CN106832807B - 一种纤维素增强淀粉的可控全降解地膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种纤维素增强淀粉的可控全降解地膜，包括按质量百分比计的如下组分：淀粉10～30%；纤维素5～20%；全降解聚酯40～55%；环保增塑剂5～10%；填料5～10%；扩链剂0.05～2%。另外，本发明还提供了该纤维素增强淀粉的可控全降解地膜的制备方法。该纤维素增强淀粉的可控全降解地膜主要是在淀粉和全降解聚酯中加入纤维素，一方面降低了地膜的成本，另一方面，加入少量的纤维素，增加了地膜的力学性能，提高了地膜的耐水性能，同时，通过调节淀粉和纤维素的配比和扩链剂的加入量，可实现地膜耐水解性能的可控。

Description

一种纤维素增强淀粉的可控全降解地膜及其制备方法

技术领域

本发明属于生物降解材料技术领域，具体涉及一种纤维素增强淀粉的可控全降解地膜及其制备方法。

背景技术

农用地膜可以有效地调节土壤温湿度，储存土壤中的营养物和水分，防止杂草的生长，为农作物的生长创造了良好的生态环境。但是由于目前的地膜大多是石油基的聚合物，在自然条件下完全降解相当困难，并且地膜的应用量和使用年限逐年增加，残留大量的地膜造成了“白色污染”，为解决废弃地膜造成的“白色污染”建立环境友好性社会，建立人与环境的良性互动，唯一的办法就是推广应用可降解地膜。可降解地膜是一种新型的环保可降解的新型地膜，是今后我国地膜产业的发展趋势，也是发展可持续性农业的必要前提。

目前，国内外对于可控全降解地膜的研究主要是用全降解的淀粉或者脂肪族聚酯为原料，专利号为CN105109165A的专利“一种可控生物基全降解地膜”主要是以PBAT和PLA等聚酯为原料，通过添加紫外吸收剂、光稳定剂解决降解地膜周期可控性的难题；专利号为CN103627151的专利“聚酯类完全生物降解地膜”采用柔性和刚性聚酯，为原料实现全生物降解；专利号为CN101565514的专利“一种可降解地膜的生产方法”是利用改性淀粉和可降解聚合物为原料，添加纳米碳酸钙粉体等无机填料共混吹膜而成；专利号为CN102875231A的专利“全降解可追肥地膜及其制备方法”以淀粉和PLA为基料，添加含有聚乙烯醇的化肥微囊实现追肥的全降解地膜。这些使用全降解聚酯为原料的地膜，需要的成本比较高导致难以推广，虽然添加淀粉后能降低成本，但是添加淀粉后地膜力学性能和耐水性能变差，导致地膜的保温和保熵效果较差。

发明内容

本发明的目的是克服现有地膜存在的上述缺陷，提供一种纤维素增强淀粉的可控全降解地膜，实现地膜耐水解性能的可控。

本发明的技术方案是提供了一种纤维素增强淀粉的可控全降解地膜，包括按质量百分比计的如下组分：淀粉10～30%；纤维素5～20%；全降解聚酯40～55%；环保增塑剂5～10%；填料5～10%；扩链剂0.05～2%。

具体的，所述淀粉为糯米淀粉、粳米淀粉、籼米淀粉、玉米淀粉、高粱淀粉、小麦淀粉、大麦淀粉、黑麦淀粉、木薯淀粉、甘薯淀粉、马铃薯淀粉、竹芋淀粉、山药淀粉、蕉芋淀粉、绿豆淀粉、蚕豆淀粉、豌豆淀粉、豇豆淀粉、混合豆淀粉、菱粉、藕粉、孛荠淀粉、橡子淀粉、百合淀粉、慈姑淀粉、西米淀粉中的一种或几种。

具体的，所述纤维素为棉浆粕、棉短绒、棉花、麻、木浆纤维、木浆粕、脱脂棉、微晶纤维素、甘蔗渣、木材、植物秸秆或从植物秸秆中制得的纤维素。

具体的，所述全降解聚酯为聚乳酸（PLA）、己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）、聚丁二酸/己二酸-丁二醇酯（PBSA）、聚对苯二甲酸-丁二酸-丁二醇酯（PBST）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、聚羟基丁酸酯（PHB）、聚羟基丁酸醇戊酸酯（PHBV）和聚羟基脂肪酸酯（PHA）中的一种或几种。

具体的，所述环保增塑剂为乙二醇、丙二醇、丙三醇、木糖醇、甘露醇或乙醇胺的一种或几种。

具体的，所述填料为滑石粉、轻质碳酸钙、氧化铝或氢氧化铝中的一种或几种。

具体的，所述扩链剂为巴斯夫扩链剂ADR-4368、ADR-4370和ADR-4370s中的一种。

另外，本发明还提供的一种纤维素增强淀粉的可控全降解地膜的制备方法，包括如下步骤：

1)将淀粉10～30%、纤维素5～20%、环保增塑剂5～10%和扩链剂0.05～2%混合均匀，放入均质机中反应，得到纤维素增强淀粉的微细化颗粒。

2)将步骤1)中得到的纤维素增强淀粉的微细化颗粒与全降解聚酯40～55%和填料5～10%加入到双螺杆挤出机内经混炼、挤出、冷却、造粒过程，得到分散均匀的粒料。

上述纤维素增强淀粉的可控全降解地膜的制备方法还包括步骤3)，将步骤2)得到的粒料与全降解色母粒5～10%和紫外吸收剂0.05～2%混合，通过三层共挤吹膜机得到纤维素增强淀粉的可控全降解地膜。

具体的，所述全降解色母粒颜色为黑色或白色中的一种。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

(1)本发明提供的这种纤维素增强淀粉的可控全降解地膜是以全降解聚酯、淀粉和纤维素为基料，降低了地膜的成本，有利于地膜的推广。

(2)本发明提供的这种纤维素增强淀粉的可控全降解地膜通过加入少量的纤维素，增加了地膜的力学性能，提高了地膜的耐水性能，同时通过调节淀粉、纤维素和扩链剂的配比，可实现地膜耐水解性能的可控。

(3)本发明提供的这种纤维素增强淀粉的可控全降解地膜的制备方法简单，且制得的地膜具有良好的保温和保熵效果，并且能完全生物降解，具有良好的应用前景。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

将30%的淀粉、5%的纤维素、5%的乙醇胺和1%的巴斯夫扩链剂ADR-4370混合均匀之后，放入到均质机中，利用均质机的剪切、摩擦、离心挤压、液流碰撞等综合效应实现淀粉、纤维素和扩链剂之间的反应，得到纤维素增强淀粉的微细化颗粒，然后添加40% PBSA和15%PLA以及4%的氧化铝，利用双螺杆挤出机内经混炼、挤出、冷却和造粒等过程，得到分散均匀的粒料，再配合5%的全降解色母粒和2%的紫外吸收剂通过三层共挤吹膜机经过二次加工即得到纤维素增强淀粉的可控全降解地膜。

经检测，本实施例中所制得纤维素增强淀粉的可控全降解地膜的土埋降解60天，水解降解的质量损失率接近87%，全降解地膜的纵向拉伸和横向拉伸强度分别为33.57MPa和35.47MPa，纵向和横向断裂伸长率分别为457.27%和436.36%，弹性模量为254.82MPa。

实施例2：

将30%的淀粉、10%的纤维素、8%的甘露醇和1%的巴斯夫扩链剂ADR-4368混合均匀之后，放入到均质机中，利用均质机的剪切、摩擦、离心挤压、液流碰撞等综合效应实现淀粉、纤维素和扩链剂之间的反应，得到纤维素增强淀粉的微细化颗粒，然后添加35% PBS和10%PHA以及6%的轻质碳酸钙，利用双螺杆挤出机内经混炼、挤出、冷却和造粒等过程，得到分散均匀的粒料，再配合5%的全降解色母粒和2%的紫外吸收剂通过三层共挤吹膜机经过二次加工即得到纤维素增强淀粉的可控全降解地膜。

经检测，本实施例中所制得纤维素增强淀粉的可控全降解地膜的土埋降解60天，水解降解的质量损失率接近84%，全降解地膜的纵向拉伸和横向拉伸强度分别为39.14MPa和43.25MPa，纵向和横向断裂伸长率分别为541.68%和530.41%，弹性模量为308.31MPa。

实施例3：

将25%的淀粉、15%的纤维素、9%的丙二醇和1.5%的巴斯夫扩链剂ADR-4368混合均匀之后，放入到均质机中，利用均质机的剪切、摩擦、离心挤压、液流碰撞等综合效应实现淀粉、纤维素和扩链剂之间的反应，得到纤维素增强淀粉的微细化颗粒，然后添加25% PBSA和20%PLA以及4.5%的滑石粉，利用双螺杆挤出机内经混炼、挤出、冷却和造粒等过程，得到分散均匀的粒料，再配合5%的全降解色母粒和2%的紫外吸收剂通过三层共挤吹膜机经过二次加工即得到纤维素增强淀粉的可控全降解地膜。

经检测，本实施例中所制得纤维素增强淀粉的可控全降解地膜的土埋降解60天，水解降解的质量损失率接近79%，全降解地膜的纵向拉伸和横向拉伸强度分别为36.27MPa和38.53MPa，纵向和横向断裂伸长率分别为367.62%和388.39%，弹性模量为288.58MPa。

实施例4：

将20%的淀粉、20%的纤维素、10%的丙三醇和2%的巴斯夫扩链剂ADR-4370s混合均匀之后，放入到均质机中，利用均质机的剪切、摩擦、离心挤压、液流碰撞等综合效应实现淀粉、纤维素和扩链剂之间的反应，得到纤维素增强淀粉的微细化颗粒，然后添加25% PBS和15%PLA以及8%的轻质碳酸钙，利用双螺杆挤出机内经混炼、挤出、冷却和造粒等过程，得到分散均匀的粒料，再配合5%的全降解色母粒和2%的紫外吸收剂通过三层共挤吹膜机经过二次加工即得到纤维素增强淀粉的可控全降解地膜。

经检测，本实施例中所制得纤维素增强淀粉的可控全降解地膜的土埋降解60天，水解降解的质量损失率接近72%，全降解地膜的纵向拉伸和横向拉伸强度分别为41.29MPa和46.44MPa，纵向和横向断裂伸长率分别为366.78%和354.64%，弹性模量为318.64MPa。

实施例5：

将10%的淀粉、20%的纤维素、10%的丙三醇和2%的巴斯夫扩链剂ADR-4370s混合均匀之后，放入到均质机中，利用均质机的剪切、摩擦、离心挤压、液流碰撞等综合效应实现淀粉、纤维素和扩链剂之间的反应，得到纤维素增强淀粉的微细化颗粒，然后添加30% PBS和20%PLA以及8%的轻质碳酸钙，利用双螺杆挤出机内经混炼、挤出、冷却和造粒等过程，得到分散均匀的粒料，再配合5%的全降解色母粒和2%的紫外吸收剂通过三层共挤吹膜机经过二次加工即得到纤维素增强淀粉的可控全降解地膜。

经检测，本实施例中所制得纤维素增强淀粉的可控全降解地膜的土埋降解60天，水解降解的质量损失率接近66%，全降解地膜的纵向拉伸和横向拉伸强度分别为39.48MPa和44.81MPa，纵向和横向断裂伸长率分别为400.59%和411.73%，弹性模量为310.22MPa。

对比实施例：

将30%的淀粉、10%的丙三醇混合均匀之后，放入到均质机中，利用均质机的剪切、摩擦、离心挤压、液流碰撞等综合效应实现淀粉的塑化，然后添加45% PBAT和10%PLA以及5%的滑石粉，利用双螺杆挤出机内经混炼、挤出、冷却和造粒等过程，得到分散均匀的粒料，再配合5%的全降解色母粒和2%的紫外吸收剂经过二次加工得到全降解地膜。

经检测，本实施例所得全降解地膜的土埋降解60天，水解降解的质量损失率接近92%，全降解地膜的纵向拉伸和横向拉伸强度分别为25.59MPa和28.38MPa，纵向和横向断裂伸长率分别为674.12%和668.31%，弹性模量为218.73MPa。

综上所述，本发明提供的这种纤维素增强淀粉的可控全降解地膜通过加入少量的纤维素，增加了地膜的力学性能；而且提高了地膜的耐水性能，其水解降解的质量损失率可低至66%；同时通过调节淀粉、纤维素和扩链剂的配比，可实现地膜耐水解性能的可控。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种纤维素增强淀粉的可控全降解地膜，其特征在于：包括如下组分：纤维素增强淀粉的微细化颗粒、全降解聚酯及填料，所述纤维素增强淀粉的微细化颗粒由淀粉、纤维素、环保增塑剂和扩链剂混合均匀并于均质机中反应得到，所述扩链剂为巴斯夫扩链剂ADR-4368、ADR-4370和ADR-4370s中的一种；

上述各组分的质量百分比含量如下：淀粉10～30％；纤维素5～20％；全降解聚酯40～55％；环保增塑剂5～10％；填料5～10％；扩链剂0.05～2％。

2.如权利要求1所述的纤维素增强淀粉的可控全降解地膜，其特征在于：所述淀粉为糯米淀粉、粳米淀粉、籼米淀粉、玉米淀粉、高粱淀粉、小麦淀粉、大麦淀粉、黑麦淀粉、木薯淀粉、甘薯淀粉、马铃薯淀粉、竹芋淀粉、山药淀粉、蕉芋淀粉、绿豆淀粉、蚕豆淀粉、豌豆淀粉、豇豆淀粉、菱粉、藕粉、孛荠淀粉、橡子淀粉、百合淀粉、慈姑淀粉和西米淀粉中的一种或几种。

3.如权利要求1所述的纤维素增强淀粉的可控全降解地膜，其特征在于：所述纤维素为棉浆粕、棉短绒、棉花、麻、木浆纤维、木浆粕、脱脂棉、微晶纤维素、甘蔗渣、木材、植物秸秆或从植物秸秆中制得的纤维素。

4.如权利要求1所述的纤维素增强淀粉的可控全降解地膜，其特征在于：所述全降解聚酯为聚乳酸、聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯、聚丁二酸/己二酸-丁二醇酯、聚对苯二甲酸-丁二酸-丁二醇酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚羟基丁酸酯、聚羟基丁酸戊酸酯中的一种或几种。

5.如权利要求1所述的纤维素增强淀粉的可控全降解地膜，其特征在于：所述环保增塑剂为乙二醇、丙二醇、丙三醇、木糖醇、甘露醇和乙醇胺的一种或几种。

6.如权利要求1所述的纤维素增强淀粉的可控全降解地膜，其特征在于：所述填料为滑石粉、轻质碳酸钙、氧化铝和氢氧化铝中的一种或几种。

7.如权利要求1～6任一项所述的纤维素增强淀粉的可控全降解地膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)将淀粉10～30％、纤维素5～20％、环保增塑剂5～10％和扩链剂0.05～2％混合均匀，放入均质机中反应，得到纤维素增强淀粉的微细化颗粒；

2)将步骤1)中得到的纤维素增强淀粉的微细化颗粒与全降解聚酯40～55％和填料5～10％加入到双螺杆挤出机内经混炼、挤出、冷却、造粒过程，得到分散均匀的粒料，即为纤维素增强淀粉的可控全降解地膜的粒料。

8.如权利要求7所述的纤维素增强淀粉的可控全降解地膜的制备方法，其特征在于：还包括步骤3)，将步骤2)得到的粒料与全降解色母粒5～10％和紫外吸收剂0.05～2％混合，通过三层共挤吹膜机得到纤维素增强淀粉的可控全降解地膜。

9.如权利要求8所述的纤维素增强淀粉的可控全降解地膜的制备方法，其特征在于：所述全降解色母粒颜色为黑色或白色中的一种。