CN117382285A - 一种多功能可控多层共挤生物降解地膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多功能可控多层共挤生物降解地膜及其制备方法，根据使用方向，由上自下依次包括骨架层、功能层和控释层；骨架层、功能层和控释层均以PBAT和PLA(聚乳酸)树脂基体；骨架层原料中还包括增强增韧母粒；功能层原料中还包括功能母粒；控释层原料中还包括淀粉基衍生物。采用多层共挤出技术制备，保证了各膜层之间厚度的均匀性和层间结合力，从而提高整体性能。当地膜颜色为黑色时，控释层的黑色母粒可以释放到土壤中，地膜实现可控性变淡，保温效果降低，利于水分入渗。本发明制备的地膜在具备保温保墒功能的同时通过设置三层结构还能够实现调节作物生长的作用，而且功能层能通过原料和配比微调满足不同作物生长的要求。
Description
技术领域
本发明属于农用地膜材料技术领域，具体涉及一种多功能可控多层共挤生物降解地膜及其制备方法。
背景技术
聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)，属于热塑性生物降解塑料，是己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物，兼具PBA和PBT的特性，既有较好的延展性和断裂伸长率，也有较好的耐热性和冲击性能；此外，还具有优良的生物降解性，是生物降解塑料研究中非常受欢迎和市场应用最好降解材料之一。聚乳酸(PLA)又称聚丙交酯，是以乳酸为主要原料聚合得到的聚酯类聚合物，是一种新型的生物降解材料。其透光性优异，具有良好的生物可降解性，但是韧性较差。利用PBAT和PLA共聚制备的复合型生物降解地膜可以有效的融合二者的优势。这种复合型地膜在现有技术中已有报道。
但是现有的生物降解地膜的改进方向通常在于改进地膜的生物降解性能、加工性能或者力学性能等。因此大多为通用性地膜，不能与作物生育期环境和调控需要相对应，产量常低于聚乙烯地膜，生态效益好，但经济效益不突出，很难被农民接受。如，马铃薯前期需要的功能有抑草、增温、保墒，后期需要的功能有：透气、保水、降温、抑菌。如，花生前期需要增温保墒、后期需要降温增渗、调节作物生长；再如，盐碱地作物需要集抑草抑菌、抑盐促生、高水气阻隔、流滴保水等多功能于一体。
但是，现有生物降解地膜功能单一，多只有保温保墒的功能，不能满足不同作物的动态需求。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种多功能可控多层共挤生物降解地膜及其制备方法，其在具备保温保墒功能的同时通过设置三层结构还能够实现调节作物生长的作用，而且其功能层可以通过原料和配比的微调满足不同作物生长的要求。
本发明为达到上述目的，采用的技术方案如下：
本发明第一方面的技术方案在于提供了一种多功能可控多层共挤生物降解地膜，根据其使用方向，由上自下依次包括骨架层、功能层和控释层；所述骨架层、所述功能层和所述控释层均以PBAT(热塑性生物降解塑料，聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯)和PLA(聚乳酸)为树脂基体；其中，所述骨架层的原料中还包括增强增韧母粒；所述功能层的原料中还包括功能母粒；所述控释层的原料中还包括淀粉基衍生物。
所述骨架层的厚度为地膜总厚度的1/3～1/2；所述控释层的厚度为地膜总厚度的1/6～1/3，其余为功能层。
本发明的多功能可控多层共挤生物降解地膜具有三层结构，其中骨架层中添加了增韧增强母粒，主要起保证力学强度的作用，功能层添加了作物需要营养成分、生长调节剂成分和杀虫成分等等，可以根据作物需要调控其生长能力；控释层中添加了淀粉基衍生物，使其具有良好的控释能力，便于功能成分中活性成分的缓慢释放。
作为本发明的进一步改进，以质量分数计，所述骨架层的原料包括PLA8～15％，增强增韧母粒1～6％，色母粒0～1％，其余为PBAT；所述功能层的原料包括PLA 11～19％，功能母粒1～7％，色母粒0～4％，其余为PBAT；所述控释层的原料包括PLA4～17％，淀粉基衍生物母粒5～18％，其余为PBAT；所述色母粒为黑色色母粒。当色母粒添加量为0时，地膜为透明的，当色母粒的添加量不为0时，地膜显示黑色。
进一步优选的，以质量分数计，所述骨架层的原料包括PLA8～15％，增强增韧母粒1～6％，色母粒0～1％，其余为PBAT；所述功能层的原料包括PLA11～19％，功能母粒1～7％，色母粒2～4％，其余为PBAT；所述控释层的原料包括PLA 4～17％，淀粉基衍生物母粒5～18％，其余为PBAT。由这一原料组分制备的生物降解地膜更适于盐碱地使用，其水气高阻隔、流滴性强，以降低水气通过量、形成膜内水分微循环，进而达到以水控盐的目的。不仅解决聚乙烯地膜的“白色污染”问题，而且调水控盐、抑盐促生，显著增产增收、节本增效。
作为本发明的另一步改进，以质量分数计，所述骨架层的原料包括PLA 8～16％，增强增韧母粒2～6％，色母粒0～2％，其余为PBAT；所述功能层的原料包括PLA 6～14％，功能母粒3～5％，色母粒0～5％，其余为PBAT；所述控释层的原料包括PLA5～12％，淀粉基衍生物母粒5～16％，其余为PBAT；所述色母粒为黑色色母粒。
进一步优选，以质量分数计，所述骨架层的原料包括PLA 8～16％，增强增韧母粒2～6％，色母粒1～2％，其余为PBAT；所述功能层的原料包括PLA 6～14％，功能母粒3～5％，色母粒1～5％，其余为PBAT；所述控释层的原料包括PLA5～12％，淀粉基衍生物母粒5～16％，其余为PBAT。该原料组成制备的生物降解地膜更适用于花生种植，其不影响果针下扎，前期增温保墒，后期降温增渗，保证花生全生长期的环境需求，有利于花生生长。
作为本发明的另一步改进，以质量分数计，所述骨架层的原料包括PLA12～17％，增强增韧母粒1～4％，色母粒0～2％，其余为PBAT；所述功能层的原料包括PLA7～19％，功能母粒2～6％，色母粒0～5％，其余为PBAT；所述控释层的原料包括PLA 11～17％，淀粉基衍生物母粒8～19％，其余为PBAT；所述色母粒为黑色色母粒。
进一步优选的，以质量分数计，所述骨架层的原料包括PLA12～17％，增强增韧母粒1～4％，色母粒1～2％，其余为PBAT；所述功能层的原料包括PLA7～19％，功能母粒2～6％，色母粒1～5％，其余为PBAT；所述控释层的原料包括PLA11～17％，淀粉基衍生物母粒8～19％，其余为PBAT。该原料组成制备的生物降解地膜更适用于马铃薯种植。马铃薯前期需要的功能有抑草、增温、保墒，后期需要的功能有透气、保水、降温、抑菌。现有生物降解地膜功能单一，多只有保温保墒功能，不能满足马铃薯环境的动态需求。本发明的生物降解地膜可以抑草抑菌、动态调控、前期增温保墒、后期降温增透、调节作物生长等多功能的马铃薯专用可控生物降解地膜，不仅解决聚乙烯地膜的“白色污染”问题，而且显著增产增收，节本增效。
进一步的改进在于，所述控释层上还包括涂覆层，需要说明的是，涂覆层的厚度不计入总厚度；其中，所述涂覆层原料包括杀虫剂、害虫趋避剂或植物生长调节剂。
进一步的改进在于，所述功能层的层数为1～3层。
进一步的改进在于，所述功能母粒中含有抑菌剂、生长调节剂、保水剂、水气阻隔剂、流滴剂和增温剂中的至少一种。
进一步的改进在于，所述抑菌剂为辣椒素；所述生长调节剂为宛氏拟青霉提取物；所述保水剂为聚丙烯酰胺类；所述流滴剂为KF65020或KF65015；所述水气阻隔剂为热塑性聚氨酯弹性体；所述增温剂为类水滑石基高分子聚合物；所述色母粒优选为生物基黑色母粒。
保温剂的加入，有利于增温促进作物生长。而保水剂和阻隔剂的加入有利于把水保持在土壤中，一方面提高了作物水分利用效率，另一方面降低了水分能量以控制盐分在表层土壤富集。生长调节剂的加入，有利于调节作物生长，促生促产，实现盐碱地产能提升。植物源杀生剂、害虫驱避剂或植物生长调节剂浓缩液的利用，有利于绿色防治病虫草害并加强作物生长调控。而具体的功能期可根据作物的需求，通过PBAT、PLA与淀粉基衍生物的比例调整实现，PBAT较低、而后两者较高时降解期变短。如在春季马铃薯上应用，地膜的黑色母粒、保温剂、保水剂可以选择较高比例，而控释期可以较短，以增强马铃薯生长后期透气性和降水入渗。而用到秋马铃薯上时，则可相反，以达到后期较高的保温、保水效果，以补偿气温下降和干旱对其的影响，从而实现增产增收的目的。
本发明的地膜可以为透明的，也可以为黑色的。其中优选的为黑色，当其为透明颜色时，升温速率稍低，对作物增产增收的促进作用主要是其他因素导致。而通过生物基黑色母粒的添加，可以实现地膜颜色的可控，由于生物基黑色母粒可以降解，前期黑色地膜抑草保温，后期黑色降解并通过控释层释放到土壤中，地膜变淡，保温效果降低，利于水分入渗。本发明第二方面的技术方案在于提供了一种多功能可控多层共挤生物降解地膜的制备方法，用双螺杆挤出机制备，包括如下步骤：
按照质量比例将各层原料混合，制备各层原料母粒；
按照各层需求的加工层数选择各层对应的筒数，加入原料；经模口提膜、吹塑、过牵引和收卷，制得所述多功能可控多层共挤生物降解地膜。
本发明进一步的改进在于，还包括制备涂覆层的步骤；制备所述涂覆层的步骤为，在所述多功能可控多层共挤生物降解地膜的控释层表面涂覆所述涂覆层原料，所述涂覆层原料有效成分用量0.05～0.75g/m2。
本发明具有如下的技术效果：
本发明制备的地膜包括三层结构，分别为骨架层、功能层和控释层。三个膜层的树脂基体相同，增加了相互之间的结合力，避免后期使用过程中发生剥离现象。在骨架层中添加了增强增韧母粒，提高了地膜整体的力学强度。在控释层中添加了淀粉基衍生物母粒，淀粉基衍生物的多孔结构可以保证功能层中活性成分的缓慢释放，延长其作用时间。而功能层添加了含有抑菌剂、生长调节剂、保水剂、水气阻隔剂、流滴剂或增温剂的功能母粒，且可以根据不同作物的生长特性进行适当调整，可以满足不同作物的生长需求。
由于本发明的骨架层、功能层以及控释层的树脂基体均是由PBAT和PLA共混制备的，PBAT和PLA两者的相容性并不十分理想，利用二者共混制备的复合材料容易出现相分离。再加上本发明的各层中还有一些其他的功能成分，而且三层结构并不相同，也进一步提高了材料相分离的风险。为了改善这一缺陷，本发明将三层不同结构层的PBAT和PLA采用递增递减的方式进行配方设计。同时，采用双螺杆挤出机进行多层共挤的方式制备整体地膜，既可以保证各膜层之间厚度的均匀性，也可以保证各膜层之间的结合力，避免相分离，从而提高了整体性能。
附图说明
图1为实施例2中试验组1和试验组2地膜在花生种植过程中的应用图。
其中，中间三列黑色地膜为实施例2中试验组1地膜、两侧为试验组2中的透明地膜。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
本发明中所述的“室温”如无特别说明，均按25±2℃计。
本发明公开了一种多功能可控多层共挤生物降解地膜，其根据使用方向，由上自下依次包括骨架层、功能层和控释层(即在使用时保证控释层在地面一侧)；所述骨架层、所述功能层和所述控释层均以PBAT(热塑性生物降解塑料，聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯)和PLA(聚乳酸)为树脂基体；其中，所述骨架层原料中还包括增强增韧母粒；所述功能层原料中还包括功能母粒；所述控释层原料中还包括淀粉基衍生物。
所述骨架层厚度为地膜总厚度的1/3～1/2；所述控释层厚度为地膜总厚度的1/6～1/3，其余为功能层。
本发明的多功能可控多层共挤生物降解地膜具有三层结构，其中骨架层中添加了增韧增强母粒，主要起保证力学强度的作用，功能层添加了含有作物所需要营养成分、生长调节剂成分和杀虫成分等等的功能母粒，可以根据作物需要调控其生长能力；控释层中添加了淀粉基衍生物，使其具有良好的控释能力，便于功能成分中活性成分的缓慢释放。
在本发明的一些实施例中，以质量分数计，所述骨架层的原料包括PLA8～15％，增强增韧母粒1～6％，色母粒0～1％，其余为PBAT；所述功能层的原料包括PLA11～19％，功能母粒1～7％，色母粒0～4％，其余为PBAT；所述控释层的原料包括PLA 4～17％，淀粉基衍生物母粒5～18％，其余为PBAT；所述色母粒为黑色色母粒。当色母粒添加量为0时，地膜为透明的，当色母粒的添加量不为0时，地膜显示黑色。
在进一步优选的实施例中，所述骨架层原料包括PLA 8～15％，增强增韧母粒1～6％，色母粒0～1％，且不为0，其余为PBAT；所述功能层原料包括PLA11～19％，功能母粒1～7％，色母粒2～4％，其余为PBAT；所述控释层原料包括PLA4～17％，淀粉基衍生物母粒5～18％，其余为PBAT。由这一原料组分制备的生物降解地膜更适于盐碱地使用，其水气高阻隔、流滴性强，以降低水气通过量、形成膜内水分微循环，而达到以水控盐的目的。不仅解决聚乙烯地膜的“白色污染”问题，而且调水控盐、抑盐促生，显著增产增收、节本增效。以上实施例中的原料组成较为适合盐碱地作物种植，在这些范围内均能实现很好的增产增收效果。但是并未一一列举，以下实施例中仅提供了一种作为示例。
在本发明的另一些实施例中，以质量分数计，所述骨架层的原料包括PLA8～16％，增强增韧母粒2～6％，色母粒0～2％，其余为PBAT；所述功能层的原料包括PLA6～14％，功能母粒3～5％，色母粒0～5％，其余为PBAT；所述控释层的原料包括PLA5～12％，淀粉基衍生物母粒5～16％，其余为PBAT；所述色母粒为黑色色母粒。
进一步优选的，以质量分数计，所述骨架层原料包括PLA8～16％，增强增韧母粒2～6％，色母粒1～2％，其余为PBAT；所述功能层原料包括PLA6～14％，功能母粒3～5％，色母粒1～5％，其余为PBAT；所述控释层原料包括PLA5～12％，淀粉基衍生物母粒5～16％，其余为PBAT。该原料组成制备的生物降解地膜更适用于花生种植，其不影响果针下扎，前期增温保墒，后期降温增渗，保证花生全生长期的环境需求，有利于花生生长。以上实施例中的原料组成较为适合花生种植，在这些范围内均能实现很好的增产增收效果。但是并未一一列举，以下实施例中仅提供了一种作为示例。
在本发明的另一些实施例中，以质量分数计，所述骨架层的原料包括PLA12～17％，增强增韧母粒1～4％，色母粒0～2％，其余为PBAT；所述功能层的原料包括PLA7～19％，功能母粒2～6％，色母粒0～5％，其余为PBAT；所述控释层的原料包括PLA 11～17％，淀粉基衍生物母粒8～19％，其余为PBAT；所述色母粒为黑色色母粒。进一步优选，以质量分数计，所述骨架层原料包括PLA12～17％，增强增韧母粒1～4％，色母粒1～2％，其余为PBAT；所述功能层原料包括PLA7～19％，功能母粒2～6％，色母粒1～5％，其余为PBAT；所述控释层原料包括PLA11～17％，淀粉基衍生物母粒8～19％，其余为PBAT。该原料组成制备的生物降解地膜更适用于马铃薯种植。马铃薯前期需要的功能有抑草、增温、保墒，后期需要的功能有透气、保水、降温、抑菌。现有生物降解地膜功能单一，多只有保温保墒功能，不能满足马铃薯环境的动态需求。本发明的生物降解地膜可以抑草抑菌、动态调控、前期增温保墒、后期降温增透、调节作物生长等多功能的马铃薯专用可控生物降解地膜，不仅解决聚乙烯地膜的“白色污染”问题，而且显著增产增收，节本增效。以上实施例中的原料组成较为适合马铃薯作物种植，在这些范围内均能实现很好的增产增收效果。但是并未一一列举，以下实施例中仅提供了一种作为示例。
在本发明的一些优选实施例中，所述控释层上还包括涂覆层，需要说明的是，涂覆层的厚度不计入总厚度；其中，所述涂覆层的原料包括杀虫剂、害虫趋避剂或植物生长调节剂。
在本发明的一些优选实施例中，所述功能层的层数为1～3层，每一层厚度相同。但是功能层母粒中添加的活性成分可以不同。
在本发明的一些优选实施例中，所述功能母粒中含有抑菌剂、生长调节剂、保水剂、水气阻隔剂、流滴剂和增温剂中的至少一种活性成分。具体的制备方法是树脂基体熔融状态下加入活性成分，然后再利用常规技术造粒。在一些优选的实施例中，活性成分在功能层中的含量为0.1～0.2％。
在本发明的一些优选实施例中，所述抑菌剂为辣椒素；所述生长调节剂为宛氏拟青霉提取物；所述保水剂为聚丙烯酰胺类；所述流滴剂为KF65020或KF65015；所述水气阻隔剂为热塑性聚氨酯弹性体；所述增温剂为类水滑石基高分子聚合物；所述色母粒优选为生物基黑色母粒。
本发明公开了一种多功能可控多层共挤生物降解地膜的制备方法，用双螺杆挤出机制备，包括如下步骤：
(1)各层树脂的制备，将配方中的材料按照比例混合后，再由喂料机喂入双螺杆挤出机，经拉丝、风冷、传送和切粒，制得生物降解地膜对应层的树脂；(2)按照加工层数选择对应的多层共挤吹塑机组，将地膜骨架层、功能层、控释层分别放在对应的3至5个筒中，经模口提膜、吹塑、过牵引和收卷，制得多层共挤多功能可控生物降解地膜；(3)添加涂覆层时，直接在吹出的膜上涂覆作物需求的植物源杀生剂、害虫驱避剂或植物生长调节剂浓缩液，有效成分用量0.05～0.75g/m2。
需要说明的是，上述制备方法中，拉丝、风冷、传送、切粒、提膜、吹塑、过牵引和收卷等等工艺过程均为本领域技术人员熟知的常规操作，并非本发明的发明要点，在此不做赘述。
在以下实施例中，所有原料均通过商购获得，并且不限制购买来源。
以下实施例中，抑菌剂为辣椒素；生长调节剂为宛氏拟青霉提取物；保水剂为聚丙烯酰胺保水剂；流滴剂为KF65020；水气阻隔剂为热塑性聚氨酯弹性体；增温剂为类水滑石基高分子聚合物；色母粒优选为生物基黑色母粒；增韧增强母粒优选为增韧母粒eSunBio5821E。植物源杀虫剂为苦参碱；害虫驱避剂为阿维菌素。
淀粉基衍生物的制备方法参考中国专利CN2019105135351(用一种淀粉基衍生物改性聚乙烯地膜的制备方法)，具体方法如下：
(1)将玉米淀粉采用无水乙醇在0℃下完全浸泡30min，然后过滤，烘干至恒重；
(2)将上述处理后的淀粉添按50g：300mL的比例加到二氯甲烷中，以300r/min转速搅拌30min，得到二氯甲烷混合浆液；
(3)向上述得到的二氯甲烷混合浆液中添加淀粉质量6％的三乙胺，继续搅拌10min，然后再缓慢滴加二氯甲烷混合浆液质量20％的2-氯乙基二氯磷酸的二氯甲烷溶液，然后加热至60℃，以500r/min转速搅拌5小时，保温静置1小时，然后进行过滤，得到反应物，将反应物添加到碳酸钠/碳酸氢钠缓冲溶液中浸泡20min，然后再进行过滤，依次采用乙醇溶液、去离子水清洗，真空干燥至恒重，即得。
实施例1
一种多层共挤多功能可控生物降解地膜，自上向下(根据使用方向)包括骨架层、功能层、控释层；骨架层包括PBAT、PLA和增强增韧母粒；功能层包括PBAT、PLA、功能母粒和色母粒；控释层包括PBAT、PLA和淀粉基衍生物；地膜骨架层、功能层、控释层分别由相应生物降解树脂制得；
地膜骨架层厚度占地膜总厚度的1/3，生物降解树脂由以下质量百分比的原料制成：PBAT 85％，PLA 12％，增强增韧母粒2％，色母粒1％；
地膜功能层厚度占地膜总厚度的1/3，生物降解树脂由以下质量百分比的原料制成：PBAT 83％，PLA 11％，功能母粒4％，色母粒2％。其中功能层为三层，每层厚度一致，原料组成的区别仅在于活性成分的不同，具体的三层中分别添加抑菌剂和生长调节剂(与控释层相邻)、保水剂和水气阻隔剂、流滴剂和增温剂(与骨架层相邻)，且各活性成分等量添加，活性成分总含量为地膜功能层总质量的1％。
地膜控释层厚度占地膜总厚度的1/3，生物降解树脂由以下质量百分比的原料制成：PBAT65％，PLA17％，淀粉基衍生物母粒18％。
地膜的制备采用双螺杆挤出机，其制备方法：
(1)各层树脂的制备，将配方中的材料按照比例混合后，再由喂料机喂入双螺杆挤出机，经拉丝、风冷、传送、切粒，制得生物降解地膜对应层的树脂；(2)按照加工层数选择对应的多层共挤吹塑机组，将地膜骨架层、功能层、控释层分别放在对应的5个筒中，经模口提膜、吹塑、过牵引、收卷，制得多层共挤多功能可控生物降解地膜；(3)添加涂覆层，直接在挤出的膜上涂覆害虫驱避剂稀释液，使得有效成分用量0.05～0.75g/m2，自然晾干。
利用本实施例制备的地膜用于盐碱地小黑麦的种植。试验组1：本实施例的生物降解地膜。
试验组2：在试验组1的基础上省略色母粒的添加，即各层色母粒的添加量为0，制备透明地膜。
对照组1：地膜整体采用骨架层的原料配比进行制备，得到的地膜为单层结构，涂覆层和地膜厚度均同实施例1。
对照组2：地膜为双层结构，仅包含骨架层和功能层，省略控释层的制备，功能层厚度不变，地膜总厚度同实施例1地膜厚度，涂覆层也同实施例1。
对照组3：无涂覆层。
对照组4：与实施例1的区别仅在于骨架层与功能层的组成不同，具体的组成如下：
地膜骨架层厚度占地膜总厚度的1/3，生物降解树脂由以下质量百分比的原料制成：PBAT 85％，PLA12％，增强增韧母粒1％，色母粒2％；
地膜功能层厚度占地膜总厚度的1/3，生物降解树脂由以下质量百分比的原料制成：PBAT 83％，PLA11％，功能母粒1.5％，色母粒4.5％。其中功能层为三层，每层厚度一致，原料组成的区别仅在于活性成分的不同，具体的三层中分别添加抑菌剂和生长调节剂(与控释层相邻)、保水剂和水气阻隔剂、流滴剂和增温剂(与骨架层相邻)，且各活性成分等量添加，活性成分总含量为地膜功能层总质量的1％。
空白对照组：未使用地膜。
试验地块：实验用盐碱地含盐量4.5‰，属于中度盐碱化土地。选取5个等大小的试验区，每个试验区种植密度、种植方法、管理方法与常规种植方法相同。地膜使用方法与常规地膜使用方法一致。
各组小黑麦的产量提升效果的结果见表1。
表1
注：亩产量增量的计算方式：(实际产量-空白对照组产量)/空白对照组产量×100％
由于试验组1-2的成苗率、每穗结实粒数较四个对照组高，因此亩产量高于四个对照组，尤其对是显著高于空白对照组。
对照组2的成苗率与对照组1差异不显著，但是总产量要远高于对照组1，可能的原因是，功能层中活性成分的添加对于小黑麦防病虫害和促生长都有积极作用，此外试验组1更优于试验组2，在不使用除草剂的前提下能够与试验组2产量相当，是由于黑色地膜在作物的生长期中，随着时间推移，地膜逐渐降解，在地膜降解过程中黑色母粒也随之分解，使地膜颜色逐渐变淡，透光性逐渐加强。前期地膜黑色较深，可以抑草保温，后期黑色降解并通过控释层释放到土壤中，地膜变淡，保温效果降低，利于水分入渗，从而提高了作物的生长性能和抗病能力。但是对照组2的总产量低于试验组，可能的原因是试验组中控释层的引入，对于延长活性成分作用时间有积极的促进作用。对照组3省略了涂覆层，其成苗率与试验组无显著差异，总产量也仅仅是稍低于试验组，说明涂覆层对于产量提高有积极作用，但是作用并不显著。
对照组4的功能层与骨架层中色母粒的添加量均高于实施例1，对照组4的病虫害和成苗率虽然与试验组差异不显著，但是最后的亩产量增量却明显低于试验组。可能的原因就是黑色色母粒的增多加深了地膜的颜色，由于黑色吸收光的能力较强，使内部作物温度环境始终较高，即使随着后续控释层释放降解，其保温性能也高于试验组，不利于降低土壤温度、增加水分入渗，高温高湿环境导致小黑麦的营养积累变慢，最终导致亩产量低于试验组，但产量仍显著高于对照组1(即现有市售生物降解地膜)，病虫害防治效果优于对照组3。
实施例2
一种花生专用多层共挤多功能可控生物降解地膜，自上向下包括骨架层、功能层、控释层；骨架层包括PBAT、PLA和增强增韧母粒；功能层包括PBAT、PLA、功能母粒和色母粒；控释层包括PBAT、PLA和淀粉基衍生物；
地膜骨架层、功能层、控释层分别由相应生物降解树脂制得；
地膜骨架层厚度占地膜总厚度的1/3，生物降解树脂由以下质量百分比的原料制成：PBAT 86％，PLA 8％，增强增韧母粒5％，色母粒1％；
地膜功能层厚度占地膜总厚度的至1/3，生物降解树脂由以下质量百分比的原料制成：PBAT 82％，PLA 12％，功能母粒5％，色母粒1％；
地膜控释层厚度占地膜总厚度的1/3，生物降解树脂由以下质量百分比的原料制成：PBAT 78％，PLA 12％，淀粉基衍生物母粒10％；
功能母粒中含有等质量的除草剂、抑菌剂、生长调节剂、保水剂、增温剂组成；活性成分总含量为地膜功能层总质量的1％。
本实施例的地膜使用双螺杆挤出机制备，具体方法包括如下步骤：
(1)各层树脂的制备，将配方中的材料按照比例混合后，再由喂料机喂入双螺杆挤出机，经拉丝、风冷、传送、切粒，制得生物降解地膜对应层的树脂；(2)按照加工层数选择对应的多层共挤吹塑机组，将地膜骨架层、功能层、控释层分别放在对应的3个筒中，经模口提膜、吹塑、过牵引、收卷，制得多层共挤多功能可控生物降解地膜；(3)添加涂覆层，直接在吹出的膜上涂覆植物源的杀生剂、害虫驱避剂和植物生长调节剂浓缩液的水稀释液，使得有效成分用量为0.60g/m2(三种有效成分等量添加)。
利用本实施例制备的地膜进行花生的种植试验。
试验组1：本实施例的生物降解地膜。
试验组2：在试验组1的基础上省略色母粒的添加，即色母粒的添加量为0，制备透明地膜
对照组1：地膜整体采用骨架层的原料配比进行制备，得到的地膜为单层结构，涂覆层和地膜厚度均同实施例2。
空白对照组：未使用地膜。
选取3个等大小的试验区，每个试验区种植密度、种植方法、管理方法与常规种植方法相同。地膜使用方法与常规地膜使用方法一致。
各组的花生产量提升效果的结果见表2.
表2
注：亩产量增量的计算方式：(实际产量-空白对照组产量)/空白对照组产量×100％。
试验组1的地膜为黑色地膜，试验组2制备的地膜为透明地膜，见图1，使用试验组2地膜的试验区成苗率、病害程度以及亩产量均高于对照组1和空白对照，但是稍低于试验组1，原因可能是地膜使用初期，黑色地膜的升温速率高于透明地膜，试验组1的黑色地膜在花生的生长期中，随着时间推移，地膜逐渐降解，在地膜降解过程中黑色母粒也随之分解，使地膜颜色逐渐变淡，透光性逐渐加强。前期黑色地膜抑草保温，后期黑色降解并通过控释层释放到土壤中，地膜变淡，保温效果降低，利于水分入渗，从而提高了花生的生长性能和抗病能力。可见，膜层颜色对花生产量提高也有积极的促进作用。
实施例3
一种马铃薯专用多层共挤多功能可控生物降解地膜，自上向下包括骨架层、功能层、控释层；骨架层包括PBAT、PLA和增强增韧母粒；功能层包括PBAT、PLA、功能母粒和色母粒；控释层包括PBAT、PLA和淀粉基衍生物；
地膜骨架层、功能层、控释层分别由相应生物降解树脂制得；
地膜骨架层厚度占地膜总厚度的1/2，生物降解树脂由以下质量百分比的原料制成：PBAT 80％，PLA 15％，增强增韧母粒4％，色母粒1％；
地膜功能层厚度占地膜总厚度的1/6，生物降解树脂由以下质量百分比的原料制成：PBAT 75％，PLA 19％，功能母粒5％，色母粒1％；
地膜控释层厚度占地膜总厚度的1/6，生物降解树脂由以下质量百分比的原料制成：PBAT 69％，PLA 15％，淀粉基衍生物母粒16％；
其中功能层为三层，每层厚度一致，原料组成的区别仅在于活性成分的不同，具体的三层中分别添加抑菌剂和生长调节剂(与控释层相邻)、保水剂和水气阻隔剂、流滴剂和增温剂(与骨架层相邻)，且各活性成分等量添加，活性成分总含量为地膜功能层总质量的1％。
制备方法如下：
(1)各层树脂的制备，将配方中的材料按照比例混合后，再由喂料机喂入双螺杆挤出机，经拉丝、风冷、传送、切粒，制得生物降解地膜对应层的树脂；(2)按照加工层数选择对应的多层共挤吹塑机组，将地膜骨架层、功能层、控释层分别放在对应的5个筒中，经模口提膜、吹塑、过牵引、收卷，制得多层共挤多功能可控生物降解地膜；(3)添加涂覆层，直接在吹出的膜上涂覆植物源的杀生剂、害虫驱避剂和植物生长调节剂浓缩液的水稀释液，使得有效成分用量为0.66g/m2(三种有效成分等量添加)。
利用本实施例制备的地膜进行花生的种植试验。
试验组1：本实施例的生物降解地膜。
试验组2：在试验组1的基础上省略色母粒的添加，制备透明地膜。
对照组1：地膜整体采用骨架层的原料配比进行制备，得到的地膜为单层结构，涂覆层和地膜厚度均同实施例3。
空白对照组：未使用地膜。
选取3个等大小的试验区，每个试验区种植密度、种植方法、管理方法与常规种植方法相同。地膜使用方法与常规地膜使用方法一致。
各组的马铃薯产量提升效果的结果见表3。
表3
注：产量提高率的计算方式：(实际产量-空白对照组产量)/空白对照组产量×100％。
由表3可知，试验组1和2的亩产量显著高于对照组1和空白对照组，抗病虫害能力和成苗率也显著高于对照组1和空白对照组，说明试验组1-2地膜对于马铃薯增产增收效果显著，可能原因是试验组中控释层的引入，对于延长活性成分作用时间有积极的促进作用；涂覆层对于产量提高有积极作用；此外，试验组1的效果最好，原因是黑色地膜在作物的生长期中，随着时间推移，地膜逐渐降解，在地膜降解过程中黑色母粒也随之分解，使地膜颜色逐渐变淡，透光性逐渐加强。前期地膜黑色较深，可以抑草保温，后期黑色降解并通过控释层释放到土壤中，地膜变淡，保温效果降低，利于水分入渗，从而提高了作物的生长性能和抗病能力。
对比例1：
一种多层共挤多功能可控生物降解地膜，自上向下(根据使用方向)包括骨架层、功能层、控释层；骨架层包括PBAT、PLA和增强增韧母粒；功能层包括PBAT、PLA、功能母粒和色母粒；控释层包括PBAT、PLA和淀粉基衍生物；地膜骨架层、功能层、控释层分别由相应生物降解树脂制得；
地膜骨架层厚度占地膜总厚度的1/3，生物降解树脂由以下质量百分比的原料制成：PBAT 85％，PLA 12％，增强增韧母粒2％，色母粒1％；
地膜功能层厚度占地膜总厚度的1/3，生物降解树脂由以下质量百分比的原料制成：PBAT65％，PLA 17％，功能母粒6％，色母粒2％。其中功能层为三层，每层厚度一致，原料组成的区别仅在于活性成分的不同，具体的三层中分别添加抑菌剂和生长调节剂(与控释层相邻)、保水剂和水气阻隔剂、流滴剂和增温剂(与骨架层相邻)，且各活性成分等量添加，活性成分总含量为地膜功能层总质量的1％。
地膜控释层厚度占地膜总厚度的1/3，生物降解树脂由以下质量百分比的原料制成：PBAT 83％，PLA 11％，淀粉基衍生物母粒16％。
地膜制备方法同实施例1.
对比例2：
一种多层共挤多功能可控生物降解地膜，自上向下(根据使用方向)包括骨架层、功能层、控释层；骨架层包括PBAT、PLA和增强增韧母粒；功能层包括PBAT、PLA、功能母粒和色母粒；控释层包括PBAT、PLA和淀粉基衍生物；地膜骨架层、功能层、控释层分别由相应生物降解树脂制得；
地膜骨架层厚度占地膜总厚度的1/3，生物降解树脂由以下质量百分比的原料制成：PBAT 83％，PLA 10.5％，增强增韧母粒5.5％，色母粒1％；
地膜功能层厚度占地膜总厚度的1/3，生物降解树脂由以下质量百分比的原料制成：PBAT 83％，PLA 10.5％，功能母粒4.5％，色母粒2％。其中功能层为三层，每层厚度一致，原料组成的区别仅在于活性成分的不同，具体的三层中分别添加抑菌剂和生长调节剂(与控释层相邻)、保水剂和水气阻隔剂、流滴剂和增温剂(与骨架层相邻)，且各活性成分等量添加，活性成分总含量为地膜功能层总质量的1％。
地膜控释层厚度占地膜总厚度的1/3，生物降解树脂由以下质量百分比的原料制成：PBAT83％，PLA10.5％，淀粉基衍生物母粒6.5％。
地膜制备方法同实施例1。
对实施例1和对比例1-2制备的生物地膜进行力学性能检测，检测结果如表4所示。
表4
注：横向拉伸强度、断裂伸长率参照国标GB/T 1040-1992测定，拉伸速度20mm/min。
氧气透过性测试采用气体渗透仪测试，测试气体为高纯氧气，恒温23℃，湿度0；水蒸气透过率参照国标GB/T16928，相对湿度(RH)90％，温度38℃。
对比例1的树脂基体组成没有采用递增或递减的方式进行配比，对比例2的树脂基体都是采用的功能层的配比。实施例1的地膜，拉伸强度与断裂伸长率均优于对比例1和对比例2，由此可以看出，采用实施例1的配比方式能够有效的提高地膜的力学性能。而实施例1的地膜氧气透过系数和水蒸气透过系数好于对比例1和对比例2，可能是由于淀粉基衍生物母粒的用量减少导致的。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种多功能可控多层共挤生物降解地膜，其特征在于，根据使用方向，由上自下依次包括骨架层、功能层和控释层；所述骨架层、所述功能层和所述控释层均以PBAT和PLA为树脂基体；其中，所述骨架层的原料中还包括增强增韧母粒；所述功能层的原料中还包括功能母粒；所述控释层的原料中还包括淀粉基衍生物；
所述骨架层的厚度为地膜总厚度的1/3～1/2；所述控释层的厚度为地膜总厚度的1/6～1/3，其余为功能层。
2.根据权利要求1所述的一种多功能可控多层共挤生物降解地膜，其特征在于，以质量分数计，所述骨架层的原料包括PLA8～15％，增强增韧母粒1～6％，色母粒0～1％，其余为PBAT；所述功能层的原料包括PLA11～19％，功能母粒1～7％，色母粒0～4％，其余为PBAT；所述控释层的原料包括PLA4～17％，淀粉基衍生物母粒5～18％，其余为PBAT；所述色母粒为黑色色母粒。
3.根据权利要求1所述的一种多功能可控多层共挤生物降解地膜，其特征在于，以质量分数计，所述骨架层的原料包括PLA8～16％，增强增韧母粒2～6％，色母粒0～2％，其余为PBAT；所述功能层的原料包括PLA6～14％，功能母粒3～5％，色母粒0～5％，其余为PBAT；所述控释层的原料包括PLA5～12％，淀粉基衍生物母粒5～16％，其余为PBAT；所述色母粒为黑色色母粒。
4.根据权利要求1所述的一种多功能可控多层共挤生物降解地膜，其特征在于，以质量分数计，所述骨架层的原料包括PLA12～17％，增强增韧母粒1～4％，色母粒0～2％，其余为PBAT；所述功能层的原料包括PLA7～19％，功能母粒2～6％，色母粒0～5％，其余为PBAT；所述控释层的原料包括PLA11～17％，淀粉基衍生物母粒8～19％，其余为PBAT；所述色母粒为黑色色母粒。
5.根据权利要求1～4任一项所述的一种多功能可控多层共挤生物降解地膜，其特征在于，所述控释层上还包括涂覆层；其中，所述涂覆层的原料包括杀虫剂、害虫趋避剂或植物生长调节剂。
6.根据权利要求1～4任一项所述的一种多功能可控多层共挤生物降解地膜，其特征在于，所述功能层的层数为1～3层。
7.根据权利要求1～4任一项所述的一种多功能可控多层共挤生物降解地膜，其特征在于，所述功能母粒中含有抑菌剂、生长调节剂、保水剂、水气阻隔剂、流滴剂和增温剂中的至少一种。
8.根据权利要求7所述的一种多功能可控多层共挤生物降解地膜，其特征在于，所述抑菌剂为辣椒素；所述生长调节剂为宛氏拟青霉提取物；所述保水剂为聚丙烯酰胺类；所述流滴剂为KF65020或KF65015；所述水气阻隔剂为热塑性聚氨酯弹性体；所述增温剂为类水滑石基高分子聚合物；所述色母粒为生物基黑色母粒。
9.一种如权利要求1～8任一项所述的多功能可控多层共挤生物降解地膜的制备方法，用双螺杆挤出机制备，其特征在于，包括如下步骤：
按照质量比例将各层原料混合，制备各层原料母粒；
按照各层需求的加工层数选择各层对应的筒数，加入原料；采用多层共挤技术经模口提膜、吹塑、过牵引和收卷，制得所述多功能可控多层共挤生物降解地膜。
10.根据权利要求9所述的多功能可控多层共挤生物降解地膜的制备方法，其特征在于，还包括制备涂覆层的步骤；制备所述涂覆层的步骤为，在所述控释层的表面涂覆所述涂覆层原料，所述涂覆层原料有效成分用量0.05～0.75g/m2。
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