專利名稱：可生物降解的地膜和制備該地膜的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種可生物降解的地膜和制備該地膜的方法。

背景技術：
目前，塑料因其質量輕、強度高、化學性能穩(wěn)定及廉價等優(yōu)點而在許多領域廣泛發(fā) 展，比如農(nóng)用地膜。但由于用過的塑料地膜尚沒有妥善的處理方法，塑料垃圾對自然環(huán)境 的污染越來越嚴重，對人類生存的危害也越來越嚴重。非降解塑料地膜大多是由低密度聚 乙烯(LDPE)和線性低密度聚乙烯(LLDPE)制成的，其次是由高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯 (PP)、聚苯乙烯(PS)和聚氯乙烯(PVC)制成的，這些塑料地膜一般都作為固體廢料處理掉， 致使在空氣中形成酸雨等污染物，對我們的生活造成危害。具體的說，塑料等固體垃圾的丟 棄會污染環(huán)境，深埋會侵占土地，燒毀則會污染空氣。而且在自然環(huán)境中，聚乙烯塑料自身 難以分解，散落在土壤和自然環(huán)境中，破壞了土壤結構，對農(nóng)田造成危害和污染，使地力逐 年減弱、農(nóng)作物產(chǎn)量降低。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決傳統(tǒng)非降解塑料地膜污染環(huán)境，破壞土壤結構的問題，本發(fā)明的第一個 目的在于提供一種生物降解性好并且應用性能好的可生物降解的地膜。本發(fā)明的第二個目的在于提供一種可生物降解的地膜的制備方法。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是采用可以降解的聚烴基脂肪酸酯 (PHA)生物降解塑料為基本原料，添加有機質，經(jīng)過特殊工藝制成可生物降解的地膜。該地 膜可以被數(shù)種水生細菌降解成水、二氧化碳和有機質，所以不會對環(huán)境造成污染。具體地說 該生物降解地膜以熱塑性淀粉、可生物降解聚合物和輔助性成分為原料，經(jīng)螺旋擠出設備 和制膜設備加工而成。按照本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提供了一種可生物降解的地膜，包含5-70% (重量)的熱塑性淀粉；15-40% (重量)的可生物降解聚合物；3-8% (重量)的相容改性成分；3-6% (重量)的納米無機增強成分；2-15% (重量)的復合增塑成分；5-20% (重量)的潤滑成分；0-3% (重量)的活性劑。按照本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供了一種制備可生物降解的地膜的方法，該方 法包括以下步驟(1)將相容改性成分、復合增塑成分、潤滑成分及活性劑高速混合機中攪拌10-15 分鐘，混合成均勻的混溶體，并控制其Ph值在10. 5-13之間。(2)通過計量泵和失重式計量喂料器將步驟(1)得到的混溶體組分、熱塑性淀粉、可生物降解聚合物加入雙螺桿擠出機中，進行混煉和擠出。具體的步驟是該混合物在雙螺 桿擠出機中的喂料區(qū)、熔融共混區(qū)、共混剪切區(qū)、共混捏合區(qū)、塑化推進區(qū)以及增壓擠出區(qū) 中分別被輸送、分散、匯合、加熱熔融、剪切粉碎、擠壓捏合、接枝共混、排揮、增稠、以及增壓 輸出。其中喂料區(qū)的溫度控制在95-150°C，熔融共混區(qū)的溫度控制在130-175°C，共混剪切 區(qū)的溫度控制在140-195°C，共混捏合區(qū)的溫度控制在130-185°C，塑化推進區(qū)的溫度控制 在110-180°C，增壓擠出區(qū)的溫度控制在115-185°C。經(jīng)模頭部分擠出的物料條經(jīng)水冷、風 冷，用切粒機制得生物降解塑料粒子。(3)將 制得的粒料在吹膜機組上吹塑成膜，機筒段溫度控制在160-200°C，模頭擠 出溫度控制在180-220°C。本發(fā)明的有益效果是，該地膜具有良好的保溫性，保濕性，可以使農(nóng)產(chǎn)品增產(chǎn)幅度 達到10% -20%。該地膜在完成正常保墑功能后，完全被水生細菌降解為二氧化碳，水和有 機質，不但能提高土壤肥力，而且不會對環(huán)境造成污染。


下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。圖1是本發(fā)明的結構示意圖。
具體實施例方式具體地，本發(fā)明涉及一種可生物降解的地膜，包括5-70% (重量)的熱塑性淀粉；15-40% (重量)的可生物降解聚合物；3-8% (重量)的相容改性成分；3-6% (重量)的納米無機增強成分；2-15% (重量)的復合增塑成分；5-20% (重量)的潤滑成分；0-3% (重量)的活性劑。按照本發(fā)明，所述的熱塑性淀粉為細度大于100的普通工業(yè)淀粉，包括玉米淀粉、 馬鈴薯淀粉、紅薯淀粉和木薯淀粉，以及改性淀粉。按照本發(fā)明，所述的可生物降解聚合物為聚羥基脂肪酸酯(PHA)。按照本發(fā)明，所述的相容性成分為馬來酸酐；改性成分為有機硅純硅酮。按照本發(fā)明，所述的納米無機增強成分為納米碳酸鈣(Nano-CaCO3)、納米氧化鋁 (Nano-Al2O3)。按照本發(fā)明，所述的復合增塑成分為鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二辛酯、磷酸 三甲酚酯等。按照本發(fā)明，所述的潤滑成分為硬脂酸及其鈣鎂鹽。按照本發(fā)明，所述的離子活性劑為烷基磺酸鹽類、烷基苯磺酸類活性劑；非離子活 性劑為脂肪酸聚氧乙烯酯類、烷基酚聚氧乙烯醚類活性劑。本發(fā)明的可生物降解地膜具有如下長處(a)易于加工成型以通用塑料加工設備吹膜，工藝易于控制，制備方法簡單、靈活，加工成型性能好。 (b)機械性能好物理機械性能與各種相應的地膜相近。(c)降解性能好由于熱塑性淀粉含量高及其他可降解的添加劑比例大，生物降 解的性能非常優(yōu)越。(d)由于各組分均勻分散，在淀粉與PHA被降解后，殘余物變成水、二氧化碳和有 機質。因此，殘余物不會破壞土壤的毛細作用，相反還會增加土壤的透氣性，增加土壤的肥 力。按照本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明涉及一種制備可生物降解的地膜的方法，該方法 包括以下步驟(1)將相容改性成分、復合增塑成分、潤滑成分及活性劑在高速混合機中攪拌 10-15分鐘，混合成均勻的混溶體，并控制其ph值在10. 5-13之間。(2)通過計量泵和失重式計量喂料器將步驟(1)得到的混溶體組分、熱塑性淀粉、 可生物降解聚合物加入雙螺桿擠出機中，進行混煉和擠出。具體的步驟是該混合物在雙螺 桿擠出機中的喂料區(qū)、熔融共混區(qū)、共混剪切區(qū)、共混捏合區(qū)、塑化推進區(qū)以及增壓擠出區(qū) 中分別被輸送、分散、匯合、加熱熔融、剪切粉碎、擠壓捏合、接枝共混、排揮、增稠、以及增壓 輸出。其中喂料區(qū)的溫度控制在95-150°C，熔融共混區(qū)的溫度控制在130-175°C，共混剪切 區(qū)的溫度控制在140-195°C，共混捏合區(qū)的溫度控制在130-185°C，塑化推進區(qū)的溫度控制 在110-180°C，增壓擠出區(qū)的溫度控制在115-185°C。經(jīng)模頭部分擠出的物料條經(jīng)水冷、風 冷，用切粒機制得生物降解塑料粒子。(3)將制得的粒料在吹膜機組上吹塑成膜，機筒段溫度控制在160-200°C，模頭擠 出溫度控制在180-220°C。按照本發(fā)明方法，所述的熱塑性淀粉為細度大于100的普通工業(yè)淀粉，包括玉米 淀粉、馬鈴薯淀粉、紅薯淀粉和木薯淀粉，以及改性淀粉。按照本發(fā)明方法，所述的可生物降解聚合物為聚羥基脂肪酸酯(PHA)。按照本發(fā)明方法，所述的相容性成分為馬來酸酐；改性成分為有機硅純硅酮。按照本發(fā)明方法，所述的納米無機增強成分為納米碳酸鈣(Nano-CaCO3)、納米氧 化鋁(Nano-Al2O3)。按照本發(fā)明方法，所述的復合增塑成分為鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二辛酯、 磷酸三甲酚酯等。按照本發(fā)明方法，所述的潤滑成分為硬脂酸及其鈣鎂鹽。按照本發(fā)明方法，所述的離子活性劑為烷基磺酸鹽類、烷基苯磺酸類活性劑；非離 子活性劑為脂肪酸聚氧乙烯酯類、烷基酚聚氧乙烯醚類活性劑。為了更好地試驗本發(fā)明的PHA降解組合物的降解效果，采用得到的本發(fā)明的PHA 組合物粒子吹塑成薄膜作為地膜(以下稱為降解膜)，與普通地膜進行如下試驗。(1)保溫性測定以普通膜作為對照，觀測地表下15cm處的地溫。并觀測覆蓋本發(fā)明的降解膜和 露地的地溫。結果是降解膜的保溫性和普通膜相比，地溫溫差在0-0. 6°C之間，差異不大； 降解膜和普通膜相比，早晨未出太陽時，保溫效果在0. 8-4. 5°C之間，中午時的保溫效果在 5. 6-11. 2°C之間。
(2)保水性測定測定地下0-15cm處的含水量，結果是降解膜為14. 65%，普通膜為11. 88%，露地 是 8. 5%。(3)降解膜的自然降解試驗A、暴露于地表的降解試驗 降解66天后，地膜崩裂成大塊，大的約為12. 2X10cm2，小的約為5. 2X3. 2cm2，強 度約降低75%。降解98天后，地膜變成大小不一的碎片，大的約為2.5X1.6cm2，小的約為 0.5X0. 3cm2，強度很弱無法檢測。降解128天后，碎片尺寸變化不大，但變得更薄，手輕輕用力就會裂成更小的碎 片。B、埋入士里7cm處的降解試驗降解98天后，膜表面變皺，被土壤中的水生細菌降解成大小不一的孔洞，大的約 14 X 12mm2，小的如針眼。降解128天后，孔洞數(shù)量增加，大的約24X9mm2，小的如針眼，且有許多Imm2左右 的孔洞。降解150天后，孔洞數(shù)量增加，大的約30X 10mm2，并出現(xiàn)局部連續(xù)孔洞。降解188天后，地膜明顯變薄，孔洞數(shù)量增加，大的約32X 12mm2。由以上各項試驗可以看出，本發(fā)明的PHA生物降解塑料制成的地膜的保溫性和保 水性達到了一般地膜的效果，并且還具有良好的自然降解效果，這一點是普通地膜不具備 的。以下將通過實施例詳細描述本發(fā)明。實施例1按如下配方制備熱塑性淀粉降解組合物成分用量(克)熱塑性淀粉67磷酸三甲酚酯0.5聚羥基脂肪酸酯30. 4納米碳酸鈣2硬脂酸鋅0. 1總計100將熱塑性淀粉、納米碳酸鈣、硬脂酸鋅用高速攪拌機均勻攪拌后，再用真空吸料將 料置入粉料喂料機，通過失重式計量喂料機加入雙螺桿擠出機。將聚羥基脂肪酸酯置入 粉料喂料機，通過失重式計量喂料機加入雙螺桿擠出機。將磷酸三甲酚酯、相容劑、改性 齊U、活性劑均勻混合后通過計量泵將制得的液體加入到雙螺桿擠出機中。雙螺桿擠出機轉 速為120-560rpm，扭矩為450_3600Nm，控制各區(qū)溫度為其中喂料區(qū)的溫度為95_150°C， 熔融共混區(qū)的溫度為130-175°C，共混剪切區(qū)的溫度為140-195°C，共混捏合區(qū)的溫度為 130-185°C，塑化推進區(qū)的溫度為110-180°C，增壓擠出區(qū)的溫度為115_185°C。經(jīng)模頭部分 擠出的物料條經(jīng)水冷、風冷，用切粒機制得淺黃色至白色的半透明粒子，其各種性能標列于
權利要求
1.一種可生物降解的地膜，包含 5-70% (重量)的熱塑性淀粉； 15-40% (重量)的可生物降解聚合物； 3-8% (重量)的相容改性成分； 3-6% (重量)的納米無機增強成分； 2-15% (重量)的復合增塑成分； 5-20% (重量)的潤滑成分；0-3% (重量)的活性劑。
2.如權利要求1所述的地膜，其中所述的熱塑性淀粉為細度大于100的普通工業(yè)淀粉， 包括玉米淀粉、馬鈴薯淀粉、紅薯淀粉和木薯淀粉，以及改性淀粉。
3.如權利要求1所述的地膜，其中所述的可生物降解聚合物為聚羥基脂肪酸酯(PHA)。
4.如權利要求1所述的地膜，其中所述的相容性成分為馬來酸酐；改性成分為有機硅純硅酮。
5.如權利要求1所述的地膜，其中所述的納米無機增強成分為納米碳酸鈣 (Nano-CaCO3)、納米氧化鋁(Nano-Al2O3)。
6.如權利要求1所述的地膜，其中所述的復合增塑成分為鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二 甲酸二辛酯、磷酸三甲酚酯等。
7.如權利要求1所述的地膜，其中所述的潤滑成分為硬脂酸及其鈣鎂鹽。
8.如權利要求1所述的地膜，其中所述的活性劑包括離子性活性劑和非離子性活性劑。
9.如權利要求8所述的地膜，其中所述的離子活性劑為烷基磺酸鹽類、烷基苯磺酸類 活性劑；非離子活性劑為脂肪酸聚氧乙烯酯類、烷基酚聚氧乙烯醚類活性劑。
10.可生物降解的地膜的制備方法，包括以下步驟(1)將相容改性成分、復合增塑成分、潤滑成分及活性劑在高速混合機中攪拌10-15分 鐘，混合成均勻的混溶體，并控制其Ph值在10. 5-13之間。(2)通過計量泵和失重式計量喂料器將步驟(1)得到的混溶體組分、熱塑性淀粉、可 生物降解聚合物加入雙螺桿擠出機中，進行混煉和擠出。具體的步驟是該混合物在雙螺桿 擠出機中的喂料區(qū)、熔融共混區(qū)、共混剪切區(qū)、共混捏合區(qū)、塑化推進區(qū)以及增壓擠出區(qū)中 分別被輸送、分散、匯合、加熱熔融、剪切粉碎、擠壓捏合、接枝共混、排揮、增稠、以及增壓輸 出。其中喂料區(qū)的溫度控制在95-150°C，熔融共混區(qū)的溫度控制在130-175°C，共混剪切區(qū) 的溫度控制在140-195°C，共混捏合區(qū)的溫度控制在130-185 ，塑化推進區(qū)的溫度控制在 110-180°C，增壓擠出區(qū)的溫度控制在115-185°C。經(jīng)模頭部分擠出的物料條經(jīng)水冷、風冷， 用切粒機制得生物降解塑料粒子。(3)將制得的粒料在吹膜機組上吹塑成膜，機筒段溫度控制在160-200°C，模頭擠出溫 度控制在180-220°C。
11.如權利要求10所述的方法，其中所述的熱塑性淀粉為細度大于100的普通工業(yè)淀 粉，包括玉米淀粉、馬鈴薯淀粉、紅薯淀粉和木薯淀粉，以及改性淀粉。
12.如權利要求10所述的方法，其中所述的可生物降解聚合物為聚羥基脂肪酸酯 (PHA)。
13.如權利要求10所述的方法，其中所述的相容性成分為馬來酸酐；改性成分為有機硅純硅酮。
14.如權利要求10所述的方法，其中所述的納米無機增強成分為納米碳酸鈣 (Nano-CaCO3)、納米氧化鋁(Nano-Al2O3)。
15.如權利要求10所述的方法，其中所述的復合增塑成分為鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯 二甲酸二辛酯、磷酸三甲酚酯等。
16.如權利要求10所述的方法，其中所述的潤滑成分為硬脂酸及其鈣鎂鹽。
17.如權利要求10所述的方法，其中所述的離子活性劑為烷基磺酸鹽類、烷基苯磺酸 類活性劑；非離子活性劑為脂肪酸聚氧乙烯酯類、烷基酚聚氧乙烯醚類活性劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可生物降解的地膜，以熱塑性淀粉、可生物降解聚合物和輔助性成分為原料，經(jīng)螺旋擠出設備和制膜設備加工而成。包含25-70％(重量)的熱塑性淀粉；15-40％(重量)的可生物降解聚合物；3-8％(重量)的相容改性成分；3-6％(重量)的納米無機增強成分；2-15％(重量)的復合增塑成分；5-20％(重量)的潤滑成分；0-3％(重量)的活性劑；本發(fā)明還涉及制備該地膜的方法。
文檔編號C08K3/22GK102140185SQ20101011736
公開日2011年8月3日 申請日期2010年2月1日 優(yōu)先權日2010年2月1日
發(fā)明者于瑞德 申請人:于瑞德