一种生物降解黑色地膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种生物降解黑色地膜及其制备方法，按重量份计，该一种生物降解黑色地膜包括PBAT15~20份；PLA60~70份；微晶纤维素2~8份；淀粉1~5份；壳聚糖2~10份；扩链剂0.5~2份；PLA基黑色母粒8~12份，具有降解性能好的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及地膜
，特别涉及一种生物降解黑色地膜及其制备方法。
技术介绍
中国的地膜覆盖技术从1978年从日本引进后，得到了迅速的发展。农用地膜的使用有效地控制了土壤的温度和湿度，减少了水分和营养物的流失，能够保水、保土、保肥从而促进农作物的高产和稳产。其中黑色地膜透光率低，辐射热透过少，地面杂草因光照条件不足而难以生长，有利于抑制杂草的生长。同时黑色地膜能使被覆盖土壤的土温日变化幅度小，试验测定，黑膜覆盖的土壤，在植株生长盛期，土温比用透明膜低1-3℃。由于农用黑地膜比透明膜土温提高少，对那些对土温要求不高的作物的生长极为有利，如西红柿、菜豆、甜椒等蔬菜。据试验，西红柿覆盖黑膜栽培时增产效果最为明显，增幅可达到11.8％。传统的黑色地膜最常用的材料为聚乙烯(PE)，但是PE地膜在自然界中很难降解，这些地膜碎片可在土壤中形成阻隔层，使土壤中的水、气、肥等流动受阻，造成土壤结构板结，不利于作物生长，影响作物产量，同时还危害生态环境，造成白色污染。因此,对可降解地膜的研究应运而生。目前可降解的地膜材料主要有：一、PE/PP光-氧降解类，其降解机理是在高分子材料中引入光降解剂，吸收光能(主要是紫外线的能量)，产生自由基促使高分子链断裂，从而达到降解的目的；二、淀粉基PE材料，其降解机理主要是通过光降解和微生物降解等途径将淀粉链段进行降解。如授权公告号为CN102850626A、授权公告日为2013年01月02日的中国专利公开了一种可降解地膜及其制备方法，包括按重量计的如下组分：聚乙烯10～20份、聚丙烯10～20份、聚乙烯醇2～3份、聚甲基乙撑碳酸酯1～2份、聚乳酸3～5份、3-羟基丁酸酯-4-羟基丁酸酯共聚物1～2份、壳聚糖4～6份、甲聚烯烃树脂2～4份、聚丙二醇2～4份、纳米级二氧化钛0.5份、光分解剂0.5份、无机填料5～15份、淀粉5～15份。现有技术的不足之处在于，采用上述两种降解方法将高分子链段打断后形成一些碎片，这些碎片的主要成分依旧是PE/PP等难降解链段，降解速度较慢。这些碎片在降解完全之前被翻土机等带入到地下，由于地下难以被阳光照到，地膜难以实现真正的完全降解，从而在地下长期存在。
技术实现思路
本专利技术的第一目的是提供一种生物降解黑色地膜，其解决了现有地膜降解效果不好的问题，具有在短期内降解效果好的效果。本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种生物降解黑色地膜，包含如下重量份的原料：PBAT15～20份；PLA60～70份；微晶纤维素：2～8份；淀粉1～5份；壳聚糖2～10份；扩链剂0.5～2份；PLA基黑色母粒8～12份。PLA，聚乳酸(PolylacticAcid)，是由玉米、马铃薯等可再生植物资源提取出的淀粉转化为葡萄糖，葡萄糖经过发酵成为乳酸，进一步聚合而成的脂肪族聚酯。有着良好的生物相容性，且能够完全生物降解，降解后的最终产物为水和二氧化碳，因而是优秀的可生物降解材料。同时，PLA的拉伸强度高，成型加工方便。但是，PLA单独使用质硬而脆、抗冲击性差。因此，需要对PLA增韧改性。PBAT，聚己二酸对苯二甲酸丁二酯，具有很好的柔韧性、延展性和断裂伸长率，是很好的生物降解材料，将其与PLA进行共混能够很好地提高PLA的韧性和拉伸性能。微晶纤维素：是天然纤维素经稀酸水解至极限聚合度的可自由流动的极细微的短棒状或粉末状多孔状颗粒,长径比较低，流动性极强。实验研究发现，与不添加微晶纤维素的地膜相比，在地膜中添加微晶纤维素能够将断裂伸长率提高79％，表明微晶纤维素和本申请的其他物质联合作用可提高地膜的断裂韧性。淀粉：淀粉采用常见的玉米淀粉、木薯淀粉、番薯淀粉、马铃薯淀粉等，淀粉也是一种很好的生物降解材料，在自然界中储量丰富，并且具有吸引微生物以加快地膜的降解速率的作用。壳聚糖：又称脱乙酰甲壳素，是由自然界广泛存在的几丁质经过脱乙酰作用得到的，化学名称为聚葡萄糖胺(1-4)-2-氨基-B-D葡萄糖。壳聚糖同样在自然界中储量丰富，并且具有吸引微生物以加快地膜的降解速率的作用。同时壳聚糖还具有很好的生物相容性。扩链剂：是能与线型聚合物链上的官能团反应而使分子链扩展、分子量增大的物质。用于PBAT和PLA共混过程中将两者的链端基团打开从而连接在一起。PLA基黑色母粒：色母粒由高比例的颜料或添加剂与热塑性树脂，经良好分散而成的塑料着色剂。采用PLA基的黑色母粒，根据相似相容原理，使其在加工过程中与PLA基体混合更加均匀，提高成品地膜的颜色均匀性。由降解性能测试可知，上述生物降解黑色地膜与市售淀粉基PE地膜相比具有更好的降解性能，在180天的地上时间即能降解为小碎片，且进入土层后能够继续降解，从而减少了污染。进一步优选为：PLA基黑色母粒包含如下原料：PLA、炭黑、乌贼墨、聚乙烯蜡，PLA、炭黑、乌贼墨、聚乙烯蜡的重量比为5：3～4：1～3：0.5～1。新鲜的乌贼墨中，含有水、色素、蛋白质、糖类、脂类等成分，黑色颗粒有两层结构，高密度的内核和低密度的外壳，内核就是所谓的乌贼墨黑色素，外核部分是连接在黑色素上的蛋白多糖复合物。Nicolaus等对纯化后的乌贼墨黑色素进行了分析，认为乌贼墨黑色素是吲哚-5，6-醌(Ⅰ)与2-羧基吲哚-5，6-醌(Ⅱ)的共聚物。炭黑单独作为颜料存在分散性不好的问题，加工中可以发现，加入一定量的乌贼墨浓缩液或者用一定量的乌贼墨浓缩液替代炭黑均能提高开炼过程的分散性。一方面，乌贼墨黑色素是吲哚-5，6-醌(Ⅰ)与2-羧基吲哚-5，6-醌(Ⅱ)的共聚物，其链段上的氨基上的氢能与PLA链段上的羰基形成氢键结合，提高乌贼墨与PLA的相容性，从而提高混合均匀性；另一方面，墨汁中的蛋白质、糖类、脂类起到了一定分散剂的作用，提高炭黑在混合物中的混合均匀性。因而，乌贼墨的加入还能减少聚乙烯蜡的使用量，减少加工时间。进一步优选为：一种生物降解黑色地膜为三层且每层包含如下重量份的原料：PBAT15～20份；PLA60～70份；微晶纤维素2～8份；淀粉1～5份；壳聚糖2～10份；扩链剂0.5～2份；PLA基黑色母粒8～12份；PLA基黑色母粒包含如下原料：PLA、炭黑、乌贼墨、聚乙烯蜡，PLA、炭黑、乌贼墨、聚乙烯蜡的重量比为5：3～4：1～3：0.5～1；其中远离地面的上层还包括光降解剂3～5份；靠近地面的下层还包括除草剂5～10份。光降解剂的加入能够在生物降解的同时进行光降解，提高地膜的降解效果，除草剂用于除去杂草。实验发现(试验样12～13)，与单层且不加光降解剂的地膜相比，采用上述方案的生物降解黑色地膜具有更好的降解性能，240天能够几乎完全降解。进一步优选为：一种生物降解黑色地膜厚度为17.5～19.1微米。地膜厚度适中，若使用太薄的地膜，地膜易破碎，产生不利影响，若地膜厚度太厚，则增加原料投入且增加降解难度，增大环境压力。进一步优选为：PBAT中BA链段与BT链段的摩尔比为1.3:1，PBAT的玻璃化转变温度为-33℃，熔点是114℃。具有合适的玻璃化转变温度和熔点，利于加工。进一步优选为：微晶纤维素为棉纤维、麻纤维、秸秆纤维经盐酸水解、干燥得到。原料易得，方法简单，具有经济性。本专利技术的第二目的是提供一种生物降解黑色地膜的制备方法，具有制得的膜厚较厚的优本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物降解黑色地膜，其特征是，包含如下重量份的原料：PBAT15~20份；PLA60~70份；微晶纤维素2~8份；淀粉1~5份；壳聚糖2~10份；扩链剂0.5~2份；PLA基黑色母粒8~12份。

【技术特征摘要】
1.一种生物降解黑色地膜，其特征是，包含如下重量份的原料：PBAT15~20份；PLA60~70份；微晶纤维素2~8份；淀粉1~5份；壳聚糖2~10份；扩链剂0.5~2份；PLA基黑色母粒8~12份。2.根据权利要求1所述的一种生物降解黑色地膜，其特征是：所述PLA基黑色母粒包含如下原料：PLA、炭黑、乌贼墨、聚乙烯蜡，所述PLA、炭黑、乌贼墨、聚乙烯蜡的重量比为5：3~4：1~3：0.5~1。3.根据权利要求2所述的一种生物降解黑色地膜，其特征是：所述一种生物降解黑色地膜为三层且每层包含如下重量份的原料：PBAT15~20份；PLA60~70份；微晶纤维素2~8份；淀粉1~5份；壳聚糖2~10份；扩链剂0.5~2份；PLA基黑色母粒8~12份；所述PLA基黑色母粒包含如下原料：PLA、炭黑、乌贼墨、聚乙烯蜡，且所述PLA、炭黑、乌贼墨、聚乙烯蜡的重量比为5：3~4：1~3：0.5~1；其中远离地面的上层还包括光降解剂3~5份...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵福建，王伟明，
申请(专利权)人：浙江家乐蜜园艺科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33