CN114656710A - 一种增强型全生物降解材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于可降解材料技术领域，具体涉及一种增强型全生物降解材料。本发明提供的降解材料采用双层膜结构，包括第一层膜和第二层膜，所述第一层膜的降解时间大于所述第二层膜的降解时间；所述第一层膜的原料组分包括：高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、纳米二氧化硅、聚乙醇酸、正辛基二茂铁、硝酸钇、硝酸镝、二甲基二硫代氨基甲酸铁、硼酸、草炭粉和海藻酸钠；所述第二层膜的原料组分包括：聚丁二酸/己二酸丁二醇酯、聚乳酸、高密度聚乙烯、纳米二氧化硅、聚乙醇酸、硝酸镝、硼酸、草炭粉和海藻酸钠。本发明提供的增强型全生物降解材料不仅机械性能优异，而且易于降解，用作地膜时可以调温保墒、防虫除草以及提高作物出苗率。

Description

一种增强型全生物降解材料及其制备方法和应用
本申请是申请日为2017年03月15日、申请号为201710153554.9、发明名称为《增强型全生物降解材料及其制备方法》的分案申请。
技术领域
本发明属于可降解材料技术领域，具体涉及一种增强型全生物降解材料及其制备方法和应用。
背景技术
地膜覆盖是旱作节水农业和增加农作物生长期的关键技术措施之一。农用地膜不仅应用于蔬菜栽培，也广泛用于大田作物、果树、林业、花卉及经济作物的生产；不仅用于露地栽培，也用于早春保护设施内。地膜覆盖技术的应用极大地促进了农业产量和效益的提高，在带动农业生产方式转变和促进农业生产力飞跃方面功不可没。普通地膜是由石油化工产品中的聚乙烯为主要成分吹塑而成，含有高分子的聚乙烯化合物及其树脂，具有不易腐烂和极难分解的性能。已有研究结果表明，自然状态下残留的地膜能够在土壤中存留百年以上。残膜会影响到土壤特性，降低土壤肥力，严重的还会造成土壤中水分养分运移不畅，在局部地区引起次生盐碱化等。同时，对农作物生长的危害加重，主要表现在农作物根系生长可能受阻，降低作物获得水分养分的能力，导致产量降低。
现如今，地膜污染已是严重的农村生态问题之一，很多农民只是在翻地前用耙子简单清理，满地的残膜很快就被新铺的地膜覆盖，大块残膜往往被就地焚烧，或干脆弃置田间地头；在不少地方已出现残膜堵塞沟渠的现象，影响农田排灌；一些残膜甚至混入秸秆和牧草，毒死误食的牛羊。这些残膜也可能继续对地下水和土壤产生污染，长此下去，必然对农业可持续发展构成严重威胁。
因此，有必要研发一种减少污染、性能优和质量高的地膜降解技术，以缓解农业生态压力，走绿色持续健康发展之路。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明旨在提供一种增强型全生物降解材料及其制备方法和应用。本发明提供的增强型全生物降解材料不仅具有优异的拉伸强度和断裂伸长率等机械性能，而且在用作地膜时具有优异的调温保墒、防虫除草以及提高作物出苗率等功效。此外，采用本发明提供的降解材料制备的地膜易于降解，尤其是地膜各部分能够同时达到降解终点，从而消除了传统市售地膜各部分降解速率不一的缺陷。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明提供了一种增强型全生物降解材料，采用双层膜结构，包括第一层膜和第二层膜，且所述第一层膜的降解时间大于所述第二层膜的降解时间；
其中，所述第一层膜的原料组分按重量份计，包括：高密度聚乙烯30-40重量份、低密度聚乙烯5-15重量份、线性低密度聚乙烯20-35重量份、纳米二氧化硅2-5重量份、聚乙醇酸5-8重量份、正辛基二茂铁0.05-0.20重量份、硝酸钇3-5重量份、硝酸镝1-3重量份、二甲基二硫代氨基甲酸铁0.01-0.10重量份、硼酸3-5重量份、草炭粉3-8重量份和海藻酸钠5-8重量份；
所述第二层膜的原料组分按重量份计，包括：聚丁二酸/己二酸丁二醇酯20-30重量份、聚乳酸15-25重量份、高密度聚乙烯10-20重量份、纳米二氧化硅2-5重量份、聚乙醇酸5-8重量份、硝酸镝1-3重量份、硼酸3-5重量份、草炭粉3-8重量份和海藻酸钠5-8重量份；
所述高密度聚乙烯选用6070、5502、TR144和CH2802中的一种或多种；
所述增强型全生物降解材料的制备方法，包括以下步骤：
S101：将所述第一层膜中的各原料组分混合均匀后造粒，得到第一层膜降解塑料颗粒；其中，将高密度聚乙烯、聚乙醇酸、正辛基二茂铁、硼酸和草炭粉的混合物与水按照1：(5-8)的质量比混合并搅拌均匀，调节pH值为7.8-8.3；然后加入纳米二氧化硅、硝酸钇和硝酸镝继续搅拌，调节pH值为5.5-6.0；将所述pH值为5.5-6.0的产物干燥，之后与剩余原料组分混合后进行球磨处理，然后将所述球磨处理后的产物造粒；
S102：将所述第二层膜中的各原料组分混合均匀后造粒，得到第二层膜降解塑料颗粒；其中，将高密度聚乙烯、聚乙醇酸、硼酸和草炭粉的混合物与水按照1：(5-8)的质量比混合并搅拌均匀，调节pH值为6.5-7.0；将所述pH值为6.5-7.0的产物干燥，之后与剩余原料组分混合后进行球磨处理，然后将所述球磨处理后的产物造粒；
S103：将所述第一层膜降解塑料颗粒和所述第二层膜降解塑料颗粒进行共挤吹塑；
所述S103中共挤吹塑在双层共挤吹膜机中进行，且所述双层共挤吹膜机的条件具体为：温度为158℃-163℃，吹胀比为3.2-3.5，牵引速度为9m/min-11m/min。
优选地，所述高密度聚乙烯的熔融指数为0.1-10.0g/10min，所述低密度聚乙烯的熔融指数为0.5-5.0g/10min，所述线性低密度聚乙烯的熔融指数为1.5-2.5g/10min。
优选地，所述低密度聚乙烯选用LD662、2012TN26、2426H、2436H和LD600中的一种或多种；所述线性低密度聚乙烯选用7042、7042T、9020、7042N、7042K、218W、0218D、9042和FV149M中的一种或多种。
优选地，所述纳米二氧化硅的粒径为20nm-100nm；所述聚乙醇酸的数均分子量为20000-50000，所述聚丁二酸/己二酸丁二醇酯的数均分子量为8000-30000，所述聚乳酸的数均分子量为60000-150000。
优选地，所述第一层膜的厚度为2-4μm，所述第二层膜的厚度为3-8μm。
本发明还提供了上述方案所述增强型全生物降解材料的制备方法，包括以下步骤：
S101：将所述第一层膜中的各原料组分混合均匀后造粒，得到第一层膜降解塑料颗粒；其中，将高密度聚乙烯、聚乙醇酸、正辛基二茂铁、硼酸和草炭粉的混合物与水按照1：(5-8)的质量比混合并搅拌均匀，调节pH值为7.8-8.3；然后加入纳米二氧化硅、硝酸钇和硝酸镝继续搅拌，调节pH值为5.5-6.0；将所述pH值为5.5-6.0的产物干燥，之后与剩余原料组分混合后(即第一层膜的原料组分中除聚乙烯、聚乙醇酸、正辛基二茂铁、硼酸、草炭粉、纳米二氧化硅、硝酸钇和硝酸镝之外的原料组分)进行球磨处理，然后将所述球磨处理后的产物造粒；
S102：将所述第二层膜中的各原料组分混合均匀后造粒，得到第二层膜降解塑料颗粒；其中，将高密度聚乙烯、聚乙醇酸、硼酸和草炭粉的混合物与水按照1：(5-8)的质量比混合并搅拌均匀，调节pH值为6.5-7.0；将所述pH值为6.5-7.0的产物干燥，之后与剩余原料组分混合后(即第二层膜的原料组分中除高密度聚乙烯、聚乙醇酸、硼酸和草炭粉之外的原料组分)进行球磨处理，然后将所述球磨处理后的产物造粒；
S103：将所述第一层膜降解塑料颗粒和所述第二层膜降解塑料颗粒进行共挤吹塑；
所述S103中共挤吹塑在双层共挤吹膜机中进行，且所述双层共挤吹膜机的条件具体为：温度为158℃-163℃，吹胀比为3.2-3.5，牵引速度为9m/min-11m/min。
优选地，所述S101和S102中搅拌的条件均为：温度为45℃-55℃，转速为150rpm-250rpm，时间为50min-80min；所述S101和S102中球磨处理的条件均为：转速为300rpm-450rpm，时间为200min-300min；所述S101和S102中造粒均在双螺杆造粒机中进行，且所述双螺杆造粒机的条件具体为：温度为175℃-185℃，螺杆转速为130rpm-180rpm，螺杆长径比L/D为30-50。
本发明还提供了上述方案所述增强型全生物降解材料在制备地膜、透明膜和包装材料产品或产品添加剂中的应用。
本发明提供的上述技术方案具有以下优点：
本发明提供的增强型全生物降解材料采用双层膜结构，不仅具有优异的拉伸强度和断裂伸长率等机械性能；而且易于降解，尤其是在用作地膜时，地膜各部分能够同时达到降解终点，从而消除了传统市售地膜在应用过程中各部分降解速率不一的缺陷。
本发明提供的增强型全生物降解材料制备得到的地膜采用双层膜结构，各层由不同降解特性的材料制成且各层的降解速率不同，最终使制备得到的地膜在实际使用过程中各部分能够同时达到降解终点，从而消除了传统市售地膜在应用过程中各部分降解速率不同的缺陷，进而显著改善了降解地膜的实用性。传统市售地膜在实际使用过程中各部分的降解速率不一，主要表现形式为：地膜暴露于空气的部分(简称“暴露部分”)与地膜埋于土壤部分(“埋土部分”)降解速率相差巨大；通常情况下，暴露部分的地膜已达到降解终点，地膜变脆，甚至已降解为二氧化碳和水；而埋土部分的地膜基本没有变化，依旧维持其初始机械力学性能，从而给下一季农作物耕作带来不利的影响，且没有达到降解地膜应有的效果；采用本发明提供的增强型全生物降解材料制备得到的地膜其在实际应用过程中各部分降解均匀且彻底，从而消除了传统地膜的使用给土地带来的二次污染；且从而无需后续的回收工序，消除了残膜对后续机械的缠绕，降低了残膜对下一季作物的影响，并且节省了人力成本，进而显著促进了农业方面生产力的发展。
本发明提供的增强型全生物降解材料制备得到的地膜不仅能够提高覆膜早期在弱光照射下的地温，而且可以降低夏天因温度偏高和日光强烈下的地温，从而有效实现调温保墒作用；此外，制备得到的地膜还具有优异的防虫除草以及提高作物出苗率等功效。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
具体实施方式
下面将对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚的说明本发明的技术方案，因此只作为实例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为自常规试剂商店购买得到的。
以下实施例中的定量试验，均设置三次重复实验，数据为三次重复实验的平均值或平均值±标准差。
在本发明的具体实施例中，聚乳酸(PLA)由Natureworks公司提供，聚丁二酸/己二酸丁二醇酯(PBSA)购自东莞市天邦塑胶原料有限公司，聚乙醇酸(PGA)购自深圳市博立生物材料有限公司。
本发明提供的增强型全生物降解材料采用双层膜结构，包括第一层膜和第二层膜，且所述第一层膜的降解时间大于所述第二层膜的降解时间；
其中，所述第一层膜的原料组分按重量份计，包括：高密度聚乙烯30-40重量份、低密度聚乙烯5-15重量份、线性低密度聚乙烯20-35重量份、纳米二氧化硅2-5重量份、聚乙醇酸5-8重量份、正辛基二茂铁0.05-0.20重量份、硝酸钇3-5重量份、硝酸镝1-3重量份、二甲基二硫代氨基甲酸铁0.01-0.10重量份、硼酸3-5重量份、草炭粉3-8重量份和海藻酸钠5-8重量份；
所述第二层膜的原料组分按重量份计，包括：聚丁二酸/己二酸丁二醇酯20-30重量份、聚乳酸15-25重量份、高密度聚乙烯10-20重量份、纳米二氧化硅2-5重量份、聚乙醇酸5-8重量份、硝酸镝1-3重量份、硼酸3-5重量份、草炭粉3-8重量份和海藻酸钠5-8重量份。其中，所述第一层膜的厚度为2-4μm，所述第二层膜的厚度为3-8μm。
优选地，所述高密度聚乙烯的熔融指数为0.1-10.0g/10min，所述低密度聚乙烯的熔融指数为0.5-5.0g/10min，所述线性低密度聚乙烯的熔融指数为1.5-2.5g/10min。
优选地，所述高密度聚乙烯选用6070、5502、TR144和CH2802中的一种或多种；所述低密度聚乙烯选用LD662、2012TN26、2426H、2436H和LD600中的一种或多种；所述线性低密度聚乙烯选用7042、7042T、9020、7042N、7042K、218W、0218D、9042和FV149M中的一种或多种。
优选地，所述纳米二氧化硅的粒径为20nm-100nm；所述聚乙醇酸的数均分子量为20000-50000，所述聚丁二酸/己二酸丁二醇酯的数均分子量为8000-30000，所述聚乳酸的数均分子量为60000-150000。
另外，针对本发明的增强型全生物降解材料，本发明专门设计了制备所述增强型全生物降解材料的方法，包括以下步骤：
S101：将所述第一层膜中的各原料组分混合均匀后造粒，得到第一层膜降解塑料颗粒；其中，将高密度聚乙烯、聚乙醇酸、正辛基二茂铁、硼酸和草炭粉的混合物与水按照1：(5-8)的质量比混合并搅拌均匀，调节pH值为7.8-8.3；然后加入纳米二氧化硅、硝酸钇和硝酸镝继续搅拌，调节pH值为5.5-6.0；将所述pH值为5.5-6.0的产物干燥，之后与剩余原料组分混合后进行球磨处理，然后将所述球磨处理后的产物造粒。
S102：将所述第二层膜中的各原料组分混合均匀后造粒，得到第二层膜降解塑料颗粒；其中，将高密度聚乙烯、聚乙醇酸、硼酸和草炭粉的混合物与水按照1：(5-8)的质量比混合并搅拌均匀，调节pH值为6.5-7.0；将所述pH值为6.5-7.0的产物干燥，之后与剩余原料组分混合后进行球磨处理，然后将所述球磨处理后的产物造粒。
S103：将所述第一层膜降解塑料颗粒和所述第二层膜降解塑料颗粒进行共挤吹塑。
优选地，所述S101和S102中搅拌的条件具体为：温度为45℃-55℃，转速为150rpm-250rpm，时间为50min-80min；所述S101和S102中球磨处理的条件具体为：转速为300rpm-450rpm，时间为200min-300min；所述S103中造粒在双螺杆造粒机中进行，且所述双螺杆造粒机的条件具体为：温度为175℃-185℃，螺杆转速为130rpm-180rpm，螺杆长径比L/D为30-50。
优选地，所述S103中共挤吹塑在双层共挤吹膜机中进行，且所述双层共挤吹膜机的条件具体为：温度为158℃-163℃，吹胀比为3.2-3.5，牵引速度为9m/min-11m/min。
下面结合具体实施方式进行说明：
实施例一
本发明提供一种增强型全生物降解材料，所述增强型全生物降解材料采用双层膜结构，包括第一层膜和第二层膜；其中，所述第一层膜的原料组分按重量份计，包括：高密度聚乙烯CH2802 35重量份、低密度聚乙烯LD662 10重量份、线性低密度聚乙烯7042N 30重量份、粒径为50nm的二氧化硅3重量份、数均分子量为30000的聚乙醇酸6重量份、正辛基二茂铁0.15重量份、硝酸钇4重量份、硝酸镝2重量份、二甲基二硫代氨基甲酸铁0.05重量份、硼酸4重量份、草炭粉5重量份和海藻酸钠6重量份；所述第二层膜的原料组分按重量份计，包括：数均分子量为10000的聚丁二酸/己二酸丁二醇酯25重量份、数均分子量为100000的聚乳酸20重量份、高密度聚乙烯CH2802 15重量份、粒径为50nm的纳米二氧化硅3重量份、数均分子量为30000的聚乙醇酸6重量份、硝酸镝2重量份、硼酸4重量份、草炭粉6重量份和海藻酸钠6重量份。
按上述原料组分，采用本发明提供的降解材料的制备方法，制备降解材料：
S101：将所述第一层膜中的各原料组分混合均匀后造粒，得到第一层膜降解塑料颗粒；其中，将高密度聚乙烯、聚乙醇酸、正辛基二茂铁、硼酸和草炭粉的混合物与水按照1：6的质量比混合并搅拌均匀，调节pH值为8.0；然后加入纳米二氧化硅、硝酸钇和硝酸镝继续搅拌，调节pH值为5.8；将所述pH值为5.8的产物干燥，之后与剩余原料组分混合后进行球磨处理，然后将所述球磨处理后的产物造粒。其中，所述搅拌的温度为50℃，转速为200rpm，时间为60min；所述球磨处理的转速为350rpm，时间为250min；所述造粒在双螺杆造粒机中进行，且所述双螺杆造粒机的温度为180℃，螺杆转速为150rpm，螺杆长径比L/D为40。
S102：将所述第二层膜中的各原料组分混合均匀后造粒，得到第二层膜降解塑料颗粒；其中，将高密度聚乙烯、聚乙醇酸、硼酸和草炭粉的混合物与水按照1：6的质量比混合并搅拌均匀，调节pH值为6.8；将所述pH值为6.8的产物干燥，之后与剩余原料组分混合后进行球磨处理，然后将所述球磨处理后的产物造粒。其中，所述搅拌的温度为50℃，转速为200rpm，时间为60min；所述球磨处理的转速为350rpm，时间为250min；所述造粒在双螺杆造粒机中进行，且所述双螺杆造粒机的温度为180℃，螺杆转速为150rpm，螺杆长径比L/D为40。
S103：将所述第一层膜降解塑料颗粒和所述第二层膜降解塑料颗粒进行共挤吹塑，并将吹塑后的产物调整为第一层膜的厚度为3μm，第二层膜的厚度为6μm，得到本发明所需的增强型全生物降解地膜。其中，所述共挤吹塑在双层共挤吹膜机中进行，且所述双层共挤吹膜机的温度为160℃，吹胀比为3.3，牵引速度为10m/min。
实施例二
本发明提供一种增强型全生物降解材料，所述增强型全生物降解材料采用双层膜结构，包括第一层膜和第二层膜；其中，所述第一层膜的原料组分按重量份计，包括：高密度聚乙烯5502 30重量份、低密度聚乙烯2426H 15重量份、线性低密度聚乙烯218W 20重量份、粒径为100nm的二氧化硅5重量份、数均分子量为50000的聚乙醇酸5重量份、正辛基二茂铁0.20重量份、硝酸钇3重量份、硝酸镝3重量份、二甲基二硫代氨基甲酸铁0.01重量份、硼酸5重量份、草炭粉3重量份和海藻酸钠8重量份；所述第二层膜的原料组分按重量份计，包括：数均分子量为8000的聚丁二酸/己二酸丁二醇酯30重量份、数均分子量为60000的聚乳酸15重量份、高密度聚乙烯550220重量份、粒径为100nm的纳米二氧化硅2重量份、数均分子量为50000的聚乙醇酸8重量份、硝酸镝1重量份、硼酸5重量份、草炭粉3重量份和海藻酸钠8重量份。
按上述原料组分，采用本发明提供的降解材料的制备方法，制备降解材料：
S101：将所述第一层膜中的各原料组分混合均匀后造粒，得到第一层膜降解塑料颗粒；其中，将高密度聚乙烯、聚乙醇酸、正辛基二茂铁、硼酸和草炭粉的混合物与水按照1：8的质量比混合并搅拌均匀，调节pH值为8.3；然后加入纳米二氧化硅、硝酸钇和硝酸镝继续搅拌，调节pH值为5.5；将所述pH值为5.5的产物干燥，之后与剩余原料组分混合后进行球磨处理，然后将所述球磨处理后的产物造粒。其中，所述搅拌的温度为55℃，转速为150rpm，时间为80min；所述球磨处理的转速为300rpm，时间为300min；所述造粒在双螺杆造粒机中进行，且所述双螺杆造粒机的温度为185℃，螺杆转速为180rpm，螺杆长径比L/D为50。
S102：将所述第二层膜中的各原料组分混合均匀后造粒，得到第二层膜降解塑料颗粒；其中，将高密度聚乙烯、聚乙醇酸、硼酸和草炭粉的混合物与水按照1：5的质量比混合并搅拌均匀，调节pH值为7.0；将所述pH值为7.0的产物干燥，之后与剩余原料组分混合后进行球磨处理，然后将所述球磨处理后的产物造粒。其中，所述搅拌的温度为55℃，转速为150rpm，时间为80min；所述球磨处理的转速为300rpm，时间为300min；所述造粒在双螺杆造粒机中进行，且所述双螺杆造粒机的温度为185℃，螺杆转速为180rpm，螺杆长径比L/D为50。
S103：将所述第一层膜降解塑料颗粒和所述第二层膜降解塑料颗粒进行共挤吹塑，并将吹塑后的产物调整为第一层膜的厚度为2μm，第二层膜的厚度为5μm，得到本发明所需的增强型全生物降解地膜。其中，所述共挤吹塑在双层共挤吹膜机中进行，且所述双层共挤吹膜机的温度为163℃，吹胀比为3.2，牵引速度为11m/min。
实施例三
本发明提供一种增强型全生物降解材料，所述增强型全生物降解材料采用双层膜结构，包括第一层膜和第二层膜；其中，所述第一层膜的原料组分按重量份计，包括：高密度聚乙烯6070 40重量份、低密度聚乙烯2012TN26 5重量份、线性低密度聚乙烯9042 35重量份、粒径为20nm的二氧化硅2重量份、数均分子量为20000的聚乙醇酸8重量份、正辛基二茂铁0.05重量份、硝酸钇5重量份、硝酸镝1重量份、二甲基二硫代氨基甲酸铁0.10重量份、硼酸3重量份、草炭粉8重量份和海藻酸钠5重量份；所述第二层膜的原料组分按重量份计，包括：数均分子量为30000的聚丁二酸/己二酸丁二醇酯20重量份、数均分子量为150000的聚乳酸25重量份、高密度聚乙烯6070 10重量份、粒径为20nm的纳米二氧化硅5重量份、数均分子量为20000的聚乙醇酸5重量份、硝酸镝3重量份、硼酸3重量份、草炭粉8重量份和海藻酸钠5重量份。
按上述原料组分，采用本发明提供的降解材料的制备方法，制备降解材料：
S101：将所述第一层膜中的各原料组分混合均匀后造粒，得到第一层膜降解塑料颗粒；其中，将高密度聚乙烯、聚乙醇酸、正辛基二茂铁、硼酸和草炭粉的混合物与水按照1：5的质量比混合并搅拌均匀，调节pH值为7.8；然后加入纳米二氧化硅、硝酸钇和硝酸镝继续搅拌，调节pH值为6.0；将所述pH值为6.0的产物干燥，之后与剩余原料组分混合后进行球磨处理，然后将所述球磨处理后的产物造粒。其中，所述搅拌的温度为45℃，转速为250rpm，时间为50min；所述球磨处理的转速为450rpm，时间为200min；所述造粒在双螺杆造粒机中进行，且所述双螺杆造粒机的温度为175℃，螺杆转速为130rpm，螺杆长径比L/D为30。
S102：将所述第二层膜中的各原料组分混合均匀后造粒，得到第二层膜降解塑料颗粒；其中，将高密度聚乙烯、聚乙醇酸、硼酸和草炭粉的混合物与水按照1：8的质量比混合并搅拌均匀，调节pH值为6.5；将所述pH值为6.5的产物干燥，之后与剩余原料组分混合后进行球磨处理，然后将所述球磨处理后的产物造粒。其中，所述搅拌的温度为45℃，转速为250rpm，时间为50min；所述球磨处理的转速为450rpm，时间为200min；所述造粒在双螺杆造粒机中进行，且所述双螺杆造粒机的温度为175℃，螺杆转速为130rpm，螺杆长径比L/D为30。
S103：将所述第一层膜降解塑料颗粒和所述第二层膜降解塑料颗粒进行共挤吹塑，并将吹塑后的产物调整为第一层膜的厚度为4μm，第二层膜的厚度为4μm，得到本发明所需的增强型全生物降解地膜。其中，所述共挤吹塑在双层共挤吹膜机中进行，且所述双层共挤吹膜机的温度为158℃，吹胀比为3.5，牵引速度为9m/min。
为了进一步凸显本发明提供的制备方法的优势，进行以下对比实验；以下对比实验均以实施例一作为基准，在此基础上进行相关参数的变量实验。
对比例一
该对比例中除第一层膜的原料组分与实施例一中所述第一层膜的原料组分不同外，其余参数均同实施例一。
本发明提供一种降解材料，所述降解材料采用双层膜结构，包括第一层膜和第二层膜；其中，所述第一层膜的原料组分按重量份计，包括：高密度聚乙烯CH2802 35重量份、低密度聚乙烯LD662 10重量份、线性低密度聚乙烯7042N 30重量份、粒径为50nm的二氧化硅3重量份以及数均分子量为30000的聚乙醇酸6重量份；所述第二层膜的原料组分按重量份计，包括：数均分子量为10000的聚丁二酸/己二酸丁二醇酯25重量份、数均分子量为100000的聚乳酸20重量份、高密度聚乙烯CH2802 15重量份、粒径为50nm的纳米二氧化硅3重量份、数均分子量为30000的聚乙醇酸6重量份、硝酸镝2重量份、硼酸4重量份、草炭粉6重量份和海藻酸钠6重量份。
按上述原料组分制备降解材料：
S101：将所述第一层膜中的各原料组分混合均匀后造粒，得到第一层膜降解塑料颗粒；其中，将高密度聚乙烯和聚乙醇酸的混合物与水按照1：6的质量比混合并搅拌均匀，调节pH值为8.0；然后加入纳米二氧化硅继续搅拌，调节pH值为5.8；将所述pH值为5.8的产物干燥，之后与剩余原料组分混合后进行球磨处理，然后将所述球磨处理后的产物造粒。其中，所述搅拌的温度为50℃，转速为200rpm，时间为60min；所述球磨处理的转速为350rpm，时间为250min；所述造粒在双螺杆造粒机中进行，且所述双螺杆造粒机的温度为180℃，螺杆转速为150rpm，螺杆长径比L/D为40。
S102：将所述第二层膜中的各原料组分混合均匀后造粒，得到第二层膜降解塑料颗粒；其中，将高密度聚乙烯、聚乙醇酸、硼酸和草炭粉的混合物与水按照1：6的质量比混合并搅拌均匀，调节pH值为6.8；将所述pH值为6.8的产物干燥，之后与剩余原料组分混合后进行球磨处理，然后将所述球磨处理后的产物造粒。其中，所述搅拌的温度为50℃，转速为200rpm，时间为60min；所述球磨处理的转速为350rpm，时间为250min；所述造粒在双螺杆造粒机中进行，且所述双螺杆造粒机的温度为180℃，螺杆转速为150rpm，螺杆长径比L/D为40。
S103：将所述第一层膜降解塑料颗粒和所述第二层膜降解塑料颗粒进行共挤吹塑，并将吹塑后的产物调整为第一层膜的厚度为3μm，第二层膜的厚度为6μm，得到降解地膜。其中，所述共挤吹塑在双层共挤吹膜机中进行，且所述双层共挤吹膜机的温度为160℃，吹胀比为3.3，牵引速度为10m/min。
对比例二
该对比例中降解材料的原料组分与实施例一中的所述原料组分不同，但制备方法中的相关参数同实施例一。
本发明提供一种降解材料，所述降解材料采用双层膜结构，包括第一层膜和第二层膜；其中，所述第一层膜的原料组分按重量份计，包括：高密度聚乙烯CH2802 35重量份、低密度聚乙烯LD662 10重量份、线性低密度聚乙烯7042N 30重量份、粒径为50nm的二氧化硅3重量份以及数均分子量为30000的聚乙醇酸6重量份；所述第二层膜的原料组分按重量份计，包括：数均分子量为10000的聚丁二酸/己二酸丁二醇酯25重量份、数均分子量为100000的聚乳酸20重量份、高密度聚乙烯CH2802 15重量份、粒径为50nm的纳米二氧化硅3重量份以及数均分子量为30000的聚乙醇酸。
按上述原料组分制备降解材料：
S101：将所述第一层膜中的各原料组分混合均匀后造粒，得到第一层膜降解塑料颗粒；其中，将高密度聚乙烯和聚乙醇酸的混合物与水按照1：6的质量比混合并搅拌均匀，调节pH值为8.0；然后加入纳米二氧化硅继续搅拌，调节pH值为5.8；将所述pH值为5.8的产物干燥，之后与剩余原料组分混合后进行球磨处理，然后将所述球磨处理后的产物造粒。其中，所述搅拌的温度为50℃，转速为200rpm，时间为60min；所述球磨处理的转速为350rpm，时间为250min；所述造粒在双螺杆造粒机中进行，且所述双螺杆造粒机的温度为180℃，螺杆转速为150rpm，螺杆长径比L/D为40。
S102：将所述第二层膜中的各原料组分混合均匀后造粒，得到第二层膜降解塑料颗粒；其中，将高密度聚乙烯和聚乙醇酸的混合物与水按照1：6的质量比混合并搅拌均匀，调节pH值为6.8；将所述pH值为6.8的产物干燥，之后与剩余原料组分混合后进行球磨处理，然后将所述球磨处理后的产物造粒。其中，所述搅拌的温度为50℃，转速为200rpm，时间为60min；所述球磨处理的转速为350rpm，时间为250min；所述造粒在双螺杆造粒机中进行，且所述双螺杆造粒机的温度为180℃，螺杆转速为150rpm，螺杆长径比L/D为40。
S103：将所述第一层膜降解塑料颗粒和所述第二层膜降解塑料颗粒进行共挤吹塑，并将吹塑后的产物调整为第一层膜的厚度为3μm，第二层膜的厚度为6μm，得到本发明所需的降解地膜。其中，所述共挤吹塑在双层共挤吹膜机中进行，且所述双层共挤吹膜机的温度为160℃，吹胀比为3.3，牵引速度为10m/min。
对比例三
该对比例中除步骤S101外，其余参数均同实施例一。
具体地，步骤S101为：将所述第一层膜中的所有原料组分混合后在转速为350rpm的条件下球磨250min，之后造粒，得到第一层膜降解塑料颗粒；其中，所述造粒在双螺杆造粒机中进行，且所述双螺杆造粒机的温度为180℃，螺杆转速为150rpm，螺杆长径比L/D为40。
对比例四
该对比例中除步骤S102外，其余参数均同实施例一。
具体地，步骤S102为：将所述第二层膜中的各原料组分混合均匀后在转速为350rpm的条件下球磨250min，之后造粒，得到第二层膜降解塑料颗粒；其中，所述造粒在双螺杆造粒机中进行，且所述双螺杆造粒机的温度为180℃，螺杆转速为150rpm，螺杆长径比L/D为40。
另外，将本发明各实施例和对比例得到的降解地膜，系统评价其性能：
一、力学性能测定
具体地，按照GB/T1040.3-2006测试各实施例和对比例地膜的力学性能，具体数据如表1所示。
表1各实施例和对比例地膜的力学性能
Figure BDA0003588711190000131
Figure BDA0003588711190000141
二、白菜成长状况及地膜降解测定
具体地，选用大白菜为供试植物。根据大白菜生长环境选择适宜的实验基地，选择15m2的田地作为试验样方，共选取8个试验样方，每个样方播种100例。试验样方1-3铺设实施例一至实施例三中的地膜，试验样方4-7铺设对比例一至对比例四中的地膜，实验样方8铺设市售地膜，作为对照组。具体地，于9月15日给各试样样方施肥后搁置3d，然后挑选饱满的大白菜种子进行播种。两周之后，检查大白菜的出苗率、患病株数以及有杂草生成的株数(即观察100例大白菜中，多少株有杂草生成)，具体结果如表2所示。此外，具体记录各考察小区内地膜在7个月时残膜的平均值。
表2各实施例和对比例地膜对大白菜成长状况的影响
Figure BDA0003588711190000142
当然，除了实施例一至实施例三列举的情况，其他原料组分的种类和重量配比、制备过程中的条件和参数等也是可以的。
本发明提供的增强型全生物降解材料，不仅具有优异的拉伸强度和断裂伸长率等机械性能；而且在用作地膜使用时，具有优异的调温保墒、防虫除草以及提高作物出苗率等功效。此外，采用本发明提供的降解材料制备得到的地膜易于降解，尤其是在实际使用过程中，地膜各部分能够同时达到降解终点，从而消除了传统市售地膜在应用过程中各部分降解速率不一的缺陷。
在本说明书的描述中，需要理解的是，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种增强型全生物降解材料，其特征在于，所述增强型全生物降解材料采用双层膜结构，包括第一层膜和第二层膜，且所述第一层膜的降解时间大于所述第二层膜的降解时间；
其中，所述第一层膜的原料组分按重量份计，包括：高密度聚乙烯30-40重量份、低密度聚乙烯5-15重量份、线性低密度聚乙烯20-35重量份、纳米二氧化硅2-5重量份、聚乙醇酸5-8重量份、正辛基二茂铁0.05-0.20重量份、硝酸钇3-5重量份、硝酸镝1-3重量份、二甲基二硫代氨基甲酸铁0.01-0.10重量份、硼酸3-5重量份、草炭粉3-8重量份和海藻酸钠5-8重量份；
所述第二层膜的原料组分按重量份计，包括：聚丁二酸/己二酸丁二醇酯20-30重量份、聚乳酸15-25重量份、高密度聚乙烯10-20重量份、纳米二氧化硅2-5重量份、聚乙醇酸5-8重量份、硝酸镝1-3重量份、硼酸3-5重量份、草炭粉3-8重量份和海藻酸钠5-8重量份；
所述高密度聚乙烯选用6070、5502、TR144和CH2802中的一种或多种；
所述增强型全生物降解材料的制备方法，包括以下步骤：
S101：将所述第一层膜中的各原料组分混合均匀后造粒，得到第一层膜降解塑料颗粒；其中，将高密度聚乙烯、聚乙醇酸、正辛基二茂铁、硼酸和草炭粉的混合物与水按照1：(5-8)的质量比混合并搅拌均匀，调节pH值为7.8-8.3；然后加入纳米二氧化硅、硝酸钇和硝酸镝继续搅拌，调节pH值为5.5-6.0；将所述pH值为5.5-6.0的产物干燥，之后与剩余原料组分混合后进行球磨处理，然后将所述球磨处理后的产物造粒；
S102：将所述第二层膜中的各原料组分混合均匀后造粒，得到第二层膜降解塑料颗粒；其中，将高密度聚乙烯、聚乙醇酸、硼酸和草炭粉的混合物与水按照1：(5-8)的质量比混合并搅拌均匀，调节pH值为6.5-7.0；将所述pH值为6.5-7.0的产物干燥，之后与剩余原料组分混合后进行球磨处理，然后将所述球磨处理后的产物造粒；
S103：将所述第一层膜降解塑料颗粒和所述第二层膜降解塑料颗粒进行共挤吹塑；
所述S103中的共挤吹塑在双层共挤吹膜机中进行，且所述双层共挤吹膜机的条件具体为：温度为158℃-163℃，吹胀比为3.2-3.5，牵引速度为9m/min-11m/min。
2.根据权利要求1所述的增强型全生物降解材料，其特征在于，所述高密度聚乙烯的熔融指数为0.1-10.0g/10min，所述低密度聚乙烯的熔融指数为0.5-5.0g/10min，所述线性低密度聚乙烯的熔融指数为1.5-2.5g/10min。
3.根据权利要求2所述的增强型全生物降解材料，其特征在于，所述低密度聚乙烯选用LD662、2012TN26、2426H、2436H和LD600中的一种或多种；
所述线性低密度聚乙烯选用7042、7042T、9020、7042N、7042K、218W、0218D、9042和FV149M中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的增强型全生物降解材料，其特征在于，所述纳米二氧化硅的粒径为20nm-100nm；
所述聚乙醇酸的数均分子量为20000-50000，所述聚丁二酸/己二酸丁二醇酯的数均分子量为8000-30000，所述聚乳酸的数均分子量为60000-150000。
5.根据权利要求1-4任一项所述的增强型全生物降解材料，其特征在于，所述第一层膜的厚度为2-4μm，所述第二层膜的厚度为3-8μm。
6.权利要求1-5任一项所述增强型全生物降解材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S101：将所述第一层膜中的各原料组分混合均匀后造粒，得到第一层膜降解塑料颗粒；其中，将高密度聚乙烯、聚乙醇酸、正辛基二茂铁、硼酸和草炭粉的混合物与水按照1：(5-8)的质量比混合并搅拌均匀，调节pH值为7.8-8.3；然后加入纳米二氧化硅、硝酸钇和硝酸镝继续搅拌，调节pH值为5.5-6.0；将所述pH值为5.5-6.0的产物干燥，之后与剩余原料组分混合后进行球磨处理，然后将所述球磨处理后的产物造粒；
S102：将所述第二层膜中的各原料组分混合均匀后造粒，得到第二层膜降解塑料颗粒；其中，将高密度聚乙烯、聚乙醇酸、硼酸和草炭粉的混合物与水按照1：(5-8)的质量比混合并搅拌均匀，调节pH值为6.5-7.0；将所述pH值为6.5-7.0的产物干燥，之后与剩余原料组分混合后进行球磨处理，然后将所述球磨处理后的产物造粒；
S103：将所述第一层膜降解塑料颗粒和所述第二层膜降解塑料颗粒进行共挤吹塑；
所述S103中共挤吹塑在双层共挤吹膜机中进行，且所述双层共挤吹膜机的条件具体为：温度为158℃-163℃，吹胀比为3.2-3.5，牵引速度为9m/min-11m/min。
7.权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述S101和S102中搅拌的条件均为：温度为45℃-55℃，转速为150rpm-250rpm，时间为50min-80min；
所述S101和S102中球磨处理的条件均为：转速为300rpm-450rpm，时间为200min-300min；
所述S101和S102中造粒均在双螺杆造粒机中进行，且所述双螺杆造粒机的条件具体为：温度为175℃-185℃，螺杆转速为130rpm-180rpm，螺杆长径比L/D为30-50。
8.权利要求1-4任一项所述的增强型全生物降解材料在制备地膜、透明膜和包装材料产品或产品添加剂中的应用。
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