一種全生物降解地膜母粒及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種全生物降解地膜母粒，包括按重量比由以下成分構(gòu)成：PBAT70%～80%，改性納米二氧化硅10%～30%，分散劑4%～7%，潤(rùn)滑加工助劑3%～6%，色粉0%-5%。本發(fā)明還公開(kāi)了其制備方法和應(yīng)用。使用該母粒后的地膜產(chǎn)品力學(xué)性能分別為縱向拉伸強(qiáng)度≥23MPa，橫向拉伸強(qiáng)度≥21MPa，縱向斷裂伸長(zhǎng)率＞205%，橫向斷裂伸長(zhǎng)率＞322%，縱向、橫向直角撕裂強(qiáng)度均＞120N/mm。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種全生物降解地膜母粒及其制備方法和應(yīng)用
(-)發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種全生物降解地膜母粒及其制備方法和應(yīng)用，屬于塑料母粒制造【技術(shù)領(lǐng)域】。
(二)技術(shù)背景
[0002]由于農(nóng)用地膜能有效控制土壤溫度和濕度，減少水分和營(yíng)養(yǎng)物流失，防止雜草生長(zhǎng)，為作物生長(zhǎng)創(chuàng)造有利的生態(tài)環(huán)境，是世界糧食和經(jīng)濟(jì)作物增產(chǎn)的有效途徑之一。中國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，目前國(guó)內(nèi)地膜覆蓋面積在達(dá)2億畝，年用量約為100萬(wàn)噸，其覆蓋面積和用量均列世界第一。
[0003]然而，地膜覆蓋技術(shù)在給農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也嚴(yán)重污染土地。目前使用的農(nóng)膜以化纖作原料，其主要成分是聚乙烯、聚氯乙烯，可在田間殘留幾十年不降解，連年使用導(dǎo)致碎膜逐年累積于土壤耕層，造成土壤板結(jié)、通透性變差、根系生長(zhǎng)受阻，后茬作物減產(chǎn)。2013年5月8日中央電視臺(tái)焦點(diǎn)訪(fǎng)談對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行了著重報(bào)道，全國(guó)農(nóng)用殘膜平均達(dá)到IOOKg/公頃，若累積20年后，則會(huì)高達(dá)430Kg/公頃！其中地膜殘留所造成玉米、棉花的減產(chǎn)分別達(dá)到了 10%和23% !另外大量殘留地膜的分解物也有可能污染水源。
[0004]為了開(kāi)發(fā)出不可降解地膜的環(huán)保替代品，國(guó)內(nèi)外廣泛開(kāi)展了全生物降解地膜的研究。目前已開(kāi)發(fā)的主要產(chǎn)品是由聚乳酸(PLA)、聚己內(nèi)酯(PCL)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚甲基乙撐碳酸酯(PPC)、聚對(duì)苯二甲酸/己二酸丁二酯(PBAT)、聚烷酸酯(PHA)、改性淀粉等互相復(fù)配得到的產(chǎn)品。但是復(fù)配后的復(fù)合樹(shù)脂在吹膜加工的過(guò)程中仍然存在強(qiáng)度低、膜泡易斷裂、難開(kāi)口 ；地膜產(chǎn)品厚度過(guò)厚，成本增加；薄膜的強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度不如純聚乙烯薄膜制品，不適宜機(jī)械鋪膜 等問(wèn)題。本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有全生物降解地膜存在的不足，提供一種增強(qiáng)型納米全生物降解地膜母粒，以滿(mǎn)足全生物降解地膜產(chǎn)品的機(jī)械性能需求。其具有優(yōu)良的加工和使用性能，廢棄后對(duì)環(huán)境友好。
(三)
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的發(fā)明人進(jìn)行了大量深入細(xì)致的研究工作，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過(guò)在地膜生產(chǎn)過(guò)程中加入一定量的納米全生物降解地膜母粒，同時(shí)輔以相應(yīng)的加工工藝，就可以同時(shí)解決現(xiàn)有全生物降解地膜存在的以上問(wèn)題。
[0006]本發(fā)明目的之一是提供一種全生物降解地膜母粒。該母粒以PBAT為載體，具有全生物降解的特性，所述母粒含有如下的組分:PBAT70%~80%，改性納米二氧化硅10%~30%，分散劑4%~8%，潤(rùn)滑加工助劑3%~6%，色粉0%-5% (均為重量百分比)，各組分重量百分比之和為100.[0007]其中所述PBAT為國(guó)產(chǎn)或進(jìn)口 PBAT樹(shù)脂，熔體指數(shù)為12g/10min ；
[0008]所述改性納米二氧化硅優(yōu)選為安徽敬業(yè)納米科技有限公司產(chǎn)品YJ100-02或YJ100-05 ；[0009]所述分散劑優(yōu)選為EBS和/或芥酰酸胺等；
[0010]所述潤(rùn)滑加工劑為液體石蠟和/或高分子蠟等；
[0011]所述色粉為無(wú)機(jī)或有機(jī)色粉，優(yōu)選為耐酸性的無(wú)機(jī)或有機(jī)色粉。
[0012]本發(fā)明的目的之二是提供一種上述全生物降解地膜母粒的制備方法。所述制備方法包括如下步驟:稱(chēng)取處方量的組分并加入到混料器中，混合溫度優(yōu)選為120~150°C，充分混合均勻；將混合料加入到螺桿擠出機(jī)中，設(shè)定擠出溫度為120~160°C，擠出切粒成形后用鋁塑復(fù)合袋包裝成成品。
[0013]本發(fā)明所制備的全生物降解地膜母粒，具有如下突出優(yōu)勢(shì):
[0014](1)以PBAT作為地膜母粒載體，綜合考慮了該母粒的完全降解性能和后期應(yīng)用時(shí)與其他地膜樹(shù)脂的相容性；
[0015](2)本發(fā)明通過(guò)添加有機(jī)改性納米二氧化硅作為增強(qiáng)劑，增加了與其他樹(shù)脂的相容性，分散均勻，提高了樹(shù)脂的機(jī)械性能；
[0016]本發(fā)明的目的之三是提供一種上述全生物降解地膜母粒的應(yīng)用方法。通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):該地膜是由PBAT、PLA、PPC、PHA、改性淀粉中的一種或多種作為主要成分，添加上述全生物降解地膜母粒，地膜母粒用量以改性納米二氧化硅最終比例是0.5%-15% (重量百分?jǐn)?shù))為標(biāo)準(zhǔn)。將上述成分均勻混合，再通過(guò)擠出吹塑工藝制作成增強(qiáng)型納米全生物降解地膜，納米二氧化硅均勻分散在地膜樹(shù)脂中。所生產(chǎn)出的全生物降解地膜，具有節(jié)約助劑、加工性能好、拉伸強(qiáng)度高，使用該母粒后厚度為0.008mm地膜產(chǎn)品力學(xué)性能分別為:縱向拉伸負(fù)荷> 1.9N，橫向拉伸負(fù)荷> 1.6N，縱向斷裂伸長(zhǎng)率> 205%，橫向斷裂伸長(zhǎng)率>322%，縱向、橫向直角撕裂強(qiáng)度均> 120N/mm。所有地膜樹(shù)脂均高于普通吹塑聚乙烯地膜滿(mǎn)足機(jī)械鋪膜的力學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)，有利于機(jī)械鋪設(shè)；無(wú)色地膜透光率> 85%、保溫和保濕性能顯著等功能，對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)發(fā)育有明顯作用，尤其是在我國(guó)冬季北方地區(qū)可明顯提高農(nóng)作物的產(chǎn)量、品質(zhì)和經(jīng)濟(jì)效益；有色地膜母粒著色率高，著色均勻，地膜色度均勻，遮陰和除草效果明顯。
(四)【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1 一種全生物降解地膜母粒及納米增強(qiáng)型全生物降解地膜加工工藝流程圖。
[0018]圖2納米增強(qiáng)型全生物降解地膜中納米二氧化硅的分散SEM掃描電鏡照片。
(五)【具體實(shí)施方式】
[0019]制備全生物降解地膜母粒的方法，步驟如下:首先準(zhǔn)確稱(chēng)取PBAT、改性納米二氧化硅、分散劑、潤(rùn)滑加工助劑或色粉，稱(chēng)好后混和均勻，加入高混機(jī)內(nèi)，啟動(dòng)高混機(jī)，高混機(jī)中速運(yùn)轉(zhuǎn)5分鐘，切換成高速運(yùn)轉(zhuǎn)5分鐘，當(dāng)物料溫度升到130~150°C左右時(shí)繼續(xù)高速運(yùn)轉(zhuǎn)10分鐘，觀察物料，待混合均勻后，使物料溫度下降到50°C以下；放出物料，進(jìn)入粉碎機(jī)粉碎成顆粒狀，設(shè)定擠出溫度為120~160°C。
[0020]前述制備方法進(jìn)一步包括，將混合好的料放入雙螺桿擠出機(jī)的進(jìn)一步嚙合、塑化、物料呈現(xiàn)均一態(tài)，最后完成擠出造粒成全生物降解地膜母粒。
[0021]前述混合方法進(jìn)一步包括，將全生物降解地膜母粒與基礎(chǔ)全生物降解樹(shù)脂混合，基礎(chǔ)樹(shù)脂有:PBAT、PLA、PPC、PHA、改性淀粉中的一種或多種；其中按重量比，全生物降解地膜母粒20~100%，基礎(chǔ)塑料樹(shù)脂O~80%。
[0022]前述混合方法進(jìn)一步包括，將混合料置于雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行塑化、進(jìn)一步混合造粒。
[0023]前述制備方法進(jìn)一步包括，將混好的粒料至于擠出吹膜機(jī)中，設(shè)置螺桿溫度為120~160°C，擠出吹塑成均勻筒狀薄膜，經(jīng)裁切、分卷制成納米增強(qiáng)型全生物降解地膜產(chǎn)
品O
[0024]EBS和/或芥酰酸胺等；
[0025]所述潤(rùn)滑加工劑為液體石蠟和/或高分子蠟等；
[0026]實(shí)施實(shí)例I本發(fā)明生產(chǎn)的全生物降解地膜透明母粒
[0027]本實(shí)施方式的母粒由如下重量百分比成分組成:
[0028]PBAT 63%,
[0029]改性納米二氧化硅30%，
[0030]EBS4%,
[0031]液體石蠟3%，
[0032]制備工藝:在高速混合機(jī)中混合30分鐘，轉(zhuǎn)速700~1000r/min ;將混合料置于長(zhǎng)徑比1:48的雙螺桿擠出機(jī)中造粒，得到透明全生物降解地膜母料。
[0033]實(shí)施實(shí)例2本發(fā)明生產(chǎn)的全生物降解地膜透明母粒
[0034]PBAT 75%,
[0035]改性納米二氧化硅15%，
[0036]芥酰酸胺5%，
[0037]液體石蠟5%，
[0038]制備工藝同實(shí)施例1中所述制備方法。
[0039]實(shí)施實(shí)例3本發(fā)明全生物降解地膜黑母粒
[0040]PBAT 75%,
[0041]改性納米二氧化硅10%，
[0042]EBS5%,
[0043]高分子蠟5%，
[0044]炭黑5%
[0045]制備工藝同實(shí)施例1中所述制備方法。
[0046]實(shí)施實(shí)例4本發(fā)明全生物降解地膜綠母粒
[0047]PBAT 75%,
[0048]改性納米二氧化硅10%，
[0049]芥酰酸胺5%，
[0050]液體石蠟5%，
[0051]酞菁綠G5%
[0052]制備工藝同實(shí)施例1中所述制備方法。
[0053]實(shí)施實(shí)例5本發(fā)明全生物降解地膜母粒應(yīng)用
[0054]PBAT80%
[0055]實(shí)施例1制備的全生物降解地膜母粒20%[0056]制備工藝:按上述配方將各種原料稱(chēng)重，并置于高速混合機(jī)中攪拌5分鐘。經(jīng)均勻混合后，通過(guò)雙螺桿擠出造粒，將混合料置于擠出吹膜機(jī)的料斗中，5個(gè)加熱段分別設(shè)定溫度130 0C、135 0C、145 °C、145 °C、150 °C，擠出吹塑成均勻筒狀薄膜(薄膜厚度為0.006-0.12mm均可，薄膜寬度90-200cm均可)，經(jīng)裁切、分卷制成納米增強(qiáng)型全生物降解地膜。
[0057]實(shí)施實(shí)例6本發(fā)明全生物降解地膜母粒應(yīng)用
[0058]組分及用量(重量百分?jǐn)?shù))
[0059]PBAT60
[0060]PLA20
[0061]實(shí)施例2制備的全生物降解地膜黑母粒 20
[0062]制備工藝:按上述配方將各種原料稱(chēng)重，并置于高速混合機(jī)中攪拌5分鐘。經(jīng)均勻混合后，通過(guò)雙螺桿擠出造粒，將混合料置于擠出吹膜機(jī)的料斗中，5個(gè)加熱段分別設(shè)定溫度130 0C、135 0C、145 °C、145 °C、155 °C，擠出吹塑成均勻筒狀薄膜(薄膜厚度為0.006-0.12mm均可，薄膜寬度90-200cm均可)，經(jīng)裁切、分卷制成納米增強(qiáng)型全生物降解地膜。
[0063]實(shí)施實(shí)例7本發(fā)明全生物降解地膜母粒應(yīng)用
[0064]組分及用量(重量百分?jǐn)?shù))
[0065]PBAT50`[0066]PHA30
[0067]實(shí)施例3制備的全生物降解地膜綠母粒 20
[0068]制備工藝:按上述配方將各種原料稱(chēng)重，并置于高速混合機(jī)中攪拌5分鐘。經(jīng)均勻混合后，通過(guò)雙螺桿擠出造粒，將混合料置于擠出吹膜機(jī)的料斗中，5個(gè)加熱段分別設(shè)定溫度135 0C、145 0C、155 °C、155 °C、160 °C，擠出吹塑成均勻筒狀薄膜(薄膜厚度為0.006-0.12mm均可，薄膜寬度90-200cm均可)，經(jīng)裁切、分卷制成納米增強(qiáng)型全生物降解地膜。
[0069]實(shí)施實(shí)例8本發(fā)明全生物降解地膜母粒應(yīng)用
[0070]組分及用量(重量百分?jǐn)?shù))
[0071]PBAT65
[0072]PPC15
[0073]實(shí)施例4制備的全生物降解地膜母粒 20
[0074]制備工藝:按上述配方將各種原料稱(chēng)重，并置于高速混合機(jī)中攪拌5分鐘。經(jīng)均勻混合后，通過(guò)雙螺桿擠出造粒，將混合料置于擠出吹膜機(jī)的料斗中，5個(gè)加熱段分別設(shè)定溫度130 0C、135 0C、145 °C、145 °C、150 °C，擠出吹塑成均勻筒狀薄膜(薄膜厚度為
0.006-0.12mm均可，薄膜寬度90-200cm均可)，經(jīng)裁切、分卷制成納米增強(qiáng)型全生物降解地膜。
[0075]實(shí)施實(shí)例9本發(fā)明全生物降解地膜母粒應(yīng)用
[0076]組分及用量(重量百分?jǐn)?shù))
[0077]PBAT30
[0078]改性淀粉50[0079]實(shí)施例1制備的全生物降解地膜母粒 20
[0080]制備工藝:按上述配方將各種原料稱(chēng)重，并置于高速混合機(jī)中攪拌5分鐘。經(jīng)均勻混合后，通過(guò)雙螺桿擠出造粒，將混合料置于擠出吹膜機(jī)的料斗中，5個(gè)加熱段分別設(shè)定溫度120 0C、130 0C、135 °C、135 °C、145 °C，擠出吹塑成均勻筒狀薄膜(薄膜厚度為
0.006-0.12mm均可，薄膜寬度90-200cm均可)，經(jīng)裁切、分卷制成納米增強(qiáng)型全生物降解地膜。
【權(quán)利要求】
1.一種全生物降解地膜母粒，是以PBAT為載體，具有全生物降解的特性；其特征在于所述母粒組分及配比以重量百分比計(jì)為:PBAT70%~80%，改性納米二氧化硅10%~30%，分散劑4%~8%，潤(rùn)滑加工助劑3%~6%和色粉0%-5% ;各組分重量百分比之和為100 ； 所述PBAT為國(guó)產(chǎn)或進(jìn)口 PBAT樹(shù)脂，熔體指數(shù)為12g/10min ； 所述分散劑為EBS和/或芥酰酸胺等； 所述潤(rùn)滑加工劑為液體石蠟和/或高分子蠟等； 所述色粉為無(wú)機(jī)或有機(jī)色粉，優(yōu)選為耐酸性的無(wú)機(jī)或有機(jī)色粉。
2.如權(quán)利要求1所述的一種全生物降解地膜母粒的制備方法，其特征在于包括如下步驟: 將PBAT、改性納米二氧化硅、分散劑、潤(rùn)滑加工助劑和色粉混和均勻；加入高混機(jī)內(nèi)，啟動(dòng)高混機(jī)，高混機(jī)中速運(yùn)轉(zhuǎn)5分鐘，切換成高速運(yùn)轉(zhuǎn)5分鐘，當(dāng)物料溫度升到130~150°C時(shí)繼續(xù)高速運(yùn)轉(zhuǎn)10分鐘，速度控制在700~1000r/min ;使物料溫度下降到50°C以下；放出物料，進(jìn)入粉碎機(jī)粉碎成顆粒狀；將粒料置于雙螺桿擠出機(jī)中，設(shè)置螺桿溫度120°C~160 0C，擠出造粒成全生物降解地膜母粒。
3.如權(quán)利要求1 所述的一種全生物降解地膜母粒在生產(chǎn)全生物降解地膜中的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】C08J3/22GK103756270SQ201310749460
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】徐靜, 米慶華, 寧堂原, 譚業(yè)明, 韓賓 申請(qǐng)人:山東農(nóng)業(yè)大學(xué)