一種低成本可控全生物降解地膜及其制備方法
【專利摘要】一種低成本可控全生物降解地膜及其制備方法，所述地膜各組分按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)的配比為：PBAT 15％～35％、PHA 15％～35％、PLA 15％～35％、碳酸鈣20％～50％、抗氧化劑0.1％～0.5％、紫外線吸收劑0.1％～0.5％、增容劑0.5～3％、全降解色母粒0～1％。本發(fā)明的全生物降解地膜具備普通塑料地膜的力學(xué)性能，制造成本低，且能根據(jù)區(qū)域環(huán)境和作物生長(zhǎng)周期調(diào)控降解時(shí)間。
【專利說(shuō)明】
一種低成本可控全生物降解地膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種地膜的制備方法，特別涉及一種低成本可控全生物降解地膜及其制備方法，屬于生物材料技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]全生物降解地膜能在自然條件下完全分解生成COdPH2O，不會(huì)對(duì)土壤造成二次污染，如日本的B1pol膜，為羥基丁酸與羥基戊酸的共聚物，再如聚乳酸(PLA)、聚己內(nèi)酯(PCL)、聚碳酸酯以及脂肪族二元羧酸與二元醇縮聚的酯，能夠全降解。但目前市面上的全生物降解地膜卻由于存在原料配方及制備工藝復(fù)雜、生產(chǎn)成本高、產(chǎn)品受環(huán)境影響較大，降解時(shí)間不可調(diào)控，降解周期過(guò)長(zhǎng)、力學(xué)性能和耐用性較差等問(wèn)題而得不到大面積推廣。如中國(guó)專利CN102140185介紹了一種能夠完全生物降解脂肪酸酯地膜的制備方法，雖然能實(shí)現(xiàn)全生物降解，但地膜成本高，耐熱性差，全生物降解脂肪酸酯技術(shù)也相對(duì)不成熟。因此，提供一種制備工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低、降解完全、降解周期可調(diào)控、力學(xué)性能好的地膜及其制備方法，成為亟待解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具備普通塑料地膜的力學(xué)性能、且能根據(jù)區(qū)域環(huán)境和作物生長(zhǎng)周期調(diào)控降解時(shí)間的低成本全生物降解地膜。本發(fā)明還提供這種地膜的制備方法。
[0004]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案如下:
[0005]—種低成本可控全生物降解地膜，所述地膜各組分按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)的配比為:PBAT15% ?35%、PHA 15% ?35%、PLA 15% ?35%、碳酸鈣20% ?50%、抗氧化劑0.I % ?
0.5%、紫外線吸收劑0.1 %?0.5%、增容劑0.5?3%、全降解色母粒O?I %。
[0006]本發(fā)明所述抗氧化劑由芳胺叔胺型抗氧劑、酰肼型抗氧劑、受阻酚類抗氧劑、硫酯硫醚型抗氧劑中的兩種以上配比而成。所述芳胺叔胺型抗氧劑如防老劑AH，所述酰肼型抗氧劑如ORA，所述受阻酸類抗氧劑如抗氧劑1010、抗氧化劑1076、抗氧化劑2246，所述硫酯硫醚型抗氧劑如抗氧劑2246-s、抗氧劑甲叉4426-s、抗氧劑DLTP、抗氧劑DSTP。所述紫外線吸收劑為苯并三氮唑類化合物或二苯甲酮類化合物。所述苯并三氮唑類化合物如UV-P、UV-327，所述二苯甲酮類化合物如UV-531、UV-9。所述增容劑為甲基丙烯酸酯、乙烯-乙烯醇共聚物、馬來(lái)酸酐、乙烯-丙烯酸共聚物中的一種或幾種。
[0007]本發(fā)明所述一種低成本可控生物全降解地膜的制備方法，包括以下步驟:
[0008](I)降解物料混合:采用混合機(jī)，將PBAT、PHA、PLA、碳酸鈣粉、全降解色母粒投入混料機(jī)中攪拌均勻，得混合物料；
[0009](2)降解母粒造粒:將攪拌均勻的混合物料經(jīng)過(guò)造粒機(jī)造粒，得到降解母粒；
[0010](3)吹塑制成薄膜:將降解母粒加入吹膜機(jī)進(jìn)料口吹膜，控制螺桿加工溫度為110°C?120 °C，吹塑模頭加工溫度為120 °C?140 °C，制備得到全生物降解地膜。[0011 ] 本發(fā)明造粒得到的降解母粒的粒徑為2.0mm?2.5mm，長(zhǎng)度為2.5mm?3.5mm。制備得到的全生物降解地膜厚度為0.008?0.020mm。
[0012]本發(fā)明降解地膜的組分中，PBAT屬于PBS(聚丁二酸丁二醇酯)的一類，為熱塑性生物降解塑料，是己二酸丁二醇酯和對(duì)苯二甲酸丁二醇酯的共聚物，兼具PBA和PBT的特性，既有較好的延展性和斷裂伸長(zhǎng)率，也有較好的耐熱性和沖擊性能，還具有優(yōu)良的生物降解性，適合吹塑薄膜與中空容器、擠出加工片材、紡絲、注塑等多種加工工藝，制備各種完全生物降解高分子制品。而其他種類的PBS，由于分子量低、加工溫度較低、粘度低，力學(xué)性能較差，需要進(jìn)行共混改性研究。
[0013]PHA(聚羥基脂肪酸酯)是由很多細(xì)菌合成的一種胞內(nèi)聚酯，在生物體內(nèi)主要是作為碳源和能源的貯藏性物質(zhì)而存在，它具有類似于合成塑料的物化特性及合成塑料所不具備的生物可降解性、生物相容性、光學(xué)活性、壓電性、氣體相隔性等許多優(yōu)秀性能。是一種性能優(yōu)良的環(huán)保生物塑料，又具有許多可調(diào)節(jié)的材料性能。
[0014]PLA(聚乳酸)是一種新型的生物基及可生物降解材料，使用可再生的植物資源(如玉米)所提出的淀粉原料制成。淀粉原料經(jīng)由糖化得到葡萄糖，再由葡萄糖及一定的菌種發(fā)酵制成高純度的乳酸，再通過(guò)化學(xué)合成方法合成一定分子量的聚乳酸。其熱穩(wěn)定性好，加工溫度為170?230 0C，有好的抗溶劑性，可用多種方式進(jìn)行加工，如擠壓、紡絲、雙軸拉伸、注射吹塑等。在自然條件下可生物降解為二氧化碳和水，不會(huì)產(chǎn)生任何環(huán)境污染。
[0015]CaC03具有價(jià)格低廉、純度高、惰性大、熱穩(wěn)定性好、配互性能好、吸油率低、白度好、粒度分布均勻、無(wú)毒、無(wú)味、分散性好等特點(diǎn)。其在降解地膜組分中使用比例高達(dá)20%?50%，可大幅降低全生物降解地膜的成本，為本發(fā)明一種低成本可控全生物降解地膜的制備方法奠定基礎(chǔ)。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0017](I)本發(fā)明對(duì)地膜進(jìn)行配方設(shè)計(jì)，以滿足各種指標(biāo)需求，解決了單一原料的生物降解材料很難滿足地膜性能要求的問(wèn)題。該地膜不僅具有一般生物降解的功能，而且還可以根據(jù)不同地區(qū)的生態(tài)環(huán)境以及不同的作物生長(zhǎng)需求，通過(guò)設(shè)計(jì)成膜劑的配比獲得適合不同作物的可降解地膜。還可以加入作物除草原料的全降解黑色母?；蚓G色母粒，以阻止光線通過(guò)或過(guò)濾對(duì)植物生長(zhǎng)有效的光線。
[0018](2)本發(fā)明地膜中含有不少價(jià)格低廉的碳酸鈣粉，并且能在保證物理性能的同時(shí)，達(dá)到很薄的厚度，有效降低了地膜生產(chǎn)成本。
[0019](3)本發(fā)明地膜柔韌性好、強(qiáng)度高、保溫保濕好，在鋪膜過(guò)程中能承受一定拉伸變形且不會(huì)斷膜。
[0020](4)本發(fā)明地膜能夠在設(shè)計(jì)壽命內(nèi)開(kāi)始降解，可控制地膜開(kāi)裂時(shí)間為覆膜后20?70天，完全降解周期為180?240天，實(shí)現(xiàn)全生物降解，不會(huì)造成地膜的殘留。因此，不會(huì)破壞土壤結(jié)構(gòu)和植物生長(zhǎng)，能夠持續(xù)增加農(nóng)作物產(chǎn)量，減少白色污染。
[0021](5)本發(fā)明地膜的制備方法具有制備方便、操作簡(jiǎn)單、成本低和降解時(shí)間可控等優(yōu)點(diǎn)，適用于工廠化大規(guī)模生產(chǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0022]實(shí)施例1
[0023]低成本可控生物全降解地膜的制備方法如下:
[0024](I)降解物料混合:按質(zhì)量份數(shù)配比，將PBAT 26%, PHA 26%、PLA26%、碳酸鈣20 %、抗氧化劑1010和抗氧劑DLTP的復(fù)合物(抗氧化劑1010:抗氧劑DLTP = 3:2)0.25%、紫外線吸收劑UV-P 0.25%、增溶劑甲基丙烯酸酯1%、全降解黑色母粒炭粉0.5%采用混料機(jī)充分?jǐn)嚢杈鶆?，得混合物?所述PBAT密度為1.15?1.25g/cm，熔點(diǎn)為110°C?120°C IHA密度為1.24g/cm，恪點(diǎn)為80 °C?IeocC13PLA的平均分子量為4?150萬(wàn)，玻璃化溫度范圍在40°C?60 °C之間。碳酸I丐粒徑為0.02μηι?0.05μηι；
[0025](2)降解母粒造粒:將攪拌均勾的混合物料經(jīng)過(guò)造粒機(jī)造粒，得到粒徑為2.0mm?
2.5mm，長(zhǎng)度為2.5mm?3.5mm的降解母粒；
[0026](3)吹塑制成薄膜:將降解母粒加入吹膜機(jī)進(jìn)料口吹膜，其中螺桿加工溫度控制在110 °C?120 °C之間，吹塑模頭加工溫度控制在120 °C?140 °C之間，制備得到全生物降解地膜。
[0027](4)入庫(kù):將制備得到的全生物降解地膜卷封裝入庫(kù)。
[0028]本實(shí)施例地膜在云南省楚雄、文山、普洱三個(gè)地區(qū)對(duì)烤煙種植地進(jìn)行小區(qū)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，地膜覆膜50?60天左右開(kāi)裂，此后分解速度加快，至210天左右基本可以完全降解。
[0029]實(shí)施例2
[0030]低成本可控生物全降解地膜的制備方法如下:
[0031](I)降解物料混合:按質(zhì)量份數(shù)配比，將PBAT 15%,PHA 23%、PLA30%、碳酸鈣28%、抗氧化劑1076和抗氧劑DSTP的復(fù)合物(抗氧化劑1076:抗氧劑DSTP= 1:1)0.5%、紫外線吸收劑UV-5310.5%、增溶劑馬來(lái)酸酐2%、乙烯-丙烯酸共聚物I %采用混料機(jī)充分?jǐn)嚢杈鶆颍没旌衔锪希?br>[0032]之后進(jìn)行降解母粒造粒、吹塑制成薄膜、入庫(kù)，方法同實(shí)施例1。
[0033]本實(shí)施例地膜在云南昆明地區(qū)對(duì)烤煙種植地進(jìn)行小區(qū)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，覆膜60天左右開(kāi)裂，此后分解速度加快，至210天左右基本可以完全降解。在云南省楚雄、文山、普洱三個(gè)地區(qū)對(duì)烤煙種植地進(jìn)行小區(qū)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，地膜覆膜40?50天左右開(kāi)裂，此后分解速度加快，至210天左右基本可以完全降解。
[0034]實(shí)施例3
[0035](I)降解物料混合:按質(zhì)量份數(shù)配比，將PBAT 35%, PHA 15%、PLA15%、碳酸鈣34%、抗氧化劑2246和抗氧劑甲叉4426-s的復(fù)合物(抗氧化劑2246:抗氧劑甲叉4426-s = 3:2)0.1%,紫外線吸收劑UV-P 0.1%,增溶劑乙烯-乙烯醇共聚物0.5 %、全降解黑色母粒炭粉0.3%采用混料機(jī)充分?jǐn)嚢杈鶆?，得混合物?所述I3BAT密度為1.15?1.25g/cm，熔點(diǎn)為110°C?120 cC13PHA密度為1.24g/cm，熔點(diǎn)為80 °C?160 cC13PLA的平均分子量為4?150萬(wàn)，玻璃化溫度范圍在40 °C?60 °C之間。碳酸鈣粒徑為0.02μπι?0.05μπι；
[0036]之后進(jìn)行降解母粒造粒、吹塑制成薄膜、入庫(kù)，方法同實(shí)施例1。
[0037]本實(shí)施例地膜在云南省楚雄、文山、普洱三個(gè)地區(qū)烤煙種植地上進(jìn)行小區(qū)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，地膜覆膜30?40天左右開(kāi)裂，此后分解速度加快，至180天左右基本可以完全降解。
[0038]實(shí)施例4
[0039](I)降解物料混合:按質(zhì)量份數(shù)配比，將PBAT 20 %、PHA35 %、PLA20 %、碳酸鈣22 %、防老劑AH和抗氧劑DLTP的復(fù)合物(防老劑AH:抗氧劑DLTP = 3: 2)0.5%、紫外線吸收劑UV-90.5%、增溶劑甲基丙烯酸酯0.5%、馬來(lái)酸酐0.5%、全降解黑色母粒炭粉1%采用混料機(jī)充分?jǐn)嚢杈鶆?，得混合物料?br>[0040]之后進(jìn)行降解母粒造粒、吹塑制成薄膜、入庫(kù)，方法同實(shí)施例1。
[0041]本實(shí)施例地膜在云南省楚雄、文山、普洱三個(gè)地區(qū)烤煙種植地上進(jìn)行小區(qū)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，地膜覆膜60?70天左右開(kāi)裂，此后分解速度加快，至220天左右基本可以完全降解。
[0042]所述抗氧化劑由芳胺叔胺型抗氧劑、酰肼型抗氧劑、受阻酚類抗氧劑、硫酯硫醚型抗氧劑中的兩種以上配比而成。所述紫外線吸收劑為苯并三氮唑類或二苯甲酮類化合物。
[0043]實(shí)施例5
[0044](I)降解物料混合:按質(zhì)量份數(shù)配比，將PBAT 20 %、PHA15 %、PLA35 %、碳酸鈣28%、0RA和抗氧劑2246-s的復(fù)合物(0RA:抗氧劑2246-s = 3:2)0.5%、紫外線吸收劑UV-5310.5%,增溶劑甲基丙烯酸酯I %采用混料機(jī)充分?jǐn)嚢杈鶆?，得混合物料?br>[0045]之后進(jìn)行降解母粒造粒、吹塑制成薄膜、入庫(kù)，方法同實(shí)施例1。
[0046]實(shí)施例6
[0047](I)降解物料混合:按質(zhì)量份數(shù)配比，將PBAT 18 %、PHA15 %、PLA15 %、碳酸鈣50%、抗氧化劑1076和抗氧劑DLT的P復(fù)合物(抗氧化劑1010:抗氧劑DLTP = 3: 2)0.25%、紫外線吸收劑UV-3270.25%、增溶劑甲基丙烯酸酯1.5%采用混料機(jī)充分?jǐn)嚢杈鶆?，得混合物料?br>[0048]之后進(jìn)行降解母粒造粒、吹塑制成薄膜、入庫(kù)，方法同實(shí)施例1。
[0049]本發(fā)明制備得到的全生物降解地膜厚度為0.008mm?0.020mm，可在保證物理性能的同時(shí)做到很薄，有效降低地膜生產(chǎn)成本。地膜外觀達(dá)標(biāo)，質(zhì)地均勻，無(wú)影響使用的氣泡、斑點(diǎn)、褶皺、雜質(zhì)、針孔、魚眼和僵塊等缺陷，不影響使用的缺陷不超過(guò)20個(gè)/10cm2;耐用性好，強(qiáng)度高，橫向拉升強(qiáng)度可達(dá)16Mpa以上，橫縱向拉伸強(qiáng)度可達(dá)17Mpa以上；降解周期可控且降解完全，在覆膜后20?70天開(kāi)裂，此后分解速率加快，完全降解周期為180?240天，降解徹底，減少了揭膜環(huán)節(jié)的勞動(dòng)力成本投入，降低農(nóng)作物種植成本。
[0050]本發(fā)明所有原料如PBAT、PHA、PLA、碳酸鈣、各種抗氧化劑、各種紫外線吸收劑、各種增容劑以及全降解色母粒均可從市場(chǎng)直接采購(gòu)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種低成本可控全生物降解地膜，其特征在于，所述地膜各組分按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)的配比為:PBAT 15%?35%、PHA 15%?35%、PLA 15%?35%、碳酸鈣20%?50%、抗氧化劑0.1 %?0.5 %、紫外線吸收劑0.1 %?0.5 %、增容劑0.5?3 %、全降解色母粒O?I %。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低成本可控生物全降解地膜，其特征在于，所述抗氧化劑由芳胺叔胺型抗氧劑、酰肼型抗氧劑、受阻酚類抗氧劑、硫酯硫醚型抗氧劑中的兩種以上配比而成。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種低成本可控生物全降解地膜，其特征在于，所述芳胺叔胺型抗氧劑如防老劑AH，所述酰肼型抗氧劑如ORA，所述受阻酚類抗氧劑如抗氧劑1010、抗氧化劑1076、抗氧化劑2246，所述硫酯硫醚型抗氧劑如抗氧劑2246-s、抗氧劑甲叉4426-s、抗氧劑DLTP、抗氧劑DSTP。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低成本可控生物全降解地膜，其特征在于，所述紫外線吸收劑為苯并三氮唑類化合物或二苯甲酮類化合物。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種低成本可控生物全降解地膜，其特征在于，所述苯并三氮唑類化合物如UV-P、UV-327，所述二苯甲酮類化合物如UV-53UUV-9。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低成本可控生物全降解地膜，其特征在于，所述增容劑為甲基丙烯酸酯、乙烯-乙烯醇共聚物、馬來(lái)酸酐、乙烯-丙烯酸共聚物中的一種或幾種。7.如權(quán)利要求1?6任一項(xiàng)所述的一種低成本可控生物全降解地膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)降解物料混合:采用混合機(jī)，將PBAT、PHA、PLA、碳酸鈣粉、全降解色母粒投入混料機(jī)中攪拌均勻，得混合物料； (2)降解母粒造粒:將攪拌均勻的混合物料經(jīng)過(guò)造粒機(jī)造粒，得到降解母粒； (3)吹塑制成薄膜:將降解母粒加入吹膜機(jī)進(jìn)料口吹膜，控制螺桿加工溫度為110°C?120°C，吹塑模頭加工溫度為120°C?140°C，制備得到全生物降解地膜。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種低成本可控生物全降解地膜的制備方法，其特征在于，造粒得到的降解母粒的粒徑為2mm?2.5mm，長(zhǎng)度為2.5mm?3.5mm。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種低成本可控生物全降解地膜的制備方法，其特征在于，制備得到的全生物降解地膜厚度為0.008?0.020mm。
【文檔編號(hào)】C08L67/04GK106084700SQ201610680499
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年8月17日 公開(kāi)號(hào)201610680499.4, CN 106084700 A, CN 106084700A, CN 201610680499, CN-A-106084700, CN106084700 A, CN106084700A, CN201610680499, CN201610680499.4
【發(fā)明人】劉維涓, 陳月舞, 呂春華, 鄭士方, 胡玲, 周芳芳
【申請(qǐng)人】云南天禾地生物科技股份有限公司