CN117343460A - 一种玉米专用全生物降解地膜 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及可降解材料领域，具体公开了一种玉米专用全生物降解地膜。一种玉米专用全生物降解地膜，包括下列重量份原料：羧甲基纤维素钠2‑4份、聚乙烯醇2‑5份、聚乳酸10‑15份、改性淀粉3‑5份、交联剂0.8‑1.2份、表面活性剂0.5‑1份、填充剂1‑3份、聚丙烯酰胺14‑18份。本申请的组合物可用于玉米种植过程中，其具有保水性好、保持土壤水分促进植物生长的优点。
Description
技术领域
本申请涉及可降解材料领域，更具体地说，它涉及一种玉米专用全生物降解地膜。
背景技术
地膜自引进中国以来，因其具有良好的保温、保墒、改善土壤理化性质等作用，在农业生产中得到广泛应用，尤其是在北方干旱半干旱地区发展迅速，成为一项重要的农业增产技术措施。但当前使用的农用地膜主要原料为聚乙烯，在自然条件下极难降解，在土壤中可存在200～400年，农田长期覆盖地膜，大量的地膜在使用后残留于土壤中或被随意燃烧，释放出有害物质，对环境造成负面影响。可降解地膜的使用是解决农田残膜污染的一个有效途径。生物降解地膜是可降解地膜的一种，近年来各国均对生物降解地膜十分关注，并成为农业发展的重要战略方向。
玉米适宜在温暖、湿润的环境中生长，因此需要地膜具备良好的保水能力，以保证土壤的湿度以适宜玉米的生长，全生物降解地膜主要由生物降解塑料制成，可以随着时间的推移在自然环境中分解，不会对环境造成污染，但现有全生物降解地膜相比传统聚乙烯类地膜保水能力较差，因此需要制得一种保水能力较强的全生物降解地膜。
发明内容
为了提高全生物降解地膜的保水能力，本申请提供一种玉米专用全生物降解地膜。
本申请提供一种玉米专用全生物降解地膜，采用如下的技术方案：
一种玉米专用全生物降解地膜，包括下列重量份原料：
羧甲基纤维素钠2-4份、聚乙烯醇2-5份、聚乳酸10-15份、改性淀粉3-5份、交联剂0.8-1.2份、表面活性剂0.5-1份、填充剂1-3份、聚丙烯酰胺14-18份。
通过采用上述技术方案，由于采用聚丙烯酰胺与聚乳酸交联反应，与加入其中的改性淀粉、羟甲基纤维素钠、聚乙烯醇等形成三维网状结构的高分子复合材料，原料中的亲水基团与水分子相互作用，形成氢键，从而将水分子固定住，阻止水分子蒸发或流失，增加地膜的保水性能。并且选择的原料均为可在自然环境下降解的原材料，使制得的地膜能够达到在自然环境中降解的效果，并且随着降解地膜的分解，聚丙烯酰胺与土壤中的养分相互作用，促进玉米根系的生长发育，提高玉米的产量。表面活性剂在体系中维持连续网络状态，形成阻隔屏障，使制得的地膜具有较好的阻隔性，能够降低水分的蒸发率，进一步提高地膜的保水性能。
可选的，所述改性淀粉，制备包括以下步骤：
(1)称取一定量的淀粉、去离子水以及醋酸加入烧杯中加热搅拌至溶解，加入离子液体与膨润土充分混合反应，得到所述改性淀粉。
通过采用上述技术方案，淀粉是亲水性物质，加入有利于提高地膜的保水性，但由淀粉制备得到的地膜存在热塑性不高、力学性能差的问题，所以对淀粉进行改性后以提高地膜的力学性能。加入离子液体、膨润土可以与淀粉分子发生反应，破坏淀粉中原有的氢键结构，离子液体与膨润土中的阴、阳离子可以与淀粉羟基的氢离子之间发生相互作用，进一步削弱淀粉中原有氢键，改变淀粉的晶型结构，提高淀粉的塑性，提高地膜的力学性能。
可选的，所述淀粉、离子液体与膨润土的加入量之比为1：(1-1.5)：0.3。
通过采用上述技术方案，通过控制离子液体与膨润土的加入量控制改性淀粉的改性效果，在此范围内制备得到的改性淀粉具有较好的塑性与热稳定性，保证生成改性淀粉的效果。
可选的，所述离子液体为四丁基铵四氟硼酸盐。
通过采用上述技术方案，选择含季铵基团的离子液体四丁基铵四氟硼酸盐作为改性剂，其中含有的季铵基团可以和膨润土相互配合形成氢键，改变淀粉的聚集结构和分子量分布，提高淀粉基地膜的塑性与力学性能。
可选的，所述表面活性剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、脂肪酸甲酯磺酸盐中的任意一种。
通过采用上述技术方案，选择上述原料做表面活性剂具有很好的乳化、分散效果，能够在地膜的网络结构中形成一层致密的阻隔膜，有效阻隔水分蒸发，提高地膜的保水性能，并能够安全降解，不影响地膜降解性能。
可选的，所述交联剂为柠檬酸、戊二醛、氨基树脂或环氧树脂中的任意一种。
通过采用上述技术方案，柠檬酸、戊二醛、氨基树脂或环氧树脂均可以通过与淀粉以及其他原料中的羟基或羧基等活性基团反应，将原料中的生物降解材料交联在一起，形成高分子复合材料，提高全生物降解地膜的保水性能。
可选的，所述原料中还可以加入0.2-0.8份的卡拉胶。
通过采用上述技术方案，加入适量的卡拉胶可以提高地膜基材的凝胶性能，提高全生物降解地膜的韧性和拉伸强度。
可选的，所述填充剂为碳酸钙、滑石粉或云母粉中的任意一种。
通过采用上述技术方案，加入碳酸钙、滑石粉或云母粉中的任意一种作为填充剂制备降解地膜，有利于在生物降解地膜分子链间形成物理屏障，迫使水分子若要从地膜的一侧穿过至另一侧不得不绕过更多的障碍，从而增强地膜对水分子的阻隔性能，提高地膜的保水性能。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用在自然环境下能够自然降解的聚丙烯酰胺、聚乳酸、聚乙烯醇等原料，内部交联形成三维网状结构，阻止水分的蒸发或流失，增强地膜的保水性能。
2、本申请中通过离子液体与膨润土对淀粉进行改性，改变了淀粉内部的晶体结构，解决了淀粉加入地膜中存在的热塑性不高、力学性能差的问题。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
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。
四丁基铵四氟硼酸盐购自西安齐岳生物科技有限公司，CAS:429-42-5；甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物购自东莞鑫淼新材料有限公司，型号12312；乙氧基化烷基酚购自江苏省海安石油化工厂，型号TX-30；聚乙烯醇聚合度为1800；聚丙烯酰胺购自广东博芳环保科技集团股份有限公司，分子量为1000万；聚乳酸购自上海热电工程塑料有限公司，分子量为3000。
原料和/或中间体的制备例
制备例1
一种改性淀粉，制备包括以下步骤：
称取1kg的淀粉、10kg去离子水以及0.01kg醋酸置入磁力搅拌恒温水浴锅中加热到90℃搅拌至溶解后，加入1kg离子液体与0.3kg膨润土充分继续搅拌反应30min，得到所述改性淀粉，所述离子液体为四丁基铵四氟硼酸盐。
制备例2
一种改性淀粉，制备包括以下步骤：
称取1kg的淀粉、10kg去离子水以及0.01kg醋酸置入磁力搅拌恒温水浴锅中加热到90℃搅拌至溶解后，加入1.5kg离子液体与0.3kg膨润土充分继续搅拌反应30min，得到所述改性淀粉，所述离子液体为四丁基铵四氟硼酸盐。
制备例3
一种改性淀粉，制备包括以下步骤：称取1kg的淀粉、10kg去离子水以及0.01kg醋酸置入磁力搅拌恒温水浴锅中加热到90℃搅拌至溶解后，加入2kg离子液体与0.3kg膨润土充分继续搅拌反应30min，得到所述改性淀粉，所述离子液体为四丁基铵四氟硼酸盐。
制备例4
一种改性淀粉，制备包括以下步骤：
称取1kg的淀粉、10kg去离子水以及0.01kg醋酸置入磁力搅拌恒温水浴锅中加热到90℃搅拌至溶解后，加入0.5kg离子液体与0.3kg膨润土充分继续搅拌反应30min，得到所述改性淀粉，所述离子液体为四丁基铵四氟硼酸盐。
实施例
实施例1
一种玉米专用全生物降解地膜，制备包括以下步骤：
依次称取14kg聚丙烯酰胺、2kg羟甲基纤维素钠、3.5kg聚乙烯醇、10kg聚乳酸、3kg改性淀粉、1kg交联剂、0.5kg表面活性剂以及3kg填充剂，置于高速搅拌机中搅拌混合，高速搅拌5min，将前述混合好的物料经双螺杆造粒机在140℃下挤出，风冷造粒，得到全生物降解地膜吹膜料；将前述吹膜料在吹膜机上进行吹膜，制得厚度为10μm，膜宽为1.65m的所述玉米专用全生物降解地膜。本实施例中的交联剂为柠檬酸，表面活性剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物，填充剂为碳酸钙，改性淀粉选择制备例1制得的改性淀粉。
实施例2-3
一种玉米专用全生物降解地膜，与实施例1的不同之处在于，本实施例中各原料组分重量如表1所示。
表1实施例1-3中各原料及其重量(kg)
| 组分 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 聚丙烯酰胺 | 14 | 16 | 18 |
| 羧甲基纤维素钠 | 2 | 3 | 4 |
| 聚乙烯醇 | 3.5 | 5 | 2 |
| 聚乳酸 | 10 | 12.5 | 15 |
| 改性淀粉 | 3 | 5 | 4 |
| 交联剂(柠檬酸) | 1 | 0.8 | 1.2 |
| 表面活性剂 | 0.5 | 0.75 | 1 |
| 填充剂(碳酸钙) | 3 | 1 | 2 |
实施例4
一种玉米专用全生物降解地膜，与实施例1的不同之处在于，本实施例中使用的改性淀粉为制备例2制备得到的。
实施例5
一种玉米专用全生物降解地膜，与实施例1的不同之处在于，本实施例中使用的改性淀粉为制备例3制备得到的。
实施例6
一种玉米专用全生物降解地膜，与实施例1的不同之处在于，本实施例中使用的改性淀粉为制备例4制备得到的。
实施例7
一种玉米专用全生物降解地膜，与实施例1的不同之处在于，本实施例中表面活性剂采用脂肪酸甲酯磺酸钠。
实施例8
一种玉米专用全生物降解地膜，与实施例1的不同之处在于，本实施例中选择的表面活性剂为乙氧基化烷基酚。
实施例9
一种玉米专用全生物降解地膜，与实施例1的不同之处在于，本实施例中还包括0.2kg的卡拉胶。
对比例
对比例1
一种玉米专用全生物降解地膜，与实施例1的不同之处在于，本对比例中加入的淀粉为未经改性的淀粉。
对比例2
一种玉米专用全生物降解地膜，与实施例1的不同之处在于，本对比例中未加入改性淀粉。
对比例3
一种玉米专用全生物降解地膜，与实施例1的不同之处在于，本对比例中原料未加入聚乳酸。
性能检测试验
检测方法
地膜保水性能检测：按照GB/T1037《塑料薄膜与薄片水蒸气透过性能的测定杯式增重和减重法》测试地膜25℃，湿度60％下的水蒸气透过量，水蒸气透过量越少说明地膜的保水性能越好。
地膜降解强度：将供试地膜裁剪为25cm×25cm的正方形，埋设前对降解地膜每片膜片均进行标记，然后逐一称重，记录每个膜片标号及基础质量记为m0。在田间将膜片按照编号顺序埋设于20cm左右深的土壤中。分别在覆膜后15,30,90,120d小心挖取，在每个处理中随机选3个编号，收集地膜，洗净、晾干、称重记为m1，使用下式计算地膜降解率：
地膜拉伸强度：按照GB/T 1040.3-2006《塑料拉伸性能的测定第3部分：薄膜和薄片的试验条件》测定地膜的拉伸性能，试样尺寸长度150mm，宽度10mm，拉伸速度为200mm/min，室温25℃下测试地膜的拉伸强度。
表2试验检测结果
结合实施例1-3和对比例1-2并结合表2可以看出，实施例1-3的各项实验数据均优于对比例1，对比例1中加入未经改性的淀粉制备得到的降解地膜拉伸强度大大降低，在使用过程中易被雨水等打破影响正常使用，说明对淀粉进行改性后制备地膜有利于提高地膜的力学性能，通过改性改变淀粉的进行结构，有效提高了淀粉的塑性，进一步的提高了制备出的地膜的拉伸强度。对比例2中未加入改性淀粉时，其保水性能大大降低，地膜保水性能较差，无法在玉米生长期使土壤保持较好的湿度，帮助玉米生长。
结合实例1-3和对比例3并结合表2可以看出，实施例1-3的各项实验数据均优于对比例3，说明当原料中缺少聚乳酸时，原料中无法形成网状结构，制得地膜的拉伸强度有所降低。
结合实施例1-6并结合表2可以看出，实施例1-4的各项实验数据均优于实施例5-6，说明当控制改性淀粉步骤中离子液体与膨润土的加入量在本申请范围之内时，制备的降解地膜具有良好的各项性能，当超出范围外会导致改性不完全，晶型未形成完全，导致地膜性能下降。
结合实施例1与实施例7-8并结合表2可以看出，实施例1与实施例7的各项实验数据均优于实施例8，当使用甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、脂肪酸甲酯磺酸盐中的任意一种做表面活性剂时不仅可以形成致密阻隔膜，阻止水分散失，提高地膜的保水性能，还能够保持较好的降解速度。
结合实施例1与实施例9并结合表2可以看出，实施例9的各项实验数据均优于实施例1，说明当加入卡拉胶时，可以提高地膜的保水性能和稳定性。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (8)
1.一种玉米专用全生物降解地膜，其特征在于，包括下列重量份原料：
羧甲基纤维素钠2-4份、聚乙烯醇2-5份、聚乳酸10-15份、改性淀粉3-5份、交联剂0.8-1.2份、表面活性剂0.5-1份、填充剂1-3份、聚丙烯酰胺14-18份。
2.根据权利要求1所述的一种玉米专用全生物降解地膜，其特征在于：所述改性淀粉，制备包括以下步骤：
称取一定量的淀粉、去离子水以及醋酸混匀后加热搅拌至溶解，加入离子液体与膨润土充分混合反应，得到所述改性淀粉。
3.根据权利要求1所述的一种玉米专用全生物降解地膜，其特征在于：所述淀粉、离子液体与膨润土的加入量之比为1：（1-1.5）：0.3。
4.根据权利要求1所述的一种玉米专用全生物降解地膜，其特征在于：所述离子液体为四丁基铵四氟硼酸盐。
5.根据权利要求1所述的一种玉米专用全生物降解地膜，其特征在于：所述表面活性剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、脂肪酸甲酯磺酸盐中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的一种玉米专用全生物降解地膜，其特征在于：所述交联剂为柠檬酸、戊二醛、氨基树脂或环氧树脂中的任意一种。
7.根据权利要求1所述的一种玉米专用全生物降解地膜，其特征在于：所述原料中还可以加入0.2-0.8份的卡拉胶。
8.根据权利要求1所述的一种玉米专用全生物降解地膜，其特征在于：所述填充剂为碳酸钙、滑石粉或云母粉中的任意一种。
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