CN115946422A - 一种降解可控的pbat基生物降解地膜及其制备、使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种降解可控的PBAT基生物降解地膜及其制备、使用方法，属于高分子化合物技术领域。本发明首次提出根据作物的生长周期通过地膜结构结合塑料地膜降解液，有效地控制膜降解时间，且保证作物生长对温湿需求。本发明地膜结构包括基底层、支撑层和加强层；基底层为改性淀粉和PBAT复合改性材料，可通过土壤中微生作用促进地膜分解；支撑层为PBAT、PE、改性淀粉共混材料，保证地膜的韧性、气密性和防水性，保证作物生长所需温湿度，同时具有较好的机械强度，适用农艺操作；加强层主要成分为PE，可防止地膜降解过快，使降解周期与作物生长周期匹配，具有良好的推广前景和经济价值。

Description

一种降解可控的PBAT基生物降解地膜及其制备、使用方法

技术领域

本发明涉及PBAT改性地膜，具体地，涉及一种降解可控的PBAT基生物降解地膜及其制备、使用方法。

背景技术

地膜覆盖栽培技术是将塑料薄膜覆盖在播种后的地面或种植后的农作物幼苗上，起到促进种子萌发、加速幼苗根系和植物地上部分生长等作用。传统的塑料薄膜包括PE薄膜、PP薄膜等，其具有良好的韧性、气密性和防水性，有利于农艺操作并能有效保证作物生长温湿度。但由于其不能自然降解，形成白色垃圾对环境造成污染，成为其在农业领域推广应用的致命缺点。传统的地膜覆盖栽培技术，覆盖的地膜在作物收割后需要进行人工回收，但据统计由于使用后地膜已老化，存在不同程度的破裂、碎裂的情况，回收率不到60%；残留的地膜经自然风化后在土地耕作过程中会碎裂成非常细小的微塑料（粒径小于5mm），这些微塑料会进入深层土壤及地下水中，影响作物栽培生长，进而对人类健康造成威胁。

目前的可完全降解的塑料材料中聚己二酸对苯二甲酸丁二酯（Polybutyleneadipate terephthalate），简称PBAT，因具有优异的柔韧性同时可完全生物降解的优点，成为降解塑料研究中活跃度最高和市场应用前景最好的降解材料之一。然而，PBAT价格高昂，对于农业生产领域而言成本太高。市场上针对降低PBAT材料成本的研发很多，其中研究最多的就是通过添加价格较低的填充剂来降低成本。在众多的填充剂中，作为生物材料的淀粉，因自然资源禀赋，且可保证PBAT可完全生物降解，成为关注焦点之一。例如，中国专利申请CN112625304A公开的一种高淀粉填充PBAT材料及其制备方法，通过高淀粉填充PBAT材料，成本远低，且制得的PBAT材料拉伸强度、维卡软化温度均显著高于现有技术。然而，这通过生物材料改性的PBAT薄膜均存在一些共性缺陷，由于生物材料的机械强度有限，其大量的填充引入，降低了PBAT材料的力学性能，这会导致薄膜在农艺操作过程中容易破损，存在气密性差、防水性不足的问题；而且淀粉、纤维素等生物材料降解速度太快，对于地膜而言，不能满足为作物生长周期提供充足的温湿度，因此该类材料尚不适应于农业地膜的应用。

虽然，现有技术中也有通过将PBAT与PE、PP等传统塑料共混以解决其韧性低、气密性差、防水性不足问题的研发，如中国专利申请CN110511544A公开的一种生物可降解透气复合膜及其制备方法，用PE和PBAT作为基体树脂，开发出一种生物可降解透气复合膜，解决传统透气复合膜孔洞孔径不均匀、透气性能不佳、无法降解等缺点。但这种材料仅限于应用包装、储藏、运输等领域使用，而地膜所使用的场景多是户外环境，由于PBAT内在缺陷使其与PE等传统塑料相容性较差，特别是在极端气候下，例如高温或低温天气，或强烈的紫外线暴晒等，PBAT和PE之间以及与所用的各助剂之间容易产生相分离，导致地膜力学性能不均，进而导致其降解可控性差，存在降解时间过长影响土地接茬耕作或存在不能完全降解的情况。

塑料降解溶液是指利用催化剂使得塑料制品迅速有效降解的制剂。目前针对塑料降解制剂的研究并不多，且现有的塑料降解溶液一般需要用相应的容器装置盛放，将需要降解的塑料制品投入其中，在一定的处理条件下进行降解。例如中国专利申请CN109776857A公布的等离子体塑料降解装置及其降解溶液配方，所述降解溶液配方由溶剂、催化剂和反应物组成。降解溶液盛放在等离子体塑料降解装置的反应腔体内，利用高压正弦波脉冲溶液瞬间气化产生的气体在电场的作用下产生等离子体等条件，将送入放电区域的塑料颗粒高效分解。对于地膜降解而言，这种降解方式并不适用，因此，如何在保证地膜完全降解的前提下，使其降解周期与作物生长周期相匹配，保证作物生长所需的温湿度，并且不影响土地的接茬耕作，仍是亟待解决的问题。

发明内容

针对上述存在的如何在保证地膜完全降解的前提下，使其降解周期与作物生长周期相匹配，保证作物生长所需的温湿度，并且不影响土地的接茬耕作的问题，本发明提供一种降解可控的PBAT基生物降解地膜及其制备、使用方法，采用多层共挤吹膜设备挤出的多层复合结构薄膜保证地膜的韧性及机械强度，适应农艺操作；并结合农作物的生长周期，通过配合塑料降解溶液，有效地控制地膜的降解时间与作物生长周期匹配，充分满足作物生长对温湿度的需求。具体技术方案如下：

首先本发明提供一种降解可控的PBAT基生物降解地膜，该地膜包括基底层、支撑层和加强层；所述基底层的组分按重量份数计包括：PBAT 10～30份，改性淀粉3～10份；所述支撑层的组分按重量份数计包括：PBAT 60～90份，PE 18～36份，改性淀粉10～15份；所述加强层的组分按重量份数计包括：PBAT0～10份，PE 60～80份，改性淀粉0～5份；所述改性淀粉均为端羟基超支化聚酯与食用淀粉混炼制备的热塑性淀粉；所述基底层、支撑层和加强层通过多层共挤吹膜设备挤出复合在一起。

前述的降解可控的PBAT基生物降解地膜，所述基底层、支撑层、加强层的厚度比为1:3～5:0.2～0.5。

前述的降解可控的PBAT基生物降解地膜，所述食用淀粉为马铃薯淀粉、红薯淀粉、木薯粉或绿豆粉中的一种；其与端羟基超支化聚酯混炼的混合质量比为3:1。

其次，本发明提供一种前述的降解可控的PBAT基生物降解地膜的制备方法，包括如下步骤：

1）将PBAT、PE粒料分别进行粉碎处理，获得PBAT粉剂和PE粉剂，备用；

2）将食用淀粉与端羟基超支化聚酯按照规定的重量比混合后于混炼机中混炼改性，获得热塑性淀粉，经剪切分散后备用；

3）按照基底层、支撑层和加强层组分配方分别称取PBAT粉剂和/或PE粉剂与改性淀粉高温熔融混合混匀，获得改性基料；

4）将各层熔融后的改性基料引入多层共挤吹膜机，进行吹膜共挤出，经吹胀、冷却定型、剖切、牵引后收卷，获得降解可控的PBAT基生物降解地膜。

前述的降解可控的PBAT基生物降解地膜的制备方法，步骤1）中所述PBAT粉剂和PE粉剂的粒径规格为小于100μm；步骤2）中所述食用淀粉与端羟基超支化聚酯混炼改性的温度为130～160℃；获得的热塑性淀粉剪切分散的颗粒粒径规格为小于20μm。

前述的降解可控的PBAT基生物降解地膜的制备方法，步骤3）中，基底层PBAT粉剂和改性淀粉高温混合的温度为105～130℃；支撑层PBAT粉剂、PE粉剂和改性淀粉高温混合的温度为110～160℃；加强层PBAT粉剂、PE粉剂和改性淀粉高温混合的温度为130～205℃；步骤4）中，各层吹膜共挤出的参数为：基底层螺杆料筒温度为185～190℃；支撑层螺杆料筒温度为205～210℃；加强层螺杆料筒温度为215～225℃；模头流道温度为210℃；风冷温度5～25℃；基底层、支撑层、加强层吹胀的厚度比为：1:3～5:0.2～0.5；冷凝线长度为300～500mm。

再次，本发明提供一种前述的降解可控的PBAT基生物降解地膜的使用方法，步骤如下：

1）根据所种植的作物农艺操作要求，将前述的降解可控的全生物降解地膜铺设在田中，基底层接触地面，田间预设温湿度采样点；

2）观测作物生长发育情况，结合作物栽培模型根据作物生长对温湿的需求，分阶段多次喷施塑料地膜降解液；

3）检测地膜降解情况，调整施塑料地膜降解液的喷施量及喷施次数；

4）收割作物后，再次喷施地膜降解液，并检测土壤中塑料残留量，确保地膜完全降解。

本发明中，所述的塑料地膜降解液包括A剂、B剂和C剂；所述A剂为聚氧化铝（Al₂O₃）；所述B剂为贝莱斯芽孢杆菌粉；所述C剂为干酵母。

该塑料地膜降解液的施用方式为：

2-1）选择晴天的早晨，取组合物A中的聚氧化铝，与常温水按1/3的重量比边搅拌边投加，至完全溶解后，再加水稀释到浓度为100～500mg/L，制成母液A，备用；使用时，每1升母液A加水50升进行稀释，用稀释液对铺设在田间的地膜均匀喷施；

2-2）选择晴天的傍晚，将贝莱斯芽孢杆菌粉活化，具体为按照菌:红糖水按质量体积比5:25的比例浸泡两个小时以上，浸泡时用进行曝气，获得活化贝莱斯芽孢杆菌液；取活化贝莱斯芽孢杆菌液按体积比1:50兑水稀释，得稀释液贝莱斯芽孢杆菌液；在聚氧化铝喷施一周后，用上述稀释贝莱斯芽孢杆菌液均匀喷施地膜；

2-3）选择晴天的傍晚，取的淀粉每50g加入2升纯水使其充分溶解，然后加入2g发酵菌剂，制成酵母菌液，备用；在喷施贝莱斯芽孢杆菌一周后，每1升酵母菌液加水30升进行稀释，用稀释液对铺设在田间的地膜均匀喷施。

本发明的有益效果：

1）本发明PBAT基生物降解地膜包括基底层、支撑层和加强层，其中，底层的基底层为改性淀粉和PBAT复合改性材料，该面接触地面使用，其中的改性淀粉可被土壤中的自然存在的微生物代谢，自下向上使地膜体系逐步崩裂，促进地膜分解。地膜中间的支撑层为PBAT、PE、改性淀粉共混材料，PBAT和PE共混保证地膜的韧性、气密性和防水性，保证作物生长所需的温湿度，同时其作为支撑层是地膜达到较好的机械强度，适用地膜使用过程中的农艺操作，适应各种地形覆盖；且在地膜分解过程中，PBAT和PE共混体系间嵌入的改性淀粉也可被微生物降解，进一步加快降解速度。地膜表层的加强层为PE与少量PBAT混合或不含PBAT的薄膜层，该层是为了进一步保证地膜整体的气密性和防水性，同时为了防止地膜降解过快，充分保证地膜覆盖能达到作物对温湿度的需求。

2）本发明PBAT基生物降解地膜的制备方法，将PBAT和PE粒料粉碎后与改性淀粉混合，粉碎后的PBAT和PE材料比表面积增大，在混炼改性时，其分子端的氢键更容易与改性淀粉的氢键形成力作用体系，降低改性温度，达到节能环保的目的；其次，本发明的改性淀粉采用为端羟基超支化聚酯与食用淀粉混炼制备的热塑性淀粉，超支化聚酯的加入不仅使淀粉具有热塑性，也使淀粉支链和氢键丰富，使其与PBAT和PE更好的结合，进而促进PBAT和PE的相容性，使制备的薄膜在户外环境下不容易相分离，保证薄膜的理化性质。

3）本发明PBAT基生物降解地膜的使用方法，首次提出通过结合农作物的生长周期喷施塑料地膜降解液，达到有效控制地膜降解时间与作物生长周期匹配，保证作物生长对温湿需求的同时，合理安排地膜节点降解，达到不影响土地的接茬耕作，杜绝地膜残留形成微塑料进入水土，达到地膜降解时间可控，并可完全降解，达到绿色环保的目的。

4）本发明中塑料地膜降解液配合地膜的结构，结合作物的农艺栽培模型，达到有效控制地膜降解时间与作物生长周期匹配的目的。降解液A剂为聚氧化铝，使地膜表层的PE在受到光照作用时降解，解决PE降解时间长的问题；降解液B剂为贝莱斯芽孢杆菌，其能够在PE表面定殖，进一步使地膜表层和中间层中的PE劣化分解，进而达到完全降解的目的；降解液C剂为酵母菌，其可将体系中嵌入的改性淀粉降解；通过喷施地膜降解液的量和次数，结合地膜性能检测，进一步控制地膜的降解程度，并结合温湿度传感设备达到控制地膜降解时间与作物生长周期匹配。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1

本实施例为一种降解可控的PBAT基生物降解地膜，该地膜包括基底层、支撑层和加强层；所述基底层的组分按重量份数计包括：PBAT 10～30份，改性淀粉3～10份；所述支撑层的组分按重量份数计包括：PBAT 60～90份，PE 18～36份，改性淀粉10～15份；所述加强层的组分按重量份数计包括：PBAT0～10份，PE 60～80份，改性淀粉0～5份；所述改性淀粉均为端羟基超支化聚酯与食用淀粉混炼制备的热塑性淀粉；所述基底层、支撑层和加强层通过多层共挤吹膜设备挤出复合在一起。

本实施例所述地膜，其所述基底层、支撑层、加强层的厚度比为1:3～5:0.2～0.5。所述食用淀粉为马铃薯淀粉、红薯淀粉、木薯粉或绿豆粉中的一种；其与端羟基超支化聚酯混炼的混合质量比为3:1。

本实施例所述的降解可控的PBAT基生物降解地膜的制备方法，包括如下步骤：

1）将PBAT、PE粒料分别进行粉碎处理，获得PBAT粉剂和PE粉剂，其粒径规格为小于100μm，备用。

2）将食用淀粉与端羟基超支化聚酯按照规定的重量比混合后于混炼机中130～160℃下混炼改性，经剪切分散，获得颗粒粒径规格为小于20μm的热塑性淀粉，备用。

3）按照基底层、支撑层和加强层组分配方分别称取PBAT粉剂和/或PE粉剂与改性淀粉高温熔融混合混匀，获得改性基料；其中，基底层PBAT粉剂和改性淀粉高温混合的温度为105～130℃；支撑层PBAT粉剂、PE粉剂和改性淀粉高温混合的温度为110～160℃；加强层PBAT粉剂、PE粉剂和改性淀粉高温混合的温度为130～205℃。

4）将各层熔融后的改性基料引入多层共挤吹膜机，进行吹膜共挤出，经吹胀、冷却定型、剖切、牵引后收卷，获得降解可控的PBAT基生物降解地膜。各层吹膜共挤出的参数为：基底层螺杆料筒温度为185～190℃；支撑层螺杆料筒温度为205～210℃；加强层螺杆料筒温度为215～225℃。模头流道温度为210℃；风冷温度5～25℃；基底层、支撑层、加强层吹胀的厚度比为：1:3～5:0.2～0.5；冷凝线长度为300～500mm。

本实施例所述的降解可控的PBAT基生物降解地膜的使用方法，步骤如下：

1）根据所种植的作物农艺操作要求，将前述的降解可控的全生物降解地膜铺设在田中，基底层接触地面，田间预设温湿度采样点。所述田间预设温湿度采样点为在田间设置一定密度的温湿度传感器，监测设备等，这一技术不作为本发明的保护要点，可参照现有技术的方式进行实施。

2）观测作物生长发育情况，根据作物生长对温湿的需求，分阶段多次喷施塑料地膜降解液。其中，观测作物生长发育情况同样不作为本发明的保护要点，可参照现有技术的方式进行实施，例如利用遥感技术，人工观测等；作物生长对温湿的需求可通过现有的农业栽培模型进行预测，该项技术同样可以通过现有技术实现；分阶段多次喷施塑料地膜降解液，是指在可以根据作物种子萌发期、幼苗期、生殖生育或产出期对温湿度的需要进行分时段喷施，使地膜存在一定的降解，调控其保水保温能力与作为生长对温湿度需求相匹配。当然，也可以根据地膜覆盖的作物生长周期总时长，合理划分时段，进行分次喷施，以使地膜循序渐进分解，达到促进以及彻底降解地膜的目的。

3）检测地膜降解情况，调整施塑料地膜降解液的喷施量及喷施次数。前面进行交代过，地膜的降解速度除了与基材、配方有关外，还与所处环境的光照、温度、水分、土壤生物量等密切相关。因此，在每次喷施前对田间地膜的降解状况进行调研检测，进行调整塑料地膜降解液的喷施量及喷施次数，可以进一步把控其降解程度和降解速度，进一步保证地膜的保温保湿效果与作物生长周期匹配。

4）收割作物后，再次喷施地膜降解液，并检测土壤中塑料残留量，确保地膜完全降解。当作物生长周期结束，地膜降解也该结束，以便于下一季的耕作，因此，此时可以再次喷施施地膜降解液，并检测土壤中塑料残留量，确保地膜完全降解，避免残留的地膜造成微塑料污染。

本实施例中，所述的塑料地膜降解液包括A剂、B剂和C剂；所述A剂为聚氧化铝（Al₂O₃）；所述B剂为贝莱斯芽孢杆菌粉；所述C剂为干酵母。

该塑料地膜降解液的施用方式为：

2-1）选择晴天的早晨，取组合物A中的聚氧化铝，与常温水按1/3的重量比边搅拌边投加，至完全溶解后，再加水稀释到浓度为100～500mg/L，制成母液A，备用；使用时，每1升母液A加水50升进行稀释，用稀释液对铺设在田间的地膜均匀喷施；

2-2）选择晴天的傍晚，将贝莱斯芽孢杆菌粉活化，具体为按照菌:红糖水按质量体积比5:25的比例浸泡两个小时以上，浸泡时用进行曝气，获得活化贝莱斯芽孢杆菌液；取活化贝莱斯芽孢杆菌液按体积比1:50兑水稀释，得稀释贝莱斯芽孢杆菌液；在聚氧化铝喷施一周后，用上述稀释贝莱斯芽孢杆菌液均匀喷施地膜；

2-3）选择晴天的傍晚，取的淀粉每50g加入2升纯水使其充分溶解，然后加入2g发酵菌剂，制成酵母菌液，备用；在喷施贝莱斯芽孢杆菌一周后，每1升酵母菌液加水30升进行稀释，用稀释液对铺设在田间的地膜均匀喷施。

实施例2

本实施例为采用实施例1中所述的地膜进行玉米栽培的使用方法。本实施例生物降解地膜各层配方组分按重量份计如下：基底层：PBAT 20份，改性淀粉6份，增塑剂1份，偶联剂 0.2份；支撑层：PBAT 80份，PE 24份，改性淀粉12份，光稳定剂0.6份，增塑剂3份，偶联剂0.5份；加强层：PBAT 8份，PE 80份，改性淀粉1.2份，光稳定剂0.1份，增塑剂0.25份，偶联剂0.12份，所述PBAT、PE均为粒径规格为小于100μm的粉料，改性淀粉为食用淀粉与端羟基超支化聚酯混炼改性的热塑性淀粉，其径规格为小于20μm。

将各层组分高温熔融混合混匀，获得改性基料；其中，基底层高温混合的温度为105℃；支撑层高温混合的温度为135℃；加强层高温混合的温度为185℃；然后将各层熔融后的改性基料引入多层共挤吹膜机，进行吹膜共挤出，基底层螺杆料筒温度为187℃；支撑层螺杆料筒温度为208℃；加强层螺杆料筒温度为220℃，模头流道温度为210℃进行吹胀，再经15℃风冷定型获得PBAT基生物降解地膜，再进行剖切后牵引收卷。本实施例制备的地膜厚度为0.01mm，其中基底层、支撑层、加强层吹胀的厚度比为：1:4:0.2。

使用该生物降解地膜进行玉米覆膜栽培的方法，步骤如下：

1）田地翻耕整平后，将玉米种子按照设定的密度播种成行，将前述的降解可控的全生物降解地膜铺设在播种后的田地上。田间根据需要预设湿度传感器采样点，采样信息反馈给管理中心。

2）采用遥感技术结合人工观测，检测玉米生长发育情况，并结合比玉米生农业栽培模型中给出的玉米不同生长阶段度温度和湿度的需求量和田间温湿度采样量进行对比。根据玉米种子萌发期和幼苗期阶段所需温湿度较高，开花授粉期对温湿度要求次高，灌浆成熟期对温湿度要求相对较低，因此将地膜降解液暂定分三个阶段进行喷施，第一个阶段在玉米成苗后，株高约15～20cm，或播种后25～30天，进行喷施；第二阶段喷施在玉米挂棒结束后进行，第三阶段在玉米灌浆结束，鲜玉米可以采摘上市时进行。每次喷施前，或两个喷施阶段间隙，可以去田间随机采样，通过人工观察了解地膜的降解情况，结合温湿度采样情况、栽培模型及玉米实际生长情况，对下次喷施的时间和喷施量进行调整，若地膜的降解不够好，可增加喷施次数，若降解过快了减少喷施次数会将喷药量减小，使地膜降解程度和降解速度和玉米生长周期对温湿度需求相匹配，进一步保证地膜的保温保湿效果，提高玉米产量。

4）最后，玉米收割后，再次喷施地膜降解液，并检测土壤中塑料残留量，如有残留需再次喷施，两周后再次检测喷施。若最后检测参与塑料含量很低，或未检出，可再次单独喷施C剂并翻耕，确保地膜完全降解，避免残留的地膜造成微塑料污染。

实施例3

本实施例为再实施例2的基础上，考察本发明PBAT基生物降解地膜的降解可控性。本实施例设置多个实验组，验证所用地膜的效果。实验设计如下：

选择位于江苏扬州的一块地势平坦，阳光、水分充足，土壤肥沃适合玉米生长的地块作物实验田。本实施例中采用的实验玉米品种为农华101，其生长周期为四个月（120天），播种的玉米种子为同一批，并经发芽率实验验证，播种时间、密度、面积等均一致。总之，各实验地块，除了使用的地膜及是否喷施降解液，其余的条件均相同。播种玉米前，随机多点取样确认土壤中不含有塑料残留成分。

本实施例中实验设计如下：

第一控制组（T1）：铺设本实施2所制备的地膜+喷施降解液；

第二控制组（T2）：铺设本实施2所制备的地膜，但不喷施降解液；

第一对照组（D1）：铺设与本实施2等厚的PBAT薄膜，不喷施降解液；

第二对照组（D2）：铺设与本实施2等厚的普通PBAT和PE共混改性薄膜，喷施降解液；

第三对照组（D3）：铺设与本实施2等厚的普通PBAT和PE共混改性薄膜，不喷施降解液；

空白对照组（W）：不铺设地膜。

本实施例中，薄膜的降解时间、玉米生长周期、收获的玉米产量以及土壤中塑料残留量作为评价依据。

各实验组地膜降解时间调查结果如表1所示：

表1. 各实验组地膜降解时间调查结果

表1考察结果表明，本发明地膜不喷施降解液，其降解时间为136天左右，覆盖了玉米生长周期，可保证玉米生长周期中所需要的温湿度；但玉米成熟后，地膜尚未完全降解，尚需进行等待降解，影响土地接茬耕作时间。而经过喷施降解液，可将地膜降解时间与玉米生长周期90天匹配上，达到加快降解，不影响土地接下来的耕作使用的目的，且本发明地膜均使玉米生育期缩短，并达到明显的增产效果。PBAT塑料薄膜降解时间只有84天，其覆盖的玉米生长周期相对于玉米120天的生长周期来说缩短了，但由于降解太快，不能满足玉米的生长温湿度需要，其增产效果相对较少。本实施例中，普通的PBAT和PE共混改性薄膜，均能满足若缩短玉米生长周期达到增产的目的，但是不喷施降解液无法完全降解，而喷施了降解液其降解周期也长达209天，远超玉米生长周期，影响土地的接茬耕作使用。

本实施例中还考察了各实验组土壤中塑料残留情况，本实施例采用油提法进行检测，对各实验地块分别随机多点取样，然后将样品分别混合，称取等量的土壤样品经H₂O₂消解纯化后与水、菜籽油充分混合，直到油、水和矿物完全分开，检测油层是否萃取到的微塑料。结果如表2所示：

表2. 各实验组土壤中微塑料检测结果

上述土壤中塑料残留情况结果表明，本发明地膜降解后与PBAT一样，无任何残留，充分保证了作物生长安全，具有良好的绿色环保价值。而普通的PBAT和PE共混改性薄膜即便喷施了降解液，也存在一定的残留，需要进一步的处理。

综上而言，首先，本发明PBAT基生物降解地膜包括基底层、支撑层和加强层，其中，底层的基底层为改性淀粉和PBAT复合改性材料，该面接触地面使用，其中的改性淀粉可被土壤中的自然存在的微生物代谢，自下向上使地膜体系逐步崩裂，促进地膜分解。地膜中间的支撑层为PBAT、PE、改性淀粉共混材料，PBAT和PE共混保证地膜的韧性、气密性和防水性，保证作物生长所需的温湿度，同时其作为支撑层是地膜达到较好的机械强度，适用地膜使用过程中的农艺操作，适应各种地形覆盖；且在地膜分解过程中，PBAT和PE共混体系间嵌入的改性淀粉也可被微生物降解，进一步加快降解速度。地膜表层的加强层为PE与少量PBAT混合或不含PBAT的薄膜层，该层是为了进一步保证地膜整体的气密性和防水性，同时为了防止地膜降解过快，充分保证地膜覆盖能达到作物对温湿度的需求。

其次，本发明PBAT基生物降解地膜的制备方法，将PBAT和PE粒料粉碎后与改性淀粉混合，粉碎后的PBAT和PE材料比表面积增大，在混炼改性时，其分子端的氢键更容易与改性淀粉的氢键形成力作用体系，降低改性温度，达到节能环保的目的；其次，本发明的改性淀粉采用为端羟基超支化聚酯与食用淀粉混炼制备的热塑性淀粉，超支化聚酯的加入不仅使淀粉具有热塑性，也使淀粉支链和氢键丰富，使其与PBAT和PE更好的结合，进而促进PBAT和PE的相容性，使制备的薄膜在户外环境下不容易相分离，保证薄膜的理化性质。

再次，本发明PBAT基生物降解地膜的使用方法，首次提出通过结合农作物的生长周期喷施塑料地膜降解液，达到有效控制地膜降解时间与作物生长周期匹配，保证作物生长对温湿需求的同时，合理安排地膜节点降解，达到不影响土地的接茬耕作，杜绝地膜残留形成微塑料进入水土，达到地膜降解时间可控，并可完全降解，达到绿色环保的目的。

并且本发明中塑料地膜降解液配合地膜的结构，结合作物的农艺栽培模型，达到有效控制地膜降解时间与作物生长周期匹配的目的。降解液A剂为聚氧化铝，使地膜表层的PE在受到光照作用时降解，解决PE降解时间长的问题；降解液B剂为贝莱斯芽孢杆菌，其能够在PE表面定殖，进一步使地膜表层和中间层中的PE劣化分解，进而达到完全降解的目的；降解液C剂为酵母菌，其可将体系中嵌入的改性淀粉降解；通过喷施地膜降解液的量和次数，结合地膜性能检测，进一步控制地膜的降解程度，并结合温湿度传感设备达到控制地膜降解时间与作物生长周期匹配，具有非常好的应用前景及经济价值。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非只包含一个的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种降解可控的PBAT基生物降解地膜，其特征在于：该地膜包括基底层、支撑层和加强层；

所述基底层的组分按重量份数计包括：PBAT 10～30份，改性淀粉3～10份；

所述支撑层的组分按重量份数计包括：PBAT 60～90份，PE 18～36份，改性淀粉10～15份；

所述加强层的组分按重量份数计包括：PBAT 0～10份，PE 60～80份，改性淀粉0～5份；

所述改性淀粉均为端羟基超支化聚酯与食用淀粉混炼制备的热塑性淀粉；

所述基底层、支撑层和加强层通过多层共挤吹膜设备挤出复合在一起。

2.根据权利要求1所述的降解可控的PBAT基生物降解地膜，其特征在于：所述基底层、支撑层、加强层的厚度比为1:3～5:0.2～0.5。

3.根据权利要求1所述的降解可控的PBAT基生物降解地膜，其特征在于：所述食用淀粉为马铃薯淀粉、红薯淀粉、木薯粉或绿豆粉中的一种；其与端羟基超支化聚酯混炼的混合质量比为3:1。

4.一种根据权利要求1-3任意一项所述的降解可控的PBAT基生物降解地膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

1）将PBAT、PE粒料分别进行粉碎处理，获得PBAT粉剂和PE粉剂，备用；

2）将食用淀粉与端羟基超支化聚酯按照规定的重量比混合后于混炼机中混炼改性，获得热塑性淀粉，经剪切分散后备用；

3）按照基底层、支撑层和加强层组分配方分别称取PBAT粉剂和/或PE粉剂与改性淀粉高温熔融混合混匀，获得改性基料；

4）将各层熔融后的改性基料引入多层共挤吹膜机，进行吹膜共挤出，经吹胀、冷却定型、剖切、牵引后收卷，获得降解可控的PBAT基生物降解地膜。

5.根据权利要求4所述的降解可控的PBAT基生物降解地膜的制备方法，其特征在于：步骤1）中所述PBAT粉剂和PE粉剂的粒径规格为小于100μm；步骤2）中所述食用淀粉与端羟基超支化聚酯混炼改性的温度为130～160℃；获得的热塑性淀粉剪切分散的颗粒粒径规格为小于20μm。

6.根据权利要求4所述的降解可控的PBAT基生物降解地膜的制备方法，其特征在于：步骤3）中，基底层PBAT粉剂和改性淀粉高温混合的温度为105～130℃；支撑层PBAT粉剂、PE粉剂和改性淀粉高温混合的温度为110～160℃；加强层PBAT粉剂、PE粉剂和改性淀粉高温混合的温度为130～205℃；步骤4）中，各层吹膜共挤出的参数为：

基底层螺杆料筒温度为185～190℃；

支撑层螺杆料筒温度为205～210℃；

加强层螺杆料筒温度为215～225℃；

模头流道温度为210℃；

风冷温度5～225℃；

基底层、支撑层、加强层吹胀的厚度比为：1:3～5:0.2～0.5；

冷凝线长度为300～500mm。

7.一种根据权利要求1-3任意一项所述的降解可控的PBAT基生物降解地膜的使用方法，其特征在于：步骤如下：

1）根据所种植的作物农艺操作要求，将权利要求1-3任意一项所述的降解可控的全生物降解地膜铺设在田中，基底层接触地面，田间预设温湿度采样点；

2）观测作物生长发育情况，结合作物栽培模型根据作物生长对温湿的需求，分阶段多次喷施塑料地膜降解液；

3）检测地膜降解情况，调整施塑料地膜降解液的喷施量及喷施次数；

4）收割作物后，再次喷施地膜降解液，并检测土壤中塑料残留量，确保地膜完全降解。

8.根据权利要求7所述的降解可控的PBAT基生物降解地膜的使用方法，其特征在于：步骤2）所述的塑料地膜降解液包括A剂、B剂和C剂；

所述A剂为聚氧化铝；

所述B剂为贝莱斯芽孢杆菌粉；

所述C剂为干酵母。

9.根据权利要求8所述的降解可控的PBAT基生物降解地膜的使用方法，其特征在于：所述的塑料地膜降解液的施用方式为：

2-1）选择晴天的早晨，取组合物A中的聚氧化铝，与常温水按1/3的重量比边搅拌边投加，至完全溶解后，再加水稀释到浓度为100～500mg/L，制成母液A，备用；使用时，每1升母液A加水50升进行稀释，用稀释液对铺设在田间的地膜均匀喷施；

2-2）选择晴天的傍晚，将贝莱斯芽孢杆菌粉活化，具体为按照菌:红糖水按质量体积比5:25的比例浸泡两个小时以上，浸泡时用进行曝气，获得活化贝莱斯芽孢杆菌液；取活化贝莱斯芽孢杆菌液按体积比1:50兑水稀释，得稀释贝莱斯芽孢杆菌液；在聚氧化铝喷施一周后，用上述稀释贝莱斯芽孢杆菌液均匀喷施地膜；

2-3）选择晴天的傍晚，取的淀粉每50g加入2升纯水使其充分溶解，然后加入2g发酵菌剂，制成酵母菌液，备用；在喷施贝莱斯芽孢杆菌一周后，每1升酵母菌液加水30升进行稀释，用稀释液对铺设在田间的地膜均匀喷施。