一種可生物降解材料和可生物降解地膜的制作方法

文檔序號(hào)：11569489閱讀：660來(lái)源：國(guó)知局

導(dǎo)航： X技術(shù)> 最新專利>有機(jī)化合物處理,合成應(yīng)用技術(shù)

本發(fā)明涉及可生物降解材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可生物降解材料和可生物降解地膜。

背景技術(shù)：

地膜覆蓋技術(shù)已在農(nóng)業(yè)中得到了廣泛推廣，應(yīng)用到了小麥、水稻、玉米、大豆、高粱、棉花、西瓜等作物的種植中，增產(chǎn)效果明顯。地膜覆蓋可以起到保墑抗旱，改善土壤物理形狀的作用，對(duì)作物根系特別是后期根系活力的保持提供了良好的土壤環(huán)境。另外，地膜覆蓋還可以保持水土，減少養(yǎng)分的流失，提高肥效，抑制雜草，減輕病蟲(chóng)害，以及提高光能利用率，早熟增產(chǎn)，生長(zhǎng)健壯，防止倒伏，增強(qiáng)了農(nóng)業(yè)抵抗自然災(zāi)害的能力。

目前應(yīng)用的地膜大多數(shù)為聚乙烯或聚氯乙烯膜塑料，極難降解，既不受微生物侵蝕，也不能自行分解，其降解周期一般為200～300年，降解過(guò)程中還會(huì)溶出有毒物質(zhì)，并且易破碎，不易消除。加之回收率低(不足1/3)，大量殘留在土壤中形成積累，造成持久性污染。因此若殘留地膜問(wèn)題得不到有效解決，必然給后人帶來(lái)難以解決的污染危害，對(duì)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種可生物降解材料和可生物降解地膜，該可生物降解地膜可生物降解，且具有較高的強(qiáng)度和延伸率。

本發(fā)明提供了一種可生物降解材料，包括以下組分：

聚乳酸50～90重量份、聚酯增塑劑5～50重量份和交聯(lián)劑0.5～15重量份；

所述聚酯增塑劑由二元酸、二元醇和三元醇共聚合制得。

優(yōu)選地，所述二元酸選自c4～c10二元酸中的一種或多種；

所述二元醇選自c4～c10二元醇中的一種或多種。

優(yōu)選地，所述二元酸選自丁二酸、己二酸、辛二酸和癸二酸中的一種或多種；

所述二元醇選自丁二醇、己二醇、辛二醇和癸二醇中的一種或多種；

所述三元醇為丙三醇。

優(yōu)選地，所述聚乳酸的數(shù)均分子量為5×10⁴～5×10⁵g/mol。

優(yōu)選地，所述交聯(lián)劑包括含有二個(gè)異氰酸酯基團(tuán)的化合物和/或含有大于一個(gè)環(huán)氧基團(tuán)的化合物。

優(yōu)選地，所述含有二個(gè)異氰酸酯基團(tuán)的化合物選自甲苯二異氰酸酯、二苯甲烷二異氰酸酯、對(duì)苯二亞甲基二異氰酸酯、己二異氰酸酯和異佛爾酮二異氰酸酯中的一種或多種；

所述含有大于一個(gè)環(huán)氧基團(tuán)的化合物選自雙酚a二縮水甘油醚、甲撐二間苯二酚環(huán)氧樹(shù)脂和鄰苯二甲酸二縮水甘油酯中的一種或多種。

優(yōu)選地，所述二元酸和二元醇的物質(zhì)的量比為1：1.2～1.5；

所述三元醇的物質(zhì)的量與所述二元酸和二元醇總物質(zhì)的量比為1～5：100。

本發(fā)明提供了一種可生物降解地膜，由上述技術(shù)方案所述可生物降解組合物造粒，再吹塑成膜制得。

優(yōu)選地，所述可生物降解地膜的厚度為4～12微米。

優(yōu)選地，所述吹塑成膜的溫度為140～180℃。

本發(fā)明提供了一種可生物降解材料，包括以下組分：聚乳酸50～90重量份、聚酯增塑劑5～50份和交聯(lián)劑0.5～15份；所述聚酯增塑劑由二元酸、二元醇和三元醇共聚合制得。本發(fā)明提供的可生物降解材料采用由二元酸、二元醇和三元醇共聚合制得的聚酯增塑劑與脂肪族聚酯和交聯(lián)劑相互作用，使其制備的可生物降解地膜具有可生物降解性，且具有較高的強(qiáng)度和延伸率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的可生物降解地膜具有更高的強(qiáng)度和延伸率，并且在使用70天后，薄膜的基礎(chǔ)力學(xué)性能依然能保持50％以上；在3～6月內(nèi)分解為環(huán)境無(wú)害的小分子物質(zhì)；另外，該組合物具有良好的熔體穩(wěn)定性，即使吹制4微米厚度的薄膜依然維持穩(wěn)定，不會(huì)產(chǎn)生漂移，抖動(dòng)等不穩(wěn)定現(xiàn)象。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種可生物降解材料，包括以下組分：

聚乳酸50～90重量份、聚酯增塑劑5～50份和交聯(lián)劑0.5～15份；

所述聚酯增塑劑由二元酸、二元醇和三元醇共聚合制得。

本發(fā)明提供的可生物降解材料采用由二元酸、二元醇和三元醇共聚合制得的聚酯增塑劑與脂肪族聚酯和交聯(lián)劑相互作用，使其制備的可生物降解地膜具有可生物降解性，且具有較高的強(qiáng)度和延伸率。

本發(fā)明提供的可生物降解材料包括聚乳酸50～90重量份。本發(fā)明優(yōu)選采用旋光度低于95％的聚乳酸，即熔點(diǎn)約160℃以下的聚乳酸樹(shù)脂；本發(fā)明優(yōu)選采用數(shù)均分子量為5×10⁴～5×10⁵g/mol的聚乳酸，更優(yōu)選采用數(shù)均分子量為8×10⁴～1.5×10⁵g/mol的聚乳酸。

本發(fā)明提供的可生物降解材料包括聚酯增塑劑5～50份，所述聚酯增塑劑由二元酸、二元醇和三元醇共聚合制得。

在本發(fā)明中，所述二元酸優(yōu)選選自c4～c10二元酸中的一種或多種；更優(yōu)選選自丁二酸、己二酸、辛二酸和癸二酸中的一種或多種；

所述二元醇優(yōu)選選自c4～c10二元醇中的一種或多種，更優(yōu)選選自丁二醇、己二醇、辛二醇和癸二醇中的一種或多種；

所述三元醇優(yōu)選為丙三醇。

在本發(fā)明中，所述聚酯增塑劑的制備方法包括以下步驟：

將二元酸和二元醇混合，熔融，再和丙三醇混合反應(yīng)，得到聚酯增塑劑。

在本發(fā)明中，所述二元酸和二元醇的物質(zhì)的量比優(yōu)選為1：1.2～1.5；所述三元醇的物質(zhì)的量與所述二元酸和二元醇總物質(zhì)的量比優(yōu)選為1～5：100。

本發(fā)明將二元酸和二元醇加熱至熔融狀態(tài)，待其呈粘稠狀時(shí)，再加入丙三醇。在本發(fā)明中，所述和丙三醇混合反應(yīng)的時(shí)間優(yōu)選為25～35min，更優(yōu)選為30min。

本發(fā)明提供的可生物降解材料包括交聯(lián)劑0.5～15份。在本發(fā)明中，所述交聯(lián)劑均可與pla樹(shù)脂、聚酯增塑劑末端羥基、羧基發(fā)生反應(yīng)，當(dāng)交聯(lián)劑的兩端分別與pla、增塑劑端基發(fā)生反應(yīng)時(shí)，即原位生成界面相容劑，增加pla基體樹(shù)脂與增塑劑之間的相互作用，增加薄膜的整體性能表現(xiàn)，同時(shí)提高吹膜加工穩(wěn)定性。在本發(fā)明中，所述交聯(lián)劑優(yōu)選包括含有二個(gè)異氰酸酯基團(tuán)的化合物和/或含有大于一個(gè)環(huán)氧基團(tuán)的化合物。

在本發(fā)明中，所述含有二個(gè)異氰酸酯基團(tuán)的化合物優(yōu)選選自甲苯二異氰酸酯(tdi)、二苯甲烷二異氰酸酯(mdi)、對(duì)苯二亞甲基二異氰酸酯(xdi)、己二異氰酸酯(hdi)和異佛爾酮二異氰酸酯(ipdi)中的一種或多種；

所述甲苯二異氰酸酯(tdi)的分子式為式(ⅰ)或式(ⅱ)所示：

所述二苯甲烷二異氰酸酯(mdi)的分子式為式(iii)所示：

所述對(duì)苯二亞甲基二異氰酸酯(xdi)的分子式為式(ⅳ)所示：

所述己二異氰酸酯(hdi)的分子式為式(ⅴ)所示：

所述異佛爾酮二異氰酸酯(ipdi)的分子式為式(ⅵ)所示：

所述含有大于一個(gè)環(huán)氧基團(tuán)的化合物優(yōu)選選自雙酚a二縮水甘油醚、甲撐二間苯二酚環(huán)氧樹(shù)脂和鄰苯二甲酸二縮水甘油酯中的一種或多種；

所述雙酚a二縮水甘油醚的分子式如式(ⅶ)所示：

所述甲撐二間苯二酚環(huán)氧樹(shù)脂的分子式如式(ⅷ)所示：

所述鄰苯二甲酸二縮水甘油酯的分子式如式(ⅸ)所示：

本發(fā)明提供了一種可生物降解地膜，由上述技術(shù)方案所述可生物降解組合物造粒，再吹塑成膜制得。

在本發(fā)明中，所述可生物降解地膜的厚度為4～12微米。

在本發(fā)明中，所述可生物降解地膜的制備方法具體包括：

將聚乳酸、聚酯增塑劑和交聯(lián)劑混合，造粒，吹塑，得到可生物降解地膜。

在本發(fā)明中，所述造粒的溫度優(yōu)選為150～220℃，更優(yōu)選為160～180℃。所述吹塑成膜的溫度為140～180℃。

本發(fā)明提供了一種可生物降解材料，包括以下組分：聚乳酸50～90重量份、聚酯增塑劑5～50重量份和交聯(lián)劑0.5～15重量份；所述聚酯增塑劑由二元酸、二元醇和三元醇共聚合制得。本發(fā)明提供的可生物降解材料采用由二元酸、二元醇和三元醇共聚合制得的聚酯增塑劑與脂肪族聚酯和交聯(lián)劑相互作用，使其制備的可生物降解地膜具有可生物降解性，且具有較高的強(qiáng)度和延伸率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的可生物降解地膜具有更高的強(qiáng)度和延伸率，并且在使用70天后，可生物降解地膜的基礎(chǔ)力學(xué)性能依然能保持50％以上；在3～6月內(nèi)分解為環(huán)境無(wú)害的小分子物質(zhì)；另外，該組合物具有良好的熔體穩(wěn)定性，即使吹制4微米厚度的薄膜依然維持穩(wěn)定，不會(huì)產(chǎn)生漂移，抖動(dòng)等不穩(wěn)定現(xiàn)象。

為了進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的一種可生物降解材料和可生物降解地膜進(jìn)行詳細(xì)地描述，但不能將它們理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。

為了便于比較可降解地膜的使用性能，以市售pe地膜作為參照，厚度10μm，進(jìn)行同田實(shí)驗(yàn)，在地膜鋪設(shè)前和鋪設(shè)70天后對(duì)薄膜力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證本發(fā)明提供的可生物降解地膜的使用性能。

聚酯增塑劑的制備：

將丁二酸、丁二醇單體按照摩爾比1：1.2混合并加熱至熔融狀態(tài)并攪拌，待反應(yīng)物呈粘稠狀時(shí)，加入總量摩爾比為3％的丙三醇，繼續(xù)攪拌30分鐘，得粘稠狀的聚酯增塑劑1。

將己二酸、己二醇單體按照摩爾比1：1.5混合并加熱至熔融狀態(tài)并攪拌，待反應(yīng)物呈粘稠狀時(shí)，加入總量摩爾比為1％的丙三醇，繼續(xù)攪拌30分鐘，得粘稠狀的聚酯增塑劑2。

將辛二酸、辛二醇單體按照摩爾比1：1.3混合并加熱至熔融狀態(tài)并攪拌，待反應(yīng)物呈粘稠狀時(shí)，加入總量摩爾比為2％的丙三醇，繼續(xù)攪拌30分鐘，得粘稠狀的聚酯增塑劑3。

將癸二酸、癸二醇單體按照摩爾比1：1.2混合并加熱至熔融狀態(tài)并攪拌，待反應(yīng)物呈粘稠狀時(shí)，加入總量摩爾比為5％的丙三醇，繼續(xù)攪拌30分鐘，得粘稠狀的聚酯增塑劑4。

比較例

將50wt％聚乳酸(數(shù)均分子量5×10⁴g/mol)、50％己二酸-對(duì)苯二甲酸-丁二醇共聚物在高攪機(jī)中混合3分鐘后，加入至雙螺桿擠出機(jī)中，在180℃擠出造粒。將造粒后的樹(shù)脂在吹膜機(jī)中160℃吹塑成型，薄膜厚度約20μm。

實(shí)施例1

將50wt％聚乳酸a(數(shù)均分子量5×10⁴g/mol)、上述制備的35wt％聚酯增塑劑1、15wt％甲苯二異氰酸酯(tdi)于高攪機(jī)中混合10分鐘后，加入雙螺桿擠出機(jī)中，在150℃擠出造粒，得到改性聚乳酸樹(shù)脂粒子；將改性樹(shù)脂在吹膜機(jī)中140℃吹塑成型，得到可生物降解地膜，薄膜厚度約12μm。

將上述可生物降解地膜與作為對(duì)比的pe地膜在相同條件下實(shí)地鋪設(shè)70天，比較鋪設(shè)前后薄膜材料的力學(xué)性能變化，結(jié)果見(jiàn)表1：

表1pe膜、比較例和實(shí)施例1～8制備的可生物降解地膜的力學(xué)性能變化

由表1可知，經(jīng)過(guò)增塑改性后的可降解生物地膜與pe膜相比具有更高的強(qiáng)度和延伸率，并且在使用70天后，可降解生物地膜的基礎(chǔ)力學(xué)性能依然能保持50％以上，產(chǎn)生部分降解，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，本發(fā)明提供的可降解生物地膜會(huì)逐漸分解為小分子物質(zhì)，重新參與到自然界的物質(zhì)循環(huán)。而pe地膜不可降解，其性能隨時(shí)間的變化僅有輕微劣化，難以在數(shù)月內(nèi)自行分解。

實(shí)施例2

將聚乳酸90wt％a(數(shù)均分子量5×10⁵g/mol)、5wt％上述制備的聚酯增塑劑2、5wt％二苯甲烷二異氰酸酯(mdi)于高攪機(jī)中混合10分鐘后，加入雙螺桿擠出機(jī)中，在220℃擠出造粒，得到改性聚乳酸樹(shù)脂粒子；將改性樹(shù)脂在吹膜機(jī)中170℃吹塑成型，得到可生物降解地膜，薄膜厚度約12μm。