CN114801268A - 一种可生物降解地膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种可生物降解地膜及其制备方法，属于地膜技术领域。所示地膜的制备方法包括：将PBAT颗粒吹塑成PBAT膜，或者，向PBAT颗粒中加入炭黑、碳酸钙和植物纤维中的至少一种，吹塑成PBAT复合膜；将得到的PBAT膜或PBAT复合膜的两面分别与纸张进行热压复合或常温复合，复合后的产品经压榨、卷曲得到可生物降解地膜。本发明充分利用膜和纸的优势，提高了地膜的整体强度，并适当延长了地膜降解时间，提高地膜的使用寿命。另外还通过增加填料，以满足产品多样化需求，降低成本。且制备方法简单、工业流程短。
Description
技术领域
本发明涉及农用地膜技术领域，具体而言，涉及一种可生物降解地膜及其制备方法。
背景技术
地膜是指在栽培农作物时覆盖耕地表面的行为，其在一定范围内具有保持土壤水分、调节地温等作用。我国农田中地膜多数为塑料单体聚乙烯或其它合成聚合物，聚乙烯地膜虽然能够确保农产品增产在增收，但由于其本身分子量大，性能稳定，长期难以分解，污染环境。
近年来，随着全球限塑、禁塑的呼声不断，中国多个省市已经开始按规划进行限塑，尤其是在农用地膜等领域，国家发改委及生态环境部发布《关于进一步加强塑料污染治理的意见》提出了一系列对塑料制品生产和销售的限制要求，其中明确要求禁止生产厚度小于0.01毫米的聚乙烯农膜地膜。因此使用可降解的地膜，减少农田白色污染迫在眉睫。
然而，与聚乙烯地膜相比，生物降解地膜在增温保墒方面功能相对较弱，使得国内生物降解地膜的推广受到限制，因此生产出既能够保证产品质量(例如满足薄膜干湿强度等物理性能)又适应环保要求标准(例如可生物降解)的地膜是亟待解决的问题。
发明内容
本发明解决的问题是现有生物降解地膜存在干湿强度低等不足，使得其在增温保墒等方面相对较弱。
为解决上述问题，本发明提供一种可生物降解地膜的制备方法，包括：
将PBAT颗粒吹塑成PBAT膜，或者，向PBAT颗粒中加入炭黑、碳酸钙和植物纤维中的至少一种，吹塑成PBAT复合膜；
将所述PBAT膜或所述PBAT复合膜的两面分别与纸张进行热压复合或常温复合，复合后的产品经压榨、卷曲得到可生物降解地膜。
较佳地，将所述PBAT膜或所述PBAT复合膜的两面分别与纸张进行热压复合的热压温度为60-120℃。
较佳地，所述纸张包括定量为10-30g/m2、横向湿抗张指数为10-20N·m/g、纵向湿抗张指数为15-30N·m/g的纸，或者所述纸张包括玻璃纸，所述玻璃纸的定量为10-25g/m2。
较佳地，将所述PBAT膜或所述PBAT复合膜的两面分别与纸张进行常温复合包括：
在所述纸张表面涂布丙烯酸酯或聚乙烯醇，得到具有胶粘层的纸张；
将所述胶粘层正对所述PBAT膜或所述PBAT复合膜，将所述具有胶粘层的纸张与所述PBAT膜或所述PBAT复合膜在常温下复合。
较佳地，所述丙烯酸酯或所述聚乙烯醇的涂布量为1-3g/m2。
较佳地，所述PBAT膜或所述PBAT复合膜的厚度为0.1-25μm。
较佳地，所述炭黑的加入量不超过10％，所述碳酸钙的加入量不超过40％，所述植物纤维的加入量不超过10％。
较佳地，所述植物纤维为经过改性处理得到的植物纤维，所用改性剂包括硼酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂和磷酸酯偶联剂中的一种或者几种，所述改性剂的用量为未经改性的植物纤维用量的0.5-3％。
较佳地，所述植物纤维的目数为40-20000目。
本发明还提供一种可生物降解地膜，采用如上任一项所述的可生物降解地膜的制备方法制得。
本发明相较于现有技术的优势在于：
本发明通过在PBAT膜或PBAT复合膜的两面分别复合纸张，得到膜和纸复合的地膜，充分利用膜和纸的优势，提高地膜的整体强度，另外还通过增加填料，以满足产品多样化需求，降低成本，并延长降解时间，从而提高地膜的使用寿命。
本发明的地膜制备方法简单、工业流程短，且制得的地膜同时具有可生物降解和使用寿命长的优点，可以用于各种作物的种植。
附图说明
图1为本发明实施例中可生物降解地膜的制备方法流程图。
具体实施方式
聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(PBAT)是属于热塑性生物降解塑料，是己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物，具有优良的生物降解性，且兼具PBA和PBT的特性，既有较好的延展性和断裂伸长率，也有较好的耐热性和冲击性能。目前市面上常用的生物可降解地膜主要以PBAT膜为主。但是，在新疆等西北高辐射、高温等环境下，PBAT膜的降解速度过快，降解时间一般在3个月以内，影响了使用的寿命。
因此，本发明提供一种可生物降解地膜及其制备方法，以期在具有可降解性能的同时，能够提高地膜的干、湿强度，同时将降解时间推后，以满足在中国西北地区能够具有较长(例如6个月以上)的使用寿命。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
如图1所示，本发明实施例的一种可生物降解地膜的制备方法，包括：
步骤S1，将PBAT颗粒吹塑成PBAT膜，或者，向PBAT颗粒中加入炭黑、碳酸钙和植物纤维中的至少一种，吹塑成PBAT复合膜；
步骤S2，将步骤S1得到的PBAT膜或PBAT复合膜的两面分别与纸张进行热压复合或常温复合，复合后的产品经压榨、卷曲得到可生物降解地膜。
一种实施方式中，直接将PBAT颗粒吹塑成PBAT膜，其中，PBAT的熔融温度为120-150℃。另一种实施方式中，将PBAT颗粒高温热熔后，与炭黑、碳酸钙和植物纤维中的至少一种混合，并吹塑成PBAT复合膜。然后分别在PBAT膜或PBAT复合膜的两面复合纸张，经压榨、卷曲得到可生物降解地膜。
本实施例以全生物降解的PBAT为基材，通过在PBAT膜的两面分别复合纸张，利用PBAT膜较高的拉伸强度和纸张较高的表面强度、耐折度、挺度等，来提高地膜的整体强度。其中，炭黑作为一种着色剂，可以生产出不透明膜，植物纤维有利于加快膜的分解，而碳酸钙具有增强增韧作用，通过在PBAT中加入碳酸钙，提高PBAT复合膜的强度。另外，由于PBAT膜降解速度快，一般在3个月之内，而纤维降解时间较长，一般超过六个月，因此将其复合在一起，延长了地膜的降解时间。
由此，本实施例通过在PBAT复合膜的两面分别复合纸张，以提高地膜的整体强度，另外还通过增加上述填料，生产不透明地膜，以满足多样化需求，且上述填料的增加还降低了成本，延长了降解时间，提高了地膜的使用寿命。
另外，本实施例中地膜制备方法简单、工业流程短，且制得的地膜同时具有可生物降解和使用寿命长的优点，可以用于各种作物的种植。
具体实施例中，步骤S1中，将PBAT颗粒吹塑成PBAT膜或PBAT复合膜过程中，首先将PBAT颗粒在120-150℃下热熔，然后加入或不加入炭黑、碳酸钙和植物纤维，最后吹塑成一定厚度的PBAT膜或PBAT复合膜。
其中，加入炭黑的量为0-10％之间，碳酸钙的加入量为0-40％之间，植物纤维的量为0-10％之间，当上述用量取0时，说明PBAT高温热熔后未加入炭黑、碳酸钙、植物纤维。将上述填料的用量设置在该范围内，以保证地膜整体具有较高的干湿强度，并使得地膜具有超过6个月的降解时间，以延长膜使用寿命。
优选地，植物纤维是经过改性处理后的植物纤维，且经过破碎处理至目数为40-20000目，植物纤维改性的方式是采用硼酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、磷酸酯偶联剂等改性剂中的一种或者几种进行改性处理，改性剂的用量为未进行改性的植物纤维用量的0.5-3％。
优选地，本实施例中PBAT膜或PBAT复合膜的厚度为0.1-25微米。
一种实施方式中，步骤S2中，纸张的定量为10-30g/m2,纸的湿强度以湿抗张指数表征，横向湿抗张指数为10-20N·m/g，纵向湿抗张指数为15-30N·m/g，将该纸张与PBAT膜或PBAT复合膜热压复合，其中，热压温度为60-120℃之间。
另一种实施方式中，采用涂布的方式将纸张复合到PBAT膜或PBAT复合膜的两面，具体的：在纸张表面涂布一层全降解丙烯酸酯或者PVA，常温下进行复合，其中，丙烯酸酯或者PVA的涂布量为1-3g/m2。
另一种实施方式中，纸张为玻璃纸，玻璃纸的定量为10-25g/m2，玻璃纸与PBAT膜或PBAT复合膜热压复合时的热压温度为60-120℃之间。
实施例1
将PBAT颗粒在120℃下熔融，吹塑成膜，厚度为0.1微米；
准备定量为15g/m2、横向湿抗张指数为10N·m/g、纵向湿抗张指数为15N·m/g的纸张，在80℃下进行双面热压复合，复合后的产品进行压榨、卷曲得到可生物降解地膜成品。
实施例2
将10kg PBAT颗粒在130℃下熔融，加入0.5kg改性的植物纤维，其中，植物纤维的目数为2万目，采用0.5％的硼酸酯偶联剂进行改性，吹塑成厚度为10微米的PBAT复合膜；
准备定量为15g/m2、横向湿抗张指数为10N·m/g、纵向湿抗张指数为15N·m/g的纸张，在80℃下进行双面热压复合，复合后的产品进行压榨、卷曲得到可生物降解地膜成品。
实施例3
将10kg PBAT颗粒在130℃下熔融，加入1kg碳酸钙，加入0.5kg改性的植物纤维，其中，植物纤维的目数为2万目，采用0.5％的硼酸酯偶联剂进行改性，吹塑成厚度为10微米的PBAT复合膜；
准备定量为15g/m2、横向湿抗张指数为10N·m/g、纵向湿抗张指数为15N·m/g的纸张，采用全降解丙烯酸树脂进行涂布单面复合，丙烯酸酯的定量为3g/m2，复合后的产品进行压榨、卷曲得到可生物降解地膜成品。
实施例4
将10kg PBAT颗粒在130℃下熔融，加入1kg碳酸钙，加入0.5kg改性的植物纤维，其中，植物纤维的目数为200目，采用0.5％的硼酸酯偶联剂进行改性，吹塑成厚度为25微米的PBAT复合膜，与定量为20g/m2的玻璃纸进行复合，复合温度为90℃，复合后的产品进行压榨、卷曲得到可生物降解地膜成品。
实施例5
将10kg PBAT颗粒在150℃下熔融，加入0.5kg炭黑，加入1kg改性的植物纤维，其中，植物纤维的目数为200目，采用0.5％的硼酸酯偶联剂进行改性，吹塑成厚度为25微米的PBAT复合膜；
准备定量为20g/m2、横向湿抗张指数为15N·m/g、纵向湿抗张指数为30N·m/g的纸张，采用15％PVA进行单面涂布复合，PVA定量为3g/m2，复合后的产品进行压榨、卷曲得到可生物降解地膜成品。
对比例1
将PBAT颗粒在120℃下熔融，吹塑成膜。
对比例2
将10kg PBAT颗粒在130℃下熔融，加入2kg碳酸钙，分散均匀吹塑成膜。
对比例3
将10kg PBAT颗粒在130℃下熔融，加入0.5kg炭黑，分散均匀吹塑成膜。
为了验证本发明将纸张和PBAT膜复合后制得的地膜能够适当延长降解时间以提高地膜使用寿命、满足使用要求的功能，以及具有提高地膜强度的优势，将实施例1制得的地膜与对比例1直接利用PBAT吹塑成膜得到的地膜进行强度测试，结果如下：
对比例1所得地膜的强度纵向为94.12N/m，横向为75.98N/m，实施例1所得地膜的强度纵向为112.91N/m，横向为91.29N/m，由此可以看出，采用本发明方法制得的地膜，大幅提高了地膜的拉伸强度。
由于我国的新疆等西北地区属于高辐射、高温等恶劣环境，因此为了验证本发明制得的地膜能够适应该地区环境条件，避免地膜使用后短时间内降解影响作物正常生长，提高地膜的使用寿命，本实施例将上述实施例1-5制得的地膜与对比例的地膜同时在我国西北地区进行埋土实验，结果如表1所示，表1为西北地区实施例1-实施例5以及对比例1、对比例2地膜的降解性能对比。
表1：
| 降解时间 | |
| 实施例1 | >6个月 |
| 实施例2 | >6个月 |
| 实施例3 | >6个月 |
| 实施例4 | >6个月 |
| 实施例5 | >6个月 |
| 对比例1 | <3个月 |
| 对比例2 | <3个月 |
| 对比例3 | <3个月 |
由表1可以看出，采用本发明方法制得的地膜降解时间均大于6个月，而对比例由于未在吹塑膜的表面复合纸张等，因此地膜的干湿强度较低，地膜降解较快，不到3个月时间即降解，影响作物的生长。
虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种可生物降解地膜的制备方法，其特征在于，包括：
将PBAT颗粒吹塑成PBAT膜，或者，向PBAT颗粒中加入炭黑、碳酸钙和植物纤维中的至少一种，吹塑成PBAT复合膜；
将所述PBAT膜或所述PBAT复合膜的两面分别与纸张进行热压复合或常温复合，复合后的产品经压榨、卷曲得到可生物降解地膜。
2.根据权利要求1所述的可生物降解地膜的制备方法，其特征在于，将所述PBAT膜或所述PBAT复合膜的两面分别与纸张进行热压复合的热压温度为60-120℃。
3.根据权利要求1所述的可生物降解地膜的制备方法，其特征在于，所述纸张包括定量为10-30g/m2、横向湿抗张指数为10-20N·m/g、纵向湿抗张指数为15-30N·m/g的纸，或者，所述纸张包括玻璃纸，所述玻璃纸的定量为10-25g/m2。
4.根据权利要求1所述的可生物降解地膜的制备方法，其特征在于，将所述PBAT膜或所述PBAT复合膜的两面分别与纸张进行常温复合包括：
在所述纸张表面涂布丙烯酸酯或聚乙烯醇，得到具有胶粘层的纸张；
将所述胶粘层正对所述PBAT膜或所述PBAT复合膜，将所述具有胶粘层的纸张与所述PBAT膜或所述PBAT复合膜在常温下复合。
5.根据权利要求4所述的可生物降解地膜的制备方法，其特征在于，所述丙烯酸酯或所述聚乙烯醇的涂布量为1-3g/m2。
6.根据权利要求1所述的可生物降解地膜的制备方法，其特征在于，所述PBAT膜或所述PBAT复合膜的厚度为0.1-25μm。
7.根据权利要求1所述的可生物降解地膜的制备方法，其特征在于，所述炭黑的加入量不超过10％，所述碳酸钙的加入量不超过40％，所述植物纤维的加入量不超过10％。
8.根据权利要求1所述的可生物降解地膜的制备方法，其特征在于，所述植物纤维为经过改性处理得到的植物纤维，所用改性剂包括硼酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂和磷酸酯偶联剂中的一种或者几种，所述改性剂的用量为未经改性的植物纤维用量的0.5-3％。
9.根据权利要求8所述的可生物降解地膜的制备方法，其特征在于，所述植物纤维的目数为40-20000目。
10.一种可生物降解地膜，其特征在于，采用如权利要求1-9任一项所述的可生物降解地膜的制备方法制得。
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