CN114292424A - 纳米改性的高阻隔生物降解地膜 - Google Patents

纳米改性的高阻隔生物降解地膜 Download PDF

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Abstract

本发明涉及纳米地膜的技术领域，且公开了纳米改性的高阻隔生物降解地膜，包括三层共挤吹塑薄膜含以下比例配比的原料：首先选用15～25份纳米CaCO3、20～30份含碳酸酯结构的生物降解聚氨酯以及1份硅烷偶联剂制成生物降解地膜母粒A；再用2～3份聚乳酸、0.5～1份增韧剂、8～15份二醋酸纤维素、20～30份聚碳酸亚丙酯(PPC)、35～50份聚对苯二甲酸‑已二酸‑丁二醇酯(PBAT)和3～5份复合助剂制成生物降解地膜基料B。将此A、B两种粒料按20～70:30～80比例用三层共挤吹塑设备以外层、中层、底层按2.5～3:4～5:2.5～3的投料挤出比进行吹塑成膜。通过高阻隔生物降解地膜母粒和生物降解地膜基料的不同比例，以及三层共挤地膜的不同厚度，借此调控纳米改性的高阻隔生物降解地膜具有不同的阻隔作用，从而达到该地膜在生物降解的同时，提高使用中的适应性。

Description

纳米改性的高阻隔生物降解地膜
技术领域
本发明涉及纳米地膜的技术领域，具体为纳米改性的高阻隔生物降解地膜。
背景技术
地膜即地面覆盖薄膜，通常是透明或黑色PE薄膜，也有绿、银色薄膜，用于地面覆盖，以提高土壤温度，保持土壤水分，维持土壤结构，防止害虫侵袭作物和某些微生物引起的病害等，促进植物生长的功能。
地膜看上去薄薄一层，但作用相当大。不仅能够提高地温、保湿保墒、保土、保肥提高肥效，而且还有灭草、防病虫、防旱抗涝、抑盐保苗、改进近地面光热条件，使产品卫生清洁等多项功能。对于那些刚出土的幼苗来说，具有护根促长等作用。对于我国三北地区，低温、少雨、干旱贫脊、无霜期短等限制农业发展的因素，具有很强的针对性和适用性，对于种植二季水稻育秧及多种作物栽培上也起到作用。我国是人口大国，需要的农产品量大，地膜技术的发展与应用极大促进了我国农业的发展和农作物产量的提高。塑料地膜由于工艺简单，原料广泛，同时具有保湿保墒的作用，而被大量使用以有利于农作物的生长发育和提高农作物的产量和经济效益。塑料地膜的大量应用也造成了大量的“白色污染”，且这些不可降解的塑料会导致土壤板结、透气性差、地力下降等问题，进而会影响农作物的生长发育和产量，目前已开发的生物降解地膜保温保湿性能较差，主要原因在于普通生物降解地膜对水汽的阻隔性较低，减弱了保墒作用，不能满足农作物生长的需要，因此亟需一种高阻隔的生物降解地膜。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了纳米改性的高阻隔生物降解地膜来解决上述问题。
(二)技术方案
本发明提供如下技术方案：纳米改性的高阻隔生物降解地膜，包括以下步骤:
(a)首先选用15～25份纳米CaCO3、20～30份含碳酸酯结构的生物降解聚氨酯以及1份的硅烷偶联剂，投入高速搅拌机中以800rpm转速充分搅拌30～60分钟，待升温至50～70℃时，静置10～30分钟，将搅拌后的混合料投入双螺杆挤出机进料口中，设置挤出机加热段在160～200℃，通过双螺杆挤出机挤出，拉条冷却，切粒得到生物降解地膜母粒A；
(b)再选用2～3份聚乳酸、0.5～1份增韧剂、8～15份二醋酸纤维素、20～30份聚碳酸亚丙酯(PPC)、35～50份聚对苯二甲酸-已二酸-丁二醇酯(PBAT)、3～5份复合助剂，投入高速搅拌机中以800rpm转速搅拌30～60分钟，待升温至50～70℃时，静置10～30分钟，将搅拌后的混合料投入双螺杆挤出机进料口中，设置挤出机加热段在160～200℃，通过双螺杆挤出机挤出，拉条冷却，切粒得到生物降解地膜基料B；
(c)将此A、B两种粒料按20～70:30～80比例用三层共挤吹塑设备以外层、中层、底层三台挤出机按2.5～3:4～5:2.5～3的投料挤出比进行吹塑成膜，三台挤出机挤出温度控制在160～190℃，将挤出时间控制在5～10分钟，得到三层厚度不同的纳米改性的高阻隔生物降解地膜。
优选的，所述步骤(a)中含碳酸酯结构的生物降解聚氨酯为聚碳酸亚丙酯类的聚氨酯。
优选的，所述步骤(a)中高速搅拌机对混合料进行以800rpm转速充分搅拌30～60分钟，以保证纳米CaCO3的彻底分散并与硅烷偶联剂充分混合均匀和被完全均匀包裹。
优选的，所述步骤(b)3～5份复合助剂为开口剂、抗氧剂、抗水解剂、紫外线吸收剂。
优选的，所述步骤(b)所用8～15份二醋酸纤维素和20～30份聚碳酸亚丙酯(PPC)。
优选的，所述步骤(c)将A、B两种粒料按20～70:30～80比例用三层共挤吹塑设备以外层、中层、底层三台挤出机按2.5～3:4～5:2.5～3的投料挤出比进行吹塑成膜，得到三层厚度不同的纳米改性的高阻隔生物降解地膜。
优选的，所述步骤(c)在三层共挤吹设备进行吹膜成形时，外层、中层、底层三台挤出机的挤出温度控制在160～190℃，将挤出时间控制在5～10分钟。
优选的，三层厚度不同的纳米改性的高阻隔生物降解地膜，以调控该地膜不同的阻隔作用，从而达到地膜使用中的适应性。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了纳米改性的高阻隔生物降解地膜，具备以下有益效果：
1、该纳米改性的高阻隔生物降解地膜，通过设置纳米CaCO3和聚碳酸亚丙酯(PPC)作为高阻隔生物降解地膜的关键材料，提高地膜的水汽、氧气阻隔性，解决普通生物降解地膜较弱的保温保湿问题，满足农作物生长需要。
2、该纳米改性的高阻隔生物降解地膜，通过以含碳酸酯结构的生物降解聚氨酯和纳米CaCO3为主要原料制备的生物降解地膜母粒，以聚乳酸、二醋酸纤维素、聚碳酸亚丙酯(PPC)和聚对苯二甲酸-已二酸-丁二醇酯(PBAT)为主要原料制备的生物降解地膜基料，通过母料与基料添加的不同份数调节地膜具有不同的阻隔作用，并且在三层共挤吹设备进行吹膜成形时，控制外层、中层、底层三台挤出机的挤出量得到三层不同厚度的地膜，使得具有阻隔作用的纳米CaCO3和聚碳酸亚丙酯(PPC)等材料具有不同的分布，从而达到提高地膜使用中对不同农作物的阻隔适应性。
3、该纳米改性的高阻隔生物降解地膜，通过对生物降解地膜母粒和生物降解地膜基料的制备过程，即经高速搅拌机的混合搅拌，确保原料与辅料助剂之间混合均匀包裹到位，并在搅拌完成后将混合料通过双螺杆机挤出冷却切粒生产，从而达到对纳米改性的高阻隔生物降解地膜进行快速配比生产加工的目的。
4、该纳米改性的高阻隔生物降解地膜，通过设置含碳酸酯结构的生物降解聚氨酯、聚乳酸、二醋酸纤维素、聚碳酸亚丙酯(PPC)和聚对苯二甲酸-已二酸-丁二醇酯(PBAT)全部均为生物降解树脂材料，加上纳米CaCO3无机粉体材料制备的高阻隔生物降解地膜，在地膜使用至废弃后，可以借由这些树脂材料的生物降解特性完全降解，纳米CaCO3无机粉体材料回归土壤，均可避免对环境的污染及破坏。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明-部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
纳米改性的高阻隔生物降解地膜，包括以下步骤：
(a)首先选用18份纳米CaCO3、25份含碳酸酯结构的生物降解聚氨酯以及1份的硅烷偶联剂，投入高速搅拌机中以800rpm转速充分搅拌40分钟，待升温至60℃时，静置10分钟，将搅拌后的混合料投入双螺杆挤出机进料口中，设置挤出机加热段在160～200℃，通过双螺杆挤出机挤出，拉条冷却，切粒得到生物降解地膜母粒A；
(b)再选用2份聚乳酸、1份增韧剂、10份二醋酸纤维素、25份聚碳酸亚丙酯(PPC)、40份聚对苯二甲酸-已二酸-丁二醇酯(PBAT)、4份复合助剂，投入高速搅拌机中以800rpm转速搅拌40分钟，待升温至60℃时，静置10分钟，将搅拌后的混合料投入双螺杆挤出机进料口中，设置挤出机加热段在160～200℃，通过双螺杆挤出机挤出，拉条冷却，切粒得到生物降解地膜基料B，复合助剂为开口剂、抗氧剂、抗水解剂、紫外线吸收剂各1份；
(c)取20份母粒A，80份基料B混合后加入三层共挤吹塑机外层和底层，取50份母粒A，50份基料B混合后加入三层共挤吹塑机中层，并将三层共挤设备的挤出温度控制在160～180℃，将挤出时间控制在5～10分钟，外、中、底三层的挤出比为3:4:3，得到纳米改性的高阻隔生物降解地膜。
实施例二
纳米改性的高阻隔生物降解地膜，包括以下步骤：
(a)首先选用18份纳米CaCO3、25份含碳酸酯结构的生物降解聚氨酯以及1份的硅烷偶联剂，投入高速搅拌机中以800rpm转速充分搅拌40分钟，待升温至60℃时，静置10分钟，将搅拌后的混合料投入双螺杆挤出机进料口中，设置挤出机加热段在160～200℃，通过双螺杆挤出机挤出，拉条冷却，切粒得到生物降解地膜母粒A；
(b)再选用2份聚乳酸、1份增韧剂，10份二醋酸纤维素、25份聚碳酸亚丙酯(PPC)、40份聚对苯二甲酸-已二酸-丁二醇酯(PBAT)、4份复合助剂，投入高速搅拌机中以800rpm转速搅拌40分钟，待升温至60℃时，静置10分钟，将搅拌后的混合料投入双螺杆挤出机进料口中，设置挤出机加热段在160～200℃，通过双螺杆挤出机挤出，拉条冷却，切粒得到生物降解地膜基料B，复合助剂为开口剂、抗氧剂、抗水解剂、紫外线吸收剂各1份；
(c)取30份母粒A，70份基料B混合后加入三层共挤吹塑机外层和底层，取60份母粒A，40份基料B混合后加入三层共挤吹塑机中层，并将三层共挤设备的挤出温度控制在160～180℃，将挤出时间控制在5～10分钟，外、中、底三层的挤出比为2.5:5:2.5，得到纳米改性的高阻隔生物降解地膜。
实施例三
纳米改性的高阻隔生物降解地膜，包括以下步骤：
(a)首先选用25份纳米CaCO3、25份含碳酸酯结构的生物降解聚氨酯以及1份的硅烷偶联剂，投入高速搅拌机中以800rpm转速充分搅拌40分钟，待升温至60℃时，静置10分钟，将搅拌后的混合料投入双螺杆挤出机进料口中，设置挤出机加热段在160～200℃，通过双螺杆挤出机挤出，拉条冷却，切粒得到生物降解地膜母粒A；
(b)再选用3份聚乳酸、1份增韧剂，15份二醋酸纤维素、20份聚碳酸亚丙酯(PPC)、45份聚对苯二甲酸-已二酸-丁二醇酯(PBAT)、5份复合助剂，投入高速搅拌机中以800rpm转速搅拌40分钟，待升温至60℃时，静置10分钟，将搅拌后的混合料投入双螺杆挤出机进料口中，设置挤出机加热段在160～200℃，通过双螺杆挤出机挤出，拉条冷却，切粒得到生物降解地膜基料B，复合助剂为开口剂、抗氧剂、抗水解剂、紫外线吸收剂各1份；
(c)取25份母粒A，75份基料B混合后加入三层共挤吹塑机外层和底层，取40份母粒A，60份基料B混合后加入三层共挤吹塑机中层，并将三层共挤设备的挤出温度控制在160～180℃，将挤出时间控制在5～10分钟，外、中、底三层的挤出比为3:4:3，得到纳米改性的高阻隔生物降解地膜。
实施例四
纳米改性的高阻隔生物降解地膜，包括以下步骤：
(a)首先选用25份纳米CaCO3、25份含碳酸酯结构的生物降解聚氨酯以及1份的硅烷偶联剂，投入高速搅拌机中以800rpm转速充分搅拌40分钟，待升温至60℃时，静置10分钟，将搅拌后的混合料投入双螺杆挤出机进料口中，设置挤出机加热段在160～200℃，通过双螺杆挤出机挤出，拉条冷却，切粒得到生物降解地膜母粒A；
(b)再选用3份聚乳酸、1份增韧剂，15份二醋酸纤维素、20份聚碳酸亚丙酯(PPC)、45份聚对苯二甲酸-已二酸-丁二醇酯(PBAT)、5份复合助剂，投入高速搅拌机中以800rpm转速搅拌40分钟，待升温至60℃时，静置10分钟，将搅拌后的混合料投入双螺杆挤出机进料口中，设置挤出机加热段在160～200℃，通过双螺杆挤出机挤出，拉条冷却，切粒得到生物降解地膜基料B，复合助剂为开口剂、抗氧剂、抗水解剂、紫外线吸收剂各1份；
(c)取30份母粒A，70份基料B混合后加入三层共挤吹塑机外层和底层，取50份母粒A，50份基料B混合后加入三层共挤吹塑机中层，并将三层共挤设备的挤出温度控制在160～180℃，将挤出时间控制在5～10分钟，外、中、底三层的挤出比为2.5:4:2.5，得到纳米改性的高阻隔生物降解地膜。
实施例五
纳米改性的高阻隔生物降解地膜，包括以下步骤：
(a)首先选用15份纳米CaCO3、30份含碳酸酯结构的生物降解聚氨酯以及1份的硅烷偶联剂，投入高速搅拌机中以800rpm转速充分搅拌40分钟，待升温至60℃时，静置10分钟，将搅拌后的混合料投入双螺杆挤出机进料口中，设置挤出机加热段在160～200℃，通过双螺杆挤出机挤出，拉条冷却，切粒得到生物降解地膜母粒A；
(b)再选用2份聚乳酸、1份增韧剂，8份二醋酸纤维素、30份聚碳酸亚丙酯(PPC)、50份聚对苯二甲酸-已二酸-丁二醇酯(PBAT)、5份复合助剂，投入高速搅拌机中以800rpm转速搅拌40分钟，待升温至60℃时，静置10分钟，将搅拌后的混合料投入双螺杆挤出机进料口中，设置挤出机加热段在160～200℃，通过双螺杆挤出机挤出，拉条冷却，切粒得到生物降解地膜基料B，复合助剂为开口剂、抗氧剂、抗水解剂、紫外线吸收剂各1份；
(c)取40份母粒A，60份基料B混合后加入三层共挤吹塑机外层和底层，取70份母粒A，30份基料B混合后加入三层共挤吹塑机中层，并将三层共挤设备的挤出温度控制在160～180℃，将挤出时间控制在5～10分钟，外、中、底三层的挤出比为2.5:4:2.5，得到纳米改性的高阻隔生物降解地膜。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.纳米改性的高阻隔生物降解地膜，包括以下步骤：
(a)首先选用15～25份纳米CaCO3、20～30份含碳酸酯结构的生物降解聚氨酯以及1份的硅烷偶联剂，投入高速搅拌机中以800rpm转速充分搅拌30～60分钟，待升温至50～70℃时，静置10～30分钟，将搅拌后的混合料投入双螺杆挤出机进料口中，设置挤出机加热段在160～200℃，通过双螺杆挤出机挤出，拉条冷却，切粒得到生物降解地膜母粒A；
(b)再选用2～3份聚乳酸、0.5～1份增韧剂、8～15份二醋酸纤维素、20～30份聚碳酸亚丙酯(PPC)、35～50份聚对苯二甲酸-已二酸-丁二醇酯(PBAT)、3～5份复合助剂，投入高速搅拌机中以800rpm转速搅拌30～60分钟，待升温至50～70℃时，静置10～30分钟，将搅拌后的混合料投入双螺杆挤出机进料口中，设置挤出机加热段在160～200℃，通过双螺杆挤出机挤出，拉条冷却，切粒得到生物降解地膜基料B；
(c)将此A、B两种粒料按20～70:30～80比例用三层共挤吹塑设备以外层、中层、底层三台挤出机按2.5～3:4～5:2.5～3的投料挤出比进行吹塑成膜，三台挤出机挤出温度控制在160～190℃，将挤出时间控制在5～10分钟，得到三层厚度不同的纳米改性的高阻隔生物降解地膜。
2.根据权利要求1所述的纳米改性的高阻隔生物降解地膜，其特征在于：所述步骤(a)中含碳酸酯结构的生物降解聚氨酯为聚碳酸亚丙酯类的聚氨酯。
3.根据权利要求1所述的纳米改性的高阻隔生物降解地膜，其特征在于：所述步骤(a)中高速搅拌机对混合料进行以800rpm转速充分搅拌30～60分钟，以保证纳米CaCO3的彻底分散并与硅烷偶联剂充分混合均匀和被完全均匀包裹。
4.根据权利要求1所述的纳米改性的高阻隔生物降解地膜，其特征在于：所述步骤(b)3～5份复合助剂为开口剂、抗氧剂、抗水解剂、紫外线吸收剂。
5.根据权利要求1所述的纳米改性的高阻隔生物降解地膜，其特征在于：所述步骤(b)所用8～15份二醋酸纤维素和20～30份聚碳酸亚丙酯(PPC)。
6.根据权利要求1所述的纳米改性的高阻隔生物降解地膜，其特征在于：所述步骤(c)将A、B两种粒料按20～70:30～80比例用三层共挤吹塑设备以外层、中层、底层三台挤出机按2.5～3:4～5:2.5～3的投料挤出比进行吹塑成膜，得到三层厚度不同的纳米改性的高阻隔生物降解地膜。
7.根据权利要求1所述的纳米改性的高阻隔生物降解地膜，其特征在于：所述步骤(c)在三层共挤吹设备进行吹膜成形时，外层、中层、底层三台挤出机的挤出温度控制在160～190℃，将挤出时间控制在5～10分钟。
8.根据权利要求1所述的纳米改性的高阻隔生物降解地膜，其特征在于：三层厚度不同的纳米改性的高阻隔生物降解地膜，以调控该地膜不同的阻隔作用，从而达到地膜使用中的适应性。
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