專利名稱：生物降解膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可完全生物降解的膜及其制備方法。
在人們尋找可降解的地膜及包裝材料，以挽救日趨嚴(yán)重的塑料廢棄物的污染時，最初的試探就是將可生物降解的淀粉及有機(jī)酸引入到通常的聚乙烯膜中去。所以聚乙烯/淀粉型，淀粉一聚(乙烯-丙烯酸)-聚乙烯型降解膜相繼問世，但最近發(fā)現(xiàn)，這類膜僅僅淀粉能夠降解，而聚乙烯是不能被微生物分解的，因此這類膜已日趨降溫。
美國F.H.Otey等研制了一種聚乙烯醇-淀粉-聚氯乙烯類型的膜(Ind.Eng.Chem.Prod.Res.Dev.1980，19，592-595)，該膜含有淀粉60%，聚乙烯醇15%左右，將聚氯乙烯溶膠涂復(fù)于聚乙烯醇-淀粉膜之上來提高膜的疏水能力，這種膜在不涂復(fù)聚氯乙烯的情況下，幾乎沒有濕強(qiáng)度，而聚氯乙烯的引入在用作地膜時人們有一種戒備心理，因為聚氯乙烯在進(jìn)行地膜育種時曾發(fā)生爛秧現(xiàn)象。意大利Ferruxxi公司使用70%變性淀粉與30%的變性聚乙烯醇來制備的生物降解膜(MPI1991，NO.9，P7)，其降解性能好，但價格比較貴。
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中生物降解不充分、產(chǎn)生副作用、價格高的缺點，而提供一種在短期可完全生物降解的膜及其制備方法。
本發(fā)明通過如下措施來實現(xiàn)本發(fā)明的配方含有聚乙烯醇、淀粉、增塑劑、補(bǔ)強(qiáng)劑、改性劑、尿素等。本發(fā)明采用聚乙烯醇為支撐，以淀粉作為生物降解的誘導(dǎo)劑，并通過其在膜中的含量來控制膜的降解時間和速度，輔以尿素等養(yǎng)分，并加入增塑劑及補(bǔ)強(qiáng)劑來改善膜的強(qiáng)度及韌性。
本發(fā)明的具體配方含有(重量百分含量)聚乙烯醇40-75%淀粉8-43%增塑劑6-20%補(bǔ)強(qiáng)劑0-4%改性劑0-16%尿素0-17%淀粉系天然可降解高分子，但純淀粉膜強(qiáng)度不夠;聚乙烯醇具有生物可降解性，且可作為土壤改良劑，膜強(qiáng)度也好，但價格較貴;普通聚乙烯地膜不僅不能降解，且是“貧膜”，無法引入養(yǎng)分，而淀粉及聚乙烯醇膜在用作地膜時則可引入尿素等養(yǎng)分;生物降解膜為了降解必須具備一定的親水性，但又必須在潮濕環(huán)境中具有一定的強(qiáng)度，在干環(huán)境中有一定的韌性，因此必須在PVA，淀粉的基礎(chǔ)上加入適量的增塑劑及補(bǔ)強(qiáng)劑。
本發(fā)明所用的增塑料劑為多羥基化合物，如甘油、二縮三乙二醇、聚丙二醇等。
本發(fā)明采用的補(bǔ)強(qiáng)劑為明膠、海藻酸鹽、甲殼素等。
本發(fā)明選用的改性劑主要為有機(jī)酸及醛類，具體是丙烯酸、醋酸、甲醛、乙醛等。
本發(fā)明通過包括如下方法來制備先在聚乙烯醇中加入含量為足以使其濕潤的水，加熱溶解，然后加熱使物料溶解;再加入增塑劑、補(bǔ)強(qiáng)劑、改性劑、尿素、淀粉等物料在80-120℃下共混(糊化)反應(yīng)5-30分鐘;攪勻、過濾后在95±5℃下成膜。一般以流延法成膜較佳。
本發(fā)明的膜在17-20微米厚時，機(jī)械性能為拉伸強(qiáng)度＞10MPa，斷裂伸長＞100%，直鐵撕裂強(qiáng)度＞30KN/m。
本發(fā)明可用作可降解地膜以及包裝材料。在用作地膜時，該膜的保溫、保水作用與普通地膜相同或好于普通地膜，而對作物的增產(chǎn)效果通常好于普通地膜，一般增產(chǎn)幅度在20-30%，特別是對葡萄，可增產(chǎn)60%，每畝增產(chǎn)近1600斤，有很好的經(jīng)濟(jì)效益，且成本較為便宜。它具有完全生物降解的特性，能在經(jīng)過大約二個月左右的作物生長復(fù)蓋期后，在一年內(nèi)基本降解掉，且通過改變膜中淀粉含量可控制降解時間?？朔似胀ň垡蚁┑啬な褂煤髿埬みz留土壤污染環(huán)境，影響作物根系發(fā)育，進(jìn)而造成作物減產(chǎn)的缺點，有利于農(nóng)田生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)。如用作可降解的包裝材料(不加尿素)，象飼料袋、垃圾袋、快餐飯盒，無毒副作用，其經(jīng)濟(jì)效益更佳，是一種很有發(fā)展前途的生物降解膜材料。
表1為不同類型膜的機(jī)械性能比較表1
表2為生物降解膜與普通地膜增產(chǎn)作用的比較 本發(fā)明實施例為例1在帶蒸汽熱夾套的反應(yīng)釜中，加入聚乙烯醇59份，加水適量，然后加熱使其溶解，加入甘油10份，土豆淀粉31份，在85℃下反應(yīng)10分鐘，以使淀粉糊化，過濾，至流延機(jī)95℃下干燥成膜。
例2增塑劑選用聚丙二醇8份，加入明膠1份，甲醛1份，其他反應(yīng)條件同例1，反應(yīng)后成膜(90℃)。
例3用油浴加熱，在帶攪拌的開口反應(yīng)器中，加入聚乙烯醇45份及適量水，加熱溶解，加入二縮三乙二醇15份、1份明膠、尿素15份、25份土豆淀粉在80℃下糊化30分鐘，攪勻，至流延機(jī)成膜(90℃)。
例4用油浴加熱，在帶攪拌的反應(yīng)器中加入聚乙烯醇50份，加水加熱溶解，再加入醋酸15份，甘油8份，尿素13份。攪勻，再加入15份玉米淀粉，在100℃下糊化反應(yīng)12分鐘，流延成膜(95℃)。
例5用油浴加熱，在帶攪拌的反應(yīng)器中加入聚乙烯醇60份，甘油8份，高直鏈玉米淀粉32份，在100℃下糊化反應(yīng)5分鐘，流延成膜(95℃)。
例6在反應(yīng)釜中加入聚乙烯醇40份及適量水加熱溶解，加入丙烯酸10份、尿素10份、甘油15份以及玉米淀粉25份，在約95℃使淀粉糊化10分鐘，流延成膜(95℃)。
例7在反應(yīng)釜中，加入聚乙烯醇60份及水加熱溶解，加入乙醛15份、聚丙二醇10份、15份土豆淀粉，在98℃下糊化15分鐘，攪勻，流延成膜(100℃)。
例8在帶蒸汽加熱夾套的反應(yīng)器中，加入50份聚乙烯醇及適量的水，加熱溶解，然后再加入甘油15份，尿素15份、淀粉20份加熱至90℃，糊化15分鐘，至流延機(jī)95℃下干燥成膜、收卷、包裝。
例9在帶蒸汽夾套的反應(yīng)釜中，加入聚乙烯醇65份及適量的水，加熱溶解，再加入甘油10份，尿素10份以及玉米淀粉14份、海藻酸鈉1份，于90℃下糊化反應(yīng)25分鐘，攪勻，至流延機(jī)成膜(90℃)下，收卷。
例10用油浴加熱，在帶攪拌的反應(yīng)器中加入60份聚乙烯醇及水加熱溶解，加入二縮三乙二酸9份、尿素5份、4份甲殼素以及22份土豆淀粉于95℃下糊化反應(yīng)5分鐘，到流延機(jī)成膜(100℃)。
例11取聚乙烯醇20份、高直流玉米淀粉10份、甘油20份，其制備條件同例5，成膜。
權(quán)利要求
1.一種可完全生物降解的膜，其配方含有(重量百分含量)聚乙烯醇 40-75%淀粉 8-43%增塑劑6-20% 補(bǔ)強(qiáng)劑 0-4%改性劑0-16% 尿素 0-17%
2.如權(quán)利要求1所說的方法，其特征在于淀粉為玉米淀粉、土豆淀粉或經(jīng)酶法制得的高直鏈玉米淀粉。
3.如權(quán)利要求1所說的方法，其特征在于增塑劑為甘油、二縮三乙二醇、聚丙二醇。
4.如權(quán)利要求1所說的方法，其特征在于補(bǔ)強(qiáng)劑為明膠、海藻酸鹽、甲殼素。
5.如權(quán)利要求1所說的方法，其特征在于改性劑為丙烯酸、醋酸、甲醛、乙醛。
6.如權(quán)利要求1所說的生物降解膜的制備方法，包括a、在聚乙烯醇中加入含量足以使其濕潤的水，加熱溶解;b、加入增塑劑、補(bǔ)強(qiáng)劑、改性劑、尿素、淀粉進(jìn)行共混(糊化)反應(yīng);c、攪勻、過濾后成膜;其特征在于共混(糊化)反應(yīng)溫度80-120℃，反應(yīng)時間5-30分鐘，在95±5℃下成膜。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可完全生物降解的膜及其制備方法。本發(fā)明使用可降解組分聚乙烯醇、淀粉、增塑劑、補(bǔ)強(qiáng)劑、改性劑等共混反應(yīng)后流延成膜。具有普通聚乙烯膜的機(jī)械性能，在一年內(nèi)經(jīng)微生物作用可基本分解掉。用作可降解地膜及包裝材料。
文檔編號C08J5/18GK1104656SQ9311530
公開日1995年7月5日 申請日期1993年12月31日 優(yōu)先權(quán)日1993年12月31日
發(fā)明者胡靖 , 李斌, 張宏偉, 胡緒才, 劉紀(jì)元, 索榮 申請人:中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所