CN112262695B - 三层复合高阻隔可控全生物降解地膜及其制备方法 - Google Patents

三层复合高阻隔可控全生物降解地膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于农膜制备技术领域，具体涉及一种三层复合高阻隔可控全生物降解地膜及其制备方法，所述地膜包括内层：地膜缓释层；中层：地膜阻隔层；外层：地膜寿命控制层；地膜缓释层包括PBAT和PLA；地膜阻隔层包括PBAT、PLA和TPU；地膜寿命控制层包括PBAT和PLA。本发明不仅满足了农户对地膜原有的保温、保墒功能的需求，还能够按照作物生长的需求在一定时间内控制地膜的降解效果，使地膜在作物收货时完全降解，对土地环境和土壤没有任何污染。减少了农户的二次劳动成本，减少了社会二次污染。本发明的制备方法科学合理、简单易行。

Description

三层复合高阻隔可控全生物降解地膜及其制备方法
技术领域
本发明属于农膜制备技术领域，具体涉及一种三层复合高阻隔可控全生物降解地膜及其制备方法。
背景技术
我国地膜覆盖农田面积已超过0.13亿公顷，约占全国耕地面积的1/9。由于农用地膜的使用，有效的控制了土壤的温度和湿度，减少了水分和营养物的流失，促进了农作物的高产和稳产，从而增加了农业生产效益。但与此同时，由于地膜的一次性使用，每年都会有大量的残膜留在土壤里。这些残留的地膜大多由聚乙烯原料制成，不具有任何降解性能，会残留100年以上。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的可持续发展。塑料地膜在自然界中很难降解。这些地膜碎片可在土壤中形成阻隔层，使土壤中的水、气、肥等流动受阻，造成土壤结构板结，严重危害生态环境，造成白色污染。
据农业部调查，为了尽量减少残膜对土壤的污染，降低残膜对作物产量的影响，在地膜完成使用功能后，采用人工揭膜方式回收一部分，揭膜费用大约60元/hm2，而采用可降解地膜，虽然增加成本15元/hm2(功能性地膜国家允许价格上浮5％)，但无需揭膜，既减轻劳动强度，又解决了对土壤及环境的污染问题，具有巨大的社会效益。且可降解地膜具有普通地膜类似的保温效果，还具有自然降解作用。因此，发展可降解地膜能够较好的解决地膜污染问题。目前，国内外广泛开展的研究工作，主要有生物降解地膜、光降解地膜、光/生物降解地膜等。国内研究开发较多的是生物降解地膜。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。从降解机理看，生物降解地膜又可分为不完全生物降解地膜和可完全生物降解地膜。但市场上现有的降解地膜存在着保水效果明显不理想，薄膜寿命不能按照作物需求进行降解，所以推广有一定的难度。
中国专利CN108464172A公开一种易降解的环保型复合覆地膜。复合覆地膜的结构包括三层，从上至下分别为结构内层、增韧层和结构外层，增韧层的材料为聚丙烯或聚乙烯；结构内层和增韧层之间，以及增韧层和结构外层之间均通过粘合剂粘接，并压延复合成型。第一，从加工成型方式分析：该专利将粘合剂吹制成膜后置于结构内层、增韧层和结构外层的相邻膜层之间，再经热压复合成型，这种复合覆地膜的厚度在材料中虽没有明确指出，但由该方法得到的地膜其厚度较厚。降解地膜厚了，首先是原材料的成本高；其次是聚乳酸、淀粉及其制品厚度共同影响地膜的光学性能，从而影响地表的温度，温度低对作物的生长是不利的。结构外层主要材料为聚乳酸，聚乳酸添加量大成膜性差。第二，从降解周期分析：该专利中层的增韧层的材料为聚丙烯或聚乙烯，烃类聚合物主要通过光氧降解，堆肥环境下降解需要上百年时间。结构内层材料使用的木薯淀粉和玉米淀粉的耐水性差，而且添加量不宜过大，否则严重影响力学性能，目前淀粉只作为一种有机填料降低制品的成本；再者，结构内层还有45-50份聚乙烯，聚乙烯属于非生物降解性材料，只能说淀粉对聚乙烯的生物降解有促进作用。
中国专利CN109566210A公开一种多层复合多功能全生物降解塑料地膜及其制备方法。所述多层复合多功能全生物降解塑料地膜至少包括一层贴地层以及一层支撑层；所述贴地层包含以下质量份数的组份：全生物降解聚酯100份、增强剂5-10份、填料0-30份、贴地改性母粒5-20份、扩链剂0-5份；所述支撑层包含以下质量份数的组份：全生物降解聚酯100份、增强剂5-10份、填料0-30份、助剂母粒0-8份、扩链剂0-5份。所述全生物降解聚酯为聚乳酸(PLA)、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(PBAT)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚丁二酸-己二酸丁二酯(PBSA)、聚甲基乙撑碳酸酯(PPC)、聚对苯二甲酸-共-丁二酸丁二醇酯(PBST)、聚3-羟基丁酸酯(PHB)、聚乙醇酸(PGA)、聚己内酯(PCL)、聚羟基烷基酸酯(PHA)、聚羟基丁酸戊酸酯(PHBV)中的一种或组合。该专利只是说明了多层复合多功能降解地膜具有较强的拉伸强度、剥离强度等力学性能指标，没有提到制品的厚度，也没有阐述降解周期及其过程以及如何控制降解周期。另外该专利贴地层待加工粒料和支撑层待加工粒料中用到的炭黑是一种具有着色功能和补强功能且极难分散的无机物。炭黑很容易发生团聚，形成黑点；使用五层、七层、九层共挤出成型设备，从节能降耗角度考虑实用性不强，且工艺复杂，不易操作。
鉴于以上问题的存在，目前亟需开发一种保温、保墒效果好，能够按照作物生长的需求在一定时间内降解的三层复合高阻隔可控全生物降解地膜及其制备方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种保温、保墒效果好，能够按照作物生长的需求在一定时间内降解的三层复合高阻隔可控全生物降解地膜；本发明同时提供其制备方法。
本发明所述的三层复合高阻隔可控全生物降解地膜，包括内层：地膜缓释层；中层：地膜阻隔层；外层：地膜寿命控制层；地膜缓释层包括PBAT和PLA；地膜阻隔层包括PBAT、PLA和TPU；地膜寿命控制层包括PBAT和PLA。
其中：
地膜缓释层由降解地膜缓释层树脂制得；地膜阻隔层由降解地膜阻隔层树脂制得；地膜寿命控制层由降解地膜寿命控制层树脂制得。
降解地膜寿命控制层树脂由以下质量百分比的原料制成：
PBAT：85-90wt.％；
PLA：6-10wt.％；
紫外线吸收剂：1-3wt.％；
光稳定剂：0.5-1wt.％；
抗氧剂：0.5-1wt.％；
润滑剂：1-1.5wt.％；
分散剂：1-3wt.％。
优选地：
PBAT：85-88wt.％；
PLA：6-8wt.％；
紫外线吸收剂：1.5-2.2wt.％；
光稳定剂：0.5-0.8wt.％；
抗氧剂：0.5-0.8wt.％；
润滑剂：1-1.5wt.％；
分散剂：1-2wt.％。
降解地膜阻隔层树脂由以下质量百分比的原料制成：
PBAT：84-88wt.％；
PLA：6-8wt.％；
TPU：3-5wt.％；
润滑剂：1-3wt.％；
分散剂：2-4wt.％。
优选地：
PBAT：86-88wt.％；
PLA：6-8wt.％；
TPU：3-4wt.％；
润滑剂：1-2.5wt.％；
分散剂：2-3wt.％。
降解地膜缓释层树脂由以下质量百分比的原料制成：
PBAT：80-85wt.％；
PLA：10-15wt.％；
润滑剂：1-2wt.％；
分散剂：1-2.5wt.％；
偶联剂：2-4wt.％。
优选地：
PBAT：80-85wt.％；
PLA：13-15wt.％；
润滑剂：1.5-2wt.％；
分散剂：1-1.5wt.％；
偶联剂：2-3wt.％。
PBAT由己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯共聚制得，其中己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的质量比为45:55。PBAT选自杭州鑫富科技有限公司的产品。
己二酸丁二醇酯由己二酸与丁二醇制得，己二酸与丁二醇的摩尔比为1:1；对苯二甲酸丁二醇酯由对苯二甲酸与丁二醇制得，对苯二甲酸与丁二醇的摩尔比为1:1。
PLA为乳酸聚合物，选自浙江海正生物科技有限公司的产品。
紫外线吸收剂为UV326，选自天津天海化工有限公司的产品。
光稳定剂为光稳定剂622或光稳定剂944，选自北京天罡助剂有限责任公司的产品。
抗氧剂为抗氧剂1010或抗氧剂168，选自北京天罡助剂有限责任公司的产品。
润滑剂为芥酸酰胺，选自山东隆商新材料科技有限公司的产品。
分散剂为改良型羟基硬脂酸镁，选自日本胜田化工株式会社的产品KPW-12P。
偶联剂为钛酸酯偶联剂，选自山东佰仟化工有限公司的产品。
TPU为聚醚型聚氨酯弹性体，选自齐鲁石化橡胶厂的产品。
本发明所述的三层复合高阻隔可控全生物降解地膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)外层：降解地膜寿命控制层树脂的制备
使用高速混合机将PBAT、PLA、紫外线吸收剂、光稳定剂、抗氧剂、润滑剂、分散剂按照比例混合后，再由喂料机喂入双螺杆挤出机，经拉丝、风冷、传送、切粒，制得降解地膜寿命控制层树脂；
(2)中层：降解地膜阻隔层树脂的制备
使用高速混合机将PBAT、PLA、TPU、润滑剂、分散剂按照比例混合后，再由喂料机喂入双螺杆挤出机，经拉丝、风冷、传送、切粒，制得降解地膜阻隔层树脂；
(3)内层：降解地膜缓释层树脂的制备
使用高速混合机将PBAT、PLA、润滑剂、分散剂、偶联剂按照比例混合后，再由喂料机喂入双螺杆挤出机，经拉丝、风冷、传送、切粒，制得降解地膜缓释层树脂；
(4)三层复合高阻隔可控全生物降解地膜的制备
将降解地膜寿命控制层树脂、降解地膜阻隔层树脂、降解地膜缓释层树脂分别放在三层共挤吹塑机组的外层机筒、中层机筒、内层机筒中，经模口提膜、吹塑、过牵引、收卷，制得三层复合高阻隔可控全生物降解地膜，其中降解地膜寿命控制层树脂、降解地膜阻隔层树脂、降解地膜缓释层树脂的下料用量比为1:1:1。
本发明的生产流程如下：
Figure BDA0002741087170000051
本发明所述的三层复合高阻隔可控全生物降解地膜的制备方法是利用翻棚生产的技术，通过三层共挤降解地膜设备完成的。
本发明的有益效果如下：
本发明选用的降解树脂为己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物PBAT，PBAT是由己二酸、对苯二甲酸、丁二醇聚合而成的新型脂肪族-芳香族共聚酯材料，既有柔性脂肪链段，又有刚性芳香链段。因此PBAT同时具有脂肪族单元的生物降解性和芳香族的机械性能，保证地膜能够在氧气和阳光作用下完全降解成为二氧化碳和水，不会造成二次污染。
本发明的内、中、外三层中均含有聚乳酸(PLA)和PBAT。PLA是一种脂肪族聚酯，具有较高的强度、压缩模量及生物可降解性，最终的降解产物是二氧化碳和水，不会对环境造成污染。然而，PLA质硬而韧性较差，缺乏柔性和弹性，极易弯曲变形，抗冲击和抗撕裂能力差，这在一定程度上限制了PLA的使用范围。同样作为一种生物降解材料，PBAT恰好具有良好的拉伸性能和柔韧性，利用PBAT与PLA共混来对其增韧是一种行之有效的方法，起着协同作用。本发明外层中还添加了光稳定剂、抗氧剂，与PLA、PBAT共同保证了降解地膜的强度、韧性及其降解周期的可控性，以满足具有不同生长周期的农作物。本发明各种助剂之间是协同作用，没有互相的负面影响。
本发明主要通过外层控制地膜的降解周期，中层利用TPU降低了水蒸气透过量，内层起着缓释作用，三层复合共同制备了具有高阻隔性、降解周期可控的降解地膜。本发明的地膜厚度为0.006-0.02mm。
本发明调配新型配方工艺，利用最先进三层复合降解地膜机组生产，经过大量的试验，利用TPU助剂的功能，在地膜的中层中加入合适比例，最大程度的保证产品阻隔性能以及产品寿命的可控性。更重要的是本发明调整内、中、外三层的比例为1:1:1，能够使产品在相同厚度情况下，根据作物的需要，通过调节PBAT和PLA的添加量控制地膜寿命的长短，阻隔性能通过TPU的添加量来控制。
同一规格同一厚度的地膜的降解周期的可控性是通过外层PLA、PBAT和稳定剂的添加量的变化得以控制的。其添加量的变化必须限定在适合生产加工的范围内，强度随着PLA添加量的提高而增强；PLA不变的前提下随着PBAT的提高韧性逐渐增强；耐老化性或降解周期的可控性随着光稳定剂添加量的上升具有大致线性的提高。
本发明生产的三层复合高阻隔可控全生物降解地膜，除具备普通聚乙烯地膜的保温、保墒功能外，能够做到地膜在规定时间内完全降解为二氧化碳和水，而且降解时间可控。不仅满足了农户对地膜原有的保温、保墒功能的需求，还能够按照作物生长的需求在一定时间内控制地膜的降解效果，使地膜在作物收货时完全降解，对土地环境和土壤没有任何污染。减少了农户的二次劳动成本，减少了社会二次污染。本发明的制备方法科学合理、简单易行。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步描述。
实施例1
生产地膜的宽度为1.2米，厚度为0.008mm，要求降解地膜寿命在90天到105天。
所述的三层复合高阻隔可控全生物降解地膜包括内层、中层、外层，具体组成如下：
外层：降解地膜寿命控制层树脂由以下质量百分比的原料制成：
PBAT：88wt.％；PLA：6wt.％；紫外线吸收剂：2wt.％；光稳定剂：0.5wt.％；抗氧剂：0.5wt.％；润滑剂：1wt.％；分散剂：2wt.％。
将上述原料造粒后每袋25Kg，其中：PBAT 22Kg；PLA 1.5Kg；紫外线吸收剂0.5Kg；光稳定剂0.125Kg；抗氧剂0.125Kg；润滑剂0.25Kg；分散剂0.5Kg。
中层：降解地膜阻隔层树脂由以下质量百分比的原料制成：
PBAT：87wt.％；PLA：6wt.％；TPU：4wt.％；润滑剂：1wt.％；分散剂：2wt.％。
将上述原料造粒后每袋25Kg，其中：PBAT 21.75Kg；PLA 1.5Kg；TPU 1Kg；润滑剂0.25Kg；分散剂0.5Kg。
内层：降解地膜缓释层树脂由以下质量百分比的原料制成：
PBAT：80.5wt.％；PLA：13wt.％；润滑剂：1.5wt.％；分散剂：2wt.％；偶联剂：3wt.％。
将上述原料造粒后每袋25Kg，其中：PBAT 20.125Kg；PLA 3.25Kg；润滑剂0.375Kg；分散剂0.5Kg；偶联剂0.75Kg。
其中：
PBAT由己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯共聚制得，其中己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的质量比为45:55。PBAT选自杭州鑫富科技有限公司的产品。
PLA为乳酸聚合物，选自浙江海正生物科技有限公司的产品。
紫外线吸收剂为UV326，选自天津天海化工有限公司的产品。
光稳定剂为光稳定剂622，选自北京天罡助剂有限责任公司的产品。
抗氧剂为抗氧剂1010，选自北京天罡助剂有限责任公司的产品。
润滑剂为芥酸酰胺，选自山东隆商新材料科技有限公司的产品。
分散剂为改良型羟基硬脂酸镁，选自日本胜田化工株式会社的产品KPW-12P。
偶联剂为钛酸酯偶联剂，选自山东佰仟化工有限公司的产品。
TPU为聚醚型聚氨酯弹性体，选自齐鲁石化橡胶厂的产品。
所述的三层复合高阻隔可控全生物降解地膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)外层：降解地膜寿命控制层树脂的制备
使用高速混合机将PBAT、PLA、紫外线吸收剂、光稳定剂、抗氧剂、润滑剂、分散剂按照比例混合后，再由喂料机喂入双螺杆挤出机，经拉丝、风冷、传送、切粒，制得降解地膜寿命控制层树脂。
(2)中层：降解地膜阻隔层树脂的制备
使用高速混合机将PBAT、PLA、TPU、润滑剂、分散剂按照比例混合后，再由喂料机喂入双螺杆挤出机，经拉丝、风冷、传送、切粒，制得降解地膜阻隔层树脂。
(3)内层：降解地膜缓释层树脂的制备
使用高速混合机将PBAT、PLA、润滑剂、分散剂、偶联剂按照比例混合后，再由喂料机喂入双螺杆挤出机，经拉丝、风冷、传送、切粒，制得降解地膜缓释层树脂。
(4)三层复合高阻隔可控全生物降解地膜的制备
将降解地膜寿命控制层树脂、降解地膜阻隔层树脂、降解地膜缓释层树脂分别放在三层共挤吹塑机组的外层机筒、中层机筒、内层机筒中，经连接体、机头、模口提膜、吹塑、过牵引、收卷，制得三层复合高阻隔可控全生物降解地膜，其中降解地膜寿命控制层树脂、降解地膜阻隔层树脂、降解地膜缓释层树脂的用量比为1:1:1。
制备过程中的吹塑工艺温度设置按照表1所示。
表1吹塑工艺温度表
Figure BDA0002741087170000071
Figure BDA0002741087170000081
实施例2
生产地膜的宽度为1.2米，厚度为0.008mm，要求降解地膜寿命在105天到115天。
所述的三层复合高阻隔可控全生物降解地膜包括内层、中层、外层，具体组成如下：
外层：降解地膜寿命控制层树脂由以下质量百分比的原料制成：
PBAT：86.6wt.％；PLA：7wt.％；紫外线吸收剂：2wt.％；光稳定剂：0.6wt.％；抗氧剂：0.8wt.％；润滑剂：1wt.％；分散剂：2wt.％。
将上述原料造粒后每袋25Kg，其中：PBAT 21.65Kg；PLA 1.75Kg；紫外线吸收剂0.5Kg；光稳定剂0.15Kg；抗氧剂0.2Kg；润滑剂0.25Kg；分散剂0.5Kg。
中层：降解地膜阻隔层树脂由以下质量百分比的原料制成：
PBAT：87wt.％；PLA：6wt.％；TPU：4wt.％；润滑剂：1wt.％；分散剂：2wt.％。
将上述原料造粒后每袋25Kg，其中：PBAT 21.75Kg；PLA 1.5Kg；TPU 1Kg；润滑剂0.25Kg；分散剂0.5Kg。
内层：降解地膜缓释层树脂由以下质量百分比的原料制成：
PBAT：80.5wt.％；PLA：13wt.％；润滑剂：1.5wt.％；分散剂：2wt.％；偶联剂：3wt.％。
将上述原料造粒后每袋25Kg，其中：PBAT 20.125Kg；PLA 3.25Kg；润滑剂0.375Kg；分散剂0.5Kg；偶联剂0.75Kg。
其中：
PBAT由己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯共聚制得，其中己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的质量比为45:55。PBAT选自杭州鑫富科技有限公司的产品。
PLA为乳酸聚合物，选自浙江海正生物科技有限公司的产品。
紫外线吸收剂为UV326，选自天津天海化工有限公司的产品。
光稳定剂为光稳定剂944，选自北京天罡助剂有限责任公司的产品。
抗氧剂为抗氧剂168，选自北京天罡助剂有限责任公司的产品。
润滑剂为芥酸酰胺，选自山东隆商新材料科技有限公司的产品。
分散剂为改良型羟基硬脂酸镁，选自日本胜田化工株式会社的产品KPW-12P。
偶联剂为钛酸酯偶联剂，选自山东佰仟化工有限公司的产品。
TPU为聚醚型聚氨酯弹性体，选自齐鲁石化橡胶厂的产品。
所述的三层复合高阻隔可控全生物降解地膜的制备方法同实施例1。
实施例3
生产地膜的宽度为1.2米，厚度为0.008mm，要求降解地膜寿命在115天到130天。
所述的三层复合高阻隔可控全生物降解地膜包括内层、中层、外层，具体组成如下：
外层：降解地膜寿命控制层树脂由以下质量百分比的原料制成：
PBAT：85.2wt.％；PLA：8wt.％；紫外线吸收剂：2.2wt.％；光稳定剂：0.8wt.％；抗氧剂：0.8wt.％；润滑剂：1wt.％；分散剂：2wt.％。
将上述原料造粒后每袋25Kg，其中：PBAT 21.3Kg；PLA 2Kg；紫外线吸收剂0.55Kg；光稳定剂0.2Kg；抗氧剂0.2Kg；润滑剂0.25Kg；分散剂0.5Kg。
中层：降解地膜阻隔层树脂由以下质量百分比的原料制成：
PBAT：87wt.％；PLA：6wt.％；TPU：4wt.％；润滑剂：1wt.％；分散剂：2wt.％。
将上述原料造粒后每袋25Kg，其中：PBAT 21.75Kg；PLA 1.5Kg；TPU 1Kg；润滑剂0.25Kg；分散剂0.5Kg。
内层：降解地膜缓释层树脂由以下质量百分比的原料制成：
PBAT：80.5wt.％；PLA：13wt.％；润滑剂：1.5wt.％；分散剂：2wt.％；偶联剂：3wt.％。
将上述原料造粒后每袋25Kg，其中：PBAT 20.125Kg；PLA 3.25Kg；润滑剂0.375Kg；分散剂0.5Kg；偶联剂0.75Kg。
其中：
PBAT由己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯共聚制得，其中己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的质量比为45:55。PBAT选自杭州鑫富科技有限公司的产品。
PLA为乳酸聚合物，选自浙江海正生物科技有限公司的产品。
紫外线吸收剂为UV326，选自天津天海化工有限公司的产品。
光稳定剂为光稳定剂944，选自北京天罡助剂有限责任公司的产品。
抗氧剂为抗氧剂168，选自北京天罡助剂有限责任公司的产品。
润滑剂为芥酸酰胺，选自山东隆商新材料科技有限公司的产品。
分散剂为改良型羟基硬脂酸镁，选自日本胜田化工株式会社的产品KPW-12P。
偶联剂为钛酸酯偶联剂，选自山东佰仟化工有限公司的产品。
TPU为聚醚型聚氨酯弹性体，选自齐鲁石化橡胶厂的产品。
所述的三层复合高阻隔可控全生物降解地膜的制备方法同实施例1。
实施例4
中层：降解地膜阻隔层树脂由以下质量百分比的原料制成：
PBAT：84wt.％；PLA：8wt.％；TPU：5wt.％；润滑剂：1wt.％；分散剂：2wt.％。
将上述原料造粒后每袋25Kg，其中：PBAT 21Kg；PLA 2Kg；TPU 1.25Kg；润滑剂0.25Kg；分散剂0.5Kg。其余内容同实施例1。
实施例5
内层：降解地膜缓释层树脂由以下质量百分比的原料制成：
PBAT：85wt.％；PLA：10wt.％；润滑剂：1wt.％；分散剂：2wt.％；偶联剂：2wt.％。
将上述原料造粒后每袋25Kg，其中：PBAT 21.25Kg；PLA 2.5Kg；润滑剂0.25Kg；分散剂0.5Kg；偶联剂0.5Kg。其余内容同实施例1。
对比例1
外层：降解地膜寿命控制层树脂由以下质量百分比的原料制成：
PBAT：89wt.％；PLA：7wt.％；光稳定剂：0.5wt.％；抗氧剂：0.5wt.％；润滑剂：1wt.％；分散剂：2wt.％。
将上述原料造粒后每袋25Kg，其中：PBAT 22.25Kg；PLA 1.75Kg；光稳定剂0.125Kg；抗氧剂0.125Kg；润滑剂0.25Kg；分散剂0.5Kg。其余内容同实施例1。
对比例2
外层：降解地膜寿命控制层树脂由以下质量百分比的原料制成：
PBAT：90wt.％；紫外线吸收剂：3wt.％；光稳定剂：1wt.％；抗氧剂：1wt.％；润滑剂：2wt.％；分散剂：3wt.％。
将上述原料造粒后每袋25Kg，其中：PBAT 22.5Kg；紫外线吸收剂0.75Kg；光稳定剂0.25Kg；抗氧剂0.25Kg；润滑剂0.5Kg；分散剂0.75Kg。其余内容同实施例1。
对比例3
外层：降解地膜寿命控制层树脂由以下质量百分比的原料制成：
PBAT：87wt.％；PLA：7wt.％；紫外线吸收剂：3wt.％；润滑剂：1wt.％；分散剂：2wt.％。
将上述原料造粒后每袋25Kg，其中：PBAT 21.75Kg；PLA 1.75Kg；紫外线吸收剂0.75Kg；润滑剂0.25Kg；分散剂0.5Kg。其余内容同实施例1。
对比例4
中层：降解地膜阻隔层树脂由以下质量百分比的原料制成：
PBAT：85wt.％；PLA：6wt.％；TPU：6wt.％；润滑剂：1wt.％；分散剂：2wt.％。
将上述原料造粒后每袋25Kg，其中：PBAT 21.25Kg；PLA 1.5Kg；TPU 1.5Kg；润滑剂0.25Kg；分散剂0.5Kg。其余内容同实施例1。
对比例5
中层：降解地膜阻隔层树脂由以下质量百分比的原料制成：
PBAT：89wt.％；PLA：6wt.％；TPU：2wt.％；润滑剂：1wt.％；分散剂：2wt.％。
将上述原料造粒后每袋25Kg，其中：PBAT 22.25Kg；PLA 1.5Kg；TPU 0.5Kg；润滑剂0.25Kg；分散剂0.5Kg。其余内容同实施例1。
对比例6
内层：降解地膜缓释层树脂由以下质量百分比的原料制成：
PBAT：85.5wt.％；PLA：8wt.％；润滑剂：1.5wt.％；分散剂：2wt.％；偶联剂：3wt.％。
将上述原料造粒后每袋25Kg，其中：PBAT 21.375Kg；PLA 2Kg；润滑剂0.375Kg；分散剂0.5Kg；偶联剂0.75Kg。其余内容同实施例1。
对比例7
内层：降解地膜缓释层树脂由以下质量百分比的原料制成：
PBAT：79.5wt.％；PLA：15.5wt.％；润滑剂：1.5wt.％；分散剂：1.5wt.％；偶联剂：2wt.％。
将上述原料造粒后每袋25Kg，其中：PBAT 19.875Kg；PLA 3.875Kg；润滑剂0.375Kg；分散剂0.375Kg；偶联剂0.5Kg。其余内容同实施例1。
对比例8
三层复合高阻隔可控全生物降解地膜：外层为降解地膜缓释层树脂、中层为降解地膜阻隔层树脂、内层为降解地膜寿命控制层树脂。外、中、内层的原料及制备方法同实施例1。
对比例9
三层复合高阻隔可控全生物降解地膜：外层为降解地膜寿命控制层树脂、中层为降解地膜缓释层树脂、内层为降解地膜阻隔层树脂。外、中、内层的原料及制备方法同实施例1。
对比例10
三层复合高阻隔可控全生物降解地膜：外层为降解地膜缓释层树脂、中层为降解地膜寿命控制层树脂、内层为降解地膜阻隔层树脂。外、中、内层的原料及制备方法同实施例1。
依据国家对降解地膜的规定，对实施例1-5和对比例1-10的地膜进行机械性能测试，数据见表2、表3。
表2实施例1-5及对比例1-4机械性能测试据表
Figure BDA0002741087170000111
Figure BDA0002741087170000121
表3对比例5-10机械性能测试据表
对比例5 对比例6 对比例7 对比例8 对比例9 对比例10
纵向拉伸负荷/N 1.36 1.62 1.56 1.55 1.65 1.58
横向拉伸负荷/N 1.58 1.13 1.37 1.54 1.64 1.57
断裂标称应变(纵向)/％ 142 165 139 172 176 175
断裂标称应变(横向)/％ 231 118 382 538 540 544
纵向直角撕裂负荷/N 0.54 0.52 0.48 0.42 0.40 0.41
横向直角撕裂负荷/N 0.46 0.47 0.43 0.40 0.41 0.40
水蒸气透过量g/m<sup>3</sup>·24h 356 148 153 930 924 915
对实施例1-5和对比例1-10的地膜不同时期的老化效果进行测试，数据见表4。
表4不同时期的老化效果数据表
Figure BDA0002741087170000122
Figure BDA0002741087170000131
通过以上实施例和对比例可以看出，本发明提供的三层复合高阻隔可控全生物降解地膜拉伸强度高、韧性优异、水蒸气透过量低，其具有降解周期可控性的特点最为显著。本发明的成型方法在现有三层薄膜成型设备上即可生产，简单实用，无需增加特制设备。
虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上实施例仅是为了说明，而不是为了限制本发明的范围。在不脱离本发明的范围和违背本发明的精神前提下，可以对以上实施例进行修改，例如：为了进一步提高降解地膜的降解周期，可以在中层和内层添加一定比例的光稳定剂和抗氧剂。本发明的范围由所属权利要求来限定。

Claims (6)

1.一种三层复合高阻隔可控全生物降解地膜，其特征在于：包括内层：地膜缓释层；中层：地膜阻隔层；外层：地膜寿命控制层；地膜缓释层包括PBAT和PLA；地膜阻隔层包括PBAT、PLA和 TPU；地膜寿命控制层包括PBAT和PLA；
地膜缓释层由降解地膜缓释层树脂制得；地膜阻隔层由降解地膜阻隔层树脂制得；地膜寿命控制层由降解地膜寿命控制层树脂制得；
降解地膜寿命控制层树脂由以下质量百分比的原料制成：
PBAT：85-90wt.%；
PLA：6-10wt.%；
紫外线吸收剂：1-3wt.%；
光稳定剂：0.5-1wt.%；
抗氧剂：0.5-1wt.%；
润滑剂：1-1.5wt.%；
分散剂：1-3wt.%；
降解地膜阻隔层树脂由以下质量百分比的原料制成：
PBAT：84-88wt.%；
PLA：6-8wt.%；
TPU：3-5wt.%；
润滑剂：1-3wt.%；
分散剂：2-4wt.%；
降解地膜缓释层树脂由以下质量百分比的原料制成：
PBAT：80-85wt.%；
PLA：10-15wt.%；
润滑剂：1-2wt.%；
分散剂：1-2.5wt.%；
偶联剂：2-4wt.%。
2.根据权利要求1所述的三层复合高阻隔可控全生物降解地膜，其特征在于：PBAT由己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯共聚制得，其中己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的质量比为45:55；己二酸丁二醇酯由己二酸与丁二醇制得，己二酸与丁二醇的摩尔比为1:1；对苯二甲酸丁二醇酯由对苯二甲酸与丁二醇制得，对苯二甲酸与丁二醇的摩尔比为1:1；润滑剂为芥酸酰胺；分散剂为改良型羟基硬脂酸镁。
3.根据权利要求1所述的三层复合高阻隔可控全生物降解地膜，其特征在于：紫外线吸收剂为UV326；光稳定剂为光稳定剂622或光稳定剂944；抗氧剂为抗氧剂1010或抗氧剂168。
4.根据权利要求1所述的三层复合高阻隔可控全生物降解地膜，其特征在于：TPU为聚醚型聚氨酯弹性体。
5.根据权利要求1所述的三层复合高阻隔可控全生物降解地膜，其特征在于：偶联剂为钛酸酯偶联剂。
6.一种权利要求1所述的三层复合高阻隔可控全生物降解地膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）外层：降解地膜寿命控制层树脂的制备
将PBAT、PLA、紫外线吸收剂、光稳定剂、抗氧剂、润滑剂、分散剂按照比例混合后，再由喂料机喂入双螺杆挤出机，经拉丝、风冷、传送、切粒，制得降解地膜寿命控制层树脂；
（2）中层：降解地膜阻隔层树脂的制备
将PBAT、PLA、TPU、润滑剂、分散剂按照比例混合后，再由喂料机喂入双螺杆挤出机，经拉丝、风冷、传送、切粒，制得降解地膜阻隔层树脂；
（3）内层：降解地膜缓释层树脂的制备
将PBAT、PLA、润滑剂、分散剂、偶联剂按照比例混合后，再由喂料机喂入双螺杆挤出机，经拉丝、风冷、传送、切粒，制得降解地膜缓释层树脂；
（4）三层复合高阻隔可控全生物降解地膜的制备
将降解地膜寿命控制层树脂、降解地膜阻隔层树脂、降解地膜缓释层树脂分别放在三层共挤吹塑机组的外层机筒、中层机筒、内层机筒中，经模口提膜、吹塑、过牵引、收卷，制得三层复合高阻隔可控全生物降解地膜，其中降解地膜寿命控制层树脂、降解地膜阻隔层树脂、降解地膜缓释层树脂的下料用量比为1:1:1；根据作物的需要，通过调节PBAT和PLA的添加量控制地膜寿命的长短，阻隔性能通过TPU的添加量来控制。
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