一种阻水型高保墒可生物降解地膜制造技术

本发明专利技术公开了一种阻水型高保墒可生物降解地膜，属于无机聚合物复合薄膜功能材料技术领域；所述地膜以较大长径比的水滑石(LDH)纳米片为无机组分，与可降解聚合物采用纳米填料复合法用吹膜机吹制成膜；水滑石凭借其较大的长径比和二维有序结构可以显著延长水分子在复合薄膜中的扩散路径，从而提高无机/聚合物复合薄膜的水阻隔性能，制备所得复合薄膜单位水蒸气透过量相较于原始PBAT地膜最高降低了31.78％，有效提升了可降解地膜的阻水保墒能力。此外，吹膜法成膜较传统方法制备简易，成本低廉，因此该复合地膜有望大规模应用于农作物生产。生产。生产。

【技术实现步骤摘要】
一种阻水型高保墒可生物降解地膜


[0001]本专利技术属于无机聚合物复合薄膜功能材料
，具体涉及一种阻水型高保墒可生物降解地膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]干旱缺水已经成为制约我国农业生产发展的关键问题，农用地膜覆盖技术是一项解决干旱缺水的重要技术措施。农用地膜可以在地表形成物理隔层来阻挡土壤中水分的垂直蒸发，促进土壤中水分的横向运移，使土壤增墒，提高作物产量。然而，传统农用聚乙烯(PE)地膜已经造成了严重的残膜污染问题，破坏了农业生态环境，因此研发性能优良的降解地膜是农业可持续发展的重要战略方向。注意到生物可降解高分子聚合物聚对苯二甲酸
‑
己二酸丁二醇酯(PBAT)的加工性能可与PE相媲美，而且力学性能良好，已经成为制备生物降解地膜的主流材料。但是经研究发现PBAT地膜由于自身结构缺陷导致其水蒸气阻隔性能低于PE地膜，与后者相比PBAT地膜覆盖会造成部分作物减产，从而限制其在农业方面的应用。为了把可降解PBAT地膜大规模应用于农业生产，需要对如何提高其水蒸气阻隔性能进行研究。

技术实现思路

[0003]为解决现有技术中的上述问题，本专利技术提供了一种阻水型高保墒可生物降解地膜，通过水滑石和生物可降解聚合物采用纳米填料复合法吹制成膜，一方面利用水滑石有序的二维结构和较大的长径比延长水分子扩散路径，另一方面凭借水滑石层板的羟基与水分子形成氢键延缓水分子传输，经过二者协同作用，达到提高复合薄膜阻隔水蒸气性能的目的。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：
[0005]本专利技术提供了一种阻水型高保墒可生物降解地膜的制备方法，包括以完全可降解聚合物和水滑石为原料，共同进行制膜的步骤。
[0006]进一步地，所述水滑石在原料中的质量分数为0.5～5％。
[0007]进一步地，所述完全可降解聚合物包括对苯二甲酸丁二醇酯、聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、聚己内酯、聚甲基乙撑碳酸酯或聚谷氨酸的一种或多种。
[0008]进一步地，所述水滑石的制备方法为：配制可溶二价金属盐和可溶三价金属盐的混合盐溶液；将配制好的混合盐溶液和尿素溶液混合搅拌后晶化，将晶化产物用去离子水和乙醇洗涤至溶液呈中性，烘干研磨得水滑石。
[0009]进一步地，所述可溶二价金属盐的二价金属离子为Co
2+
、Fe
2+
、Ca 2+
、Mg
2+
、Zn
2+
、Cu
2+
、Mn
2+
和Ni
2+
的任一种，可溶三价金属盐的三价金属离子为Al
3+
、Fe
3+
、Cr
3+
和Ga
3+
的任一种。
[0010]进一步地，所述混合盐溶液中二价金属离子的浓度为0.2～0.3mol/L；所述二价金属离子与三价金属离子摩尔比为2～3:1。
[0011]进一步地，所述尿素溶液的浓度为1mol/L，所述混合盐溶液和尿素溶液的体积比
为1:1；所述晶化温度为90～110℃，晶化时间为12～24h。
[0012]进一步地，所述进行制膜的步骤包括：在塑料混合机中将完全可降解聚合物与水滑石进行混合，把混合料加入到双螺杆挤出机中熔融混合，从进料区到模具的温度曲线为180
‑
190℃，进料速度和螺杆转速分别为20rpm和100rpm，混合料经挤出后使用风冷设备冷却，并使用切粒机切割为粒料，将粒料加入吹膜机进料口，吹膜温度为130～140℃，吹胀比为2.5：1，吹制出厚度为35μm
±
5μm的阻水型高保墒可生物降解地膜。
[0013]本专利技术还提供了一种根据上述方法制备得到的阻水型高保墒可生物降解地膜。
[0014]本专利技术同时还提供了上述阻水型高保墒可生物降解地膜在大规模农作物生产中的应用。
[0015]层状双金属氢氧化物(LDH)，又名水滑石，是一种常见的二维无机材料。其二价和三价金属离子的氢氧化物间高度分散并以共价键构成主体层板，具有层间阴离子可交换、大的长径比、丰富的碱性位等结构特点。本专利技术通过对水滑石和生物可降解聚合物采用纳米填料复合法吹制成膜，一方面利用水滑石有序的二维结构和较大的长径比延长水分子扩散路径，另一方面凭借水滑石层板的羟基与水分子形成氢键延缓水分子传输，二者协同作用提高复合薄膜的水蒸气阻隔性能。
[0016]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0017]1.本专利技术所得的薄膜材料利用有序二维结构、大长径比的水滑石作为无机组分与聚合物采用纳米填料复合法吹制而成，这种砖泥结构可以延长水分子扩散路径，提高复合薄膜的水蒸气阻隔性能。
[0018]2.水滑石层板丰富的羟基作为碱性位可以与进入层间的水分子反应生成氢键延缓水分子传输，协同强化薄膜的水蒸气阻隔性能。
[0019]3.合成的无机/聚合物复合薄膜中聚合物组分为对苯二甲酸丁二醇酯，聚乳酸等可降解材料，相较于传统农用聚乙烯地膜有着可降解、对环境无害等突出优势，有望大规模应用于农作物生产。
[0020]4.此外，该专利技术采用的吹膜法较原子沉积、溶胶
‑
凝胶转变成膜法制备简易，成本低廉，这为大规模批量生产创造了条件。
[0021]5.将得到的薄膜材料通过SEM、XRD、FT
‑
IR表征，证实了水滑石和聚合物的成功复合；通过对复合薄膜进行WVTR测试，显示其单位水蒸气透过量较纯聚合物薄膜最高下降了31.78％，表现出优良的水蒸气阻隔性能。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1是实施例1步骤A所得的水滑石片的SEM平面图片；
[0024]图2是实施例2步骤A所得的水滑石片的SEM平面图片；
[0025]图3是实施例3步骤A所得的水滑石片的SEM平面图片；
[0026]图4是实施例3步骤C所得的复合薄膜的SEM平面图片；
[0027]图5是实施例3步骤C所得的复合薄膜的XRD图；
[0028]图6是实施例3步骤C所得的复合薄膜的IR图。
具体实施方式
[0029]现详细说明本专利技术的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本专利技术的限制，而应理解为是对本专利技术的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
[0030]应理解本专利技术中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本专利技术。另外，对于本专利技术中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值，以及任何其他述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本专利技术内。这些本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种阻水型高保墒可生物降解地膜的制备方法，其特征在于，包括以完全可降解聚合物和水滑石为原料，共同进行制膜的步骤。2.根据权利要求1所述的阻水型高保墒可生物降解地膜的制备方法，其特征在于，所述水滑石在原料中的质量分数为0.5～5％。3.根据权利要求1所述的阻水型高保墒可生物降解地膜的制备方法，其特征在于，所述完全可降解聚合物包括对苯二甲酸丁二醇酯、聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、聚己内酯、聚甲基乙撑碳酸酯或聚谷氨酸的一种或多种。4.根据权利要求1所述的阻水型高保墒可生物降解地膜的制备方法，其特征在于，所述水滑石的制备方法为：配制可溶二价金属盐和可溶三价金属盐的混合盐溶液；将配制好的混合盐溶液和尿素溶液混合搅拌后晶化，将晶化产物用去离子水和乙醇洗涤至溶液呈中性，烘干研磨得水滑石。5.根据权利要求4所述的阻水型高保墒可生物降解地膜的制备方法，其特征在于，所述可溶二价金属盐的二价金属离子为Co
2+
、Fe
2+
、Ca 2+
、Mg
2+
、Zn
2+
、Cu
2+
、Mn
2+
和Ni
2+
的任一种，可溶三价金属盐的三价金属离子为Al
3+
、Fe
3+
、C...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩景宾，杨泽亚，李彪，靳祖超，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：