CN115519809B - 一种高阻隔生物降解地膜的制备方法及其制备的地膜 - Google Patents
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Abstract
本发明属于生物降解地膜技术领域，提供了一种高阻隔生物降解地膜的制备方法及其制备的地膜，通过将生物降解原料与水混合获得混合物；实时获取混合物外表面的热红外线图像；对采集到的热红外线图像判断是否发生局部解体，如果发生局部解体则对混合物停止加热并将干燥混合物通过搅拌机分散均匀后进行多层共挤并进行吹膜，然后通过下吹水冷法制得生物降解地膜。根据图像识别算法识别出淀粉颗粒的局部解体，将混合物中淀粉的状态锁定在不可逆吸水阶段，使得混合物的纤维素在共混后形成稳定的三维网状结构，从而提高薄膜的分散性和柔韧性，本发明制备得到的膜成品还具有优异的阻隔性及良好的纵/横向力学性能，阻隔性好。
Description
技术领域
本发明属于生物降解地膜技术领域，具体涉及一种高阻隔生物降解地膜的制备方法及其制备的地膜。
背景技术
生物降解地膜是在塑料薄膜加入能被微生物分解的物质以实现生物降解的功能，进而能够减少甚至完全消除降解后对环境的污染，而能被微生物分解的物质主要来源于淀粉、纤维素、壳聚糖及其他多糖类天然材料，其降解的最终产物为二氧化碳和水，不会对环境产生二次污染。目前使用最广泛、性价比最高的是加入淀粉的可生物降解地膜；但由于淀粉的微观结构的复杂性而且均一性差，决定了加入淀粉的可生物降解地膜加工成型困难；这是由于淀粉的微观结构的复杂性决定的，从而导致淀粉基的地膜存在质脆、力学性能差、易吸水的问题，限制其实际应用。由于淀粉之间强烈的氢键作用形成的结晶使淀粉本身不具备热塑性，需要加入小分子塑化剂与淀粉之间形成强烈的氢键，降低淀粉分子的结晶度，从而降低淀粉的玻璃化转变温度，使淀粉表现出良好的热塑性。而增塑剂的加入对材料的力学性能、透湿率、吸湿性等有着显着的影响。在利用增塑剂制备的生物降解地膜在经过一段时间的使用后，由于增塑剂会逐渐结晶从而导致薄膜的柔韧性与连续下降产生老化变脆问题。而随着增塑剂的结晶会使得增塑剂在生物降解地膜中的含量逐渐减小，生物降解地膜的断裂伸长率指标降低，材料的可塑性与加工操作性降低，此外，生物降解地膜对加工以及贮存使用环境的湿度有着很强的敏感性，尤其是在高湿情况下表现出的吸湿特性也极大地限制了生物降解地膜的应用。现有的技术的生物降解地膜通过加入木质纤维素提高了薄膜的分散性和柔韧性，共混后形成三维网状结构，可具有更好的熔体强度，但是但其薄膜的加工窗口窄且脆性大，只是简单的通过共混以可弥补阻隔性能和热性能不高的性能缺陷，尽管淀粉层不在最外层，但是由于淀粉层对湿度有很大的敏感性，在高湿情况下依然会透过外层对淀粉层产生影响，降低薄膜的断裂伸长率和和柔韧性以及使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提出一种高阻隔生物降解地膜的制备方法及其制备的地膜，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
为了实现上述目的，根据本发明的一方面，提供一种高阻隔生物降解地膜的制备方法，所述方法包括以下步骤：
S100，将生物降解原料与水混合获得混合物；
S200，对混合物进行逐渐升温加热并搅拌，实时获取混合物外表面的热红外线图像；（混合物中的淀粉与水处在受热加温的条件下，水分子开始逐渐进入淀粉颗粒内的结晶区域，这时便出现了不可逆吸水的现象，这是因为外界的温度升高，淀粉分子内的化学键开始断裂，淀粉颗粒内结晶区域则由原来排列紧密的状态变为疏松状态，淀粉颗粒的体积急剧膨胀，处在这一阶段的淀粉如果把它重新进行干燥，其水分也不会完全排出而恢复到原来的结构，为不可逆吸水阶段，此时的膨胀的淀粉颗粒和纤维素共混后形成的网状架构会紧密结合，不仅能降低膨胀的淀粉颗粒对湿度的敏感性，而且能提高薄膜的柔韧性，或者也能由于淀粉分子内的化学键断裂降低淀粉之间强烈的氢键作用，从而提高淀粉颗粒和纤维素共混后的热塑性）；
S300，对采集到的热红外线图像判断是否发生局部解体，如果发生局部解体则对混合物停止加热并进行干燥获得干燥混合物；（发生局部解体的意义为：由于淀粉颗粒经过不可逆吸水阶段后，很快会进入颗粒解体阶段，如果淀粉所处的环境温度还继续提高则淀粉颗粒便出现破裂现象，颗粒内的淀粉分子向各方向伸展扩散溶出颗粒体外，扩展开来的淀粉分子之间会互相联结、缠绕，形成一个网状的颗粒胶体，此时的网状的颗粒胶体和共混后纤维素的网状架构会难以紧密结合，使得纤维素无法在共混后形成稳定的三维网状结构，从而降低薄膜的分散性和柔韧性）；
S400，将干燥混合物通过搅拌机分散均匀并分成两个原料分别作为第一降解料和第二降解料，然后分别将第一原料、第一降解料、第二原料、第二降解料和第三原料进行多层共挤并进行吹膜，然后通过下吹水冷法制得生物降解地膜。
进一步地，在S100中，生物降解原料包括：聚己内酯、纤维素和淀粉。
进一步地，在S100中，生物降解原料包括：5～40份的聚己内酯、5～30份的纤维素、30～90份的淀粉。
进一步地，在S100中，水浴中水的质量为生物降解原料质量的[0.6,20]倍。
进一步地，在S200中，实时获取混合物外表面的热红外线图像的方法为：通过高分辨率显微红外热成像仪、高精度热像仪、高分辨率红外热像仪和便携式红外热成像仪中任意一种获取混合物外表面的热红外线图像（一般是获取混合物上方外表面的热红外线图像）。
进一步地，在S300中，所述干燥为将混合物中的水分含量降低到100ppm以下。
进一步地，在S300中，对采集到的热红外线图像判断是否发生局部解体的方法包括以下步骤：
将所有采集到的热红外线图像构成的集合作为图像集合Im，对Im中所有的热红外线图像进行提取主区范围和热区范围；提取主区范围和热区范围具体方法为：将各个热红外线图像灰度化获得的灰度图像进行边缘检测获取边缘线构成的热红外线图像的各个分区域；（由于混合物在不断的搅拌，所以在Im中每个热红外线图像的各个分区域的位置并不是固定的，会随着加热的过程进行变化）；在采集的热红外线图像im0中所有像素点对应的温度值的平均值首次大于或首次等于预设的温度阈值时，将im0中的各个分区域中面积最大的分区域记为主区域，将在面积小于主区域的im0中各个分区域中所有像素点对应的温度值的平均值最大的分区域记为热区域，将Im中所有的热红外线图像在im0的主区域和热区域的对应位置分别记为主区范围和热区范围；
获取Im中热红外线图像的灰度图像的主区范围中各像素点中的最小灰度值MinMain，以MinMain表示热红外线图像的灰度图像的主区范围中各像素点中的最小灰度值，获取Im中热红外线图像的灰度图像的热区范围中各像素点中的最小灰度值MinHot，以MinHot表示红外线图像的灰度图像的热区范围中各像素点中的最小灰度值；以MinMain(i)表示Im中第i个热红外线图像的MinMain，以MinHot(i)表示Im中第i个热红外线图像的MinHot；i为图像集合Im中热红外线图像的序号；在i取值范围内计算热红外线图像的差异值Gap(i)=|MinHot(i)- MinMain(i)|；（混合物在的糊化淀粉随着温度的提高，混合物的比热容一般也提高，当到糊化淀粉颗粒解体阶段时，由于颗粒出现破裂现象比热容急剧变化会在在热红外线图像的灰度值反映出强对比，由于主区域的升温和热区域相比较慢，所以混合物在主区域中的淀粉糊化慢，而热区域中的淀粉糊化快，因此，由淀粉大颗粒团聚现象或者比热容差异导致灰度和温度在一段短暂的时间内拉开差距）；
遍历i取值范围，获取Im中各个大于0的差异值Gap(i)所对应的热红外线图像，按照采集的时间顺序距离当前时间从近到远（或距离当前时间从短到长）排列所述的热红外线图像构成的序列作为异变图像序列AL；
以j为AL中热红外线图像的序号,遍历搜索AL中各个热红外线图像，如果可以满足AL中第j个热红外线图像的MainAL(j)＞MainAL(j-1)且MainAL(j)＞MainAL(j+1)，则获取AL中第j个热红外线图像的采集时间记为过热时间并将AL中第j个热红外线图像标记为过热图像；其中，MainAL(j)为AL中第j个热红外线图像的灰度图像的热区范围中各像素点中的最小灰度值，或者，MainAL(j)为AL中第j个热红外线图像的灰度图像的热区范围中所有像素点对应的温度值的平均值；
以k为过热图像的序号,计算各个过热图像的局部解体预测时间PartT(k)：
PartT(k)=aLT(k)+GapMinT(AL,k)；
其中，PartT(k)是第k个过热图像的局部解体预测时间，aLT(k)是第k个过热图像对应的采集时间, GapMinT(AL,k)是最近差异时长，具体计算方法为：记异变图像序列AL中除第k个过热图像外的各个过热图像的差异值与第k个过热图像的差异值的差值最小的过热图像对应的采集时间为mGT1，以mGT1到第k个过热图像对应的采集时间之间的时间间隔为最近差异时长GapMinT(AL,k)；
如果当前采集的热红外线图像被标记为过热图像，则计算当前采集的过热图像的局部解体预测时间记为PartTC，如果从当前时间到PartTC之间的时间段内，采集的第x个热红外线图像满足关系MainBL(x)＞MainBL(x-1)且MainBL(x)＞MainBL(x+1)，或者，满足关系HotBL(x)＞HotBL(x-1)且HotBL(x)＞HotBL(x+1)，则判断采集到的热红外线图像发生了局部解体；
其中，MainBL(x)是集合BL中第x个热红外线图像的灰度图像的主区范围中各像素点中的最小灰度值；HotBL(x)是集合BL中第x个热红外线图像的灰度图像的热区范围中各像素点中的最小灰度值；BL是从当前时间到PartTC之间的时间段内采集到所有热红外线图像构成的集合；x是BL中热红外线图像的序号。
有益效果为：利用混合物的热红外成像的图像的特性，根据图像识别算法识别出淀粉颗粒的局部解体，将混合物中淀粉的状态锁定在不可逆吸水阶段，避免了混合物到颗粒解体阶段彻底糊化的淀粉分子之间互相联结形成的网状颗粒胶体与共混后纤维素的网状架构难以紧密结合，使得混合物的纤维素在共混后形成稳定的三维网状结构，从而提高薄膜的分散性和柔韧性。
有时候搅拌机出现问题重启或者更换新的混合物导致当前采集的热红外线图像并不是过热图像，由于粉颗粒的局部解体的时间非常短，这样会导致混合物出现废料，因此，需要通过以下方法进行优化，具体为：
优选地，在S300中，如果当前采集的热红外线图像不是过热图像，获取异变图像序列AL中采集时间与当前时间的时间间隔最短的过热图像GapP，计算GapP的局部解体预测时间记为PartTP，以GapP对应的采集时间为PartTA，如果从PartTA到PartTP之间的时间段内，采集的第y个热红外线图像满足关系MainCL(y)＞MainCL(y-1)且MainCL(y)＞MainCL(y+1)，或者，满足关系HotCL(y)＞HotCL(y-1)且HotCL(y)＞HotCL(y+1)，则判断采集到的热红外线图像发生了局部解体。
其中，MainCL(y)是集合CL中第y个热红外线图像的灰度图像的主区范围中各像素点中的最小灰度值；HotCL(y)是集合CL中第y个热红外线图像的灰度图像的热区范围中各像素点中的最小灰度值；CL是从当前时间到PartTP之间的时间段内采集到所有热红外线图像构成的集合；y是CL中热红外线图像的序号。
由于淀粉颗粒的局部解体的时间非常短暂，在计算各个过热图像的局部解体预测时间时，需要保证更高的精度和容错性，以上的方法有一定几率会无法保证淀粉颗粒在糊化阶段和纤维素所需要的共混搅拌时间，为了修正预测时间长度以保障足够的搅拌时间，因此需要通过以下优选地的方法进行优化，具体为：
优选地，在S300中，计算各个过热图像的局部解体预测时间PartT(k)的方法还可以为：
PartT(k)=aLT(k)+ GapMaxT(AL,k)×|log|MaxH(AL)÷MinH(AL)||；
其中，aLT(k)是第k个过热图像对应的采集时间，MinH(AL)为计算AL中各个过热图像对应的MinHot1值中最小的值和MeanHAL的差值；MaxH(AL)为计算AL中各个过热图像对应的MinHot1值中最大的值和MeanHAL的差值；MeanHAL为计算AL中各个过热图像对应的MinHot1值的平均值；MinHot1值是过热图像的灰度图像的热区范围中各像素点中的最小灰度值，或者MinHot1值是过热图像的灰度图像的热区范围中所有像素点对应的温度值的平均值；log为取以10为底数的对数；GapMaxT(AL,k)是最远差异时长，具体计算方法为：记异变图像序列AL中除第k个过热图像外的各个过热图像的差异值与第k个过热图像的差异值的差值最大的过热图像对应的采集时间为mGT2，以mGT2到第k个过热图像对应的采集时间之间的时间段为最远差异时长GapMaxT(AL,k)。
进一步地，在S400中，所述第一原料包括聚乳酸、乙烯-丙烯酸共聚物、二氧化硅和聚丁二酸丁二醇酯；
所述第二原料包括聚-3-羟基丁酸酯、乙烯-丙烯酸共聚物和二氧化碳-环氧丙烷共聚物，或第二原料包括聚碳酸亚丙酯；
所述第三原料包括聚乳酸、乙烯-丙烯酸共聚物、二氧化硅和聚丁二酸丁二醇酯。
优选地，在S400中，所述第一原料包括5～60份的聚乳酸、1～5份的乙烯-丙烯酸共聚物、1～5份的二氧化硅、30～93份的聚丁二酸丁二醇酯；
所述第二原料包括20～60份的聚-3-羟基丁酸酯、1～5份的乙烯-丙烯酸共聚物、35～79份的二氧化碳-环氧丙烷共聚物，或第二原料包括聚碳酸亚丙酯；
所述第三原料包括5～60份的聚乳酸、1～5份的乙烯-丙烯酸共聚物、1～5份的二氧化硅、30～93份的聚丁二酸丁二醇酯。
进一步地，在S400中，进行多层共挤并进行吹膜的方法为：将第一原料、第一降解料、第二原料、第二降解料和第三原料分别加入多层共挤吹膜机的各个挤出机中，通过进行熔融塑化、通过共挤模头挤出并进行吹膜。
进一步地，在S400中，第一原料、第一降解料、第二原料、第二降解料和第三原料分别依次为生物降解地膜的第一层、第二层、第三层、第四层和第五层；第一层、第二层、第三层、第四层和第五层的温度分别为：第一层的加工温度为120~140℃，第二层的加工温度为120~140℃，第三层的加工温度为240~260℃，第四层的加工温度为120~140℃，第五层的加工温度为120~140℃。
进一步地，在S400中，生物降解地膜的第一层、第二层、第三层、第四层和第五层的厚度比依次为1.5~2：1.25~1.75：1~2：1.25~1.75：1.5~2。
进一步地，在S400中，进行吹膜的吹胀比为1：2~5，温度为130～195℃或者，温度为70~90℃。
进一步地，所述方法还包括：S500，对生物降解地膜进行电晕处理,所述电晕处理的功率为12～18Wmin/m，并收卷。
其中，温度阈值取值为[50,55]℃。
优选地，温度阈值为53℃。
本发明同时提供采用所述一种高阻隔生物降解地膜的制备方法制备得到的生物降解地膜，具体为：一种生物降解地膜，所述生物降解地膜为所述一种高阻隔生物降解地膜的制备方法制备所得。
本发明的有益效果为：本发明利用混合物的热红外成像的图像的特性，根据图像识别算法识别出淀粉颗粒的局部解体，将混合物中淀粉的状态锁定在不可逆吸水阶段，避免了混合物到颗粒解体阶段彻底糊化的淀粉分子之间互相联结形成的网状颗粒胶体与共混后纤维素的网状架构难以紧密结合，使得混合物的纤维素在共混后形成稳定的三维网状结构，从而提高薄膜的分散性和柔韧性，本发明制备得到的膜成品还具有优异的阻隔性及良好的纵/横向力学性能，阻隔性好。
附图说明
通过对结合附图所示出的实施方式进行详细说明，本发明的上述以及其他特征将更加明显，本发明附图中相同的参考标号表示相同或相似的元素，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，在附图中：
图1所示为一种高阻隔生物降解地膜的制备方法的流程图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1所示为一种高阻隔生物降解地膜的制备方法的流程图，下面结合图1来阐述根据本发明的实施方式的一种高阻隔生物降解地膜的制备方法，所述方法包括以下步骤：
S100，将生物降解原料与水混合获得混合物；
S200，对混合物进行逐渐升温加热并搅拌，实时获取混合物外表面的热红外线图像；（混合物中的淀粉与水处在受热加温的条件下，水分子开始逐渐进入淀粉颗粒内的结晶区域，这时便出现了不可逆吸水的现象，这是因为外界的温度升高，淀粉分子内的化学键开始断裂，淀粉颗粒内结晶区域则由原来排列紧密的状态变为疏松状态，淀粉颗粒的体积急剧膨胀，处在这一阶段的淀粉如果把它重新进行干燥，其水分也不会完全排出而恢复到原来的结构，为不可逆吸水阶段，此时的膨胀的淀粉颗粒和纤维素共混后形成的网状架构会紧密结合，不仅能降低膨胀的淀粉颗粒对湿度的敏感性，而且能提高薄膜的柔韧性，或者也能由于淀粉分子内的化学键断裂降低淀粉之间强烈的氢键作用，从而提高淀粉颗粒和纤维素共混后的热塑性）；
S300，对采集到的热红外线图像判断是否发生局部解体，如果发生局部解体则对混合物停止加热并进行干燥获得干燥混合物；（发生局部解体的意义为：由于淀粉颗粒经过不可逆吸水阶段后，很快会进入颗粒解体阶段，如果淀粉所处的环境温度还继续提高则淀粉颗粒便出现破裂现象，颗粒内的淀粉分子向各方向伸展扩散溶出颗粒体外，扩展开来的淀粉分子之间会互相联结、缠绕，形成一个网状的颗粒胶体，此时的网状的颗粒胶体和共混后纤维素的网状架构会难以紧密结合，使得纤维素无法在共混后形成稳定的三维网状结构，从而降低薄膜的分散性和柔韧性）；
S400，将干燥混合物通过搅拌机分散均匀并分成两个原料分别作为第一降解料和第二降解料，然后分别将第一原料、第一降解料、第二原料、第二降解料和第三原料进行多层共挤并进行吹膜，然后通过下吹水冷法制得生物降解地膜。
进一步地，在S100中，生物降解原料包括：聚己内酯、纤维素和淀粉。
进一步地，在S100中，生物降解原料包括：5～40份的聚己内酯、5～30份的纤维素、30～90份的淀粉，所述淀粉为非食用型淀粉。
进一步地，在S100中，水浴中水的质量为生物降解原料质量的[0.6,20]倍。
进一步地，在S200中，实时获取混合物外表面的热红外线图像的方法为：通过高分辨率显微红外热成像仪、高精度热像仪、高分辨率红外热像仪和便携式红外热成像仪中任意一种获取混合物外表面的热红外线图像（一般是获取混合物上方外表面的热红外线图像）。
进一步地，在S300中，所述干燥为将混合物中的水分含量降低到100ppm以下。
进一步地，在S300中，对采集到的热红外线图像判断是否发生局部解体的方法包括以下步骤：
将所有采集到的热红外线图像构成的集合作为图像集合Im，对Im中所有的热红外线图像进行提取主区范围和热区范围；提取主区范围和热区范围具体方法为：将各个热红外线图像灰度化获得的灰度图像进行边缘检测获取边缘线构成的热红外线图像的各个分区域；（由于混合物在不断的搅拌，所以在Im中每个热红外线图像的各个分区域的位置并不是固定的，会随着加热的过程进行变化）；在采集的热红外线图像im0中所有像素点对应的温度值的平均值首次大于或首次等于预设的温度阈值时，将im0中的各个分区域中面积最大的分区域记为主区域，将在面积小于主区域的im0中各个分区域中所有像素点对应的温度值的平均值最大的分区域记为热区域，将Im中所有的热红外线图像在im0的主区域和热区域的对应位置分别记为主区范围和热区范围；
获取Im中热红外线图像的灰度图像的主区范围中各像素点中的最小灰度值MinMain，获取Im中热红外线图像的灰度图像的热区范围中各像素点中的最小灰度值MinHot；以MinMain(i)表示Im中第i个热红外线图像的MinMain，以MinHot(i)表示Im中第i个热红外线图像的MinHot；i为图像集合Im中热红外线图像的序号；在i取值范围内计算热红外线图像的差异值Gap(i)=|MinHot(i)- MinMain(i)|；（混合物在的糊化淀粉随着温度的提高，混合物的比热容一般也提高，当到糊化淀粉颗粒解体阶段时，由于颗粒出现破裂现象比热容急剧变化会在在热红外线图像的灰度值反映出强对比，由于主区域的升温和热区域相比较慢，所以混合物在主区域中的淀粉糊化慢，而热区域中的淀粉糊化快，因此，由淀粉大颗粒团聚现象或者比热容差异导致灰度和温度在一段短暂的时间内拉开差距）；
遍历i取值范围，获取Im中各个大于0的差异值Gap(i)所对应的热红外线图像，按照采集的时间顺序距离当前时间从近到远（或距离当前时间从短到长）排列所述的热红外线图像构成的序列作为异变图像序列AL；
以j为AL中热红外线图像的序号,遍历搜索AL中各个热红外线图像，如果AL中第j个热红外线图像的MainAL(j)＞MainAL(j-1)且MainAL(j)＞MainAL(j+1)，获取AL中第j个热红外线图像的采集时间记为过热时间并将AL中第j个热红外线图像标记为过热图像；其中，MainAL(j)为AL中第j个热红外线图像的灰度图像的热区范围中各像素点中的最小灰度值，或者，MainAL(j)为AL中第j个热红外线图像的灰度图像的热区范围中所有像素点对应的温度值的平均值；
以k为过热图像的序号,计算各个过热图像的局部解体预测时间PartT(k)：
PartT(k)=aLT(k)+GapMinT(AL,k)；
其中，PartT(k)是第k个过热图像的局部解体预测时间，aLT(k)是第k个过热图像对应的采集时间, GapMinT(AL,k)是最近差异时长，具体计算方法为：记异变图像序列AL中除第k个过热图像外的各个过热图像的差异值与第k个过热图像的差异值的差值最小的过热图像对应的采集时间为mGT1，以mGT1到第k个过热图像对应的采集时间之间的时间间隔为最近差异时长GapMinT(AL,k)；
（有益效果为：过热图像为主区域和热区域失去热均衡的区域，通过局部解体预测时间能够根据温度失衡的周期大致的预测出下一次失衡的时间周期，以在该周期内捕获得到混合物中的淀粉颗粒在发生不可逆吸水阶段后进入颗粒解体阶段前的这一段很短暂的时间节点，其他的时间内根据灰度的变化趋势得到的时间，并不准确甚至产生极大的误差）。
如果当前采集的热红外线图像被标记为过热图像，则计算当前采集的过热图像的局部解体预测时间记为PartTC，如果从当前时间到PartTC之间的时间段内，采集的第x个热红外线图像满足关系MainBL(x)＞MainBL(x-1)且MainBL(x)＞MainBL(x+1)，或者，满足关系HotBL(x)＞HotBL(x-1)且HotBL(x)＞HotBL(x+1)，则判断采集到的热红外线图像发生了局部解体；
其中，MainBL(x)是集合BL中第x个热红外线图像的灰度图像的主区范围中各像素点中的最小灰度值；HotBL(x)是集合BL中第x个热红外线图像的灰度图像的热区范围中各像素点中的最小灰度值；BL是从当前时间到PartTC之间的时间段内采集到所有热红外线图像构成的集合；x是BL中热红外线图像的序号。
有益效果为：利用混合物的热红外成像的图像的特性，根据图像识别算法识别出淀粉颗粒的局部解体，将混合物中淀粉的状态锁定在不可逆吸水阶段，避免混合物到颗粒解体阶段彻底糊化淀粉分子之间互相联结形成网状的颗粒胶体与共混后纤维素的网状架构难以紧密结合，使得混合物的纤维素在共混后形成稳定的三维网状结构，从而降低薄膜的分散性和柔韧性。
有时候搅拌机出现问题重启或者更换新的混合物导致当前采集的热红外线图像并不是过热图像，由于粉颗粒的局部解体的时间非常短，这样会导致混合物出现废料，因此，需要通过以下方法进行优化，具体为：
优选地，在S300中，如果当前采集的热红外线图像不是过热图像，获取异变图像序列AL中采集时间与当前时间的时间间隔最短的过热图像GapP，计算GapP的局部解体预测时间记为PartTP，以GapP对应的采集时间为PartTA，如果从PartTA到PartTP之间的时间段内，采集的第y个热红外线图像满足关系MainCL(y)＞MainCL(y-1)且MainCL(y)＞MainCL(y+1)，或者，满足关系HotCL(y)＞HotCL(y-1)且HotCL(y)＞HotCL(y+1)，则判断采集到的热红外线图像发生了局部解体。
其中，MainCL(y)是集合CL中第y个热红外线图像的灰度图像的主区范围中各像素点中的最小灰度值；HotCL(y)是集合CL中第y个热红外线图像的灰度图像的热区范围中各像素点中的最小灰度值；CL是从当前时间到PartTP之间的时间段内采集到所有热红外线图像构成的集合；y是CL中热红外线图像的序号。
由于淀粉颗粒的局部解体的时间非常短暂，在计算各个过热图像的局部解体预测时间时，需要保证更高的精度和容错性，以上的方法有一定几率会无法保证淀粉颗粒在糊化阶段和纤维素所需要的共混搅拌时间，为了修正预测时间长度以保障足够的搅拌时间，因此需要通过以下优选地的方法进行优化，具体为：
优选地实施例：
优选地，在S300中，计算各个过热图像的局部解体预测时间PartT(k)的方法还可以为：
PartT(k)=aLT(k)+ GapMaxT(AL,k)×|log|MaxH(AL)÷MinH(AL)||；
其中，aLT(k)是第k个过热图像对应的采集时间，MinH(AL)为计算AL中各个过热图像对应的MinHot1值中最小的值和MeanHAL的差值；MaxH(AL)为计算AL中各个过热图像对应的MinHot1值中最大的值和MeanHAL的差值；MeanHAL为计算AL中各个过热图像对应的MinHot1值的平均值；MinHot1值是过热图像的灰度图像的热区范围中各像素点中的最小灰度值，或者MinHot1值是过热图像的灰度图像的热区范围中所有像素点对应的温度值的平均值；log为取以10为底数的对数；GapMaxT(AL,k)是最远差异时长，具体计算方法为：记异变图像序列AL中除第k个过热图像外的各个过热图像的差异值与第k个过热图像的差异值的差值最大的过热图像对应的采集时间为mGT2，以mGT2到第k个过热图像对应的采集时间之间的时间段为最远差异时长GapMaxT(AL,k)。
进一步地，在S400中，所述第一原料包括聚乳酸、乙烯-丙烯酸共聚物、二氧化硅和聚丁二酸丁二醇酯；
所述第二原料包括聚-3-羟基丁酸酯、乙烯-丙烯酸共聚物和二氧化碳-环氧丙烷共聚物，或第二原料包括聚碳酸亚丙酯；
所述第三原料包括聚乳酸、乙烯-丙烯酸共聚物、二氧化硅和聚丁二酸丁二醇酯。
优选地，在S400中，所述第一原料包括5～60份的聚乳酸、1～5份的乙烯-丙烯酸共聚物、1～5份的二氧化硅、30～93份的聚丁二酸丁二醇酯；
所述第二原料包括20～60份的聚-3-羟基丁酸酯、1～5份的乙烯-丙烯酸共聚物、35～79份的二氧化碳-环氧丙烷共聚物，或第二原料包括聚碳酸亚丙酯；
所述第三原料包括5～60份的聚乳酸、1～5份的乙烯-丙烯酸共聚物、1～5份的二氧化硅、30～93份的聚丁二酸丁二醇酯。
进一步地，在S400中，进行多层共挤并进行吹膜的方法为：将第一原料、第一降解料、第二原料、第二降解料和第三原料分别加入多层共挤吹膜机的各个挤出机中，通过进行熔融塑化、通过共挤模头挤出并进行吹膜。
进一步地，在S400中，第一原料、第一降解料、第二原料、第二降解料和第三原料分别依次为生物降解地膜的第一层、第二层、第三层、第四层和第五层，第一层、第二层、第三层、第四层和第五层的温度分别为：第一层的加工温度为120~140℃，第二层的加工温度为120~140℃，第三层的加工温度为240~260℃，第四层的加工温度为120~140℃，第五层的加工温度为120~140℃。
进一步地，在S400中，生物降解地膜的第一层、第二层、第三层、第四层和第五层的厚度比依次为1.5~2：1.25~1.75：1~2：1.25~1.75：1.5~2。
优选地，生物降解地膜的厚度为8-21μm，符合GB 13735-2017的标准，地膜透明性高，透光率≥90％，雾度＜10％（采用标准为GB/T 2410-2008检测），地膜4~5个月可以完全降解。
进一步地，在S400中，进行吹膜的吹胀比为1：2~5，温度为130～195℃或者，温度为70~90℃。
进一步地，所述方法还包括：S500，对生物降解地膜进行电晕处理,所述电晕处理的功率为12～18Wmin/m，并收卷。
其中，温度阈值取值为[50,55]℃。
优选地，温度阈值为53℃。
最优实施方案，所述一种高阻隔生物降解地膜的制备方法适用于制备得到的生物降解地膜。
性能测试结果：
采用了上述方法之后，经检测，本发明制备得到的生物降解地膜的膜成品的各项检测数据如下：
1．厚度平均偏差的检验结果为-3%，符合（采用标准为GB/T 6672-2001检测）的标准±10%的要求；
2．横向拉伸强度检验结果为24Mpa，高于标准（采用标准为GB/T 1040.3-2006检测）≥18Mpa的要求；
3．纵向拉伸强度检验结果为26.3Mpa，高于标准（采用标准为GB/T 1040.3-2006检测）≥18Mpa的要求；
4．纵向断裂标称应变为836%，高于标准（采用标准为GB/T 1040.3-2006检测）≥350%的要求；
5．横向断裂标称应变为916%，高于标准（采用标准为GB/T 1040.3-2006检测）≥350%的要求；
如果采用优选地实施例中的计算局部解体预测时间PartT(k)方案，修正预测时间长度以保障足够的搅拌时间，则纵向断裂标称应变提高到934%，横向断裂标称应变提高到1135%，由于给予了充分的融合时间，因此分散性和柔韧性的大幅提高了。
6．纵向直角撕裂强度为97 kN/m，高于标准（采用标准为QB/T 1130-1991检测）≥70kN/m的要求；
7．横向直角撕裂强度为116 kN/m，高于标准（采用标准为QB/T 1130-1991检测）≥70kN/m的要求；-30℃环境下，180°对折后不开裂；
8、透光率为90%，高于标准（采用标准为GB/T 2410-2008检测）≥87%的要求，于自然环境下测试3个月，第1个月透光率为90%，第2、3个月透光率约为91-93%。
9、水蒸气透过量测试结果为340-600g/㎡×24h，符合标准的低于1200/㎡×24h的要求。
其中，测试的自然环境的温度为-30℃到40℃波动，湿度为25%-65%。
综上所述，根据以上测试结果可知，本发明的尽管由于混合物中淀粉的状态锁定在不可逆吸水阶段导致的透光率表现一般（尽管透光率表现一般，但是随着使用时间的增长，随着淀粉颗粒、纤维素的降解透光率会逐渐上升），但是检测数据的第4项到第7项表面了分散性和柔韧性的明显提高；此外，本发明制备得到的生物降解地膜的膜成品还具有优异的阻隔性及良好的纵/横向力学性能，阻隔性好。
尽管本发明的描述已经相当详尽且特别对几个所述实施例进行了描述，但其并非旨在局限于任何这些细节或实施例或任何特殊实施例，从而有效地涵盖本发明的预定范围。此外，上文以发明人可预见的实施例对本发明进行描述，其目的是为了提供有用的描述，而那些目前尚未预见的对本发明的非实质性改动仍可代表本发明的等效改动。
Claims (7)
1.一种高阻隔生物降解地膜的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S100，将生物降解原料与水混合获得混合物；
S200，对混合物进行逐渐升温加热并搅拌，实时获取混合物外表面的热红外线图像；
S300，对采集到的热红外线图像判断是否发生局部解体，如果发生局部解体则对混合物停止加热并进行干燥获得干燥混合物；
S400，将干燥混合物通过搅拌机分散均匀并分成两个原料分别作为第一降解料和第二降解料，然后分别将第一原料、第一降解料、第二原料、第二降解料和第三原料进行多层共挤并进行吹膜，然后通过下吹水冷法制得生物降解地膜；
其中，在S300中，对采集到的热红外线图像判断是否发生局部解体的方法包括以下步骤：
将所有采集到的热红外线图像构成的集合作为图像集合Im，对Im中所有的热红外线图像进行提取主区范围和热区范围；
获取Im中热红外线图像的灰度图像的主区范围中各像素点中的最小灰度值MinMain，获取Im中热红外线图像的灰度图像的热区范围中各像素点中的最小灰度值MinHot；以MinMain(i)表示Im中第i个热红外线图像的MinMain，以MinHot(i)表示Im中第i个热红外线图像的MinHot；i为图像集合Im中热红外线图像的序号；在i取值范围内计算热红外线图像的差异值Gap(i)=|MinHot(i)- MinMain(i)|；
遍历i取值范围，获取Im中各个大于0的差异值Gap(i)所对应的热红外线图像，按照采集的时间顺序距离当前时间从近到远排列所述的热红外线图像构成的序列作为异变图像序列AL；
以j为AL中热红外线图像的序号,遍历搜索AL中各个热红外线图像，如果AL中第j个热红外线图像的MainAL(j)＞MainAL(j-1)且MainAL(j)＞MainAL(j+1)，获取AL中第j个热红外线图像的采集时间记为过热时间并将AL中第j个热红外线图像标记为过热图像；其中，MainAL(j)为AL中第j个热红外线图像的灰度图像的热区范围中各像素点中的最小灰度值；
以k为过热图像的序号,计算各个过热图像的局部解体预测时间PartT(k)：
如果当前采集的热红外线图像被标记为过热图像，则计算当前采集的过热图像的局部解体预测时间记为PartTC，如果从当前时间到PartTC之间的时间段内，采集的第x个热红外线图像满足关系MainBL(x)＞MainBL(x-1)且MainBL(x)＞MainBL(x+1)，则判断采集到的热红外线图像发生了局部解体；
其中，MainBL(x)是集合BL中第x个热红外线图像的灰度图像的主区范围中各像素点中的最小灰度值；集合BL是从当前时间到PartTC之间的时间段内采集到所有热红外线图像构成的集合；x是集合BL中热红外线图像的序号；
其中，所述提取主区范围和热区范围具体方法为：将各个热红外线图像灰度化获得的灰度图像进行边缘检测获取边缘线构成的热红外线图像的各个分区域；在采集的热红外线图像im0中所有像素点对应的温度值的平均值首次大于预设的温度阈值时，将im0中的各个分区域中面积最大的分区域记为主区域，将在面积小于主区域的im0中各个分区域中所有像素点对应的温度值的平均值最大的分区域记为热区域，将Im中所有的热红外线图像在im0的主区域和热区域的对应位置分别记为主区范围和热区范围；
其中，计算各个过热图像的局部解体预测时间PartT(k)的具体方法为：
PartT(k)=aLT(k)+GapMinT(AL,k)；
其中，PartT(k)是第k个过热图像的局部解体预测时间，aLT(k)是第k个过热图像对应的采集时间, GapMinT(AL,k)是最近差异时长，具体计算方法为：记异变图像序列AL中除第k个过热图像外的各个过热图像的差异值与第k个过热图像的差异值的差值最小的过热图像对应的采集时间为mGT1，以mGT1到第k个过热图像对应的采集时间之间的时间间隔为最近差异时长GapMinT(AL,k)。
2.根据权利要求1所述的一种高阻隔生物降解地膜的制备方法，其特征在于，在S100中，生物降解原料包括：聚己内酯、纤维素和淀粉。
3.根据权利要求1所述的一种高阻隔生物降解地膜的制备方法，其特征在于，在S400中，所述第一原料包括5～60份的聚乳酸、1～5份的乙烯-丙烯酸共聚物、1～5份的二氧化硅、30～93份的聚丁二酸丁二醇酯；
所述第二原料包括20～60份的聚-3-羟基丁酸酯、1～5份的乙烯-丙烯酸共聚物、35～79份的二氧化碳-环氧丙烷共聚物，或第二原料包括聚碳酸亚丙酯；
所述第三原料包括5～60份的聚乳酸、1～5份的乙烯-丙烯酸共聚物、1～5份的二氧化硅、30～93份的聚丁二酸丁二醇酯。
4.根据权利要求1所述的一种高阻隔生物降解地膜的制备方法，其特征在于，在S200中，实时获取混合物外表面的热红外线图像的方法为：通过高分辨率显微红外热成像仪、高精度热像仪、高分辨率红外热像仪和便携式红外热成像仪中任意一种获取混合物外表面的热红外线图像。
5.根据权利要求1所述的一种高阻隔生物降解地膜的制备方法，其特征在于，在S300中，计算各个过热图像的局部解体预测时间PartT(k)的方法为：
PartT(k)=aLT(k)+ GapMaxT(AL,k)×|log|MaxH(AL)÷MinH(AL)||；
其中，aLT(k)是第k个过热图像对应的采集时间，MinH(AL)为计算AL中各个过热图像对应的MinHot1值中最小的值和MeanHAL的差值；MaxH(AL)为计算AL中各个过热图像对应的MinHot1值中最大的值和MeanHAL的差值；MeanHAL为计算AL中各个过热图像对应的MinHot1值的平均值；MinHot1值是过热图像的灰度图像的热区范围中各像素点中的最小灰度值，或者MinHot1值是过热图像的灰度图像的热区范围中所有像素点对应的温度值的平均值；log为取以10为底数的对数；GapMaxT(AL,k)是最远差异时长，具体计算方法为：记异变图像序列AL中除第k个过热图像外的各个过热图像的差异值与第k个过热图像的差异值的差值最大的过热图像对应的采集时间为mGT2，以mGT2到第k个过热图像对应的采集时间之间的时间段为最远差异时长GapMaxT(AL,k)。
6.根据权利要求1所述的一种高阻隔生物降解地膜的制备方法，其特征在于，在S300中，如果当前采集的热红外线图像不是过热图像，获取异变图像序列AL中采集时间与当前时间的时间间隔最短的过热图像GapP，计算GapP的局部解体预测时间记为PartTP，以GapP对应的采集时间为PartTA，如果从PartTA到PartTP之间的时间段内，采集的第y个热红外线图像满足关系MainCL(y)＞MainCL(y-1)且MainCL(y)＞MainCL(y+1)，或者，满足关系HotCL(y)＞HotCL(y-1)且HotCL(y)＞HotCL(y+1)，则判断采集到的热红外线图像发生了局部解体；其中，MainCL(y)是集合CL中第y个热红外线图像的灰度图像的主区范围中各像素点中的最小灰度值；HotCL(y)是集合CL中第y个热红外线图像的灰度图像的热区范围中各像素点中的最小灰度值；CL是从当前时间到PartTP之间的时间段内采集到所有热红外线图像构成的集合；y是CL中热红外线图像的序号。
7.一种生物降解地膜，其特征在于，所述生物降解地膜为根据权利要求1至6中任一项所述的一种高阻隔生物降解地膜的制备方法制备所得。
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Denomination of invention: A preparation method for high barrier biodegradable plastic film and its prepared plastic film Effective date of registration: 20231114 Granted publication date: 20230425 Pledgee: Bank of China Limited by Share Ltd. Maoming branch Pledgor: GUANGDONG HUIFA PLASTIC INDUSTRY TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2023980065351 |