本發(fā)明涉及可降解材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種增強型全生物降解材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
地膜覆蓋是旱作節(jié)水農(nóng)業(yè)和增加農(nóng)作物生長期的關(guān)鍵技術(shù)措施之一。農(nóng)用地膜不但應(yīng)用于蔬菜栽培，也相繼用于大田作物、果樹、林業(yè)、花卉及經(jīng)濟作物的生產(chǎn)；不僅用于露地栽培，也用于早春保護設(shè)施內(nèi)的覆蓋。地膜覆蓋技術(shù)的應(yīng)用極大地促進了農(nóng)業(yè)產(chǎn)量和效益的提高，在帶動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變和促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力飛躍方面功不可沒。然而，普通地膜是由石油化工產(chǎn)品中的聚乙烯為主要成分吹塑而成，含有高分子的聚乙烯化合物及其樹脂，具有不易腐爛、極難分解的性能。已有研究結(jié)果表明，自然狀態(tài)下殘留的地膜能夠在土壤中存留百年以上。殘膜會影響到土壤特性，降低土壤肥力，嚴重的還會造成土壤中水分養(yǎng)分運移不暢，在局部地區(qū)引起次生鹽堿化等。同時，對農(nóng)作物生長的危害加重，主要表現(xiàn)在農(nóng)作物根系生長可能受阻，降低作物獲得水分養(yǎng)分的能力，導致產(chǎn)量降低。
現(xiàn)如今，地膜污染已是嚴重的農(nóng)村生態(tài)問題之一，很多農(nóng)民只是在翻地前用耙子簡單清理，滿地的殘膜很快就被新鋪的地膜覆蓋，大塊殘膜往往被就地焚燒，或干脆棄置田間地頭；在不少地方已出現(xiàn)殘膜堵塞溝渠、影響農(nóng)田排灌；一些殘膜甚至混入秸稈、牧草，毒死誤食的牛羊。這些殘膜也可能繼續(xù)對地下水和土壤產(chǎn)生污染，長此下去，必然對農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成嚴重威脅。
因此，有必要研發(fā)一種減少污染、性能優(yōu)、質(zhì)量高的地膜降解技術(shù)，以緩解農(nóng)業(yè)生態(tài)壓力，走綠色持續(xù)健康發(fā)展之路。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明旨在提供一種增強型全生物降解材料及其制備方法。本發(fā)明提供的增強型全生物降解材料，不僅具有優(yōu)異的拉伸強度和斷裂伸長率等機械性能；而且在用作地膜使用時，具有優(yōu)異的調(diào)溫保墑、防蟲除草以及提高作物出苗率等功效。此外，采用本發(fā)明提供的降解材料制備得到的地膜易于降解，尤其是在實際使用過程中，地膜各部分能夠同時達到降解終點，從而消除了傳統(tǒng)市售地膜在應(yīng)用過程中各部分降解速率不一的缺陷。
為此，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
第一方面，本發(fā)明提供一種降解材料，降解材料采用雙層膜結(jié)構(gòu)，包括第一層膜和第二層膜，且第一層膜的降解時間大于第二層膜的降解時間；其中，第一層膜的原料組分按重量份計，包括：高密度聚乙烯30-40重量份、低密度聚乙烯5-15重量份、線性低密度聚乙烯20-35重量份、納米二氧化硅2-5重量份、聚乙醇酸5-8重量份、正辛基二茂鐵0.05-0.20重量份、硝酸釔3-5重量份、硝酸鏑1-3重量份、二甲基二硫代氨基甲酸鐵0.01-0.10重量份、硼酸3-5重量份、草炭粉3-8重量份和海藻酸鈉5-8重量份；第二層膜的原料組分按重量份計，包括：聚丁二酸/己二酸丁二醇酯20-30重量份、聚乳酸15-25重量份、高密度聚乙烯10-20重量份、納米二氧化硅2-5重量份、聚乙醇酸5-8重量份、硝酸鏑1-3重量份、硼酸3-5重量份、草炭粉3-8重量份和海藻酸鈉5-8重量份。
在本發(fā)明的進一步實施方式中，高密度聚乙烯的熔融指數(shù)為0.1-10.0g/10min，低密度聚乙烯的熔融指數(shù)為0.5-5.0g/10min，線性低密度聚乙烯的熔融指數(shù)為1.5-2.5g/10min。
在本發(fā)明的進一步實施方式中，高密度聚乙烯選用6070、5502、TR144和CH2802中的一種或多種；低密度聚乙烯選用LD662、2012TN26、2426H、2436H和LD600中的一種或多種；線性低密度聚乙烯選用7042、7042T、9020、7042N、7042K、218W、0218D、9042和FV149M中的一種或多種。
在本發(fā)明的進一步實施方式中，納米二氧化硅的粒徑為20nm-100nm；聚乙醇酸的數(shù)均分子量為20000-50000，聚丁二酸/己二酸丁二醇酯的數(shù)均分子量為8000-30000，聚乳酸的數(shù)均分子量為60000-150000。
在本發(fā)明的進一步實施方式中，第一層膜的厚度為2-4μm，第二層膜的厚度為3-8μm。
第二方面，本發(fā)明提供一種降解材料的制備方法，包括以下步驟：S101：將第一層膜中的各原料組分混合均勻后造粒，得到第一層膜降解塑料顆粒；其中，將高密度聚乙烯、聚乙醇酸、正辛基二茂鐵、硼酸和草炭粉的混合物與水按照1：(5-8)的質(zhì)量比混合并攪拌均勻，調(diào)節(jié)pH值為7.8-8.3；然后加入納米二氧化硅、硝酸釔和硝酸鏑繼續(xù)攪拌，調(diào)節(jié)pH值為5.5-6.0；將pH值為5.5-6.0的產(chǎn)物干燥，之后與剩余原料組分混合后(即第一層膜的原料組分中除聚乙烯、聚乙醇酸、正辛基二茂鐵、硼酸、草炭粉、納米二氧化硅、硝酸釔和硝酸鏑之外的原料組分)進行球磨處理，然后將球磨處理后的產(chǎn)物造粒；S102：將第二層膜中的各原料組分混合均勻后造粒，得到第二層膜降解塑料顆粒；其中，將高密度聚乙烯、聚乙醇酸、硼酸和草炭粉的混合物與水按照1：(5-8)的質(zhì)量比混合并攪拌均勻，調(diào)節(jié)pH值為6.5-7.0；將pH值為6.5-7.0的產(chǎn)物干燥，之后與剩余原料組分混合后(即第二層膜的原料組分中除高密度聚乙烯、聚乙醇酸、硼酸和草炭粉之外的原料組分)進行球磨處理，然后將球磨處理后的產(chǎn)物造粒；S103：將第一層膜降解塑料顆粒和第二層膜降解塑料顆粒進行共擠吹塑。
在本發(fā)明的進一步實施方式中，S101和S102中，攪拌的條件均為：溫度為45℃-55℃，轉(zhuǎn)速為150rpm-250rpm，時間為50min-80min；球磨處理的條件均為：轉(zhuǎn)速為300-450rpm，時間為200min-300min；造粒均在雙螺桿造粒機中進行，且雙螺桿造粒機的條件具體為：溫度為175℃-185℃，螺桿轉(zhuǎn)速為130rpm-180rpm，螺桿長徑比L/D為30-50。
在本發(fā)明的進一步實施方式中，S103中，共擠吹塑在雙層共擠吹膜機中進行，且雙層共擠吹膜機的條件具體為：溫度為158℃-163℃，吹脹比為3.2-3.5，牽引速度為9m/min-11m/min。
第三方面，本發(fā)明提供的降解材料在制備地膜、透明膜和包裝材料產(chǎn)品或產(chǎn)品添加劑中的應(yīng)用。
本發(fā)明提供的上述技術(shù)方案具有以下優(yōu)點：
(1)申請人經(jīng)過大量實驗發(fā)現(xiàn)：本發(fā)明提供的增強型全生物降解材料，采用雙層膜結(jié)構(gòu)，不僅具有優(yōu)異的拉伸強度和斷裂伸長率等機械性能；而且易于降解，尤其是在用作地膜的實際使用過程中，地膜各部分能夠同時達到降解終點，從而消除了傳統(tǒng)市售地膜在應(yīng)用過程中各部分降解速率不一的缺陷。
(2)本發(fā)明提供的全生物降解材料制備得到的地膜采用雙層膜結(jié)構(gòu)，各層由不同降解特性的材料制成且各層的降解速率不同，最終使制備得到的地膜在實際使用過程中，各部分能夠同時達到降解終點，從而消除了傳統(tǒng)市售地膜在應(yīng)用過程中各部分降解速率不同的缺陷，進而顯著改善了降解地膜的實用性。傳統(tǒng)市售地膜在實際使用過程中各部分的降解速率不一，主要表現(xiàn)形式為：地膜暴露于空氣的部分(簡稱“暴露部分”)與地膜埋于土壤部分(“埋土部分”)降解速率相差巨大；通常情況下，暴露部分的地膜已達到降解終點，地膜變脆，甚至已降解為二氧化碳和水；而埋土部分的地膜基本沒有變化，依舊維持其初始機械力學性能，從而給下一季農(nóng)作物耕作帶來不利的影響，且沒有達到降解地膜應(yīng)有的效果；換句話說，采用本發(fā)明提供的生物降解材料制備得到的地膜，其在實際應(yīng)用過程中各部分降解均勻且徹底，從而消除了傳統(tǒng)地膜的使用給土地帶來的二次污染；且從而無需后續(xù)的回收工序，消除了殘膜對后續(xù)機械的纏繞，降低了殘膜對下一季作物的影響并節(jié)省了人力成本，進而顯著促進了農(nóng)業(yè)方面生產(chǎn)力的發(fā)展。
(3)采用本發(fā)明提供的生物降解材料制備得到的地膜，其在實際應(yīng)用過程中，不僅能夠提高覆膜早期在弱光照射下的地溫，而且可以降低夏天因溫度偏高和日光強烈下的地溫，從而有效實現(xiàn)調(diào)溫保墑作用；此外，制備得到的地膜還具有優(yōu)異的防蟲除草以及提高作物出苗率等功效。
本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。
具體實施方式
下面將對本發(fā)明技術(shù)方案的實施例進行詳細的描述。以下實施例僅用于更加清楚的說明本發(fā)明的技術(shù)方案，因此只作為實例，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。
下述實施例中的實驗方法，如無特殊說明，均為常規(guī)方法。
下述實施例中所用的試驗材料，如無特殊說明，均為自常規(guī)試劑商店購買得到的。
以下實施例中的定量試驗，均設(shè)置三次重復實驗，數(shù)據(jù)為三次重復實驗的平均值或平均值±標準差。
本發(fā)明的聚乳酸(PLA)由Natureworks公司提供，聚丁二酸/己二酸丁二醇酯(PBSA)購自東莞市天邦塑膠原料有限公司，聚乙醇酸(PGA)購自深圳市博立生物材料有限公司。
本發(fā)明提供的降解材料采用雙層膜結(jié)構(gòu)，包括第一層膜和第二層膜，且第一層膜的降解時間大于第二層膜的降解時間；其中，第一層膜的原料組分按重量份計，包括：高密度聚乙烯30-40重量份、低密度聚乙烯5-15重量份、線性低密度聚乙烯20-35重量份、納米二氧化硅2-5重量份、聚乙醇酸5-8重量份、正辛基二茂鐵0.05-0.20重量份、硝酸釔3-5重量份、硝酸鏑1-3重量份、二甲基二硫代氨基甲酸鐵0.01-0.10重量份、硼酸3-5重量份、草炭粉3-8重量份和海藻酸鈉5-8重量份；第二層膜的原料組分按重量份計，包括：聚丁二酸/己二酸丁二醇酯20-30重量份、聚乳酸15-25重量份、高密度聚乙烯10-20重量份、納米二氧化硅2-5重量份、聚乙醇酸5-8重量份、硝酸鏑1-3重量份、硼酸3-5重量份、草炭粉3-8重量份和海藻酸鈉5-8重量份。其中，第一層膜的厚度為2-4μm，第二層膜的厚度為3-8μm。
優(yōu)選地，高密度聚乙烯的熔融指數(shù)為0.1-10.0g/10min，低密度聚乙烯的熔融指數(shù)為0.5-5.0g/10min，線性低密度聚乙烯的熔融指數(shù)為1.5-2.5g/10min。
優(yōu)選地，高密度聚乙烯選用6070、5502、TR144和CH2802中的一種或多種；低密度聚乙烯選用LD662、2012TN26、2426H、2436H和LD600中的一種或多種；線性低密度聚乙烯選用7042、7042T、9020、7042N、7042K、218W、0218D、9042和FV149M中的一種或多種。
優(yōu)選地，納米二氧化硅的粒徑為20nm-100nm；聚乙醇酸的數(shù)均分子量為20000-50000，聚丁二酸/己二酸丁二醇酯的數(shù)均分子量為8000-30000，聚乳酸的數(shù)均分子量為60000-150000。
另外，針對本發(fā)明的降解材料，本發(fā)明專門設(shè)計了制備降解材料的方法，包括以下步驟：
S101：將第一層膜中的各原料組分混合均勻后造粒，得到第一層膜降解塑料顆粒；其中，將高密度聚乙烯、聚乙醇酸、正辛基二茂鐵、硼酸和草炭粉的混合物與水按照1：(5-8)的質(zhì)量比混合并攪拌均勻，調(diào)節(jié)pH值為7.8-8.3；然后加入納米二氧化硅、硝酸釔和硝酸鏑繼續(xù)攪拌，調(diào)節(jié)pH值為5.5-6.0；將pH值為5.5-6.0的產(chǎn)物干燥，之后與剩余原料組分混合后進行球磨處理，然后將球磨處理后的產(chǎn)物造粒。
S102：將第二層膜中的各原料組分混合均勻后造粒，得到第二層膜降解塑料顆粒；其中，將高密度聚乙烯、聚乙醇酸、硼酸和草炭粉的混合物與水按照1：(5-8)的質(zhì)量比混合并攪拌均勻，調(diào)節(jié)pH值為6.5-7.0；將pH值為6.5-7.0的產(chǎn)物干燥，之后與剩余原料組分混合后進行球磨處理，然后將球磨處理后的產(chǎn)物造粒。
S103：將第一層膜降解塑料顆粒和第二層膜降解塑料顆粒進行共擠吹塑。
優(yōu)選地，攪拌的條件具體為：溫度為45℃-55℃，轉(zhuǎn)速為150rpm-250rpm，時間為50min-80min；球磨處理具體為：轉(zhuǎn)速為300-450rpm，時間為200min-300min；造粒在雙螺桿造粒機中進行，且雙螺桿造粒機的條件具體為：溫度為175℃-185℃，螺桿轉(zhuǎn)速為130rpm-180rpm，螺桿長徑比L/D為30-50。
優(yōu)選地，S103中，共擠吹塑在雙層共擠吹膜機中進行，且雙層共擠吹膜機的條件具體為：溫度為158℃-163℃，吹脹比為3.2-3.5，牽引速度為9m/min-11m/min。
下面結(jié)合具體實施方式進行說明：
實施例一
本發(fā)明提供一種降解材料，該降解材料采用雙層膜結(jié)構(gòu)，包括第一層膜和第二層膜；其中，第一層膜的原料組分按重量份計，包括：高密度聚乙烯CH2802 35重量份、低密度聚乙烯LD662 10重量份、線性低密度聚乙烯7042N 30重量份、粒徑為50nm的二氧化硅3重量份、數(shù)均分子量為30000的聚乙醇酸6重量份、正辛基二茂鐵0.15重量份、硝酸釔4重量份、硝酸鏑2重量份、二甲基二硫代氨基甲酸鐵0.05重量份、硼酸4重量份、草炭粉5重量份和海藻酸鈉6重量份；第二層膜的原料組分按重量份計，包括：數(shù)均分子量為10000的聚丁二酸/己二酸丁二醇酯25重量份、數(shù)均分子量為100000的聚乳酸20重量份、高密度聚乙烯CH2802 15重量份、粒徑為50nm的納米二氧化硅3重量份、數(shù)均分子量為30000的聚乙醇酸6重量份、硝酸鏑2重量份、硼酸4重量份、草炭粉6重量份和海藻酸鈉6重量份。
按上述原料組分，采用本發(fā)明提供的降解材料的制備方法，制備降解材料：
S101：將第一層膜中的各原料組分混合均勻后造粒，得到第一層膜降解塑料顆粒；其中，將高密度聚乙烯、聚乙醇酸、正辛基二茂鐵、硼酸和草炭粉的混合物與水按照1：6的質(zhì)量比混合并攪拌均勻，調(diào)節(jié)pH值為8.0；然后加入納米二氧化硅、硝酸釔和硝酸鏑繼續(xù)攪拌，調(diào)節(jié)pH值為5.8；將pH值為5.8的產(chǎn)物干燥，之后與剩余原料組分混合后進行球磨處理，然后將球磨處理后的產(chǎn)物造粒。其中，攪拌的溫度為50℃，轉(zhuǎn)速為200rpm，時間為60min；球磨處理的轉(zhuǎn)速為350rpm，時間為250min；造粒在雙螺桿造粒機中進行，且雙螺桿造粒機的溫度為180℃，螺桿轉(zhuǎn)速為150rpm，螺桿長徑比L/D為40。
S102：將第二層膜中的各原料組分混合均勻后造粒，得到第二層膜降解塑料顆粒；其中，將高密度聚乙烯、聚乙醇酸、硼酸和草炭粉的混合物與水按照1：6的質(zhì)量比混合并攪拌均勻，調(diào)節(jié)pH值為6.8；將pH值為6.8的產(chǎn)物干燥，之后與剩余原料組分混合后進行球磨處理，然后將球磨處理后的產(chǎn)物造粒。其中，攪拌的溫度為50℃，轉(zhuǎn)速為200rpm，時間為60min；球磨處理的轉(zhuǎn)速為350rpm，時間為250min；造粒在雙螺桿造粒機中進行，且雙螺桿造粒機的溫度為180℃，螺桿轉(zhuǎn)速為150rpm，螺桿長徑比L/D為40。
S103：將第一層膜降解塑料顆粒和第二層膜降解塑料顆粒進行共擠吹塑，并將吹塑后的產(chǎn)物調(diào)整為第一層膜的厚度為3μm，第二層膜的厚度為6μm，得到本發(fā)明所需的降解地膜。其中，共擠吹塑在雙層共擠吹膜機中進行，且雙層共擠吹膜機的溫度為160℃，吹脹比為3.3，牽引速度為10m/min。
實施例二
本發(fā)明提供一種降解材料，該降解材料采用雙層膜結(jié)構(gòu)，包括第一層膜和第二層膜；其中，第一層膜的原料組分按重量份計，包括：高密度聚乙烯550230重量份、低密度聚乙烯2426H 15重量份、線性低密度聚乙烯218W 20重量份、粒徑為100nm的二氧化硅5重量份、數(shù)均分子量為50000的聚乙醇酸5重量份、正辛基二茂鐵0.20重量份、硝酸釔3重量份、硝酸鏑3重量份、二甲基二硫代氨基甲酸鐵0.01重量份、硼酸5重量份、草炭粉3重量份和海藻酸鈉8重量份；第二層膜的原料組分按重量份計，包括：數(shù)均分子量為8000的聚丁二酸/己二酸丁二醇酯30重量份、數(shù)均分子量為60000的聚乳酸15重量份、高密度聚乙烯5502 20重量份、粒徑為100nm的納米二氧化硅2重量份、數(shù)均分子量為50000的聚乙醇酸8重量份、硝酸鏑1重量份、硼酸5重量份、草炭粉3重量份和海藻酸鈉8重量份。
按上述原料組分，采用本發(fā)明提供的降解材料的制備方法，制備降解材料：
S101：將第一層膜中的各原料組分混合均勻后造粒，得到第一層膜降解塑料顆粒；其中，將高密度聚乙烯、聚乙醇酸、正辛基二茂鐵、硼酸和草炭粉的混合物與水按照1：8的質(zhì)量比混合并攪拌均勻，調(diào)節(jié)pH值為8.3；然后加入納米二氧化硅、硝酸釔和硝酸鏑繼續(xù)攪拌，調(diào)節(jié)pH值為5.5；將pH值為5.5的產(chǎn)物干燥，之后與剩余原料組分混合后進行球磨處理，然后將球磨處理后的產(chǎn)物造粒。其中，攪拌的溫度為55℃，轉(zhuǎn)速為150rpm，時間為80min；球磨處理的轉(zhuǎn)速為300rpm，時間為300min；造粒在雙螺桿造粒機中進行，且雙螺桿造粒機的溫度為185℃，螺桿轉(zhuǎn)速為180rpm，螺桿長徑比L/D為50。
S102：將第二層膜中的各原料組分混合均勻后造粒，得到第二層膜降解塑料顆粒；其中，將高密度聚乙烯、聚乙醇酸、硼酸和草炭粉的混合物與水按照1：5的質(zhì)量比混合并攪拌均勻，調(diào)節(jié)pH值為7.0；將pH值為7.0的產(chǎn)物干燥，之后與剩余原料組分混合后進行球磨處理，然后將球磨處理后的產(chǎn)物造粒。其中，攪拌的溫度為55℃，轉(zhuǎn)速為150rpm，時間為80min；球磨處理的轉(zhuǎn)速為300rpm，時間為300min；造粒在雙螺桿造粒機中進行，且雙螺桿造粒機的溫度為185℃，螺桿轉(zhuǎn)速為180rpm，螺桿長徑比L/D為50。
S103：將第一層膜降解塑料顆粒和第二層膜降解塑料顆粒進行共擠吹塑，并將吹塑后的產(chǎn)物調(diào)整為第一層膜的厚度為2μm，第二層膜的厚度為5μm，得到本發(fā)明所需的降解地膜。其中，共擠吹塑在雙層共擠吹膜機中進行，且雙層共擠吹膜機的溫度為163℃，吹脹比為3.2，牽引速度為11m/min。
實施例三
本發(fā)明提供一種降解材料，該降解材料采用雙層膜結(jié)構(gòu)，包括第一層膜和第二層膜；其中，第一層膜的原料組分按重量份計，包括：高密度聚乙烯6070 40重量份、低密度聚乙烯2012TN26 5重量份、線性低密度聚乙烯9042 35重量份、粒徑為20nm的二氧化硅2重量份、數(shù)均分子量為20000的聚乙醇酸8重量份、正辛基二茂鐵0.05重量份、硝酸釔5重量份、硝酸鏑1重量份、二甲基二硫代氨基甲酸鐵0.10重量份、硼酸3重量份、草炭粉8重量份和海藻酸鈉5重量份；第二層膜的原料組分按重量份計，包括：數(shù)均分子量為30000的聚丁二酸/己二酸丁二醇酯20重量份、數(shù)均分子量為150000的聚乳酸25重量份、高密度聚乙烯6070 10重量份、粒徑為20nm的納米二氧化硅5重量份、數(shù)均分子量為20000的聚乙醇酸5重量份、硝酸鏑3重量份、硼酸3重量份、草炭粉8重量份和海藻酸鈉5重量份。
按上述原料組分，采用本發(fā)明提供的降解材料的制備方法，制備降解材料：
S101：將第一層膜中的各原料組分混合均勻后造粒，得到第一層膜降解塑料顆粒；其中，將高密度聚乙烯、聚乙醇酸、正辛基二茂鐵、硼酸和草炭粉的混合物與水按照1：5的質(zhì)量比混合并攪拌均勻，調(diào)節(jié)pH值為7.8；然后加入納米二氧化硅、硝酸釔和硝酸鏑繼續(xù)攪拌，調(diào)節(jié)pH值為6.0；將pH值為6.0的產(chǎn)物干燥，之后與剩余原料組分混合后進行球磨處理，然后將球磨處理后的產(chǎn)物造粒。其中，攪拌的溫度為45℃，轉(zhuǎn)速為250rpm，時間為50min；球磨處理的轉(zhuǎn)速為450rpm，時間為200min；造粒在雙螺桿造粒機中進行，且雙螺桿造粒機的溫度為175℃，螺桿轉(zhuǎn)速為130rpm，螺桿長徑比L/D為30。
S102：將第二層膜中的各原料組分混合均勻后造粒，得到第二層膜降解塑料顆粒；其中，將高密度聚乙烯、聚乙醇酸、硼酸和草炭粉的混合物與水按照1：8的質(zhì)量比混合并攪拌均勻，調(diào)節(jié)pH值為6.5；將pH值為6.5的產(chǎn)物干燥，之后與剩余原料組分混合后進行球磨處理，然后將球磨處理后的產(chǎn)物造粒。其中，攪拌的溫度為45℃，轉(zhuǎn)速為250rpm，時間為50min；球磨處理的轉(zhuǎn)速為450rpm，時間為200min；造粒在雙螺桿造粒機中進行，且雙螺桿造粒機的溫度為175℃，螺桿轉(zhuǎn)速為130rpm，螺桿長徑比L/D為30。
S103：將第一層膜降解塑料顆粒和第二層膜降解塑料顆粒進行共擠吹塑，并將吹塑后的產(chǎn)物調(diào)整為第一層膜的厚度為4μm，第二層膜的厚度為4μm，得到本發(fā)明所需的降解地膜。其中，共擠吹塑在雙層共擠吹膜機中進行，且雙層共擠吹膜機的溫度為158℃，吹脹比為3.5，牽引速度為9m/min。
為了進一步凸顯本發(fā)明提供的制備方法的優(yōu)勢，進行以下對比實驗；以下對比實驗均以實施例一作為基準，在此基礎(chǔ)上進行相關(guān)參數(shù)的變量實驗。
對比例一
該對比例中除第一層膜的原料組分與實施例一中第一層膜的原料組分不同外，其余參數(shù)均同實施例一。
本發(fā)明提供一種降解材料，該降解材料采用雙層膜結(jié)構(gòu)，包括第一層膜和第二層膜；其中，第一層膜的原料組分按重量份計，包括：高密度聚乙烯CH2802 35重量份、低密度聚乙烯LD662 10重量份、線性低密度聚乙烯7042N 30重量份、粒徑為50nm的二氧化硅3重量份以及數(shù)均分子量為30000的聚乙醇酸6重量份；第二層膜的原料組分按重量份計，包括：數(shù)均分子量為10000的聚丁二酸/己二酸丁二醇酯25重量份、數(shù)均分子量為100000的聚乳酸20重量份、高密度聚乙烯CH2802 15重量份、粒徑為50nm的納米二氧化硅3重量份、數(shù)均分子量為30000的聚乙醇酸6重量份、硝酸鏑2重量份、硼酸4重量份、草炭粉6重量份和海藻酸鈉6重量份。
按上述原料組分制備降解材料：
S101：將第一層膜中的各原料組分混合均勻后造粒，得到第一層膜降解塑料顆粒；其中，將高密度聚乙烯和聚乙醇酸的混合物與水按照1：6的質(zhì)量比混合并攪拌均勻，調(diào)節(jié)pH值為8.0；然后加入納米二氧化硅繼續(xù)攪拌，調(diào)節(jié)pH值為5.8；將pH值為5.8的產(chǎn)物干燥，之后與剩余原料組分混合后進行球磨處理，然后將球磨處理后的產(chǎn)物造粒。其中，攪拌的溫度為50℃，轉(zhuǎn)速為200rpm，時間為60min；球磨處理的轉(zhuǎn)速為350rpm，時間為250min；造粒在雙螺桿造粒機中進行，且雙螺桿造粒機的溫度為180℃，螺桿轉(zhuǎn)速為150rpm，螺桿長徑比L/D為40。
S102：將第二層膜中的各原料組分混合均勻后造粒，得到第二層膜降解塑料顆粒；其中，將高密度聚乙烯、聚乙醇酸、硼酸和草炭粉的混合物與水按照1：6的質(zhì)量比混合并攪拌均勻，調(diào)節(jié)pH值為6.8；將pH值為6.8的產(chǎn)物干燥，之后與剩余原料組分混合后進行球磨處理，然后將球磨處理后的產(chǎn)物造粒。其中，攪拌的溫度為50℃，轉(zhuǎn)速為200rpm，時間為60min；球磨處理的轉(zhuǎn)速為350rpm，時間為250min；造粒在雙螺桿造粒機中進行，且雙螺桿造粒機的溫度為180℃，螺桿轉(zhuǎn)速為150rpm，螺桿長徑比L/D為40。
S103：將第一層膜降解塑料顆粒和第二層膜降解塑料顆粒進行共擠吹塑，并將吹塑后的產(chǎn)物調(diào)整為第一層膜的厚度為3μm，第二層膜的厚度為6μm，得到降解地膜。其中，共擠吹塑在雙層共擠吹膜機中進行，且雙層共擠吹膜機的溫度為160℃，吹脹比為3.3，牽引速度為10m/min。
對比例二
該對比例中降解材料的原料組分與實施例一中的原料組分不同，但制備方法中的相關(guān)參數(shù)同實施例一。
本發(fā)明提供一種降解材料，該降解材料采用雙層膜結(jié)構(gòu)，包括第一層膜和第二層膜；其中，第一層膜的原料組分按重量份計，包括：高密度聚乙烯CH2802 35重量份、低密度聚乙烯LD662 10重量份、線性低密度聚乙烯7042N 30重量份、粒徑為50nm的二氧化硅3重量份以及數(shù)均分子量為30000的聚乙醇酸6重量份；第二層膜的原料組分按重量份計，包括：數(shù)均分子量為10000的聚丁二酸/己二酸丁二醇酯25重量份、數(shù)均分子量為100000的聚乳酸20重量份、高密度聚乙烯CH2802 15重量份、粒徑為50nm的納米二氧化硅3重量份以及數(shù)均分子量為30000的聚乙醇酸。
按上述原料組分制備降解材料：
S101：將第一層膜中的各原料組分混合均勻后造粒，得到第一層膜降解塑料顆粒；其中，將高密度聚乙烯和聚乙醇酸的混合物與水按照1：6的質(zhì)量比混合并攪拌均勻，調(diào)節(jié)pH值為8.0；然后加入納米二氧化硅繼續(xù)攪拌，調(diào)節(jié)pH值為5.8；將pH值為5.8的產(chǎn)物干燥，之后與剩余原料組分混合后進行球磨處理，然后將球磨處理后的產(chǎn)物造粒。其中，攪拌的溫度為50℃，轉(zhuǎn)速為200rpm，時間為60min；球磨處理的轉(zhuǎn)速為350rpm，時間為250min；造粒在雙螺桿造粒機中進行，且雙螺桿造粒機的溫度為180℃，螺桿轉(zhuǎn)速為150rpm，螺桿長徑比L/D為40。
S102：將第二層膜中的各原料組分混合均勻后造粒，得到第二層膜降解塑料顆粒；其中，將高密度聚乙烯和聚乙醇酸的混合物與水按照1：6的質(zhì)量比混合并攪拌均勻，調(diào)節(jié)pH值為6.8；將pH值為6.8的產(chǎn)物干燥，之后與剩余原料組分混合后進行球磨處理，然后將球磨處理后的產(chǎn)物造粒。其中，攪拌的溫度為50℃，轉(zhuǎn)速為200rpm，時間為60min；球磨處理的轉(zhuǎn)速為350rpm，時間為250min；造粒在雙螺桿造粒機中進行，且雙螺桿造粒機的溫度為180℃，螺桿轉(zhuǎn)速為150rpm，螺桿長徑比L/D為40。
S103：將第一層膜降解塑料顆粒和第二層膜降解塑料顆粒進行共擠吹塑，并將吹塑后的產(chǎn)物調(diào)整為第一層膜的厚度為3μm，第二層膜的厚度為6μm，得到本發(fā)明所需的降解地膜。其中，共擠吹塑在雙層共擠吹膜機中進行，且雙層共擠吹膜機的溫度為160℃，吹脹比為3.3，牽引速度為10m/min。
對比例三
該對比例中除步驟S101外，其余參數(shù)均同實施例一。
具體地，步驟S101為：將第一層膜中的所有原料組分混合后在轉(zhuǎn)速為350rpm的條件下球磨250min，之后造粒，得到第一層膜降解塑料顆粒；其中，造粒在雙螺桿造粒機中進行，且雙螺桿造粒機的溫度為180℃，螺桿轉(zhuǎn)速為150rpm，螺桿長徑比L/D為40。
對比例四
該對比例中除步驟S102外，其余參數(shù)均同實施例一。
具體地，步驟S102為：將第二層膜中的各原料組分混合均勻后在轉(zhuǎn)速為350rpm的條件下球磨250min，之后造粒，得到第二層膜降解塑料顆粒；其中，造粒在雙螺桿造粒機中進行，且雙螺桿造粒機的溫度為180℃，螺桿轉(zhuǎn)速為150rpm，螺桿長徑比L/D為40。
另外，將本發(fā)明各實施例和對比例得到的降解地膜，系統(tǒng)評價其性能：
一、力學性能測定
具體地，按照GB/T 1040.3-2006測試各實施例和對比例地膜的力學性能，具體數(shù)據(jù)如表1所示。
表1各實施例和對比例地膜的力學性能
二、白菜成長狀況及地膜降解測定
具體地，選用大白菜為供試植物。根據(jù)大白菜生長環(huán)境選擇適宜的實驗基地，選擇15m2的田地作為試驗樣方，共選取8個試驗樣方，每個樣方播種100例。試驗樣方1-3鋪設(shè)實施例一至實施例三中的地膜，試驗樣方4-7鋪設(shè)對比例一至對比例四中的地膜，實驗樣方8鋪設(shè)市售地膜，作為對照組。具體地，于9月15日給各試樣樣方施肥后擱置3d，然后挑選飽滿的大白菜種子進行播種。兩周之后，檢查大白菜的出苗率、患病株數(shù)以及有雜草生成的株數(shù)(即觀察100例大白菜中，多少株有雜草生成)，具體結(jié)果如表2所示。此外，具體記錄各考察小區(qū)內(nèi)地膜在7個月時殘膜的平均值。
表2各實施例和對比例地膜對大白菜成長狀況的影響
當然，除了實施例一至實施例三列舉的情況，其他原料組分的種類和重量配比、制備過程中的條件和參數(shù)等也是可以的。
本發(fā)明提供的增強型全生物降解材料，不僅具有優(yōu)異的拉伸強度和斷裂伸長率等機械性能；而且在用作地膜使用時，具有優(yōu)異的調(diào)溫保墑、防蟲除草以及提高作物出苗率等功效。此外，采用本發(fā)明提供的降解材料制備得到的地膜易于降解，尤其是在實際使用過程中，地膜各部分能夠同時達到降解終點，從而消除了傳統(tǒng)市售地膜在應(yīng)用過程中各部分降解速率不一的缺陷。
在本說明書的描述中，需要理解的是，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結(jié)合和組合。
盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。