CN116023770A - 一种可控生物降解地膜及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可控生物降解地膜及其制造方法，涉及塑料膜技术领域。一种可控生物降解地膜及其制造方法，由以下重量份的原料制成：80‑90份的聚乳酸全降解塑料母料、5‑10份的乳酸、0.5‑1.5份的糖、0.5‑1.5份的增稠剂、0.1‑1份的有机盐和20‑80份的水，所述聚乳酸全降解塑料母料由以下重量份的原料制成：60‑80份的聚乳酸。本发明通过地膜的厚度以及其表面涂覆凝胶的涂覆量，可以控制后续使用过程中营养层的厚度以及其内部营养物质的含量，进而能够通过其控制后续使用过程中菌种的繁殖速度，再搭配不同厚度的地膜，进而能够实现该发明的可控生物降解地膜降解时间可控，进而可针对其生产出不同降解时间的地膜，提高其市场竞争力。
Description
技术领域
本发明涉及塑料膜技术领域，具体为一种可控生物降解地膜及其制造方法。
背景技术
农用地膜即地面覆盖薄膜，通常是透明或黑色PE薄膜，也有绿、银色薄膜，用于农业地面覆盖，地膜不仅能够提高地温、保水、保土、保肥提高肥效，而且还有灭草、防病虫、防旱抗涝、抑盐保苗、改进近地面光热条件、使产品卫生清洁等多项功能。
虽然农用地膜的使用，有效的控制了土壤的温度和湿度，减少了水分和营养物的流失，促进了农作物的高产和稳产，从而增加了农业生产效益，但与此同时，由于地膜的一次性使用，每年都会有大量的残膜留在土壤里，塑料地膜在自然界中很难降解，这些地膜碎片可在土壤中形成阻隔层，使土壤中的水、气、肥等流动受阻，造成土壤结构板结，严重危害生态环境，造成白色污染，为此市面上出现了生物降解地膜，但是目前大部分的生物降解地膜其降解的时间不能进行精准的控制，因此在进行农作物种植时，不能针对不同农作物的生长周期选择有针对性的生物降解地膜，为此提出一种可控生物降解地膜及其制造方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可控生物降解地膜及其制造方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种可控生物降解地膜，由以下重量份的原料制成：80-90份的聚乳酸全降解塑料母料、5-10份的乳酸、0.5-1.5份的糖、0.5-1.5份的增稠剂、0.1-1份的有机盐和20-80份的水，所述聚乳酸全降解塑料母料由以下重量份的原料制成：60-80份的聚乳酸、30-40份的改性淀粉、0.5-2.0份的润滑剂、3-6份的甘油和0.2-1.0份的脂肪酸酯。
本技术方案中优选的，所述润滑剂采用植物油，所述植物油为大豆油、花生油、菜籽油、橄榄油和玉米油中的一种或者多种的混合物。
本技术方案中优选的，所述改性淀粉采用偏磷酸钠交联改性并经过硅烷偶联剂进行表面处理。
本技术方案中优选的，所述增稠剂为素纳、琼脂、黄原胶和卡拉胶中的任意一种或者多种的混合物。
本技术方案中优选的，所述糖为蔗糖或者乳糖中的任意一种。
本技术方案中优选的，所述有机盐为乙酸钠、柠檬酸氢二铵、磷酸氢二钾、硫酸镁和硫酸锰中的任意一种或者多种的混合物。
其制造步骤如下：
S1：将聚乳酸和改性淀粉通过低速搅拌机混合后，得到混合物A，再将混合物A、润滑剂、甘油和脂肪酸酯通过高速搅拌机混合均匀后，得到混合物 B；
S2：将乳酸、糖、增稠剂、有机盐和水混合均匀后得到涂覆凝胶；
S3：将混合物B通过双螺杆挤出机造粒后得到聚乳酸全降解塑料母料；
S4：将聚乳酸全降解塑料母料通过吹膜机吹成薄膜，同时通过薄膜涂覆机将涂覆凝胶涂覆在薄膜表面，得到半成品降解地膜；
S5：通过鼓风式烘干机将半成品降解地膜烘干后，并卷绕成卷，得到成品可控生物降解地膜。
本技术方案中优选的，S1步骤中低速搅拌机的搅拌速度为20-40r/min，其搅拌时间为30-60min，高速搅拌机的搅拌速度为600-1000r/min，其搅拌时间为40-60s。
本技术方案中优选的，S4步骤中吹塑成型的薄膜厚度控制为0.005-0.015mm，其涂覆的涂覆量控制为6-12g/m。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
该可控生物降解地膜，通过在地膜的表面涂覆凝胶的方式，使得在地膜的表面能够形成利于筛选土壤中能分解乳酸的菌群，当在使用此生物降解地膜时，该地膜会大量的吸水，吸收的水分能够促进地膜的分解，同时吸收的水分能够与凝胶层形成湿润的营养层，进而通过营养层能够迅速并大量的繁殖出能够分解聚乳酸，进而能够促进该生物降解地膜的降解。
该可控生物降解地膜，通过地膜的厚度以及其表面涂覆凝胶的涂覆量，可以控制后续使用过程中营养层的厚度以及其内部营养物质的含量，进而能够通过其控制后续使用过程中菌种的繁殖速度，再搭配不同厚度的地膜，进而能够实现该发明的可控生物降解地膜降解时间可控，进而可针对其生产出不同降解时间的地膜，提高其市场竞争力。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
本实施例提供一种可控生物降解地膜，其由以下重量份的原料制成：85 份的聚乳酸全降解塑料母料、8份的乳酸、1.0份的糖、1.0份的增稠剂、0.5 份的有机盐和40份的水，所述聚乳酸全降解塑料母料由以下重量份的原料制成：70份的聚乳酸、30份的改性淀粉、1.2份的润滑剂、4份的甘油和0.5 份的脂肪酸酯，本实施例中的润滑剂采用植物油，该植物油为大豆油、花生油、菜籽油、橄榄油和玉米油中价格相对较为便宜的菜籽油，本实施例中的改性淀粉采用偏磷酸钠交联改性并经过硅烷偶联剂进行表面处理，本实施例中的糖，采用乳糖，本实施例中的有机盐为乙酸钠、柠檬酸氢二铵、磷酸氢二钾、硫酸镁和硫酸锰的混合物，其质量比依次为，80:200:80：8：1。
本技术方案中优选的，所述有机盐为中的任意一种或者多种的混合物。
其制造步骤如下：
S1：将聚乳酸和改性淀粉通过低速搅拌机混合后，得到混合物A，再将混合物A、润滑剂、甘油和脂肪酸酯通过高速搅拌机混合均匀后，得到混合物 B，其中低速搅拌机的搅拌速度为30r/min，其搅拌时间为30min，高速搅拌机的搅拌速度为800r/min，其搅拌时间为50s；
S2：将乳酸、糖、增稠剂、有机盐和水混合均匀后得到涂覆凝胶；
S3：将混合物B通过双螺杆挤出机造粒后得到聚乳酸全降解塑料母料；
S4：将聚乳酸全降解塑料母料通过吹膜机吹成薄膜，薄膜厚度控制为 0.010mm，同时通过薄膜涂覆机将涂覆凝胶涂覆在薄膜表面，涂覆量控制为 8g/m2，得到半成品降解地膜；
S5：通过鼓风式烘干机将半成品降解地膜烘干后，并卷绕成卷，得到成品可控生物降解地膜。
实施例二：
本实施例提供一种可控生物降解地膜，其由以下重量份的原料制成：85 份的聚乳酸全降解塑料母料、8份的乳酸、1.0份的糖、2.0份的增稠剂、0.5 份的有机盐和60份的水，所述聚乳酸全降解塑料母料由以下重量份的原料制成：70份的聚乳酸、30份的改性淀粉、1.2份的润滑剂、4份的甘油和0.5 份的脂肪酸酯，本实施例中的润滑剂采用植物油，该植物油为大豆油、花生油、菜籽油、橄榄油和玉米油中价格相对较为便宜的菜籽油，本实施例中的改性淀粉采用偏磷酸钠交联改性并经过硅烷偶联剂进行表面处理，本实施例中的糖，采用乳糖，本实施例中的有机盐为乙酸钠、柠檬酸氢二铵、磷酸氢二钾、硫酸镁和硫酸锰的混合物，其质量比依次为，80:200:80：8：1。
本技术方案中优选的，所述有机盐为中的任意一种或者多种的混合物。
其制造步骤如下：
S1：将聚乳酸和改性淀粉通过低速搅拌机混合后，得到混合物A，再将混合物A、润滑剂、甘油和脂肪酸酯通过高速搅拌机混合均匀后，得到混合物 B，其中低速搅拌机的搅拌速度为30r/min，其搅拌时间为30min，高速搅拌机的搅拌速度为800r/min，其搅拌时间为50s；
S2：将乳酸、糖、增稠剂、有机盐和水混合均匀后得到涂覆凝胶；
S3：将混合物B通过双螺杆挤出机造粒后得到聚乳酸全降解塑料母料；
S4：将聚乳酸全降解塑料母料通过吹膜机吹成薄膜，薄膜厚度控制为 0.010mm，同时通过薄膜涂覆机将涂覆凝胶涂覆在薄膜表面，涂覆量控制为 8g/m2，得到半成品降解地膜；
S5：通过鼓风式烘干机将半成品降解地膜烘干后，并卷绕成卷，得到成品可控生物降解地膜。
实施例三：
本实施例提供一种可控生物降解地膜，其由以下重量份的原料制成：85 份的聚乳酸全降解塑料母料、8份的乳酸、1.0份的糖、1.0份的增稠剂、0.5 份的有机盐和20份的水，所述聚乳酸全降解塑料母料由以下重量份的原料制成：70份的聚乳酸、30份的改性淀粉、1.2份的润滑剂、4份的甘油和0.5 份的脂肪酸酯，本实施例中的润滑剂采用植物油，该植物油为大豆油、花生油、菜籽油、橄榄油和玉米油中价格相对较为便宜的菜籽油，本实施例中的改性淀粉采用偏磷酸钠交联改性并经过硅烷偶联剂进行表面处理，本实施例中的糖，采用乳糖，本实施例中的有机盐为乙酸钠、柠檬酸氢二铵、磷酸氢二钾、硫酸镁和硫酸锰的混合物，其质量比依次为，80:200:80：8：1。
本技术方案中优选的，所述有机盐为中的任意一种或者多种的混合物。
其制造步骤如下：
S1：将聚乳酸和改性淀粉通过低速搅拌机混合后，得到混合物A，再将混合物A、润滑剂、甘油和脂肪酸酯通过高速搅拌机混合均匀后，得到混合物B，其中低速搅拌机的搅拌速度为30r/min，其搅拌时间为30min，高速搅拌机的搅拌速度为800r/min，其搅拌时间为50s；
S2：将乳酸、糖、增稠剂、有机盐和水混合均匀后得到涂覆凝胶；
S3：将混合物B通过双螺杆挤出机造粒后得到聚乳酸全降解塑料母料；
S4：将聚乳酸全降解塑料母料通过吹膜机吹成薄膜，薄膜厚度控制为 0.010mm，同时通过薄膜涂覆机将涂覆凝胶涂覆在薄膜表面，涂覆量控制为 8g/m2，得到半成品降解地膜；
S5：通过鼓风式烘干机将半成品降解地膜烘干后，并卷绕成卷，得到成品可控生物降解地膜。
实施例四：
本实施例提供一种可控生物降解地膜，其由以下重量份的原料制成：85 份的聚乳酸全降解塑料母料、8份的乳酸、1.0份的糖、1.0份的增稠剂、0.5 份的有机盐和40份的水，所述聚乳酸全降解塑料母料由以下重量份的原料制成：70份的聚乳酸、30份的改性淀粉、1.2份的润滑剂、4份的甘油和0.5 份的脂肪酸酯，本实施例中的润滑剂采用植物油，该植物油为大豆油、花生油、菜籽油、橄榄油和玉米油中价格相对较为便宜的菜籽油，本实施例中的改性淀粉采用偏磷酸钠交联改性并经过硅烷偶联剂进行表面处理，本实施例中的糖，采用乳糖，本实施例中的有机盐为乙酸钠、柠檬酸氢二铵、磷酸氢二钾、硫酸镁和硫酸锰的混合物，其质量比依次为，80:200:80：8：1。
本技术方案中优选的，所述有机盐为中的任意一种或者多种的混合物。
其制造步骤如下：
S1：将聚乳酸和改性淀粉通过低速搅拌机混合后，得到混合物A，再将混合物A、润滑剂、甘油和脂肪酸酯通过高速搅拌机混合均匀后，得到混合物B，其中低速搅拌机的搅拌速度为30r/min，其搅拌时间为30min，高速搅拌机的搅拌速度为800r/min，其搅拌时间为50s；
S2：将乳酸、糖、增稠剂、有机盐和水混合均匀后得到涂覆凝胶；
S3：将混合物B通过双螺杆挤出机造粒后得到聚乳酸全降解塑料母料；
S4：将聚乳酸全降解塑料母料通过吹膜机吹成薄膜，薄膜厚度控制为 0.010mm，同时通过薄膜涂覆机将涂覆凝胶涂覆在薄膜表面，涂覆量控制为 12g/m2，得到半成品降解地膜；
S5：通过鼓风式烘干机将半成品降解地膜烘干后，并卷绕成卷，得到成品可控生物降解地膜。
其中实施例一至实施例四中，在制作利用双螺杆挤出机制作聚乳酸全降解塑料母料和利用吹膜机吹膜前均需要采用真空干燥箱分别对混合物A和聚乳酸全降解塑料母料进行烘干处理，其烘干的温度为60℃，其烘干的时间为24 小时。
对比实验：
1)实验室失重法测定降解性能：
准备25个容积为2000ml的堆肥带盖容器，向其内部装入2kg的标准土壤，并在土壤中接种入混合菌种50ml，搅拌均匀后，以每5个容器为一组，分别取实施例一至实施例四中的地膜和普通的聚乳酸地膜(每种地膜各取5 块，每块地膜面积为1平方米左右)埋入五组堆肥带盖容器，其中埋入普通的聚乳酸地膜的堆肥带盖容器作为空白例一，在32℃的环境下进行培养，每隔1个月将试样取出后进行洗涤、干燥、称重并计算其失重，直至地膜消失不见，无法取出为止，计算失重时，当每组组内之间的测试结果误差超过 10％，则剔除此数据，计算并记录其有效结果的平均值。
其失重率的计算公式为：W＝(W1-W2)/W1*100
其中，W为试样失重率(％)；
W1为试样实验前的重量(g)；
W2为试样实验后的重量(g)。
其具体的检测结果如表1所示：
表1单位：％
| 失重率 | 第1月 | 第2月 | 第3月 | 第4月 | 第5月 | 第6月 |
| 实施例一 | 20 | 48 | 95 | 100 | / | / |
| 实施例二 | 13 | 28 | 54 | 100 | / | / |
| 实施例三 | 45 | 86 | 100 | / | / | / |
| 实施例四 | 36 | 74 | 100 | / | / | / |
| 空白例一 | 2 | 3 | 5 | 5 | 10 | 12 |
2)实验室二氧化碳释放量测定降解性能：
准备18个容积为1000ml的堆肥带盖容器，其中每3个带盖容器为一组，共为6组，依次在每个容器中分别添加入120g总干固体的腐熟堆肥,通过加水使堆肥的水分含量约为持水率的110％，混合均匀后,在室温下放置24h,然后再在58℃培养24h，加入与腐熟堆肥相同体积的海沙(干重约640g),混合均匀，加入前将海沙的水分含量调节为15％(海沙的持水量)，加入20g六水合磷酸镁铵作为氮源，将混合物装入堆肥生物反应器,58℃培养一周，为维持曝气条件,并使多余水分蒸发,每天将混合物搅拌数次,一次10min，一周后,将混合物的水分含量调整到持水量的90％，混合物的最终质量应为1100g,依次向其中4组的混合物中加入30g(干重)的实施例一至实施例四中的地膜，并混合均匀，另一组不添加任何物质作为空白例一，最后一组添加30g(干重)的普通聚乳酸地膜。
将堆肥容器放置在58℃士2℃的试验环境中,用水饱和、没有二氧化碳的空气进行曝气，通过调节使通过每个堆肥容器的空气流量相同,并在 10mL/min-30mL/min应当采用足够大的空气流量,以保证在整个试验期间每一个堆肥容器都能维持曝气条件，应当定期用洗瓶或皂泡流量计检查每一个出口的空气流量参比材料的处理方法与试验材料的处理方法相同，空白容器只含接种物和海沙，空白容器与试验材料容器中接种物和海沙的量应当相等。
其二氧化碳理论释放量的计算公式为：
m(ThCO2)＝m*ωc*44/12
其中m为试验容器中试验材料的质量,单位为克(g)；
ωc为试验材料的碳含量,由化学式或元素分析得出,以质量分数表示；
44和12分别表示二氧化碳的分子量和碳的原子量。
其生物分解百分率的计算公式为：
Dt＝(∑m(CO2)t T-∑m(CO2)t B)/m(ThCO2)*100
其中∑m(CO2)t T为试验开始到时间t时,每个试验容器VT累计放出的二氧化碳量,单位为克(g)；
∑m(CO2)t B为试验开始到时间t时,每个空白容器VB累计放出的二氧化碳量平均值(三组空白容器的平均值),单位为克(g)；
m(ThCO2)为每个容器试验材料产生的二氧化碳理论释放量,单位为克 (g)。
在测试时每隔一周测试一次生物分解百分率，直至其生物分解百分率超过90％时，终止实验，其检测结果如表2所示：
表2单位：％
3)室外田间覆盖实验：
室外田间覆盖实验是在种植作物的条件下，实际的观测地膜降解过程的方法，此实验结果能够直接的反应地膜的实际使用情况，但是由于各地的土壤以及气候的差异，因此此实验只能够进行相对比较，其具体的实验方法如下：
试验地选取北方温度差异变化较大的北方土地，实验以小块区域为单位，小块区域长度为10米，其宽度控制为30cm，以种植花生苗为例，选取四块相邻的小块区域，分别使用实施例一至实施例四当中的地膜进行覆膜实验，观察地膜经历的五个阶段变化，并记录其对应时间，其五个阶段变化分别为，第一阶段：诱导期结束，地膜开始出现自然1-2cm微小裂口；第二阶段：出现20-50cm裂缝；第三阶段：出现大量的20-50cm裂缝；第四阶段：地膜均匀碎裂，无大块完整地膜；第五阶段：垄面无地膜存在。其具体的实验结果如表3所示：
表3单位：天
| 时间 | 第一阶段 | 第二阶段 | 第三阶段 | 第四阶段 | 第五阶段 |
| 实施例一 | 30 | 61 | 88 | 120 | 163 |
| 实施例二 | 45 | 73 | 98 | 140 | 185 |
| 实施例三 | 20 | 38 | 63 | 80 | 98 |
| 实施例四 | 25 | 50 | 70 | 96 | 120 |
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种可控生物降解地膜，其特征在于，由以下重量份的原料制成：80-90份的聚乳酸全降解塑料母料、5-10份的乳酸、0.5-1.5份的糖、0.5-1.5份的增稠剂、0.1-1份的有机盐和20-80份的水，所述聚乳酸全降解塑料母料由以下重量份的原料制成：60-80份的聚乳酸、30-40份的改性淀粉、0.5-2.0份的润滑剂、3-6份的甘油和0.2-1.0份的脂肪酸酯。
2.根据权利要求1所述的一种可控生物降解地膜，其特征在于，所述润滑剂采用植物油，所述植物油为大豆油、花生油、菜籽油、橄榄油和玉米油中的一种或者多种的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种可控生物降解地膜，其特征在于，所述改性淀粉采用偏磷酸钠交联改性并经过硅烷偶联剂进行表面处理。
4.根据权利要求1所述的一种可控生物降解地膜，其特征在于，所述增稠剂为素纳、琼脂、黄原胶和卡拉胶中的任意一种或者多种的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种可控生物降解地膜，其特征在于，所述糖为蔗糖或者乳糖中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的一种可控生物降解地膜，其特征在于，所述有机盐为乙酸钠、柠檬酸氢二铵、磷酸氢二钾、硫酸镁和硫酸锰中的任意一种或者多种的混合物。
7.一种可控生物降解地膜的制造方法，其特征在于，其制造步骤如下：
S1：将聚乳酸和改性淀粉通过低速搅拌机混合后，得到混合物A，再将混合物A、润滑剂、甘油和脂肪酸酯通过高速搅拌机混合均匀后，得到混合物B；
S2：将乳酸、糖、增稠剂、有机盐和水混合均匀后得到涂覆凝胶；
S3：将混合物B通过双螺杆挤出机造粒后得到聚乳酸全降解塑料母料；
S4：将聚乳酸全降解塑料母料通过吹膜机吹成薄膜，同时通过薄膜涂覆机将涂覆凝胶涂覆在薄膜表面，得到半成品降解地膜；
S5：通过鼓风式烘干机将半成品降解地膜烘干后，并卷绕成卷，得到成品可控生物降解地膜。
8.根据权利要求7所述的一种可控生物降解地膜的制造方法，其特征在于，S1步骤中低速搅拌机的搅拌速度为20-40r/min，其搅拌时间为30-60min，高速搅拌机的搅拌速度为600-1000r/min，其搅拌时间为40-60s。
9.根据权利要求7所述的一种可控生物降解地膜的制造方法，其特征在于，S4步骤中吹塑成型的薄膜厚度控制为0.005-0.015mm，其涂覆的涂覆量控制为6-12g/m。
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|---|---|---|---|
| CN202111249944.9A CN116023770A (zh) | 2021-10-26 | 2021-10-26 | 一种可控生物降解地膜及其制造方法 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024047629A1 (en) * | 2022-08-28 | 2024-03-07 | Icl Europe Cooperatief U.A. | A biodegradable mulch film comprising a sulphate mineral |
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2021
- 2021-10-26 CN CN202111249944.9A patent/CN116023770A/zh active Pending
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| WO2024047629A1 (en) * | 2022-08-28 | 2024-03-07 | Icl Europe Cooperatief U.A. | A biodegradable mulch film comprising a sulphate mineral |
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