CN113773621A - 一种全生物降解抗菌地膜及其制备方法 - Google Patents

一种全生物降解抗菌地膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种全生物降解抗菌地膜及其制备方法，该方法制备的全生物降解抗菌地膜包括：PBAT 70％～85％，聚乳酸4％～10％，稳定剂1％～3％，热稳定剂3％～7％，抗静电剂0.5％～1.5％，抗氧剂0.3％～0.7％，脱模剂0.3％～0.7％，抗水解剂3‰～7‰，抗菌剂1‰～5‰，填料3％～7％；该全生物降解抗菌地膜可有效防止细菌酶解带来的地膜过早降解，具有较好的机械性能，适用性高，适宜应用在例如大棚中高温、高湿的环境下，使用寿命长达9～10个月，适用于生长周期长的嫁接农作物，节约生产成本，且满足国家全生物降解标准，降解效率高，降解效果好，不会造成白色污染。

Description

一种全生物降解抗菌地膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及降解材料技术领域，特别是涉及一种全生物降解抗菌地膜及其制备方法。
背景技术
嫁接作为植物的人工繁殖方法之一，是把一株植物的枝或芽，嫁接到另一株植物的茎或根上，使接在一起的两个部分长成一个完整的植株，嫁接可延长植物生长周期提高产量。
现有普通全生物降解农用地膜在大棚中高温高湿的环境下使用寿命短，无法和嫁接农作物的生长周期相适配，理论上，按在嫁接农作物的生长周期中至少需要两次普通全生物降解地膜覆盖，增加了生产成本和人工成本，操作上也无法实现，如果采用增加地膜厚度从而延长地膜的适用寿命，生产投入成本过高，在高温高湿的大棚土壤中易滋生细菌及病原微生物，农作物需要通过无缝覆盖地膜来达到控制空气中细菌对作物开化结果的负面影响。本发明通过抗菌的设置，阻止细菌对全生物降解地膜的快速酶解，延长使用寿命，从而使得全生物降解抗菌地膜与大棚嫁接作物生根时间同步。
发明内容
本发明的目的在于提供一种全生物降解抗菌地膜及其制备方法，以解决现有地膜无法抗菌、使用寿命短的问题。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种全生物降解抗菌地膜，设为一层或依次设置的多层，以重量百分比计，至少一层包括以下组分：
PBAT 70％～85％，聚乳酸4％～10％，稳定剂1％～3％，热稳定剂3％～7％，抗静电剂0.5％～1.5％，抗氧剂0.3％～0.7％，脱模剂0.3％～0.7％，抗水解剂3‰～7‰，抗菌剂1‰～5‰，填料3％～7％。
优选地，所述全生物降解抗菌地膜的厚度为0.008mm～0.012mm，拉伸强度≥15mPa，纵向断裂伸长率≥350％，横向断裂伸长率≥400％。
优选地，设为内层、中层和外层，所述内层和中层以重量百分比计，均包括以下组分：
PBAT 70％～85％，聚乳酸4％～10％，稳定剂1％～3％，热稳定剂3％～7％，抗静电剂0.5％～1.5％，抗氧剂0.3％～0.7％，脱模剂0.3％～0.7％，抗水解剂3‰～7‰，抗菌剂1‰～5‰，填料3％～7％；
所述外层以重量百分比计，包括以下组分：
PBAT 70％～85％，聚乳酸4％～10％，稳定剂1％～3％，热稳定剂3％～7％，抗静电剂0.5％～1.5％，抗氧剂0.3％～0.7％，脱模剂0.3％～0.7％，填料3％～7％。
优选地，所述稳定剂包括硬脂酸、硬脂酸镁、硬脂酸铝、硬脂酸钾中的一种或多种以任意比例相混匀的混合物。
优选地，所述热稳定剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌的中的一种或多种以任意比例相混匀的混合物。
优选地，所述抗静电剂为硫酸酯、磷酸酯、聚乙二醇中的一种或多种以任意比例相混匀的混合物。
优选地，所述脱模剂为油酸酰胺、石蜡、甘油中的一种或多种以任意比例相混匀的混合物。
一种制备上述的全生物降解抗菌地膜的方法，其特征在于，包括以下步骤，
S1：按上述的重量百分比称取原料，将原料混合均匀并以双螺杆挤出机挤出成粒；
S2：步骤S1得到的粒料经吹膜，得到所述的全生物降解抗菌地膜
优选地，步骤S2中吹膜温度为150℃～170℃。
优选地，所述粒料经螺杆挤出机成膜，所述螺杆个数与所述全生物降解抗菌地膜层数对应设置。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
上述技术方案中提供一种全生物降解抗菌地膜及其制备方法，由该方法制备的全生物降解抗菌地膜可有效防止细菌滋生酶解对地膜带来的快速降解，具有较好的机械性能，适用性高，适宜应用在例如大棚中高温、高湿的环境下，使用寿命可达9～10个月，适用于生长周期长的嫁接农作物，节约生产成本，且满足国家全生物降解标准，降解效率高，降解效果好，不会造成白色污染。
具体实施方式
以下将对本发明进行更为详细的描述，需要说明的是，以下对本发明进行的描述仅是示意性的，而非限制性的。各个不同实施例之间可以进行相互组合，以构成未在以下描述中示出的其他实施例。
本发明实施例提供了一种全生物降解抗菌地膜，该全生物降解抗菌地膜由内层、中层和外层依次设置，且厚度为0.008mm～0.012mm，拉伸强度≥15mPa，纵向断裂伸长率≥350％，横向断裂伸长率为≥400％；包括以下组分：PBAT，聚乳酸，稳定剂，热稳定剂，抗静电剂，抗氧剂，脱模剂，抗水解剂，抗菌剂和填料。
其中，PBAT为该全生物降解抗菌地膜的主要成分，主要为聚己二酸和对苯二甲酸丁二酯的共聚物，质量分数控制在72％～85％。
聚乳酸的质量分数控制在4％～10％，具有良好的相容性和生物可降解性，使用后能被微生物完全降解，最终生成二氧化碳和水，避免污染环境。
稳定剂主要包括硬脂酸、硬脂酸镁、硬脂酸铝、硬脂酸钾中的一种或多种以任意比例相混匀的混合物，质量分数控制在1％～3％，在吹膜生产中稳定剂可减慢反应，保持化学平衡，降低表面张力，防止光、热分解或氧化分解等作用，所以当稳定剂含量高于3％时，会降低全生物降解抗菌地膜的全生物降解速率。
热稳定剂包括硬脂酸钙、硬脂酸锌中的一种或几种，质量百分数控制在3％～7％，由于热稳定剂能消除对非链断裂具有催化作用的物质，更进一步提高耐老化性能。
抗静电剂包括硫酸酯、磷酸酯、聚乙二醇中的一种或多种以任意比例相混匀的混合物，质量分数控制在0.5％～1.5％，可减少静电积累目，防止全生物降解抗菌地膜在使用过程中在静电积累目的作用下发生自卷，影响使用效果。
脱模剂为油酸酰胺、石蜡、甘油中的一种或多种以任意比例相混匀的混合物，质量百分数控制在0.3％～0.7％，防止全生物降解抗菌地膜成型时与机器粘接。
填料为三硅酸镁，质量百分数控制为3％～7％，三硅酸镁具有脱色作用，在该全生物降解抗菌地膜添加一定量的三硅酸镁可提高其可见度。
抗水解剂和抗菌剂是全生物降解抗菌地膜的核心成分，其中，抗菌剂的质量分数控制在1‰～5‰，抗菌剂对病原微生物有杀死作用或抑制生长作用，但又不妨碍植物正常生长，全生物降解抗菌地膜采用广普型银离子抗菌剂，通过物理吸附离子等方法将银离子抗菌剂固定于全生物降解抗菌地膜的内层，使得全生物降解抗菌地膜达到抗菌、杀死病原微生物的作用；抗水解剂的质量分数控制在3‰～7‰，其中，抗水解剂在全生物降解抗菌地膜中起着协同作用，可提高全生物降解抗菌地膜在加工过程中的稳定性，提高其熔体强度，改善全生物降解抗菌地膜中不同聚合物之间以及各种聚合物和抗菌剂之间的相容性，还可提高全生物降解抗菌地膜吹膜的效率，提高全生物降解抗菌地膜的生产率。
作为优选，抗水解剂和抗菌剂可分别设置于全生物降解抗菌地膜的内层、中层和外层，其中，内层覆盖于作物根部与土地接触设置，可有效抑制土壤中的细菌及病原微生物对作物的危害；上层可防止作物的茎、叶掉落于全生物降解抗菌地膜的上表面滋生细菌；中层可作为下层和上层的储备层。
全生物降解抗菌地膜降解性能满足全生物降解国家标准，该全生物降解抗菌地膜使用完毕后，可通过土壤堆土的方式降解，利用土壤中的细菌、霉菌、酵母菌、支原体、病毒、放线菌、藻类和病毒等微生物降解，具有较高的降解速率，且降解效果佳，降解产物能循环利用，节能绿色环保。
本发明还提供了一种全生物降解抗菌地膜的制备方法，包括以下步骤：
S1：按上述的重量百分比分别称取内层、中层和外层所对应的原料，并将原料混匀以双螺杆挤出机挤出成粒；
S2：将步骤S1中得到的混合原料别分投入三螺杆挤出机对应的原料口中，首先粒料均在150℃～170℃的温度下变成熔融状，将熔融状原料吹膜，得到所述的全生物降解抗菌地膜。
由上述方法得到的全生物降解抗菌地膜的厚度为0.008mm～0.012mm，拉伸强度≥15mPa，纵向断裂伸长率≥350％，横向断裂伸长率≥400％。
下面将结合实施例进一步说明本申请提供的所述全生物降解抗菌地膜。
实施例一
本实施例中全生物降解抗菌地膜的含量如表1：
(抗菌剂和抗水解剂含量过低，不计入全生物降解抗菌地膜的含量总和)
表1
Figure BDA0003269829110000061
本实施例中的全生物降解抗菌地膜采用以下制备方法制备而成，步骤如下：
S1：按上述的重量百分比分别称取内层、中层和外层所对应的原料，并将原料混匀以双螺杆挤出机挤出成粒；
S2：将步骤S1中得到的混合原料别分投入三螺杆挤出机对应的原料口中，首先粒料均在150℃的温度下变成熔融状，将熔融状原料吹膜，得到所述的全生物降解抗菌地膜。
本实施例得到的全生物降解抗菌地膜的厚度为0.008mm，经拉伸测试，可知其拉伸强度为15mPa，纵向断裂伸长率为350％，横向断裂伸长率为400％；该全生物降解抗菌地膜的的力学性能优良，具有良好的延展性，可适应不同农作物的覆盖。
本实施例得到的全生物降解抗菌地膜做全生物降解实验，将面积为一平方米该全生物降解抗菌地膜投入1kg土壤中，约90～120天可降解90％，约150天可完全降解无残留，符合国家全生物降解标准，且降解速率快，不会产生白色污染，具有极高的推广应用性。
实施例二
本实施例中全生物降解抗菌地膜的含量如表2：
(抗菌剂和抗水解剂含量过低，不计入全生物降解抗菌地膜的含量总和)
表2
Figure BDA0003269829110000062
Figure BDA0003269829110000071
本实施例中的全生物降解抗菌地膜采用以下制备方法制备而成，步骤如下：
S1：按上述的重量百分比分别称取内层、中层和外层所对应的原料，并将原料混匀以双螺杆挤出机挤出成粒；
S2：将步骤S1中得到的混合原料别分投入三螺杆挤出机对应的原料口中，首先粒料均在155℃的温度下变成熔融状，将熔融状原料吹膜，得到所述的全生物降解抗菌地膜。
本实施例得到的全生物降解抗菌地膜的厚度为0.008mm，经拉伸测试，可知其拉伸强度为15mPa，纵向断裂伸长率为350％，横向断裂伸长率为400％；该全生物降解抗菌地膜的的力学性能优良，具有良好的延展性，可适应不同农作物的覆盖。
本实施例得到的全生物降解抗菌地膜做全生物降解实验，将面积为一平方米该全生物降解抗菌地膜投入1kg土壤中，约90～120天可降解90％，约150天可完全降解无残留，符合国家全生物降解标准，且降解速率快，不会产生白色污染，具有极高的推广应用性。
实施例三
本实施例中全生物降解抗菌地膜的含量如表3：
(抗菌剂和抗水解剂含量过低，不计入全生物降解抗菌地膜的含量总和)
表3
Figure BDA0003269829110000072
Figure BDA0003269829110000081
本实施例中的全生物降解抗菌地膜采用以下制备方法制备而成，步骤如下：
S1：按上述的重量百分比分别称取内层、中层和外层所对应的原料，并将原料混匀以双螺杆挤出机挤出成粒；
S2：将步骤S1中得到的混合原料别分投入三螺杆挤出机对应的原料口中，首先粒料均在160℃的温度下变成熔融状，将熔融状原料吹膜，得到所述的全生物降解抗菌地膜。
本实施例得到的全生物降解抗菌地膜的厚度为0.008mm，经拉伸测试，可知其拉伸强度为15mPa，纵向断裂伸长率为350％，横向断裂伸长率为400％；该全生物降解抗菌地膜的的力学性能优良，具有良好的延展性，可适应不同农作物的覆盖。
本实施例得到的全生物降解抗菌地膜做全生物降解实验，将面积为一平方米该全生物降解抗菌地膜投入1kg土壤中，约90～120天可降解90％，约150天可完全降解无残留，符合国家全生物降解标准，且降解速率快，不会产生白色污染，具有极高的推广应用性。
实施例四
本实施例中全生物降解抗菌地膜的含量如表4：
(抗菌剂和抗水解剂含量过低，不计入全生物降解抗菌地膜的含量总和)
表4
Figure BDA0003269829110000082
本实施例中的全生物降解抗菌地膜采用以下制备方法制备而成，步骤如下：
S1：按上述的重量百分比分别称取内层、中层和外层所对应的原料，并将原料混匀以双螺杆挤出机挤出成粒；
S2：将步骤S1中得到的混合原料别分投入三螺杆挤出机对应的原料口中，首先粒料均在160℃的温度下变成熔融状，将熔融状原料吹膜，得到所述的全生物降解抗菌地膜。
本实施例得到的全生物降解抗菌地膜的厚度为0.009mm，经拉伸测试，可知其拉伸强度为20mPa，纵向断裂伸长率为360％，横向断裂伸长率为410％；该全生物降解抗菌地膜的的力学性能优良，具有良好的延展性，可适应不同农作物的覆盖。
本实施例得到的全生物降解抗菌地膜做全生物降解实验，将面积为一平方米该全生物降解抗菌地膜投入1kg土壤中，约90～120天可降解90％，约150天可完全降解无残留，符合国家全生物降解标准，且降解速率快，不会产生白色污染，具有极高的推广应用性。
实施例五
本实施例中全生物降解抗菌地膜的含量如表5：
(抗菌剂和抗水解剂含量过低，不计入全生物降解抗菌地膜的含量总和)
表5
Figure BDA0003269829110000091
本实施例中的全生物降解抗菌地膜采用以下制备方法制备而成，步骤如下：
S1：按上述的重量百分比分别称取内层、中层和外层所对应的原料，并将原料混匀以双螺杆挤出机挤出成粒；
S2：将步骤S1中得到的混合原料别分投入三螺杆挤出机对应的原料口中，首先粒料均在165℃的温度下变成熔融状，将熔融状原料吹膜，得到所述的全生物降解抗菌地膜。
本实施例得到的全生物降解抗菌地膜的厚度为0.01mm，经拉伸测试，可知其拉伸强度为25mPa，纵向断裂伸长率为370％，横向断裂伸长率为420％；该全生物降解抗菌地膜的的力学性能优良，具有良好的延展性，可适应不同农作物的覆盖。
本实施例得到的全生物降解抗菌地膜做全生物降解实验，将面积为一平方米该全生物降解抗菌地膜投入1kg土壤中，约90～120天可降解90％，约150天可完全降解无残留，符合国家全生物降解标准，且降解速率快，不会产生白色污染，具有极高的推广应用性。
实施例六
本实施例中全生物降解抗菌地膜的含量如表6：
(抗菌剂和抗水解剂含量过低，不计入全生物降解抗菌地膜的含量总和)
表6
Figure BDA0003269829110000101
本实施例中的全生物降解抗菌地膜采用以下制备方法制备而成，步骤如下：
S1：按上述的重量百分比分别称取内层、中层和外层所对应的原料，并将原料混匀以双螺杆挤出机挤出成粒；
S2：将步骤S1中得到的混合原料别分投入三螺杆挤出机对应的原料口中，首先粒料均在170℃的温度下变成熔融状，将熔融状原料吹膜，得到所述的全生物降解抗菌地膜。
本实施例得到的全生物降解抗菌地膜的厚度为0.012mm，经拉伸测试，可知其拉伸强度为30mPa，纵向断裂伸长率为380％，横向断裂伸长率为430％；该全生物降解抗菌地膜的的力学性能优良，具有良好的延展性，可适应不同农作物的覆盖。
本实施例得到的全生物降解抗菌地膜做全生物降解实验，将面积为一平方米该全生物降解抗菌地膜投入1kg土壤中，约90～120天可降解90％，约150天可完全降解无残留，符合国家全生物降解标准，且降解速率快，不会产生白色污染，具有极高的推广应用性。
做对比实验一，对比例一采用与实施例三相同方法制备全生物降解抗菌地膜，区别在于对比例一的PBAT含量为72％，含量如下表5：
对比例一
本实施例中全生物降解抗菌地膜的含量如表7：
(抗菌剂和抗水解剂含量过低，不计入全生物降解抗菌地膜的含量总和)
表7
Figure BDA0003269829110000111
Figure BDA0003269829110000121
本实施例中的全生物降解抗菌地膜采用以下制备方法制备而成，步骤如下：
S1：按上述的重量百分比分别称取内层、中层和外层所对应的原料，并将原料混匀以双螺杆挤出机挤出成粒；
S2：将步骤S1中得到的混合原料别分投入三螺杆挤出机对应的原料口中，首先粒料均在160℃的温度下变成熔融状，将熔融状原料吹膜，得到所述的全生物降解抗菌地膜。
本实施例得到的全生物降解抗菌地膜的厚度为0.005mm，经拉伸测试，可知其拉伸强度为12mPa，纵向断裂伸长率为340％，横向断裂伸长率为390％。
本实施例得到的全生物降解抗菌地膜做全生物降解实验，将面积为一平方米该全生物降解抗菌地膜投入1kg土壤中，约90～120天可降解90％，约150天可完全降解无残留，符合国家全生物降解标准，且降解速率快，不会产生白色污染，具有极高的推广应用性。
做对比实验二，对比例二采用与实施例六相同方法制备全生物降解抗菌地膜，区别在于对比例二的PBAT含量为86％，含量如下表5：
对比例二
本实施例中全生物降解抗菌地膜的含量如表8：
(抗菌剂和抗水解剂含量过低，不计入全生物降解抗菌地膜的含量总和)
表8
Figure BDA0003269829110000122
Figure BDA0003269829110000131
本实施例中的全生物降解抗菌地膜采用以下制备方法制备而成，步骤如下：
S1：按上述的重量百分比分别称取内层、中层和外层所对应的原料，并将原料混匀以双螺杆挤出机挤出成粒；
S2：将步骤S1中得到的混合原料别分投入三螺杆挤出机对应的原料口中，首先粒料均在170℃的温度下变成熔融状，将熔融状原料吹膜，得到所述的全生物降解抗菌地膜。
本实施例得到的全生物降解抗菌地膜的厚度为0.015mm，经拉伸测试，可知其拉伸强度为13mPa，纵向断裂伸长率为330％，横向断裂伸长率为380％。
本实施例得到的全生物降解抗菌地膜做全生物降解实验，将面积为一平方米该全生物降解抗菌地膜投入1kg土壤中，约90～120天可降解90％，约150天可完全降解无残留，符合国家全生物降解标准，且降解速率快，不会产生白色污染，具有极高的推广应用性。
上述组分制得的全生物降解抗菌地膜，性能见表9：
表9
Figure BDA0003269829110000132
Figure BDA0003269829110000141
通过上述实施例，可以得出：
本发明所提供的一种全生物降解抗菌地膜及其制备方法，由该方法制备的全生物降解抗菌地膜可有效防止细菌酶解加速地膜的全生物降解，具有较好的机械性能，适用性高，适宜应用在例如大棚中高温、高湿的环境下，使用寿命长，可达9～10个月，适用于生长周期长的嫁接农作物，节约生产成本，且满足国家全生物降解标准，降解效率高，降解效果好，不会造成白色污染。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种全生物降解抗菌地膜，其特征在于，设为一层或依次设置的多层，以重量百分比计，至少一层包括以下组分：
PBAT 70％～85％，聚乳酸4％～10％，稳定剂1％～3％，热稳定剂3％～7％，抗静电剂0.5％～1.5％，抗氧剂0.3％～0.7％，脱模剂0.3％～0.7％，抗水解剂3‰～7‰，抗菌剂1‰～5‰，填料3％～7％。
2.根据权利要求1所述的全生物降解抗菌地膜，其特征在于，所述全生物降解抗菌地膜的厚度为0.008mm～0.012mm，拉伸强度≥15mPa，纵向断裂伸长率≥350％，横向断裂伸长率≥400％。
3.根据权利要求1所述的全生物降解抗菌地膜，其特征在于，设为内层、中层和外层，所述内层和中层以重量百分比计，均包括以下组分：
PBAT 70％～85％，聚乳酸4％～10％，稳定剂1％～3％，热稳定剂3％～7％，抗静电剂0.5％～1.5％，抗氧剂0.3％～0.7％，脱模剂0.3％～0.7％，抗水解剂3‰～7‰，抗菌剂1‰～5‰，填料3％～7％；
所述外层以重量百分比计，包括以下组分：
PBAT 70％～85％，聚乳酸4％～10％，稳定剂1％～3％，热稳定剂3％～7％，抗静电剂0.5％～1.5％，抗氧剂0.3％～0.7％，脱模剂0.3％～0.7％，填料3％～7％。
4.根据权利要求3所述的全生物降解抗菌地膜，其特征在于，所述稳定剂包括硬脂酸、硬脂酸镁、硬脂酸铝、硬脂酸钾中的一种或多种以任意比例相混匀的混合物。
5.根据权利要求3所述的全生物降解抗菌地膜，其特征在于，所述热稳定剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌的中的一种或多种以任意比例相混匀的混合物。
6.根据权利要求3所述的全生物降解抗菌地膜，其特征在于，所述抗静电剂为硫酸酯、磷酸酯、聚乙二醇中的一种或多种以任意比例相混匀的混合物。
7.根据权利要求3所述的全生物降解抗菌地膜，其特征在于，所述脱模剂为油酸酰胺、石蜡、甘油中的一种或多种以任意比例相混匀的混合物。
8.一种制备权利要求1-7中任一项所述的全生物降解抗菌地膜的方法，其特征在于，包括以下步骤，
S1：按上述的重量百分比称取原料，将原料混合均匀并以双螺杆挤出机挤出成粒；
S2：步骤S1得到的粒料经吹膜，得到所述的全生物降解抗菌地膜。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤S2中吹膜温度为150℃～170℃。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述粒料经螺杆挤出机成膜，所述螺杆个数与所述全生物降解抗菌地膜层数对应设置。
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