗氧剂 B215、抗氧剂B225其中一种或多种按照任意配比混合；
或者，所述的紫外吸收剂由UV531、UV234、UV326、UV327、UV328、UV329、UV1130 其中一种或多种按照任意配比混合；
或者，所述的光稳定剂由光稳定剂770、光稳定剂944、光稳定剂622、光稳定剂2002、光稳定剂783、光稳定剂2020其中一种或多种按照任意配比混合。
上述步骤(3)中挤出的颗粒直径2～3.5mm，长度2.5～3.5mm。
本发明公开了一种由含PBS增强的高强度颗粒制备的全生物降解地膜，其特征在于：将上述步骤制备得到的专用料投入吹膜机进料口，螺杆温度120℃～190℃，三通温度140℃～190℃，模头加工温度140℃～190℃，吹膜厚度7～15μm。
本发明公开了一种全生物降解地膜的制备方法，其特征在于：
选择重量份原料：PBAT 40～80、PBS 1～30、PPC 0～20、滑石粉0.1～20、润滑剂0.1～5、纳米活性碳酸钙0.1～30、纳米二氧化硅0.1～5、黑色母粒0.1～10、紫外吸收剂0.1～5、光稳定剂0.1～5、抗氧剂0.1～5、SMA 0.1～5、相容剂0.01～ 1；
所述黑色母粒为炭黑和PBAT按照重量比1：1～10的比例混合并挤出得到；
制备步骤如下：
(1)、热烘脱水：将PBAT、PPC、黑色母粒58℃热烘3h；
(2)、物料混合：将PBAT、PBS、PPC、滑石粉、纳米活性碳酸钙、润滑剂、抗氧剂、交联剂、色母粒、紫外吸收剂、光稳定剂、相容剂、SMA按照配比投入高混机内，按照500-1000r/min混合50-120s，1000-2000r/min混合0-60s混合均匀；
所述滑石粉、纳米活性碳酸钙需要预先热处理，即将滑石粉、活性碳酸钙在 60-110℃热烘至含水率0.05以下，热烘时间0-3h，再降温至室温；
(3)、挤出造粒：将混合物料投入双螺杆挤出机，挤出温度160℃～185℃，制得全生物降解地膜的专用料；
(4)、吹膜：将步骤(3)制备得到的物料投入吹膜机，螺杆温度120℃～190℃，三通温度140℃～190℃，模头加工温度140～190℃，吹膜厚度7～15μm；
所述的PBS熔指在15～25g/10min；
所述的PBAT熔指在2～6g/10min，端羧基＜25；
所述的滑石粉、纳米活性碳酸钙、纳米二氧化硅粒径＜5μm；
所述的抗氧剂由抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂264、抗氧剂1076、抗氧剂 B215、抗氧剂B225其中一种或多种按照任意配比混合；
所述的紫外吸收剂由UV531、UV234、UV326、UV327、UV328、UV329、UV1130其中一种或多种按照任意配比混合；
所述的光稳定剂由光稳定剂770、光稳定剂944、光稳定剂622、光稳定剂2002、光稳定剂783、光稳定剂2020其中一种或多种按照任意配比混合；
所述的相容剂由环氧型相容剂、过氧型相容剂、异氰酸酯类相容剂其中一种或多种按照任意配比混合；
所述的润滑剂由液体石蜡、色拉油、硬脂酸单甘脂、聚乙烯蜡其中一种或多种按照任意配比混合。
一种由PBS增强的高强度全生物降解地膜，其特征在于：所述地膜按重量分数计配比如下：PBAT 40～80、PBS 1～30、PPC 0～20、滑石粉0.1～20、润滑剂0.1～5、纳米活性碳酸钙0.1～30、纳米二氧化硅0.1～5、黑色母粒0.1～10、紫外吸收剂 0.1～5、光稳定剂0.1～5、抗氧剂0.1～5、SMA 0.1～5、相容剂0.01～1。
进一步所述的PBS熔指在15～25g/10min。
进一步所述的PBAT熔指在2～6g/10min，端羧基＜25。
进一步所述的滑石粉、纳米活性碳酸钙、纳米二氧化硅粒径＜5μm。
进一步所述的黑色母粒按照炭黑和PBAT比例为1：1～10，挤出造粒。
进一步所述的抗氧剂由抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂264、抗氧剂1076、抗氧剂B215、抗氧剂B225其中一种或多种按照任意配比混合。
进一步所述的光稳定剂由光稳定剂770、光稳定剂944、光稳定剂622、光稳定剂2002、光稳定剂783、光稳定剂2020其中一种或多种按照任意配比混合。
进一步所述的相容剂由环氧型相容剂、过氧型相容剂、异氰酸酯类相容剂其中一种或多种按照任意配比混合。
进一步所述的润滑剂由液体石蜡、色拉油、硬脂酸单甘脂、聚乙烯蜡其中一种或多种按照任意配比混合。
本发明的全生物降解地膜改性料的合成方法是：
(1)滑石粉、纳米活性碳酸钙热处理：将不同配比混合好的滑石粉、活性碳酸钙在60-110℃热烘至含水率0.05％以下，热烘时间0-3h，再降温至室温。
(2)制作黑色母粒：黑色母粒按照炭黑和PBAT比例为1：1～10，挤出造粒。
(3)热烘脱水：将PBAT、PLA、PPC、色母粒50～80℃热烘至含水率0.05％以下，热烘时间为0-5h。
(4)物料混合：将PBAT、PBS、PPC、滑石粉、纳米活性碳酸钙、润滑剂、抗氧剂、交联剂、色母粒、紫外吸收剂、光稳定剂、相容剂、SMA按照配比投入高混机内。按照500-1000r/min混合50-120s，1000-2000r/min混合0-60s混合均匀。
(5)挤出造粒：将混合物料投入双螺杆挤出机，挤出温度145℃～195℃，制得全生物降解地膜专用料。
(6)吹塑薄膜：将全生物降解地膜专用料投入吹膜机进料口，螺杆温度120～ 190℃，模头加工温度140～190℃。
本发明的全生物降解地膜的制备方法是：将全生物降解地膜专用料投入吹膜机进料口，螺杆温度120～190℃，模头加工温度175～185℃。
专用料的造粒直径是2～3.5mm，长度2.5～3.5mm，吹膜的厚度是7～15μm。
本发明与现有技术相比有以下优势：
(1)选用合适的相容剂及不同比例的助剂，使PBAT与PBS相容性更好，保水性更佳、耐水解、耐紫外性更强。
(2)通过PBS与PBAT按照一定比例的复合，是的薄膜的力学强度大幅度上升，满足农机铺膜、播种。拉伸时不变形、不断裂。
(3)通过调整PBS、PBAT的分子量，使薄膜具有优良的保墒、保水、抑草性能，满足农作物的生长周期。
(4)本发明地膜制作过程简单，易于工业化生产。
具体实施方式
下面详细说明本发明的优选实施方式。
实施例1：本实施例公开了一种全生物降解地膜的制备方法，制备方法如下：
1、全生物降解地膜改性料合成
(1)滑石粉、纳米活性碳酸钙热处理：将滑石粉、活性碳酸钙在105℃热烘3h，再降温至58℃恒温2h。
(2)制作黑色母粒：黑色母粒按照炭黑和PBAT比例为1：6，挤出造粒。
(3)热烘脱水：将PBAT、PPC、色母粒58℃热烘3h。
(4)物料混合：将63.1重量份PBAT、15重量份PBS、3重量份PPC、3重量份滑石粉、5重量份纳米活性碳酸钙、1重量份液体石蜡、0.5重量份抗氧剂168、6重量份黑母粒、0.6重量份UV326、0.7重量份UV944、0.1重量份相容剂、2重量份SMA 按照配比投入高混机内。按照750r/min混合60s，1500r/min混合20s混合均匀。
(5)挤出造粒：将混合物料投入双螺杆挤出机，挤出温度145℃～195℃，制得全生物降解地膜专用料。
(6)吹塑薄膜：将全生物降解地膜专用料投入吹膜机进料口，螺杆温度155℃～175℃，模头加工温度145～195℃。
2、全生物降解地膜制备。
将全生物降解地膜专用料投入吹膜机进料口，螺杆温度155℃～175℃，模头加工温度175～185℃，吹膜厚度10μm。
性能测试结果如下：
Figure BDA0002677909850000061
实施例2：本实施例公开了一种全生物降解地膜的制备方法，制备方法如下：
1、全生物降解地膜改性料合成
(1)滑石粉、纳米活性碳酸钙热处理：将滑石粉、活性碳酸钙在105℃热烘3h，再降温至58℃恒温2h。
(2)制作黑色母粒：黑色母粒按照炭黑和PBAT比例为1：6，挤出造粒。
(3)热烘脱水：将PBAT、PPC、色母粒58℃热烘3h。
(4)物料混合：将68.1重量份PBAT、10重量份PBS、3重量份PPC、3重量份滑石粉、5重量份纳米活性碳酸钙、1重量份液体石蜡、0.5重量份抗氧剂168、6重量份黑母粒、0.6重量份UV326、0.7重量份UV944、0.1重量份相容剂、2重量份SMA 按照配比投入高混机内。按照750r/min混合60s，1500r/min混合20s混合均匀。
(5)挤出造粒：将混合物料投入双螺杆挤出机，挤出温度145℃～195℃，制得全生物降解地膜专用料。
(6)吹塑薄膜：将全生物降解地膜专用料投入吹膜机进料口，螺杆温度155℃～175℃，模头加工温度145～195℃。
2、全生物降解地膜制备。
将全生物降解地膜专用料投入吹膜机进料口，螺杆温度155℃～175℃，模头加工温度175～185℃，吹膜厚度10μm。
性能测试结果如下：
Figure BDA0002677909850000071
实施例3：一种全生物降解地膜的制备方法，制备方法如下：
1、全生物降解地膜改性料合成
(1)滑石粉、纳米活性碳酸钙热处理：将滑石粉、活性碳酸钙在105℃热烘3h，再降温至58℃恒温2h。
(2)制作黑色母粒：黑色母粒按照炭黑和PBAT比例为1：6，挤出造粒。
(3)热烘脱水：将PBAT、PPC、色母粒58℃热烘3h。
(4)物料混合：将58.1重量份PBAT、20重量份PBS、3重量份PPC、3重量份滑石粉、5重量份纳米活性碳酸钙、1重量份液体石蜡、0.5重量份抗氧剂168、6重量份黑母粒、0.6重量份UV326、0.7重量份UV944、0.1重量份相容剂、2重量份SMA 按照配比投入高混机内。按照750r/min混合60s，1500r/min混合20s混合均匀。
(5)挤出造粒：将混合物料投入双螺杆挤出机，挤出温度145℃～195℃，制得全生物降解地膜专用料。
(6)吹塑薄膜：将全生物降解地膜专用料投入吹膜机进料口，螺杆温度155℃～175℃，模头加工温度145～195℃。
2、全生物降解地膜制备。
将全生物降解地膜专用料投入吹膜机进料口，螺杆温度155℃～175℃，模头加工温度175～185℃，吹膜厚度10μm。
性能测试结果如下：
Figure BDA0002677909850000081
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变化和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种制备全生物降解地膜的专用料，其特征在于：
由如下重量份原料组成：PBAT 40～80、PBS 1～30、PPC 0～20、滑石粉0.1～20、润滑剂0.1～5、纳米活性碳酸钙0.1～30、纳米二氧化硅0.1～5、SMA 0.1～5、相容剂0.01～1；
制备全生物降解地膜的专用料通过以下步骤制备：
(1)、热烘脱水：将PBAT、PPC、黑色母粒50～80℃热烘至含水率0.05％以下，热烘时间0～5h；
(2)、物料混合：将PBAT、PBS、PPC、滑石粉、纳米活性碳酸钙、润滑剂、相容剂、SMA按照配比投入高混机内，按照500～1000r/min混合50～120s，1000～2000r/min混合0～60s混合均匀；
所述滑石粉、纳米活性碳酸钙需要预先热处理，即将滑石粉、活性碳酸钙在60～110℃热烘至含水率0.05％以下，热烘时间0～3h，之后再降温至室温；
(3)、挤出造粒：将混合物料投入双螺杆挤出机，挤出温度160℃～185℃，制得全生物降解地膜的专用料。
2.根据权利要求1所述的制备全生物降解地膜的专用料，其特征在于：所述的PBS熔指在15～25g/10min。
3.根据权利要求1所述的制备全生物降解地膜的专用料，其特征在于：所述的PBAT熔指在2～6g/10min，端羧基＜25。
4.根据权利要求1所述的制备全生物降解地膜的专用料，其特征在于：所述的滑石粉、纳米活性碳酸钙、纳米二氧化硅粒径＜5μm。
5.根据权利要求1所述的制备全生物降解地膜的专用料，其特征在于：
所述的相容剂由环氧型相容剂、过氧型相容剂、异氰酸酯类相容剂其中一种或多种按照任意配比混合；
或者，所述的润滑剂由液体石蜡、色拉油、硬脂酸单甘脂、聚乙烯蜡其中一种或多种按照任意配比混合。
6.根据权利要求1所述的制备全生物降解地膜的专用料，其特征在于：原料还包含黑色母粒0.1～10、紫外吸收剂0.1～5、光稳定剂0.1～5、抗氧剂0.1～5；
所述黑色母粒为炭黑和PBAT按照重量比1：1～10的比例混合并挤出得到；
所述的抗氧剂由抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂264、抗氧剂1076、抗氧剂B215、抗氧剂B225其中一种或多种按照任意配比混合；
或者，所述的紫外吸收剂由UV531、UV234、UV326、UV327、UV328、UV329、UV1130其中一种或多种按照任意配比混合；
或者，所述的光稳定剂由光稳定剂770、光稳定剂944、光稳定剂622、光稳定剂2002、光稳定剂783、光稳定剂2020其中一种或多种按照任意配比混合。
7.根据权利要求1所述的制备全生物降解地膜的专用料，其特征在于：步骤(3)挤出造粒得到的专用料直径2～3.5mm，长度2.5～3.5mm。
8.一种由含PBS增强的高强度颗粒制备的全生物降解地膜，其特征在于：使用如权利要求1～6任意权利要求所制备得到的制备全生物降解地膜的该专用料投入吹膜机进料口，螺杆温度120℃～190℃，三通温度140～190℃，模头加工温度140～190℃。
9.一种全生物降解地膜的制备方法，其特征在于：
选择重量份原料：PBAT 40～80、PBS 1～30、PPC 0～20、滑石粉0.1～20、润滑剂0.1～5、纳米活性碳酸钙0.1～30、纳米二氧化硅0.1～5、黑色母粒0.1～10、紫外吸收剂0.1～5、光稳定剂0.1～5、抗氧剂0.1～5、SMA 0.1～5、相容剂0.01～1；
所述黑色母粒为炭黑和PBAT按照重量比1：1～10的比例混合并挤出得到；
制备步骤如下：
(1)、热烘脱水：将PBAT、PPC、黑色母粒58℃热烘至含水率0.05％以下，热烘时间0～5h；
(2)、物料混合：将PBAT、PBS、PPC、滑石粉、纳米活性碳酸钙、润滑剂、抗氧剂、交联剂、色母粒、紫外吸收剂、光稳定剂、相容剂、SMA按照配比投入高混机内，按照500-1000r/min混合50-120s，1000-2000r/min混合0-60s混合均匀；
所述滑石粉、纳米活性碳酸钙需要预先热处理，即将滑石粉、活性碳酸钙在60-110℃热烘至含水率0.05％以下，热烘时间0-3h，再冷却至室温；
(3)、挤出造粒：将混合物料投入双螺杆挤出机，挤出温度160℃～185℃，制得全生物降解地膜的专用料；
(4)、吹膜：将步骤(3)制备得到的物料投入吹膜机，螺杆温度120℃～190℃，三通温度140～190℃，模头加工温度140～190℃，吹膜厚度7～15μm；
所述的PBS熔指在15～25g/10min；
所述的PBAT熔指在2～6g/10min，端羧基＜25；
所述的滑石粉、纳米活性碳酸钙、纳米二氧化硅粒径＜5μm；
所述的抗氧剂由抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂264、抗氧剂1076、抗氧剂B215、抗氧剂B225其中一种或多种按照任意配比混合；
所述的紫外吸收剂由UV531、UV234、UV326、UV327、UV328、UV329、UV1130其中一种或多种按照任意配比混合；
所述的光稳定剂由光稳定剂770、光稳定剂944、光稳定剂622、光稳定剂2002、光稳定剂783、光稳定剂2020其中一种或多种按照任意配比混合；
所述的相容剂由环氧型相容剂、过氧型相容剂、异氰酸酯类相容剂其中一种或多种按照任意配比混合；
所述的润滑剂由液体石蜡、色拉油、硬脂酸单甘脂、聚乙烯蜡其中一种或多种按照任意配比混合。
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