CN116200019A - 一种降解地膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种降解地膜及其制备方法，属于农用地膜技术领域，以重量份数计，所述降解地膜包括以下组分：聚乳酸70～95份、改性淀粉20～35份、核桃壳粉1～10份、增塑剂0.5～2份和相容剂0.1～1.5份。本发明首次采用核桃壳粉作为填料，将其加入到以聚乳酸和改性淀粉作为复合基体材料中，克服了纯聚乳酸脆性严重的缺陷，得到一种高韧性和力学性能优异的全降解地膜。同时，聚乳酸和改性淀粉的配比适宜，使得降解地膜的降解周期长，能够满足大多数农作物的生长需求。

Description

一种降解地膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及农用地膜技术领域，具体而言，涉及一种降解地膜及其制备方法。
背景技术
农用地膜是现代农业生产的重要生产资料，不仅具有保湿、保水、保肥、防虫、抑草等功能，还可以保持土壤水分、提高水分利用率，同时改善农作物生长环境，提高农作物产量及农业效益，因此应用较为广泛。目前，生物降解地膜大多以聚(己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯)(PBAT)作为基体材料，但此类生物降解地膜使用时存在着降解速度快的问题，其在使用60～75天内就会降解，难以满足长生长周期农作物的实际使用需求。
与传统的石油基塑料不同，聚乳酸(PLA)是由植物淀粉发酵而得的乳酸聚合而成，这是一种可再生资源，并且具有生物降解特性，使其成为最有前途的生物医学、食品包装和农业废旧产品的候选材料。但是，在加工过程中PLA的低抗冲击性、低结晶速率和脆性等特性大大限制了其应用。
因此，在石油能源日趋紧张和环境日益恶化的情势下，开发一种以聚乳酸为基体材料且力学性能优异的全降解地膜显得十分地有意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种降解地膜及其制备方法，以解决现有聚乳酸基降解地膜存在力学性能差及生物降解地膜的降解周期无法满足植物实际的生长使用需求的技术问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种降解地膜，以重量份数计，所述降解地膜包括以下组分：
聚乳酸70～95份、改性淀粉20～35份、核桃壳粉1～10份、增塑剂0.5～2份和相容剂0.1～1.5份。
进一步地，所述聚乳酸和所述改性淀粉的重量份数之和X与所述核桃壳粉的重量份数Y满足关系式一；
所述关系式一：0.03≤Y/X≤0.06。
进一步地，以重量份数计，所述降解地膜包括以下组分：
聚乳酸80～90份、改性淀粉25～30份、核桃壳粉4～7份、增塑剂0.5～2份和相容剂0.1～1.5份。
进一步地，所述改性淀粉的制备方法包括：于持续剪切搅拌状态下，将淀粉进行微波处理所得；其中，微波功率为1800～2000W，时间为5～10s。
进一步地，所述淀粉包括玉米淀粉、小麦淀粉、马铃薯淀粉和木薯淀粉中的至少一种。
进一步地，所述核桃壳粉的粒径为50～100目。
进一步地，所述增塑剂是由重量比为5:1环氧大豆油和环氧化亚麻籽油组成。
进一步地，所述相容剂为马来酸酐接枝相容剂。
第二方面，本申请实施例提供了第一方面所述的降解地膜的制备方法，所述制备方法包括：
将聚乳酸、改性淀粉、核桃壳粉、增塑剂和相容剂进行搅拌混合，得到预混料；
将所述预混料加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，得到成膜母粒；
将所述成膜母粒加入吹膜机中进行吹塑成膜，得到降解地膜。
进一步地，所述双螺杆挤出机的工作参数包括：机头温度为165～180℃，螺杆转速为200～300rpm；所述吹膜机的工作参数包括：主机螺杆转速为100～260rpm，牵引速度为20～45m/min，吹胀比为2～4。
相较于现有技术，本申请实施例提供的上述方案至少具有以下有益效果：
本申请实施例提供了一种降解地膜，该降解地膜具体为一种全降解地膜，首次采用核桃壳粉作为填料，将其加入到以聚乳酸和改性淀粉作为复合基体材料中，克服了纯聚乳酸脆性严重的缺陷，得到一种高韧性和力学性能优异的全降解地膜。同时，聚乳酸和改性淀粉的配比适宜，使得降解地膜的降解周期长，能够满足大多数农作物的生长需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本发明实施例提供的一种降解地膜的制备方法流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考具体实施例来详细说明本发明。
本发明实施例提供的技术方案的总体思路如下：
第一方面，本申请实施例提供了一种降解地膜，以重量份数计，所述降解地膜包括以下组分：
聚乳酸70～95份、改性淀粉20～35份、核桃壳粉1～10份、增塑剂0.5～2份和相容剂0.1～1.5份。
本申请实施例提供了一种降解地膜，该降解地膜具体为一种全降解地膜，首次采用核桃壳粉作为填料，将其加入到以聚乳酸和改性淀粉作为复合基体材料中，克服了纯聚乳酸脆性严重的缺陷，得到一种高韧性和力学性能优异的全降解地膜。同时，聚乳酸和改性淀粉的配比适宜，使得降解地膜的降解周期长，能够满足大多数农作物的生长需求。
在一些具体实施例中，聚乳酸的重量份数可为70份、71份、72份、73份、74份、75份、76份、77份、78份、79份、80份、81份、82份、83份、84份、85份、86份、87份、88份、89份、90份、91份、92份、93份、94份、95份等。
在一些具体实施例中，改性淀粉的重量份数可为20份、21份、22份、23份、24份、25份、26份、27份、28份、29份、30份、31份、32份、33份、34份、35份等。
在一些具体实施例中，核桃壳粉的重量份数可为1份、2份、3份、4份、5份、6份、7份、8份、9份、10份等。
在一些具体实施例中，增塑剂的重量份数可为0.5份、0.6份、0.7份、0.8份、0.9份、1.0份、1.1份、1.2份、1.3份、1.4份、1.5份、1.6份、1.7份、1.8份、1.9份、2.0份等。
在一些具体实施例中，相容剂的重量份数可为0.1份、0.2份、0.3份、0.4份、0.5份、0.6份、0.7份、0.8份、0.9份、1.0份、1.1份、1.2份、1.3份、1.4份、1.5份等。
作为本申请实施例的一种实施方式，所述聚乳酸和所述改性淀粉的重量份数之和X与所述核桃壳粉的重量份数Y满足关系式一；
所述关系式一：0.03≤Y/X≤0.06。
本申请中“Y/X”表示为“Y除以X的商”，具体是指“所述核桃壳粉的重量份数Y”除以“所述聚乳酸和所述改性淀粉的重量份数之和X”的值。
本申请通过进一步地用量筛选实验发现，核桃壳粉的添加量为聚乳酸和述改性淀粉两者总重量的3wt％～6wt％时，所得降解地膜的综合性能佳。
在一些具体实施例中，“Y/X”的值可为0.03、0.04、0.05和0.06等。
作为本申请实施例的一种实施方式，以重量份数计，所述降解地膜包括以下组分：
聚乳酸80～90份、改性淀粉25～30份、核桃壳粉4～7份、增塑剂0.5～2份和相容剂0.1～1.5份。
本申请控制各组分用量为上述配比时，所得的降解地膜的综合性能更佳。
作为本申请实施例的一种实施方式，所述改性淀粉的制备方法包括：于持续剪切搅拌状态下，将淀粉进行微波处理所得；其中，微波功率为1800～2000W，时间为5～10s。
于持续剪切搅拌状态下，本申请采用超高功率的微波对淀粉进行微波改性处理，破坏淀粉颗粒的结构并使淀粉分子发生糊化，所得改性淀粉具有更好的机械性能和阻隔性能。
作为本申请实施例的一种实施方式，所述淀粉包括玉米淀粉、小麦淀粉、马铃薯淀粉和木薯淀粉中的至少一种。
本申请中可选用如玉米淀粉、小麦淀粉、马铃薯淀粉和木薯淀粉等淀粉作为改性淀粉的原料。
作为本申请实施例的一种实施方式，所述核桃壳粉的粒径为50～100目。
本申请控制所述核桃壳粉的粒径为50～100目时，获得的降解地膜的韧性更高。
作为本申请实施例的一种实施方式，所述增塑剂是由重量比为5:1环氧大豆油和环氧化亚麻籽油组成。
本申请选用重量比为5:1环氧大豆油和环氧化亚麻籽油组成的增塑剂，有利于整个混合物料的成膜性能，从而提高降解地膜的整体性能。
作为本申请实施例的一种实施方式，所述相容剂为马来酸酐接枝相容剂。
在一些具体实施例中，本申请相容剂可选用如PE-g-ST、PP-g-ST、ABS-g-MAH、PE-g-MAH、PP-g-MAH等马来酸酐接枝相容剂，有利于核桃壳粉填料与其他组分的相容性，从而提高降解地膜的整体性能。
第二方面，本申请实施例提供了第一方面所述的降解地膜的制备方法，如图1所示，所述制备方法包括：
将聚乳酸、改性淀粉、核桃壳粉、增塑剂和相容剂进行搅拌混合，得到预混料；
将所述预混料加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，得到成膜母粒；
将所述成膜母粒加入吹膜机中进行吹塑成膜，得到降解地膜。
本申请实施例提供了第一方面所述的降解地膜的制备方法，该制备方法操作简单，无需额外特种的设备，有利于工业化生产。同时由于该制备方法采用了上述第一方面所述的降解地膜的部分或全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
作为本申请实施例的一种实施方式，所述双螺杆挤出机的工作参数包括：机头温度为165～180℃，螺杆转速为200～300rpm；所述吹膜机的工作参数包括：主机螺杆转速为100～260rpm，牵引速度为20～45m/min，吹胀比为2～4。
在一些具体实施例中，双螺杆挤出机的机头温度可为165℃、166℃、167℃、168℃、169℃、170℃、171℃、172℃、173℃、174℃、175℃、176℃、177℃、178℃、179℃、180℃等，螺杆转速可为200rpm、210rpm、220rpm、230rpm、240rpm、250rpm、260rpm、270rpm、280rpm、290rpm、300rpm等。
在一些具体实施例中，吹膜机的主机螺杆转速优选为240rpm，牵引速度优选为25m/min，吹胀比优选为3。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1-6提供了一种降解地膜，以重量份数计(单位为g)，所述降解地膜包括以下组分：
聚乳酸70～95份、改性淀粉20～35份、核桃壳粉1～10份、增塑剂0.5～2份和相容剂0.1～1.5份；
其中，改性淀粉的制备方法包括：于持续剪切搅拌(600rpm)状态下，将木薯淀粉进行微波处理所得；其中，微波功率为1900W，时间为6s。
实施例1-6中各组分的具体用量如表1所示。其中，实施例1-6中的相容剂为PP-g-MAH；实施例1-6中的核桃壳粉的粒径为50～100目；实施例1-6中的增塑剂是由重量比为5:1环氧大豆油和环氧化亚麻籽油组成；Y为所述核桃壳粉的重量份数；X为所述聚乳酸和所述改性淀粉的重量份数之和；“Y/X”为“所述核桃壳粉的重量份数Y”除以“所述聚乳酸和所述改性淀粉的重量份数之和X”的值。
表1
序号 聚乳酸 改性淀粉 核桃壳粉 增塑剂 相容剂 Y/X
实施例1 70份 20份 1份 0.5份 0.1份 0.011
实施例2 95份 35份 10份 2份 1.5份 0.077
实施例3 70份 20份 5份 0.5份 0.1份 0.056
实施例4 80份 25份 4份 0.8份 1.0份 0.038
实施例5 90份 30份 7份 0.8份 1.0份 0.058
实施例6 85份 26份 5份 0.8份 1.0份 0.045
上述实施例1-6提供的降解地膜的制备方法，包括以下步骤：
将聚乳酸、改性淀粉、核桃壳粉、增塑剂和相容剂进行搅拌混合，得到预混料；
将所述预混料加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，得到成膜母粒；
将所述成膜母粒加入吹膜机中进行吹塑成膜，得到降解地膜；
其中，所述双螺杆挤出机的工作参数包括：机头温度为170℃，螺杆转速为240rpm；所述吹膜机的工作参数包括：主机螺杆转速为220rpm，牵引速度为25m/min，吹胀比为3。
实施例7
本例提供了一种降解地膜及其制备方法，其与实施例6的区别仅在于：核桃壳粉的目数为400～500目；其余步骤及参数均相同。
对比例1
本例提供了一种降解地膜及其制备方法，其与实施例6的区别仅在于：核桃壳粉用量调整为0份，(即未加入核桃壳粉)；其余步骤及参数均相同。
对比例2
本例提供了一种降解地膜及其制备方法，其与实施例6的区别仅在于：改性淀粉用量调整为0份，聚乳酸用量调整为111份(即全部以聚乳酸为基体原料)；其余步骤及参数均相同。
对比例3
本例提供了一种降解地膜及其制备方法，其与实施例6的区别仅在于：聚乳酸用量调整为50份，改性淀粉用量调整为50份(即调整聚乳酸和改性淀粉用量为1:1)；其余步骤及参数均相同。
对比例4
本例提供了一种降解地膜及其制备方法，其与实施例6的区别仅在于：改性淀粉调整为木薯淀粉，(即采用常规未改性淀粉，)；其余步骤及参数均相同。
对比例5
本例提供了一种降解地膜及其制备方法，其与实施例6的区别仅在于：改性淀粉制备过程中微波功率调整为600W，时间调整为10min；其余步骤及参数均相同。
测试例
本例将实施例1-7和对比例1-5所得的降解地膜进行性能测试，实施例1-7的力学性能的检测结果如表2所示，对比例1-5的力学性能的检测结果如表3所示，实施例1-7的120天内降解速实验检测结果表4所示。
表2
Figure BDA0004069903370000111
Figure BDA0004069903370000121
表3
Figure BDA0004069903370000122
表4
Figure BDA0004069903370000123
/>
Figure BDA0004069903370000131
综上所述，本申请实施例提供了一种降解地膜，该降解地膜具体为一种全降解地膜，首次采用核桃壳粉作为填料，将其加入到以聚乳酸和改性淀粉作为复合基体材料中，克服了纯聚乳酸脆性严重的缺陷，得到一种高韧性和力学性能优异的全降解地膜。同时，聚乳酸和改性淀粉的配比适宜，使得降解地膜的降解周期长，能够满足大多数农作物的生长需求。
本申请的各种实施例可以一个范围的形式存在；应当理解，以一范围形式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本申请范围的硬性限制；因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。例如，应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围，例如从1到3，从1到4，从1到5，从2到4，从2到6，从3到6等，以及所述范围内的单一数字，例如1、2、3、4、5及6，此不管范围为何皆适用。另外，每当在本文中指出数值范围，是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。
另外，在本申请说明书的描述中，术语“包括”“包含”等是指“包括但不限于”。在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

Claims (10)

1.一种降解地膜，其特征在于，以重量份数计，所述降解地膜包括以下组分：
聚乳酸70～95份、改性淀粉20～35份、核桃壳粉1～10份、增塑剂0.5～2份和相容剂0.1～1.5份。
2.根据权利要求1所述的降解地膜，其特征在于，所述聚乳酸和所述改性淀粉的重量份数之和X与所述核桃壳粉的重量份数Y满足关系式一；
所述关系式一：0.03≤Y/X≤0.06。
3.根据权利要求1所述的降解地膜，其特征在于，以重量份数计，所述降解地膜包括以下组分：
聚乳酸80～90份、改性淀粉25～30份、核桃壳粉4～7份、增塑剂0.5～2份和相容剂0.1～1.5份。
4.根据权利要求1～3任一项所述的降解地膜，其特征在于，所述改性淀粉的制备方法包括：于持续剪切搅拌状态下，将淀粉进行微波处理所得；其中，微波功率为1800～2000W，时间为5～10s。
5.根据权利要求4所述的降解地膜，其特征在于，所述淀粉包括玉米淀粉、小麦淀粉、马铃薯淀粉和木薯淀粉中的至少一种。
6.根据权利要求1～3任一项所述的降解地膜，其特征在于，所述核桃壳粉的粒径为50～100目。
7.根据权利要求1～3任一项所述的降解地膜，其特征在于，所述增塑剂是由重量比为5:1环氧大豆油和环氧化亚麻籽油组成。
8.根据权利要求1～3任一项所述的降解地膜，其特征在于，所述相容剂为马来酸酐接枝相容剂。
9.一种权利要求1～8任一项所述的降解地膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
将聚乳酸、改性淀粉、核桃壳粉、增塑剂和相容剂进行搅拌混合，得到预混料；
将所述预混料加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，得到成膜母粒；
将所述成膜母粒加入吹膜机中进行吹塑成膜，得到降解地膜。
10.根据权利要求9所述的降解地膜的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机的工作参数包括：机头温度为165～180℃，螺杆转速为200～300rpm；所述吹膜机的工作参数包括：主机螺杆转速为100～260rpm，牵引速度为20～45m/min，吹胀比为2～4。
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