一种具有肥料作用的高阻隔全生物降解地膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种具有肥料作用的高阻隔全生物降解地膜及其制备方法。其由包含如下重量百分比的原料制备得到：PBAT树脂：68~84%，高结晶度聚乳酸：10~20%，阻隔剂：0.1~10%，扩链剂：0.1~0.5%，抗UV剂：0.1~1.0%，光稳定剂：0.5~1.0%，抗氧剂：0.3~0.5%，抗水解剂：0.1~0.5%，开口剂：0.5~2.0%。在进行熔融共混时极大地提升了阻隔剂与PBAT树脂的界面相容性，促进了阻隔剂在PBAT树脂中的良好分散，并将多元有机磷酸和尿素以化学键合的方式沉积在阻隔剂的结构上，得到的全生物降解地膜具有在降解过程中作为肥料持续保证作物生长的作用，有效地改善了地膜铺膜强度以及在保温、保水、保肥保墒等方面的综合性能。面的综合性能。

【技术实现步骤摘要】
一种具有肥料作用的高阻隔全生物降解地膜及其制备方法


[0001]本专利技术属于农业地膜
，具体涉及一种具有肥料作用的高阻隔全生物降解地膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]农用地膜能够有效地控制土壤温度和湿度，减少水分和营养物流失，防止杂草生长，为作物生长创造有利的生态环境，是世界粮食和经济作物增产的有效途径之一。中国是农业大国，目前国内地膜覆盖面积高达2亿亩，年用量约为100万吨，其覆盖面积和用量均位列世界第一。然而，地膜覆盖技术在给农业增产增收带来经济效益的同时，也严重污染了土地。目前生产的农膜普遍以化纤为原料，其主要成分是聚乙烯、聚氯乙烯，传统塑料大多性能稳定，在自然界中不易受各种环境因素的作用而迅速降解，可在田间残留几十年不降解，连年使用导致碎膜逐年累积于土壤耕层，造成土壤板结、通透性变差、根系生长受阻，后茬产物减产。
[0003]目前解决残膜污染问题主要有回收利用和推广降解地膜两个主要方向。回收利用存在着残膜回收率低、二次加工污染严重和人工捡拾成本过高等缺点，而全生物降解塑料可以在短时间内被微生物侵蚀消化成二氧化碳、水、其他生物质和无机物，为环境低负荷材料。因此从长远的发展来看，推广使用全生物降解地膜被认为是解决残膜污染问题最为根本和有效的方式。
[0004]在研究和推广的过程中遇到了许多难题，尤其是，全生物降解材料本身水蒸气透过量较高，导致地膜保墒性能不佳，而且降解进程不够稳定和可控。鉴于全生物降解地膜材料自身的特性，大规模应用前仍需克服几个问题：一是操作性，地膜抗拉强度须满足覆膜操作的要求，尤其在大规模的机械化作业农区，要求地膜力学性能满足机械化铺膜作业；二是功能性，即覆膜后要满足增温保墒抑草等利于作物生长的功能需求；三是可控性，即地膜破裂和降解应该在完成其基本功能后才开始，尤其是不能过早开裂和降解。
[0005]CN109054309A的专利技术专利公开了“PLA高阻隔地膜的制备方法”，该专利是以聚乳酸为基体，选择少量特殊分子量的聚乙醇酸和聚对苯二甲酸己二酸丁二醇酯，通过熔融挤出后吹膜制备而成。地膜所用基材为聚乳酸，不适用于聚酯类薄膜成型加工，且不具备高阻隔性。CN101815748A的专利技术专利公开了“一种可生物降解的双向拉伸复合薄膜”，该专利以聚乳酸基聚合物和芳香族聚酯基树脂为基础，通过两者熔融挤出
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双向拉伸法实现了全生物降解地膜的阻隔性能提升，但该专利中的阻隔体系仅是多种惰性无机粒子的简单混合，存在阻隔剂在基体树脂中分散困难、添加量大以及带来的阻隔效率等问题。CN108377821A的专利技术专利公开了“一种可生物降解阻隔地膜”，该专利将阻隔填料原位熔融缩聚后进入基体树脂，且在加工过程中树脂原位反应，平衡地膜的耐候性和生物降解性，实现了地膜的可控降解。但该专利中所制地膜为三层复合结构，膜厚较厚，生产方法困难，质量不易控制，难以实现工业化。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是克服现有技术中全生物降解地膜铺膜强度低以及在保温、保水、保肥保墒等方面难以满足使用需求等问题，提供了一种具有肥料作用的高阻隔全生物降解地膜及其制备方法。本专利技术制备的全生物降解地膜具有阻隔剂添加量低、高阻隔性等优势，地膜降解过程中可作为肥料持续保证作物生长的作用。
[0007]为达到以上专利技术目的，本专利技术是通过以下技术方案来实现的：
[0008]一种具有肥料作用的高阻隔全生物降解地膜，其由包含如下重量百分比的原料制备得到：
[0009]PBAT树脂：68～84％
[0010]高结晶度聚乳酸：10～20％
[0011]阻隔剂：0.1～10％
[0012]扩链剂：0.1～0.5％
[0013]抗UV剂：0.1～1.0％
[0014]光稳定剂：0.5～1.0％
[0015]抗氧剂：0.3～0.5％
[0016]抗水解剂：0.1～0.5％
[0017]开口剂：0.5～2.0％。
[0018]本专利技术中，所述的阻隔剂是具有肥料作用的、带可反应NH
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CO键的P
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MgAl
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NO3‑
LDHs阻隔剂；
[0019]所述的阻隔剂的制备方法包含如下步骤：
[0020](1)在50～70℃下，将1～30份多元有机磷酸溶解于20～80份去离子水中，接着向其中加入10～60份硝酸型镁铝水滑石MgAl
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NO3‑
LDHs，开启搅拌并保温1～3天，然后将所得产物抽滤、烘干，通过表面修饰将多元有机磷酸引入到MgAl
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NO3‑
LDHs中，得到表面改性的P
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MgAl
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NO3‑
LDHs；
[0021](2)将5～40份表面改性后的P
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MgAl
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NO3‑
LDHs、30～80份去离子水和10～60份尿素加入到反应器中，并开启搅拌，将反应器升温至60～100℃保温0.5～2.5h；
[0022](3)反应完成后，将所得产物在室温下静置，自然冷却、结晶析出3～12h，抽滤烘干后以化学键合的方式将尿素沉积到P
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MgAl
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NO3‑
LDHs的结构上，得到具有肥料作用的、带可反应NH
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CO键的P
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MgAl
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NO3‑
LDHs阻隔剂；
[0023]本专利技术制备的阻隔剂，通过选用多元有机磷酸对传统LDHs进行表面改性，取代其表面大量的
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OH，成功引入具有反应活性的
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POOH基团，进一步将尿素通过化学键合的方式沉积到其结构上，最终得到具有肥料作用的带可反应NH
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CO键的P
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MgAl
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NO3‑
LDHs。一方面，本专利技术的阻隔剂与PBAT基体在熔融共混时有效地提高了两者的界面相容性，解决了相似方法中阻隔剂添加量大、在PBAT基体中分散性差的缺点；另一方面，将多元有机磷酸和尿素以化学键合的方式沉积在阻隔剂的结构上，从而成功引入N、P两种化肥元素，使得地膜在降解过程中具有作为肥料持续保证作物生长的作用；
[0024]本专利技术阻隔剂的制备方法中，所述多元有机磷酸为氨基三甲叉磷酸、羟基乙叉二磷酸、二乙烯三胺五甲叉磷酸和乙二胺四甲叉磷酸中的一种或多种。
[0025]本专利技术中，所述的PBAT树脂的分子量为5～20万，熔指为2～10g/10min(190℃，
2.16kg)。
[0026]本专利技术中，所述的高结晶度聚乳酸的分子量为5～10万，密度为1.2～1.35g/cm3，熔指为3～8g/10min(190℃，2.16kg)，熔点为170～180℃，拉伸强度为42～55MPa，断裂伸长率为6～15％，冲击强度为5～12KJ/m2。
[0027]本专利技术中，所述的扩链剂是环本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有肥料作用的高阻隔全生物降解地膜，其特征在于：其由包含如下重量百分比的原料制备得到：PBAT树脂：68～84％高结晶度聚乳酸：10～20％阻隔剂：0.1～10％扩链剂：0.1～0.5％抗UV剂：0.1～1.0％光稳定剂：0.5～1.0％抗氧剂：0.3～0.5％抗水解剂：0.1～0.5％开口剂：0.5～2.0％。2.根据权利要求1所述的地膜，其特征在于：所述的阻隔剂是具有肥料作用的、带可反应NH
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CO键的P
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MgAl
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NO3‑
LDHs阻隔剂。3.根据权利要求1或2所述的地膜，其特征在于：所述的阻隔剂的制备方法包含如下步骤：(1)在50～70℃下，将多元有机磷酸溶解于去离子水中，加入硝酸型镁铝水滑石MgAl
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NO3‑
LDHs，开启搅拌并保温，然后将所得产物烘干，得到表面改性的P
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MgAl
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NO3‑
LDHs；(2)将表面改性后的P
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MgAl
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NO3‑
LDHs、去离子水和尿素加入到反应器中，升温至60～100℃保温；反应完成后，将所得产物结晶析出，烘干得到具有肥料作用的、带可反应NH
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CO键的P
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MgAl
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NO3‑
LDHs阻隔剂。4.根据权利要求3所述的地膜，其特征在于：所述多元有机磷酸为氨基三甲叉磷酸、羟基乙叉二磷酸、二乙烯三胺五甲叉磷酸和乙二胺四甲叉磷酸中的一种或多种。5.根据权利要求3或4所述的地膜，其特征在于：步骤(1)中，各组分的用量是：1～30份多元有机磷酸、20～80份去离子水、10～60份硝酸型镁铝水滑石MgAl
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NO3‑
LDHs；保温1～3天；步骤(2)中，各组分的用量是：5～40份表面改性后的P
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MgAl
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NO3‑
LDHs、30～80份去离子水和10～60份尿素；保温0.5～2.5h。6.根据权利要求1
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5中任一项所述的地膜，其特征在于：所述的PBAT树脂的分子量为5～20万，熔指为2～10g/10mi...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐越，方璞，麻宁，王磊，
申请(专利权)人：万华化学集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：