本發(fā)明屬于生物降解材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種黑色母料、其制備方法及黑色地膜。

背景技術(shù)：

近年來，隨著農(nóng)田鋪膜時間的積累，農(nóng)田白色污染的逐年惡化，土壤板結(jié)嚴重，肥力下降，導致農(nóng)作物的質(zhì)量和產(chǎn)量大幅度的下降，不可生物降解的地膜還會影響第二年農(nóng)作物的耕種，而生物降解黑色地膜由于可降解，且具有出色的除雜草能力，被認為是最有希望解決農(nóng)田白色污染的技術(shù)方案，受到了廣泛的關(guān)注。

二氧化碳-環(huán)氧丙烷共聚物(ppc)熔體黏度大，具有較好的熔體強度，是少數(shù)適合制備薄膜的生物降解材料之一。特別是二氧化碳-環(huán)氧丙烷共聚物相對其他生物降解材料價格低廉，并且具有較好的耐老化性和阻水能力，被認為是最適合制備生物降解地膜的材料。

二氧化碳-環(huán)氧丙烷共聚物在制備黑色生物降解地膜時必須添加炭黑以保障其力學性能和耐候性，但炭黑在塑料中潤濕性和分散性差，在塑料加工配方中添加量往往很小，尤其是炭黑的粒子強度較高時較難分散均勻，而且炭黑在混料加工時易飛揚，粉塵污染嚴重，所以一般先將炭黑粉末制成炭黑色母料，炭黑預分散在色母粒中，再混入塑料基質(zhì)中，加工制備黑色地膜，炭黑在塑料基質(zhì)中進一步稀釋，從而得到較好的分散效果。

但是，目前炭黑色母料都是以非生物降解材料為基質(zhì)，與生物降解材料大部分都相容性不好，影響產(chǎn)品性能，尤其是在制備生物降解薄膜時，問題更加突出，相容性不好的炭黑母料無法起到良好分散的效果，添加量太少地膜透過率太大，失去除草功能，添加量太多會導致地膜的力學性能變差，甚至由于炭黑的團聚無法穩(wěn)定吹膜。由于沒有合適的黑色母料，導致無法制備二氧化碳-環(huán)氧丙烷共聚物黑色生物降解地膜。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種黑色母料，其制備方法及黑色地膜，本發(fā)明中的黑色母料能夠制備黑色地膜，并且性能優(yōu)良。

本發(fā)明提供一種黑色母料，由包括以下重量份數(shù)組分的混合物制成：

二氧化碳-環(huán)氧丙烷共聚物：27～62份；

聚(碳酸酯-醚)二元醇：20～40份；

炭黑：15～30份；

封端劑：0.5～2份；

潤滑劑：1～3份。

優(yōu)選的，所述二氧化碳-環(huán)氧丙烷共聚物的數(shù)均分子量為80000～200000g/mol；

所述二氧化碳-環(huán)氧丙烷共聚物的分子量分布為1.5～7。

優(yōu)選的，所述聚(碳酸酯-醚)二元醇的數(shù)均分子量為1300～6000g/mol；

所述聚(碳酸酯-醚)二元醇的酯含量為30～85％。

優(yōu)選的，所述炭黑的粒徑為18～500nm。

優(yōu)選的，所述封端劑包括硬脂酸、棕櫚酸、肉豆蔻酸、馬來酸酐和丁二酸酐中的一種或幾種；

所述潤滑劑包括液體石蠟、硬脂酸鹽和單硬脂酸甘油酯中的一種或幾種。

本發(fā)明提供一種黑色母料的制備方法，包括以下步驟：

a)將20～40重量份的聚(碳酸酯-醚)二元醇、15～30重量份的炭黑和0.5～2重量份的封端劑混合，得到第一混合物；

b)在第一混合物中加入28～62重量份的二氧化碳-環(huán)氧丙烷共聚物和1～3份潤滑劑混合，得到第二混合物；

c)將所述混合物造粒，得到黑色母料。

優(yōu)選的，所述步驟a)中混合的溫度為75～85℃；

所述步驟b)中混合的溫度為20～40℃。

本發(fā)明提供一種黑色地膜，由上文中的黑色母料制成。

優(yōu)選的，所述黑色母料與塑料基質(zhì)的重量比為(1～4)：25。

優(yōu)選的，所述炭黑占塑料基質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)為1.8～2.5％。

本發(fā)明提供一種黑色母料，由包括以下重量份數(shù)組分的混合物制成：二氧化碳-環(huán)氧丙烷共聚物：28～62份；聚(碳酸酯-醚)二元醇：20～40份；炭黑：15～30份；封端劑：0.5～2份；潤滑劑：1～3份。本發(fā)明用二氧化碳-環(huán)氧丙烷共聚物和聚(碳酸酯-醚)二元醇為基質(zhì)，因此炭黑母料與生物降解薄膜具有良好的相容性，聚(碳酸酯-醚)二元醇大幅提高流動性，使得炭黑在較高添加量時仍能夠從雙螺桿順利擠出，制備炭黑母粒，與常用增塑劑相比，聚(碳酸酯-醚)二元醇與ppc具有更好的相容性和耐析出性，避免了增塑劑易析出的問題；封端劑除了可以起到潤滑作用外，還能夠與聚(碳酸酯-醚)二元醇的端羥基發(fā)生反應，起到穩(wěn)定聚(碳酸酯-醚)二元醇的作用；潤滑劑的加入可以提高潤滑性，有效降低了螺桿的剪切強度，有效避免部分二氧化碳-環(huán)氧丙烷共聚物在制備母料時發(fā)生降解，也更有利于炭黑母料的添加量的進一步提高。實驗結(jié)果表明，黑色母料的添加量高達30％，采用本發(fā)明中黑色母料制成8μm厚的黑色地膜，拉伸強度為23.2mpa，斷裂伸長率為477％，光透過率為4.6％。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例1和比較例3中黑色地膜的實物圖。

具體實施方式

本發(fā)明提供一種黑色母料，由包括以下重量份數(shù)組分的混合物制成：

二氧化碳-環(huán)氧丙烷共聚物：28～62份；

聚(碳酸酯-醚)二元醇：20～40份；

炭黑：15～30份；

封端劑：0.5～2份；

潤滑劑：1～3份。

在本發(fā)明中，所述二氧化碳-環(huán)氧丙烷共聚物的數(shù)均分子量優(yōu)選為80000～200000g/mol，更優(yōu)選為100000～180000g/mol，最優(yōu)選為120000～150000g/mol；所述二氧化碳-環(huán)氧丙烷共聚物的分子量分布優(yōu)選為1.5～7，更優(yōu)選為2～6，最優(yōu)選為3～5；所述二氧化碳-環(huán)氧丙烷共聚物的重量份數(shù)優(yōu)選為28～62份，更優(yōu)選為30～55份，具體的，可以是27份、30份或62份。本發(fā)明對所述二氧化碳-環(huán)氧丙烷共聚物的來源沒有特殊的限制。

在本發(fā)明中，所述聚(碳酸酯-醚)二元醇的數(shù)均分子量優(yōu)選為1300～6000g/mol，更優(yōu)選為2000～5000g/mol，最優(yōu)選為3000～4000g/mol；所述聚(碳酸酯-醚)二元醇中碳酸酯的含量優(yōu)選為30～85％，更優(yōu)選為40～80％，最優(yōu)選為50～70％；所述聚(碳酸酯-醚)二元醇的重量份數(shù)優(yōu)選為20～40份，更優(yōu)選為25～35份，具體的，可以是20份或40份。本發(fā)明對所述聚(碳酸酯-醚)二元醇的來源沒有特殊的限制。所述聚(碳酸酯-醚)二元醇大幅提高流動性，使得炭黑在較高添加量時仍能夠從雙螺桿順利擠出，制備炭黑母粒，與常用增塑劑相比聚(碳酸酯-醚)二元醇與ppc具有更好的相容性，而且由于是數(shù)均分子量1300～6000g/mol的低聚物，因此耐析出性好，避免了增塑劑易析出的問題。

本發(fā)明以二氧化碳-環(huán)氧丙烷共聚物(ppc)和聚(碳酸酯-醚)二元醇為黑色母料的基質(zhì)，使得到的黑色母料與可降解生物材料具有良好的相容性，尤其是ppc材質(zhì)的黑色地膜。

在本發(fā)明中，所述炭黑的粒徑優(yōu)選為18～500nm，更優(yōu)選為50～450nm；所述炭黑的質(zhì)量分數(shù)優(yōu)選為15～30份，更優(yōu)選為20～30份，具體的，可以是15份、27份或30份。本發(fā)明對所述炭黑的來源沒有特殊的限制。本發(fā)明中的黑色母料，能夠使18～500nm粒徑范圍的炭黑棗黑色母粒中的添加量達到30％，并且分散性良好，力學性能優(yōu)異。

在本發(fā)明中，所述封端劑包括硬脂酸、棕櫚酸、肉豆蔻酸、馬來酸酐和丁二酸酐中的一種或幾種；所述封端劑的重量份數(shù)優(yōu)選為0.5～2份，更優(yōu)選為1份。在本發(fā)明中，封端劑除了可以起到潤滑作用外，還能夠與聚(碳酸酯-醚)二元醇的端羥基發(fā)生反應，起到穩(wěn)定聚(碳酸酯-醚)二元醇的作用

在本發(fā)明中，所述潤滑劑包括液體石蠟、硬脂酸鹽(如硬脂酸鈣、硬脂酸鋅等)和單硬脂酸甘油酯中的一種或幾種，優(yōu)選為液體石蠟和單硬脂酸甘油酯以1:1的質(zhì)量比加入；所述潤滑劑的重量份數(shù)優(yōu)選為1～3份，更優(yōu)選為2份。潤滑劑的加入可以提高潤滑性，有效降低了螺桿的剪切強度，有效避免部分二氧化碳-環(huán)氧丙烷共聚物在制備母料時發(fā)生降解，也更有利于炭黑母料的添加量的進一步提高。

本發(fā)明還提供了一種黑色母料的制備方法，包括以下步驟：

a)將20～40重量份的聚(碳酸酯-醚)二元醇、15～30重量份的炭黑和0.5～2重量份的封端劑混合，得到第一混合物；

b)在第一混合物中加入28～62重量份的二氧化碳-環(huán)氧丙烷共聚物和1～3份潤滑劑混合，得到第二混合物；

c)將所述混合物造粒，得到黑色母料。

在本發(fā)明中，各原料的種類、用量和來源與上文中各原料的種類、用量和來源一致，在此不再贅述。

在本發(fā)明中，所述步驟a)中混合的溫度優(yōu)選為75～85℃，更優(yōu)選為80℃；所述步驟b)中混合的溫度優(yōu)選為20～40℃，更優(yōu)選為25～35℃。

本發(fā)明優(yōu)選采用雙螺桿造粒機進行造粒，得到黑色母料；所述造粒的溫度優(yōu)選為140～200℃；具體的，雙螺桿造粒機共設(shè)置7段溫度，1～7段溫度分別設(shè)置為140℃、165±5℃、180±5℃、190±5℃、195±5℃、195±5℃、190±5℃，模頭溫度170℃。

本發(fā)明還提供了一種黑色地膜，由上文中的黑色母粒制成。

本發(fā)明優(yōu)選采用聚(己二酸丁二醇酯-對苯二甲酸丁二醇酯)、二氧化碳-環(huán)氧丙烷共聚物、光穩(wěn)定劑和本發(fā)明中的黑色母料來制備黑色地膜，具體的，可將70重量份的聚(己二酸丁二醇酯-對苯二甲酸丁二醇酯)、29重量份的二氧化碳-環(huán)氧丙烷共聚物、1重量份光穩(wěn)定劑770在混合機里混合均勻，得到混合物，然后加入雙螺桿造粒機中進行造粒，得到塑料顆粒，將所述塑料顆粒與本發(fā)明中的黑色母料混合均勻，混合比例為：炭黑重量占混合物的1.8～2.5％；黑色母粒與混合物的重量比為(1～4)：25，可以是1.8:25、2:25或4:25。然后吹塑成型，得到黑色地膜。

本發(fā)明提供一種黑色母料，由包括以下重量份數(shù)組分的混合物制成：二氧化碳-環(huán)氧丙烷共聚物：28～62份；聚(碳酸酯-醚)二元醇：20～40份；炭黑：15～30份；封端劑：0.5～2份；潤滑劑：1～3份。本發(fā)明用二氧化碳-環(huán)氧丙烷共聚物和聚(碳酸酯-醚)二元醇為基質(zhì)，因此炭黑母料與生物降解薄膜具有良好的相容性，聚(碳酸酯-醚)二元醇大幅提高流動性，使得炭黑在較高添加量時仍能夠從雙螺桿順利擠出，制備炭黑母粒，與常用增塑劑相比，聚(碳酸酯-醚)二元醇與ppc具有更好的相容性，而且由于是數(shù)均分子量1300～6000g/mol的低聚物，因此耐析出性好，避免了增塑劑易析出的問題；封端劑除了可以起到潤滑作用外，還能夠與聚(碳酸酯-醚)二元醇的端羥基發(fā)生反應，起到穩(wěn)定聚(碳酸酯-醚)二元醇的作用；潤滑劑的加入可以提高潤滑性，有效降低了螺桿的剪切強度，有效避免部分二氧化碳-環(huán)氧丙烷共聚物在制備母料時發(fā)生降解，也更有利于炭黑母料的添加量的進一步提高。實驗結(jié)果表明，采用本發(fā)明中黑色母料中炭黑的添加量高達30％，通過黑色母料制成8μm厚的黑色地膜，拉伸強度為23.2mpa，斷裂伸長率為477％，光透過率為4.6％。

為了進一步說明本發(fā)明，以下結(jié)合實施例對本發(fā)明提供的一種黑色母料、其制備方法及黑色地膜進行詳細描述，但不能將其理解為對本發(fā)明保護范圍的限定。

實施例1

將40份的數(shù)均分子量為2000g/mol的聚(碳酸酯-醚)二元醇、27份粒徑18nm的炭黑和1份的硬脂酸在混合機里75℃下混合均勻，冷卻至室溫，然后添加30份的數(shù)均分子量為200000g/mol的二氧化碳-環(huán)氧丙烷共聚物和2份的潤滑劑，分別為1份液體石蠟，1份單硬脂酸甘油酯在混合機里25℃下混合均勻，將得到的混合物加入雙螺桿造粒機中進行造粒，得到ppc黑色母料顆粒。

將70重量份的聚(己二酸丁二醇酯-對苯二甲酸丁二醇酯)、29重量份的二氧化碳-環(huán)氧丙烷共聚物、1重量份光穩(wěn)定劑770在混合機里混合均勻，然后加入雙螺桿造粒機中進行造粒，得到塑料顆粒，將所述塑料顆粒與ppc黑色母料混合均勻，重量混合比例為：25:2，在常用的制備地膜設(shè)備上進行吹塑成型，得到8μm厚的黑色的生物降解地膜，如圖1中的b)圖所示，圖1為本發(fā)明實施例1和比較例3中黑色地膜的實物圖，其力學性能及光透過率見表1，表1為本發(fā)明實施例1～5及比較例1～3中黑色地膜的性能數(shù)據(jù)。

實施例2

將20份的數(shù)均分子量為6000g/mol的聚(碳酸酯-醚)二元醇、15份粒徑18nm的炭黑和1份的硬脂酸在混合機里85℃下混合均勻，冷卻至室溫，然后添加62份的數(shù)均分子量為80000g/mol的二氧化碳-環(huán)氧丙烷共聚物和2份的潤滑劑，分別為1份液體石蠟，1份單硬脂酸甘油酯在混合機里25℃下混合均勻，將得到的混合物加入雙螺桿造粒機中進行造粒，得到ppc黑色母料顆粒。

將70重量份的聚(己二酸丁二醇酯-對苯二甲酸丁二醇酯)、29重量份的二氧化碳-環(huán)氧丙烷共聚物、1重量份光穩(wěn)定劑770在混合機里混合均勻，然后加入雙螺桿造粒機中進行造粒，得到塑料顆粒，將所述塑料顆粒與ppc黑色母料混合均勻，重量混合比例為：25:4，在常用的制備地膜設(shè)備上進行吹塑成型，得到8μm厚的黑色的生物降解地膜，力學性能及光透過率見表1。

實施例3

將40份的數(shù)均分子量為1300g/mol的聚(碳酸酯-醚)二元醇、30份粒徑500nm的炭黑和1份的硬脂酸在混合機里75℃下混合均勻，冷卻至室溫，然后添加27份的數(shù)均分子量為200000g/mol的二氧化碳-環(huán)氧丙烷共聚物和2份的潤滑劑，分別為1份硬脂酸鈣，1份硬脂酸鋅在混合機里25℃下混合均勻，將得到的混合物加入雙螺桿造粒機中進行造粒，得到ppc黑色母料顆粒。

將70重量份的聚(己二酸丁二醇酯-對苯二甲酸丁二醇酯)、29重量份的二氧化碳-環(huán)氧丙烷共聚物、1重量份光穩(wěn)定劑770在混合機里混合均勻，然后加入雙螺桿造粒機中進行造粒，得到塑料顆粒，將所述塑料顆粒與ppc黑色母料混合均勻，重量混合比例為：25:1.8，在常用的制備地膜設(shè)備上進行吹塑成型，得到8μm厚的黑色的生物降解地膜，力學性能及光透過率見表1。

實施例4

將40份的數(shù)均分子量為1300g/mol的聚(碳酸酯-醚)二元醇、30份粒徑18nm的炭黑和1份的硬脂酸在混合機里75℃下混合均勻，冷卻至室溫，然后添加27份的數(shù)均分子量為80000g/mol的二氧化碳-環(huán)氧丙烷共聚物和2份的潤滑劑，分別為1份液體石蠟，1份硬脂酸鈣在混合機里25℃下混合均勻，將得到的混合物加入雙螺桿造粒機中進行造粒，得到ppc黑色母料顆粒。

將70重量份的聚(己二酸丁二醇酯-對苯二甲酸丁二醇酯)、29重量份的二氧化碳-環(huán)氧丙烷共聚物、1重量份光穩(wěn)定劑770在混合機里混合均勻，然后加入雙螺桿造粒機中進行造粒，得到塑料顆粒，將所述塑料顆粒與ppc黑色母料混合均勻，重量混合比例為：25:1.8，在常用的制備地膜設(shè)備上進行吹塑成型，得到8μm厚的黑色的生物降解地膜，力學性能及光透過率見表1。

實施例5

按照實施例1的配方和方法制備厚度為12μm的黑色地膜。

比較例1

將30份粒徑18nm的炭黑67份的數(shù)均分子量為80000g/mol的二氧化碳-環(huán)氧丙烷共聚物和3份的潤滑劑，分別為1份硬脂酸、1份液體石蠟和1份單硬脂酸甘油酯在混合機里30℃下混合均勻，將得到的混合物加入雙螺桿造粒機中進行造粒，由于雙螺桿扭矩過大，無法得到ppc黑色母料顆粒。

比較例2

將40份的數(shù)均分子量為1300g/mol的聚(碳酸酯-醚)二元醇、30份粒徑18nm的炭黑在混合機里75℃下混合均勻，冷卻至室溫，然后添加30份的數(shù)均分子量為80000g/mol的二氧化碳-環(huán)氧丙烷共聚物在混合機里25℃下混合均勻，將得到的混合物加入雙螺桿造粒機中進行造粒，由于二氧化碳-環(huán)氧丙烷共聚物和聚(碳酸酯-醚)二元醇分解嚴重，無法得到ppc黑色母料顆粒。

比較例3

將70重量份的聚(己二酸丁二醇酯-對苯二甲酸丁二醇酯)、29重量份的二氧化碳-環(huán)氧丙烷共聚物、1重量份光穩(wěn)定劑770在混合機里混合均勻，然后加入雙螺桿造粒機中進行造粒，得到塑料顆粒，將所述塑料顆粒與粒徑18nm的炭黑混合均勻，重量混合比例為：50:1，在常用的制備地膜設(shè)備上進行吹塑成型，只能得到厚度為12微米的黑色的生物降解地膜，如圖1中的a)圖所示，其力學性能及光透過率見表1。

由圖1可以看出，本發(fā)明實施例1中的黑色地膜材質(zhì)和顏色均勻，表面光滑，質(zhì)量較高，而比較例3中的黑色地膜明顯可見炭黑在其中分布不均勻，導致地膜整體厚薄不均，透光性能較差。

表1本發(fā)明實施例1～5及比較例1～3中黑色地膜的性能數(shù)據(jù)

由表1可以看出，使用本發(fā)明黑色母粒能夠制成8μm的輕薄地膜，而比較例3中使用了炭黑的黑色地膜至少要達到12μm才能成型，而且本發(fā)明中的黑色地膜同厚度條件下的力學性能和透光率性能都遠高于使用炭黑的比較例3。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。