CN115160740A - 一种生物基全降解可控农用膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生物基全降解可控农用膜及制备方法。该生物基全降解农用膜制备原材料包括生物降解树脂，无机填充材料，造纸废弃物，并通过添加功能性助剂，实现生物基全降解农用膜的可控性。本发明方法制备的生物基全降解可控农用膜绿色环保，还而已通过不同降解材料配比实现农用膜功能性的优化性和可调节性，满足不同区域和作物使用时保墒效果。

Description

一种生物基全降解可控农用膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及降解复合材料领域，具体涉及一种生物基全降解可控农用膜及其制备方法。
背景技术
传统的普通农用膜以聚乙烯为主，其稳定性极高，但随着长期的使用也表现出了一些问题，一是降解速度缓慢，降解时间长达200～400年，随着大量使用，容易造成白色污染，还会对土壤质量造成影响，影响产量。二是其原料石油资源的日益紧缺，所以，开发研制生物基全降解的塑料来代替石油基塑料势在必行。
制浆造纸工业每年要从植物中分离出大约1.4亿吨纤维素，同时得到大量的造纸废弃物，但迄今为止，超过95％的造纸废弃物仍直接排入江河或浓缩后烧掉，很少得到有效利用，造成资源的浪费和环境的污染，将这些造纸废弃物进行再利用，可以变废为宝，提高利用率，还可以降低原料成本，实现绿色可持续发展。
全降解材料成膜效果好，但是稳定期较短，降解周期快，对某些生长周期较长的作物保墒效果低，通过降解助剂对生物基全降解材料进行复配，对生物基全降解材料进行优化，实现可控性，满足不同区域和不同生长周期作物的保墒需求。
发明内容
本发明提供一种生物基全降解可控农用膜，克服了现有技术中农用膜在自然界中降解速度慢，对环境及作物影响较大；造纸工业中产生的造纸废弃物的利用度低；以及生物基降解材料降解周期短的问题，具有更适宜的稳定性和降解周期，更有利于不同地域和不同周期作物的保墒。
为达到上述要求，本发明是通过如下的技术方案实现的：
一种生物基全降解可控农用膜，其原材料包括生物降解树脂、造纸废弃物、无机填充物、助剂、降解功能调节助剂，按重量份比计，生物降解树脂50～90份、造纸废弃物5～20份、无机填充物5～20份、助剂2～12份，降解功能调节助剂0.2-2份。
进一步地，一种生物基全降解可控农用膜，生物降解树脂主要为聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯PBAT、聚丁二酸丁二醇酯PBS、聚丁二酸己二酸丁二醇酯PBSA、聚丁二酸丁二醇/对苯二甲酸丁二醇酯PBST、聚乳酸PLA中的一种或者多种，按重量份计，生物降解树脂60～85份。
进一步地，一种生物基全降解可控农用膜，造纸废弃物为木质素、腐浆、浆渣、木皮、制浆废液提取物和含硅白泥中的一种或多种，按重量份计，造纸废弃物5～15份。
进一步地，一种生物基全降解可控农用膜，其原材料还可包括无机填充物碳酸钙、滑石粉中的一种或多种，粒径在500～3000目之间，按重量份计，无机填充物为8-15份。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
1)本发明中，生物基全降解可控农用膜通过调节降解材料配方可以实现农用膜功能的优化，具有良好抗冲击性能，抗拉性能以及延伸率，且提高了农用膜的可控性，更好满足不同生长周期作物的保墒，使用更加的广泛。
2)本发明所用原料为可降解原料，尽管通过不同的优化配比可以实现不同的降解周期，但在生物界中仍可实现完全降解，减少环境污染，不会对土壤结构和质量造成影响，能够提升产量，具有良好的生态效益和经济效益。
3)本发明中，制备农用膜的主要原料(例如无机填充物和造纸废弃物)的来源广泛，价格低廉；造纸废弃物的使用实现了资源的高效利用，保护环境，其是未来石油基塑料的良好替代品。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
生物基全降解可控农用膜的原料组合物中各组分的种类和用量见表1。
1.将上述原料按照表内的组分配比称重，一起置于高速共混机中，转速100rpm/min下，混合60min，得到初混物。
2.将上述初混物置于双螺杆挤出机中挤出造粒，一区到六区温度为120℃，135℃，140℃，155℃，165℃，175℃，机头温度175℃，螺杆转速180rpm，熔融挤出制得生物基降解母粒。
3.将上述生物基降解母粒放入吹膜机，170℃温度吹塑成膜，制备出生物基全降解农用膜。
表1
Figure BDA0003687643740000041
实施例2
生物基全降解可控农用膜的原料组合物中各组分的种类和用量见表2。
1.将上述原料按照表内的组分配比称重，一起置于高速共混机中，转速80rpm/min下，混合100min，得到初混物。
2.将上述初混物置于双螺杆挤出机中挤出造粒，一区到六区温度为130℃，145℃，150℃，155℃，175℃，180℃，机头温度180℃，螺杆转速200rpm，熔融挤出制得生物基降解母粒。
3.将上述生物基降解母粒放入吹膜机，180℃温度吹塑成膜，制备出生物基全降解农用膜。
表2
Figure BDA0003687643740000051
实施例3
生物基全降解可控农用膜的原料组合物中各组分的种类和用量见表3。
1.将上述原料按照表内的组分配比称重，一起置于高速共混机中，转速120rpm/min下，混合80min，得到初混物。
2.将上述初混物置于双螺杆挤出机中挤出造粒，一区到六区温度为120℃、145℃、155℃、170℃、175℃和175℃，机头温度175℃，螺杆转速180rpm，熔融挤出制得生物基降解母粒。
3.将上述生物基降解母粒放入吹膜机，180℃温度吹塑成膜，制备出生物基全降解农用膜。
表3
Figure BDA0003687643740000061
实施例4
生物基全降解可控农用膜的原料组合物中各组分的种类和用量见表4。
1.将上述原料按照表内的组分配比称重，一起置于高速共混机中，转速200rpm/min下，混合60min，得到初混物。
2.将上述初混物置于双螺杆挤出机中挤出造粒，一区到六区温度为110℃、135℃、155℃、165℃、175℃和185℃，机头温度185℃，螺杆转速200rpm，熔融挤出制得生物基降解母粒。
3.将上述生物基降解母粒放入吹膜机，185℃温度吹塑成膜，制备出生物基全降解农用膜。
表4
Figure BDA0003687643740000062
Figure BDA0003687643740000071
实施例5
生物基全降解可控农用膜的原料组合物中各组分的种类和用量见表5。
1.将上述原料按照表内的组分配比称重，一起置于高速共混机中，转速180rpm/min下，混合50min，得到初混物。
2.将上述初混物置于双螺杆挤出机中挤出造粒，一区到六区温度为120℃、145℃、160℃、170℃、175℃和185℃，机头温度185℃，螺杆转速190rpm，熔融挤出制得生物基降解母粒。
3.将上述生物基降解母粒放入吹膜机，185℃温度吹塑成膜，制备出生物基全降解农用膜。
表5
Figure BDA0003687643740000072
Figure BDA0003687643740000081
实施例6
生物基全降解可控农用膜的原料组合物中各组分的种类和用量见表6。
1.将上述原料按照表内的组分配比称重，一起置于高速共混机中，转速180rpm/min下，混合60min，得到初混物。
2.将上述初混物置于双螺杆挤出机中挤出造粒，一区到六区温度为110℃、135℃、160℃、170℃、175℃和180℃，机头温度175℃，螺杆转速200rpm，熔融挤出制得生物基降解母粒。
3.将上述生物基降解母粒放入吹膜机，180℃温度吹塑成膜，制备出生物基全降解农用膜。
表6
Figure BDA0003687643740000082
Figure BDA0003687643740000091
对比例1
对比例参照全降解地膜，其原料组合物中各组分的种类和用量见表7。
1.将上述原料按照表内的组分配比称重，一起置于高速共混机中，转速180rpm/min下，混合60min，得到初混物。
2.将上述初混物置于双螺杆挤出机中挤出造粒，一区到六区温度为110℃、125℃、140℃、150℃、165℃和178℃，机头温度175℃，螺杆转速200rpm，熔融挤出制得降解母粒。
3.将上述降解母粒放入吹膜机，180℃温度吹塑成膜，制备降解农用膜。
表7
Figure BDA0003687643740000092
对比例2
对比例参照全降解地膜，其原料组合物中各组分的种类和用量见表8。
1.将上述原料按照表内的组分配比称重，一起置于高速共混机中，转速200rpm/min下，混合50min，得到初混物。
2.将上述初混物置于双螺杆挤出机中挤出造粒，一区到六区温度为120℃、135℃、150℃、160℃、175℃和180℃，机头温度180℃，螺杆转速180rpm，熔融挤出制得降解母粒。
3.将上述降解母粒放入吹膜机，185℃温度吹塑成膜，制备降解农用膜。
表8
Figure BDA0003687643740000101
按照国标GB/T1040.3-2006中方法将实施例1～6和对比例1～2吹塑的薄膜进行力学性能检测，长度为150mm，宽度为25mm，标距为50mm的待测样条，按照国标GB/T1040.1-2006，采用万能电子拉力试验机(KY8000C型)检测上述样条的拉伸强度和断裂伸长率，农用膜自然开始裂解时间，划分依据为自然裂缝≤2cm；，具体数据如表9所示。
表9
Figure BDA0003687643740000102
Figure BDA0003687643740000111
通过结果可以看出，生物基全降解农用膜力学性能与普通降解地膜力学性能相近，但裂解时间相对普通农用地膜时间相对较长，可以满足使用要求的同时，更能适合生长周期较长的作物，适用范围更广泛。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种生物基全降解可控农用膜，其特征在于，其原料包括如下重量份数的各组分：50-90份生物降解树脂、5-20份造纸废弃物、5-20份无机填充物、2-12份助剂，0.2-2份降解功能调节助剂。
2.根据权利要求1所述的一种生物基全降解可控农用膜，其特征在于，所述生物降解树脂包括聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯PBAT、聚丁二酸丁二醇酯PBS、聚丁二酸己二酸丁二醇酯PBSA、聚丁二酸丁二醇/对苯二甲酸丁二醇酯PBST、聚乳酸PLA中的一种或者多种。
3.根据权利要求1所述的一种生物基全降解可控农用膜，其特征在于，所述造纸废弃物为腐浆、浆渣、木皮、制浆废液提取物和含硅白泥中的一种或多种，是造纸过程中产生的废弃物经清洗、烘干、粉碎和筛分所得，粒径在800～5000目之间。
4.根据权利要求1所述的一种生物基全降解可控农用膜，其特征在于，所述无机填充物包括碳酸钙、滑石粉中的一种或多种，粒径在500～3000目之间。
5.根据权利要求1所述的一种生物基全降解可控农用膜，其特征在于，所述助剂包括相容剂、交联剂、增塑剂、分散剂中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种生物基全降解可控农用膜，其特征在于，所述相容剂包括马来酸酐接枝PBAT；交联剂包括BIPB、DCP、BPO、钛酸酯；所述增塑剂包括TBC、ATBC、DOP、甘油、山梨醇；所述分散剂包括硬脂酸、硬脂酸丁酯、油酸酰胺、乙撑双硬脂酰胺。
7.根据权利要求1所述的一种生物基全降解可控农用膜，其特征在于，所述降解功能调节助剂包括光稳定剂、热稳定剂、紫外吸收剂、抗氧化剂、热氧化降解促进剂中的一种或多种。
8.根据权利要求1-7任一项所述的生物基全降解可控农用膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，将所述的生物降解树脂、造纸废弃物、无机填充物、助剂、降解功能调节助剂按照比例置于高速共混机中混合均匀；
步骤二，将上述混合料加入同向双螺杆挤出机料仓，在120-180℃反应温度下，进行熔融挤出得到生降解可控农用膜母粒。
步骤三，将上述生物降解可控农用膜母粒经过吹膜机在170-200℃进行吹塑成膜，制得所述生物基全降解可控农用膜。
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