CN114213814B - 一种抗uv老化的生物降解地膜母粒配方及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗UV老化的生物降解地膜母粒配方及其制备方法。按质量份数计，包括生物降解聚酯80‑100份，抗UV老化成分20‑30份；所述的抗老化成分包括二维层状材料、紫外线吸收剂和生物降解树脂，其中所述的二维层状材料负载紫外线吸收剂，并且由生物降解树脂形成保护层。本发明制备的抗UV老化成分，其中二维层状材料本身具有较强的紫外吸收能力和反射能力，并可同时高效负载紫外线吸收剂，所得抗UV老化成分具有很强的综合抵御紫外线的能力。

Description

一种抗UV老化的生物降解地膜母粒配方及其制备方法
技术领域
本发明属于膜材料领域，具体涉及一种抗UV老化的生物降解地膜母粒配方及其制备方法。
背景技术
地膜可以在农作物生长过程中起到保水、保墒、控温、减少杂草生长等作用，进而提高农产品的质量和产量，已成为现代农业发展的重要支撑之一。但是当前市场上最常用的地膜，聚乙烯地膜，很难在自然界生物降解，环境中的大量残膜一方面会严重影响下茬农作物的产量和质量，另一方面会造成恶劣的农业面源污染。生物降解地膜是能被微生物完全分解的环境友好型薄膜，原料主要为可生物降解高分子树脂及淀粉、纤维素、壳聚糖等天然材料，其降解的最终产物为二氧化碳或/和甲烷、水及其所含元素的矿化无机盐以及新的生物质，不会对环境产生二次污染。生物降解地膜针对传统不可降解地膜的诸多问题应运而生，使用生物降解地膜替代技术是目前从源头解决农用薄膜面源污染、实现现代农业可持续发展的有效途径之一。但当前生物降解地膜仍面临很多关键技术难题，其中大部分生物降解地膜对UV老化的抵抗力不足，产品性能随着UV老化迅速下降，严重影响了生物降解地膜的有效使用寿命。在配方中添加紫外线吸收剂成分可以改善抗UV老化性能，但是由于紫外线吸收剂小分子在生物降解材料中常会出现分散不均匀且容易迁移的问题，仍不能持久的维持生物降解地膜等产品的抗UV老化性能。
发明内容
为解决当前生物降解地膜等产品抗UV老化性能差的关键问题，本发明提供一种制备方法简单、抗UV老化性能持久、可产业化的抗UV老化的生物降解地膜母粒配方及其制备方法。
本发明的抗UV老化的生物降解地膜母粒配方，按质量份数计，包括生物降解聚酯80-100份，抗UV老化成分20-30份；
所述的抗老化成分包括二维层状材料、紫外线吸收剂和生物降解树脂，其中所述的二维层状材料负载紫外线吸收剂，并且由生物降解树脂形成保护层。
优选，所述的二维层状材料为具有紫外线吸收和反射能力的TiS2，SnS2，TiSe2，MoO2，SnSe2，CrS2，MoS2层状纳米材料中的一种或几种。
优选，所述的紫外线吸收剂为2-(2'-羟基-5'-甲基苯基)苯并三唑(UV-P)、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮(UV-531)、2，4-二羟基-二苯甲酮(UV-0)或苯并三唑混合物UV1130中的一种或几种。
优选，所述的生物降解树脂包括聚(对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯)(PBAT)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚碳酸亚丙酯(PPC)中的一种或几种。
优选，所述的二维层状材料和紫外线吸收剂的质量比为1:1-1:3。
本发明还提供了抗UV老化的生物降解地膜母粒的制备方法，包括以下步骤：
S1、抗UV老化成分的制备：将二维层状材料与紫外线吸收剂加入到二氯甲烷溶液中混合，探头超声处理，然后加入生物降解树脂继续搅拌；所得产物离心干燥，得到抗UV老化成分；
S2、生物降解地膜母粒的制备：将步骤S1制备的抗老化成分、生物降解树脂混合均匀，加入双螺杆挤出机中，熔融混合，挤出造粒，得到抗UV老化的生物降解地膜母粒。
优选，所述的探头超声处理，其处理时间是30min-1h。
优选，所述的步骤S1的继续搅拌是搅拌3h-5h。
优选，所述的抗UV老化的生物降解地膜母粒，按质量份计，聚(对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯)100份，抗UV老化成分20份；
所述的抗UV老化成分的制备方法：
(1)每2g二维层状材料MoS2与2g紫外线吸收剂UV1130加入到20ml二氯甲烷溶液中混合，探头超声处理1h，然后加入0.4g聚(对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯)继续搅拌5h；
(2)所得产物离心干燥，得到抗UV老化成分。
本发明的有益效果如下：
1、本发明制备的抗UV老化成分，其中二维层状材料本身具有较强的紫外吸收能力和反射能力，并可同时高效负载紫外线吸收剂，所得抗UV老化成分具有很强的综合抵御紫外线的能力。
2、本发明所得抗UV老化成分无需偶联剂处理，在生物可降解地膜的配方中具有很好的分散性，有效解决了紫外线吸收剂在生物降解地膜中分布不均匀、容易迁移等问题。
3、本发明利用抗UV老化生物降解地膜母粒制造的抗UV老化生物降解地膜具有更好的抗老化性能，老化相同时间后，断裂伸长率均明显优于将二氧化硅纳米颗粒(即白炭黑)、炭黑等负载紫外线吸收剂制备的生物降解地膜产品。
4、本发明的制备方法步骤简单，操作简便，抗UV成分用量少但效果好，减少了过量使用紫外线吸收剂带来的浪费和污染，并且生物降解地膜的颜色可以根据添加二维层状材料的不同而进行控制进而满足不同的作物需求，具有产业化前景。
附图说明
图1是各样品的断裂伸长率和紫外光老化测试结果。
具体实施方式：
以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
实施例1：
一种农用生物降解地膜母粒，按重量份计，其组分组成如下：聚(对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯)(PBAT)100份，抗UV老化成分30份。
抗UV老化成分的制备方法：
(1)2g二维层状材料SnS2与6g紫外线吸收剂UV1130加入到20ml二氯甲烷溶液中混合，探头超声处理30min，然后加入0.8g PBAT继续搅拌3h；
(2)所得产物离心干燥，得到抗UV老化成分。
制备工艺：将以上各组分在高速混合机或密炼机中混炼均匀，加入双螺杆挤出机中挤出造粒，螺杆各区温度控制在160-180℃，最后进行干燥即得到抗UV老化生物降解地膜母粒。
实施例2：
一种农用生物降解地膜母粒，按重量份计，其组分组成如下：聚丁二酸丁二醇酯(PBS)80份，抗UV老化成分20份。
抗UV老化成分的制备方法：
(1)2g二维层状材料MoO2与5g紫外线吸收剂UV1130加入到20ml二氯甲烷溶液中混合，探头超声处理1h，然后加入0.7g PBS继续搅拌5h；
(2)所得产物离心干燥，得到抗UV老化成分。
制备工艺：将以上各组分在高速混合机或密炼机中混炼均匀，加入双螺杆挤出机中挤出造粒，螺杆各区温度控制在160-180℃，最后进行干燥即得到抗UV老化生物降解地膜母粒。
实施例3：
一种农用生物降解地膜母粒，按重量份计，其组分组成如下：PBAT100份，抗UV老化成分20份。
抗UV老化成分的制备方法：
(1)2g二维层状材料MoS2与2g紫外线吸收剂UV1130加入到20ml二氯甲烷溶液中混合，探头超声处理1h，然后加入0.4g PBAT继续搅拌5h；
(2)所得产物离心干燥，得到抗UV老化成分。
制备工艺：将以上各组分在高速混合机或密炼机中混炼均匀，加入双螺杆挤出机中挤出造粒，螺杆各区温度控制在160-180℃，最后进行干燥即得到抗UV老化生物降解地膜母粒。
实施例4：
将实施例3制备的农用生物降解地膜母粒应用于PBAT生物降解地膜的生产过程，其中本发明母粒的质量含量为10％.
按质量份数计，将本发明母粒10份和生物降解地膜常用原料PBAT/PLA(99:1)100份，扩链剂ADR-4468 0.4份，乙酰柠檬酸三丁酯2.1份，碳酸钙1份，抗氧剂1010 0.3份，抗氧剂168 0.1份混合均匀后，吹塑成型，即得生物降解地膜。
对比例1：
一种农用生物降解地膜母粒，按重量份计，其组分组成如下：PBAT100份，抗UV老化成分20份。
抗UV老化成分的制备方法：
(1)2g二维层状材料MoS2与0.2g PBAT加入到20ml二氯甲烷溶液中混合，搅拌5h；
(2)所得产物离心干燥，得到抗UV老化成分。
制备工艺：将以上各组分在高速混合机或密炼机中混炼均匀，加入双螺杆挤出机中挤出造粒，螺杆各区温度控制在160-180℃，最后进行干燥即得到抗UV老化生物降解地膜母粒。
与实施例3相比，对比例1的区别在于，抗老化成分中不添加紫外线吸收剂。
对比例2：
将对比例1制备的农用生物降解地膜母粒应用于PBAT生物降解地膜的生产过程，其中本发明母粒的含量为10％.
按质量份数计，将本发明母粒10份和生物降解地膜常用原料PBAT/PLA(99:1)100份，扩链剂ADR-4468 0.4份，乙酰柠檬酸三丁酯2.1份，碳酸钙1份，抗氧剂1010 0.3份，抗氧剂168 0.1份混合均匀后，吹塑成型，即得生物降解地膜。
对比例3：
一种农用生物降解地膜母粒，按重量份计，其组分组成如下：PBAT 100份，抗UV老化成分(紫外线吸收剂UV1130)20份。
制备工艺：将以上各组分在高速混合机或密炼机中混炼均匀，加入双螺杆挤出机中挤出造粒，螺杆各区温度控制在160-180℃，最后进行干燥即得到抗UV老化生物降解地膜母粒。
与实施例3相比，对比例3的区别在于，抗老化成分中不添加二维层状材料。
对比例4：
将对比例3制备的农用生物降解地膜母粒应用于PBAT生物降解地膜的生产过程，其中本发明母粒的含量为10％.
按质量份数计，将本发明母粒10份和生物降解地膜常用原料PBAT/PLA(99:1)100份，扩链剂ADR-4468 0.4份，乙酰柠檬酸三丁酯2.1份，碳酸钙1份，抗氧剂1010 0.3份，抗氧剂168 0.1份混合均匀后，吹塑成型，即得生物降解地膜。
对比例5：
一种农用生物降解地膜母粒，按重量份计，其组分组成如下：PBAT100份，抗UV老化成分20份。
抗UV老化成分的制备方法：
(1)2g炭黑与2g紫外线吸收剂UV1130加入到20ml二氯甲烷溶液中混合，探头超声处理1h，然后加入0.4gPBAT继续搅拌5h；
(2)所得产物离心干燥，得到抗UV老化成分。
制备工艺：将以上各组分在高速混合机或密炼机中混炼均匀，加入双螺杆挤出机中挤出造粒，螺杆各区温度控制在160-180℃，最后进行干燥即得到生物降解地膜母粒。
与实施例3相比，对比例5的区别在于，抗老化成分中的二维层状材料替换为炭黑。
对比例6
将对比例5制备的农用生物降解地膜母粒应用于PBAT生物降解地膜的生产过程，其中本发明母粒的含量为10％。
按质量份数计，将本发明母粒10份和生物降解地膜常用原料PBAT/PLA(99:1)100份，扩链剂ADR-4468 0.4份，乙酰柠檬酸三丁酯2.1份，碳酸钙1份，抗氧剂1010 0.3份，抗氧剂168 0.1份混合均匀后，吹塑成型，即得生物降解地膜。
对比例7：
一种农用生物降解地膜母粒，按重量份计，其组分组成如下：PBAT100份，抗UV老化成分20份。
抗UV老化成分的制备方法：
(1)2g白炭黑(1000目)与2g紫外线吸收剂UV1130加入到20ml二氯甲烷溶液中混合，探头超声处理1h，然后加入0.4gPBAT继续搅拌5h；
(2)所得产物离心干燥，得到抗UV老化成分。
制备工艺：将以上各组分在高速混合机或密炼机中混炼均匀，加入双螺杆挤出机中挤出造粒，螺杆各区温度控制在160-180℃，最后进行干燥即得到生物降解地膜母粒。
与实施例3相比，对比例7的区别在于，抗老化成分中的二维层状材料替换为白炭黑.
对比例8
将对比例7制备的农用生物降解地膜母粒应用于PBAT生物降解地膜的生产过程，其中本发明母粒的含量为10％。
按质量份数计，将本发明母粒10份和生物降解地膜常用原料PBAT/PLA(99:1)100份，扩链剂ADR-4468 0.4份，乙酰柠檬酸三丁酯2.1份，碳酸钙1份，抗氧剂1010 0.3份，抗氧剂168 0.1份混合均匀后，吹塑成型，即得生物降解地膜。
对实施例4地膜和对比例2、对比例4、对比例6、对比例8地膜进行性能测试，测试标准：断裂伸长率按GB\T1040.3-2006标准测试，紫外光老化按GB\T16422-2006标准测试。
测试结果如图1所示。经过48h的紫外光老化以后，利用本发明母粒配方制备的生物降解地膜的断裂伸长率，不仅明显优于单独添加二维层状材料母粒制备的生物降解地膜和单独添加紫外线吸收剂母粒制备的生物降解地膜，也优于同样方法添加炭黑母粒和白炭黑母粒制备的生物降解地膜。

Claims (8)

1.一种抗UV老化的生物降解地膜母粒配方，其特征在于，按质量份数计，包括生物降解聚酯80-100份，抗UV老化成分20-30份；
所述的抗UV老化成分包括二维层状材料、紫外线吸收剂和生物降解树脂，其中所述的二维层状材料负载紫外线吸收剂，并且由生物降解树脂形成保护层；
所述的二维层状材料为具有紫外线吸收和反射能力的TiS2，SnS2，TiSe2，MoO2，SnSe2，CrS2，MoS2层状纳米材料中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的生物降解地膜母粒配方，其特征在于，所述的紫外线吸收剂为2-(2'-羟基-5'-甲基苯基)苯并三唑(UV-P)、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮(UV-531)、2，4-二羟基-二苯甲酮(UV-0)或苯并三唑混合物UV1130中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的生物降解地膜母粒配方，其特征在于，所述的生物降解树脂包括聚(对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯)(PBAT)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚碳酸亚丙酯(PPC)中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的生物降解地膜母粒配方，其特征在于，所述的二维层状材料和紫外线吸收剂的质量比为1:1-1:3。
5.一种权利要求1-4任一抗UV老化的生物降解地膜母粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、抗UV老化成分的制备：将二维层状材料与紫外线吸收剂加入到二氯甲烷溶液中混合，探头超声处理，然后加入生物降解树脂继续搅拌；所得产物离心干燥，得到抗UV老化成分；
S2、生物降解地膜母粒的制备：将步骤S1制备的抗老化成分、生物降解树脂混合均匀，加入双螺杆挤出机中，熔融混合，挤出造粒，得到抗UV老化的生物降解地膜母粒。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述的探头超声处理，其处理时间是30min-1h。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述的步骤S1的继续搅拌是搅拌3h-5h。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述的抗UV老化的生物降解地膜母粒，
按质量份计，包括聚(对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯)100份，抗UV老化成分20份；
所述的抗UV老化成分的制备方法：
(1)每2g二维层状材料MoS2与2g紫外线吸收剂UV1130加入到20ml二氯甲烷溶液中混合，探头超声处理1h，然后加入0.4g聚(对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯)继续搅拌5h；
(2)所得产物离心干燥，得到抗UV老化成分。
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