本發(fā)明屬于聚氨酯薄膜，具體涉及植物基可降解tpu農(nóng)用薄膜及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，地膜與棚膜被廣泛采用以有效調(diào)控土壤溫度與濕度，當(dāng)前廣泛應(yīng)用的材料為不可生物降解的聚乙烯制品。然而，這類制品在使用后被遺棄于土壤中，因其難以清除，對農(nóng)業(yè)土壤環(huán)境構(gòu)成了顯著的污染威脅。鑒于這一嚴(yán)峻問題，研發(fā)能夠替代的生物基可降解農(nóng)用薄膜顯得尤為迫切。熱塑性聚氨酯彈性體（tpu）作為一種備選材料，展現(xiàn)出高彈性、卓越的柔韌性、良好的成膜性能以及透濕性等優(yōu)點(diǎn)，但其制備原料主要源自石化資源，導(dǎo)致石油消耗量大增。此外，傳統(tǒng)tpu材料面臨無法完全降解的挑戰(zhàn)，這一缺陷限制了其更廣泛的應(yīng)用范圍。因此，開發(fā)新型的生物基且可降解的農(nóng)用薄膜材料成為解決當(dāng)前問題的關(guān)鍵所在。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種植物基可降解tpu農(nóng)用薄膜，以天然可再生、價(jià)格低廉且來源廣泛的木質(zhì)素為原料，旨在緩解對石油資源的依賴與消耗，同時(shí)確保產(chǎn)品的安全環(huán)保特性；通過優(yōu)化配方與制備工藝，所制得的薄膜生物降解性優(yōu)良、透氣性能高且易加工。

2、本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種植物基可降解tpu農(nóng)用薄膜的制備方法，科學(xué)合理，簡單易行。

3、本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下：

4、所述的植物基可降解tpu農(nóng)用薄膜，包括以下質(zhì)量份數(shù)的原料：

5、植物基聚酯多元醇：44-69份；

6、二異氰酸酯：17-43份；

7、擴(kuò)鏈劑：3-11份；

8、潤滑劑：0.1-1份；

9、生物降解劑：1-10份；

10、催化劑：0.05-0.1份；

11、所述的植物基聚酯多元醇由木質(zhì)素、小分子二元酸與小分子二元醇經(jīng)聚合反應(yīng)制備得到；

12、所述的植物基可降解tpu農(nóng)用薄膜的制備方法為：將植物基聚酯多元醇和潤滑劑的混合物、二異氰酸酯、擴(kuò)鏈劑和催化劑通過計(jì)量混合，于雙螺桿擠出機(jī)中反應(yīng)，擠出造粒，所得到的粒料在流延成膜過程中，在薄膜的冷卻固化階段添加生物降解劑，制得植物基可降解tpu農(nóng)用薄膜。

13、所述的植物基聚酯多元醇的制備方法為：將木質(zhì)素、小分子二元酸與小分子二元醇加入到反應(yīng)釜中，加熱攪拌，氮?dú)獗Ｗo(hù)，升溫到140-150℃至反應(yīng)出水，控制回流塔塔頂溫度在100-105℃，加入鈦酸四丁酯，將溫度升至220-250℃，繼續(xù)反應(yīng)2-4h，然后采用氮?dú)夤呐莨に嚢芽s聚產(chǎn)生的水分脫出，當(dāng)釜內(nèi)物料的酸值降至0.6mgkoh/g以下，水分含量降至0.05wt.%以下時(shí)，降溫放料，即得植物基聚酯多元醇。

14、所述的植物基聚酯多元醇的數(shù)均分子量為500-3000，其中小分子二元酸與小分子二元醇的摩爾比為（1.1-5.1）:1，木質(zhì)素的用量為植物基聚酯多元醇總投料量的5-50wt.%，鈦酸四丁酯的加入量占植物基聚酯多元醇總投料量0.005-0.01wt.%。

15、所述的小分子二元酸為含有4-10個(gè)碳原子的二元酸；小分子二元醇為含有2-6個(gè)碳原子的二元醇。

16、所述的二異氰酸酯為4,4'-二苯基甲烷二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯、甲苯二異氰酸酯、1,4-環(huán)己烷二異氰酸酯、二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯或苯二亞甲基二異氰酸酯中的一種。

17、所述的擴(kuò)鏈劑為含有2-6個(gè)碳原子的二元醇。

18、所述的潤滑劑為油酸酰胺、硬脂酸醇酯、硬脂酸酰胺、硬脂酸單甘油酯或硬脂酸丁酯中的一種。

19、所述的生物降解劑為乳酸脫氫酶、過氧化氫酶、淀粉酶、檸檬酸合成酶或磷酸丙糖異構(gòu)酶中的一種。

20、所述的催化劑為有機(jī)錫或有機(jī)鉍催化劑。

21、所述的植物基可降解tpu農(nóng)用薄膜的制備方法，包括以下步驟：

22、1）將植物基聚酯多元醇和潤滑劑加入到反應(yīng)釜a中，在100-120℃下攪拌；將二異氰酸酯加入到反應(yīng)釜b中，在50-70℃下攪拌；將擴(kuò)鏈劑加入到反應(yīng)釜中c，保持溫度為40-60℃；通過灌注系統(tǒng)，將反應(yīng)釜a、反應(yīng)釜b和反應(yīng)釜c中的物料混合，注入雙螺桿擠出機(jī)，同時(shí)在雙螺桿擠出機(jī)喂料口通過微量注射泵加入催化劑，混合物料在雙螺桿筒體內(nèi)均勻反應(yīng)輸送，完成合成反應(yīng)后，經(jīng)塑化、造粒得到tpu粒料，其中螺桿溫度為80-250℃；

23、2）將tpu粒料加入擠出機(jī)中，加熱至熔融狀態(tài)，熔體通過模口擠出后進(jìn)行冷卻固化，在冷卻固化過程中向薄膜兩端噴灑生物降解劑，最終制得植物基可降解tpu農(nóng)用薄膜。

24、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

25、（1）本發(fā)明采用的木質(zhì)素作為一種豐富的天然芳香族聚合物，其結(jié)構(gòu)中富含羥基、甲氧基、羰基、羧基等官能團(tuán)，不僅可用于合成多元醇以替代石油基多元醇，還具備來源廣泛、價(jià)格低廉、產(chǎn)量大及無污染的特點(diǎn)。此外，該木質(zhì)素?zé)o需額外添加黑色母粒，其自帶的黑色薄膜特性有助于保溫保濕，進(jìn)一步提升了材料的環(huán)保性和實(shí)用性；

26、（2）本發(fā)明通過使用木質(zhì)素合成tpu，顯著提高了產(chǎn)品的生物基含量，同時(shí)，添加的生物降解劑在紫外光、熱量、氧氣條件下，能促使tpu薄膜發(fā)生復(fù)雜的脫氫反應(yīng)，降低分子量成為短鏈分子，并最終被酶和微生物分解轉(zhuǎn)化為水和二氧化碳，完成降解過程，這一過程對土壤和地下水的ph值無影響，確保了環(huán)境友好性；

27、（3）本發(fā)明在tpu薄膜冷卻、定型收卷過程中噴灑生物降解劑，不僅避免了高溫導(dǎo)致的降解劑失效問題，還確保了降解劑在薄膜表面的均勻分布，從而提高了降解效果，確保了產(chǎn)品的生物降解性能得到充分發(fā)揮；

28、（4）本發(fā)明的制備方法科學(xué)合理，采用雙螺桿擠出機(jī)一步法連續(xù)生產(chǎn)工藝，簡化了操作流程，提高了生產(chǎn)效率，通過添加潤滑劑，有效解決了成膜過程中粘輥問題，進(jìn)一步提升了加工效率，所制備的tpu薄膜材料具有優(yōu)異的透濕、透氣性能，在農(nóng)用薄膜領(lǐng)域展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。

技術(shù)特征：

1.一種植物基可降解tpu農(nóng)用薄膜，其特征在于，包括以下質(zhì)量份數(shù)的原料：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植物基可降解tpu農(nóng)用薄膜，其特征在于，所述的植物基聚酯多元醇的制備方法為：將木質(zhì)素、小分子二元酸與小分子二元醇加入到反應(yīng)釜中，加熱攪拌，升溫到140-150℃至反應(yīng)出水，控制回流塔塔頂溫度在100-105℃，加入鈦酸四丁酯，將溫度升至220-250℃，繼續(xù)反應(yīng)2-4h，然后采用氮?dú)夤呐莨に嚢芽s聚產(chǎn)生的水分脫出，當(dāng)釜內(nèi)物料的酸值降至0.6mgkoh/g以下，水分含量降至0.05wt.%以下時(shí)，即得植物基聚酯多元醇。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的植物基可降解tpu農(nóng)用薄膜，其特征在于，所述的植物基聚酯多元醇的數(shù)均分子量為500-3000，所述的小分子二元酸與小分子二元醇的摩爾比為（1.1-5.1）:1，所述的木質(zhì)素的用量為植物基聚酯多元醇總投料量的5-50wt.%。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的植物基可降解tpu農(nóng)用薄膜，其特征在于，所述的小分子二元酸為含有4-10個(gè)碳原子的二元酸；小分子二元醇為含有2-6個(gè)碳原子的二元醇。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植物基可降解tpu農(nóng)用薄膜，其特征在于，所述的二異氰酸酯為4,4'-二苯基甲烷二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯、甲苯二異氰酸酯、1,4-環(huán)己烷二異氰酸酯、二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯或苯二亞甲基二異氰酸酯中的一種。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植物基可降解tpu農(nóng)用薄膜，其特征在于，所述的擴(kuò)鏈劑為含有2-6個(gè)碳原子的二元醇。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植物基可降解tpu農(nóng)用薄膜，其特征在于，所述的潤滑劑為油酸酰胺、硬脂酸醇酯、硬脂酸酰胺、硬脂酸單甘油酯或硬脂酸丁酯中的一種。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植物基可降解tpu農(nóng)用薄膜，其特征在于，所述的生物降解劑為乳酸脫氫酶、過氧化氫酶、淀粉酶、檸檬酸合成酶或磷酸丙糖異構(gòu)酶中的一種。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植物基可降解tpu農(nóng)用薄膜，其特征在于，所述的催化劑為有機(jī)錫或有機(jī)鉍催化劑。

10.一種權(quán)利要求1-9任意一項(xiàng)所述的植物基可降解tpu農(nóng)用薄膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于聚氨酯薄膜技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及植物基可降解TPU農(nóng)用薄膜及其制備方法。包括以下質(zhì)量份數(shù)的原料：植物基聚酯多元醇：44?69份；二異氰酸酯：17?43份；擴(kuò)鏈劑：3?11份；潤滑劑：0.1?1份；生物降解劑：1?10份；催化劑：0.05?0.1份；所述的植物基聚酯多元醇由木質(zhì)素、小分子二元酸與小分子二元醇經(jīng)聚合反應(yīng)制備得到。本發(fā)明以天然可再生、價(jià)格低廉且來源廣泛的木質(zhì)素為原料，旨在緩解對石油資源的依賴與消耗，同時(shí)確保產(chǎn)品的安全環(huán)保特性；通過優(yōu)化配方與制備工藝，所制得的薄膜生物降解性優(yōu)良、透氣性能高且易加工。

技術(shù)研發(fā)人員：王亞軍,宋小娜,管永,陳海良,張強(qiáng),張寧,劉廣臣
受保護(hù)的技術(shù)使用者：山東一諾威聚氨酯股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19