改性聚乙醇酸生物降解地膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及地膜，具体涉及一种改性聚乙醇酸生物降解地膜及其制备方法。所述的改性聚乙醇酸生物降解地膜由以下质量份数的原料制成：聚乙醇酸15‑45份、聚丁二酸丁二醇‑共‑对苯二甲酸丁二醇酯40‑80份、相容剂5‑15份、爽滑剂0.5‑1.5份、抗水解剂0.5‑1份、抗氧剂0.1‑0.5份、抗光老化剂0.1‑0.5份、抗菌剂0.5‑1份、轻量化改性复合材料5‑20份；其中，轻量化改性复合材料由环氧氯丙烷0.1‑0.5份、β‑环糊精1‑2份、硅酸铝钾1‑2份、介孔二氧化硅5‑10份制成。本发明专利技术保温保墒性能优异，轻量化效果明显。本发明专利技术制备方法简单易行，易于实现。

【技术实现步骤摘要】
改性聚乙醇酸生物降解地膜及其制备方法
本专利技术涉及地膜，具体涉及一种改性聚乙醇酸生物降解地膜及其制备方法。
技术介绍
地膜作用相当大，不仅能够提高地温、保水、保土、保肥，而且还有一定的除草等功能。20世纪60年代，地膜覆盖技术在日本、欧美等国家兴起，并逐步普及。自1978年以来，农膜覆盖栽培技术在我国得到了大力推广，1980年农膜覆盖面积仅为2.5万亩，2005年农膜覆盖面积达1.35亿亩，2017年地膜覆盖面积达4亿多亩，地膜使用量达150多万吨，已成为世界上地膜使用量最多的国家。然而，为了降低成本，地膜的厚度越来越薄，随着地膜使用量逐年增加，地膜回收也变得越来越困难。大量废旧农膜年复一年累积在土壤中，自然条件下极难降解，其危害正日益凸现。一方面，耕地中残留农膜不断增加，土壤的原有结构遭到破坏，土壤肥力水平随之下降。与此同时，残膜直接影响作物根系的发育和均匀分布，阻碍作物对水分和养分的吸收，导致作物减产。另一方面，随意弃置于田边、地头的残膜，被风吹散后，影响自然景观，也影响农村环境卫生。残膜与秸秆、牧草混在一起，被牲畜误食后还会引起病害甚至死亡，残膜随意堆放或者焚烧，又会造成二次污染。废旧农膜残留污染已经成为农业可持续发展的严重威胁，因此，有效防治农田的白色污染刻不容缓。近年来，生物降解材料的广泛应用，给地膜行业带来了机遇。利用生物降解材料完全替代传统材料PE，是解决地膜污染问题的有效途径之一。目前，已经实现工业化生产的生物降解材料有聚乙醇酸(PGA)、聚乳酸(PLA)、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(PBAT)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚丁二酸-己二酸-丁二醇酯(PBSA)、聚丁二酸丁二醇-共-对苯二甲酸丁二醇酯(PBST)、聚己内酯(PCL)、聚羟基脂肪酸酯(PHAs)、聚丙撑碳酸酯(PPC)等。CN103819794A、CN106336567A、CN105001568A等专利技术公开的可降解地膜，材料中都含有聚乙烯，而聚乙烯不可能生物降解，故上述专利中的可降解地膜均不是完全生物降解地膜。CN104109359A、CN106117622A等专利技术公开的可降解地膜，材料中含有聚乙烯醇，聚乙烯醇分子主链为碳－碳链，与聚乙烯相同，不能生物降解，而且聚乙烯醇为水溶性材料，遭遇雨水会存在溶解破洞的风险，不适于用作地膜。CN106221165A、CN106046725A等专利技术公开的生物降解地膜，材料中分别加入了不同含量的增塑剂，由于地膜很薄，比表面积很大，在户外的自然环境中使用，增塑剂易于迁出，不利于地膜的稳定性。CN106084700A、CN103709687A、CN103709695A等专利技术公开的全生物降解地膜，分别加入了碳酸钙20-50％、改性滑石粉5-40％、改性滑石粉0.1-5％。由于滑石粉或碳酸钙的加入，使得材料的密度进一步增大，地膜成本加大，不利于推广。另外，传统PE材料密度是0.92-0.95g/cm3，而生物降解材料的密度大都在1.25-1.30g/cm3，约为传统PE材料密度的1.3倍。传统PE材料的单价约为10000元/吨，而生物降解材料的单价为20000-40000元/吨，约为传统PE材料单价的2倍以上。综上，只有降低生物降解地膜的成本，才能提高其市场竞争力。而降低成本最有效的手段就是生物降解地膜的轻量化，而单纯的追求轻量化势必会影响生物降解地膜的保温保墒性能，因此，在降低生物降解地膜密度的基础上，改善生物降解地膜的保温保墒性能是目前亟需解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种密度小，保温、保墒性能优异的改性聚乙醇酸生物降解地膜；本专利技术同时提供其制备方法。本专利技术所述的改性聚乙醇酸生物降解地膜，由以下质量份数的原料制成：聚乙醇酸15-45份、聚丁二酸丁二醇-共-对苯二甲酸丁二醇酯40-80份、相容剂5-15份、爽滑剂0.5-1.5份、抗水解剂0.5-1份、抗氧剂0.1-0.5份、抗光老化剂0.1-0.5份、抗菌剂0.5-1份、轻量化改性复合材料5-20份；其中，轻量化改性复合材料由环氧氯丙烷0.1-0.5份、β-环糊精1-2份、硅酸铝钾1-2份、介孔二氧化硅5-10份制成。其中：所述的轻量化改性复合材料的制备方法是，将环氧氯丙烷与β-环糊精进行交联反应制备环氧氯丙烷交联-β-环糊精，在交联反应过程中依次引入硅酸铝钾、介孔二氧化硅。所述的轻量化改性复合材料的具体制备过程如下：以氢氧化钠作为催化剂，于60-70℃下，1-2份的β-环糊精与0.1-0.5份的环氧氯丙烷交联反应1.5-2.5小时制得。其中，在反应1-1.2小时的时候，依次引入1-2份的硅酸铝钾、5-10份的介孔二氧化硅。所述的硅酸铝钾的目数为4000-6000目。所述的介孔二氧化硅的孔径为5-30nm，目数为4000-6000目。所述的聚乙醇酸熔点160-180℃，熔融指数≤5.0g/10min(190℃，2.16kg)；聚丁二酸丁二醇-共-对苯二甲酸丁二醇酯熔点115-130℃，熔融指数≤5.0g/10min(190℃，2.16kg)。所述的相容剂为乙醇酸-丁二酸丁二醇酯共聚物，乙醇酸和丁二酸丁二醇酯的质量比为1:2-3，熔点120-140℃，熔融指数≤10.0g/10min。所述的爽滑剂为聚乙烯蜡接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯，熔点105-125℃，接枝率0.5-1.5％。所述的抗水解剂为二环己基碳二亚胺或N,N'-二异丙基碳二亚胺。所述的抗氧剂为十二羟基硬脂酸钙、十二羟基硬脂酸锌或十二羟基硬脂酸镁。所述的抗光老化剂为聚丁二酸(4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶乙醇)酯。所述的抗菌剂为吡罗克酮。所述的改性聚乙醇酸生物降解地膜的制备方法是，先将环氧氯丙烷与β-环糊精进行交联反应制备环氧氯丙烷交联-β-环糊精，在交联反应过程中依次引入硅酸铝钾、介孔二氧化硅，制得轻量化改性复合材料，再将轻量化改性复合材料与聚乙醇酸、聚丁二酸丁二醇-共-对苯二甲酸丁二醇酯、相容剂、爽滑剂、抗水解剂、抗氧剂、抗光老化剂、抗菌剂共混、挤出、吹塑，制得改性聚乙醇酸生物降解地膜。地膜最重要的作用就是保温和保墒。本专利技术首次将介孔材料加入地膜中，相当于在地膜的微观结构上引入了中空结构，这些中空结构是由介孔材料贡献的，从而会使得相同厚度的地膜，单位面积的克重下降，即地膜的密度明显下降，从而实现降低地膜成本的目的。同时，由于介孔二氧化硅引入，也可以对地膜起到一定的增强作用，而且介孔二氧化硅微孔结构还可以改善地膜的保温作用。虽然介孔二氧化硅的引入在一定程度上起到了保温作用，但是保墒作用较弱。β-环糊精的外部是亲水的，也不具有保墒作用，但是当β-环糊精与环氧氯丙烷交联形成疏水空腔结构后，能够将吸附于地膜内表面的水珠或水汽阻隔在膜内，就实现了保墒功能。而且，β-环糊精与环氧氯丙烷交联后，强度大大增加。同时，β-环糊精与环氧氯丙烷交联后形成的疏水空腔结构又可以与介孔二氧化硅的微孔，协同起到保温功能。而硅铝酸钾具有层状结构，加入介孔二氧化硅后，介孔二氧化硅能够负载在硅铝酸钾的层状结构中，增加了介孔二氧化硅在轻量化改性复合材料中的稳定性，使得介孔二氧化硅不易从轻量化改性复合材料中分离出来。另外，介孔二氧化硅和硅酸铝钾均与环氧氯丙烷交联-β-环糊精的羟基形成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性聚乙醇酸生物降解地膜，其特征在于由以下质量份数的原料制成：聚乙醇酸15‑45份、聚丁二酸丁二醇‑共‑对苯二甲酸丁二醇酯40‑80份、相容剂5‑15份、爽滑剂0.5‑1.5份、抗水解剂0.5‑1份、抗氧剂0.1‑0.5份、抗光老化剂0.1‑0.5份、抗菌剂0.5‑1份、轻量化改性复合材料5‑20份；其中，轻量化改性复合材料由环氧氯丙烷0.1‑0.5份、β‑环糊精1‑2份、硅酸铝钾1‑2份、介孔二氧化硅5‑10份制成。

【技术特征摘要】
1.一种改性聚乙醇酸生物降解地膜，其特征在于由以下质量份数的原料制成：聚乙醇酸15-45份、聚丁二酸丁二醇-共-对苯二甲酸丁二醇酯40-80份、相容剂5-15份、爽滑剂0.5-1.5份、抗水解剂0.5-1份、抗氧剂0.1-0.5份、抗光老化剂0.1-0.5份、抗菌剂0.5-1份、轻量化改性复合材料5-20份；其中，轻量化改性复合材料由环氧氯丙烷0.1-0.5份、β-环糊精1-2份、硅酸铝钾1-2份、介孔二氧化硅5-10份制成。2.根据权利要求1所述的改性聚乙醇酸生物降解地膜，其特征在于：轻量化改性复合材料的制备方法是，将环氧氯丙烷与β-环糊精进行交联反应制备环氧氯丙烷交联-β-环糊精，在交联反应过程中依次引入硅酸铝钾、介孔二氧化硅。3.根据权利要求1或2所述的改性聚乙醇酸生物降解地膜，其特征在于：硅酸铝钾的目数为4000-6000目。4.根据权利要求1或2所述的改性聚乙醇酸生物降解地膜，其特征在于：介孔二氧化硅的孔径为5-30nm，目数为4000-6000目。5.根据权利要求1所述的改性聚乙醇酸生物降解地膜，其特征在于：聚乙醇酸熔点160-180℃，熔融指数≤5.0g/10min；聚丁二酸丁二醇-共-对苯二甲酸丁二醇酯熔点115-130℃，熔融指数≤5.0g/10mi...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞买只，
申请(专利权)人：淄博成达塑化有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37