一种可降解农用塑料薄膜及其制备方法

摘要

本发明公开了一种可降解农用塑料薄膜及其制备方法，组分及各组分的质量分数如下：聚羟基戊酸酯10~30份，聚己内酯12~25份，淀粉5~10份，纤维素5~10份，增塑剂2~5份，偶联剂1~3份，抗氧剂1~3份。还包括氨基酸10~20份。还包括磷酸钠1~6份，硫酸铵2~5份。所述增塑剂为邻苯二甲酸二甲酯或者邻苯二甲酸二辛酯。所述偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷或者三异硬酯酰基钛酸酯。所述抗氧剂为抗氧剂1010或者抗氧剂1076。本发明制备而得的农用塑料薄膜的生物可降解性高，降解时间短，2个月降解率可达99%。

说明书

技术领域

    本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种可降解农用塑料薄膜及其制备方法。

背景技术

据报道，我国己成为农用塑料薄膜覆盖面积最大和覆盖农作物种类最多的国家。虽然覆盖塑料薄膜给农民增加了收入，但是其带来的危害也是显而易见的。我国使用的薄膜，大都是以聚乙烯或聚氯乙烯为原料的高分子聚合物，其制品在自然条件下不易分解。根据科学研究推算，薄膜的残膜碎片可在土壤中存在长达200~400年之久。当土壤耕作层中塑料残膜不断增加，达到一定程度时，便会使土壤板结，通透性变差，导致农作物大幅度减产。随着塑料薄膜的大量使用，农田里有大量的废弃农膜、塑料袋存在，这些废弃塑料被翻耕在土壤里，影响了土壤的透气性，阻碍了水分的自由流动，抑制了作物根系的生长发育，严重还会缠绕农机，影响田间耕作，长期下去会损害到深层土壤，使土壤环境恶化，进一步威胁人类的生存。大量残膜留在土壤中，损坏了土壤原来良好的理化性状，使肥料在土壤中不能均匀分布，影响植物根系生长，导致水、肥、光、气、热因子失去平衡，最终使作物不能正常生长，严重降低作物产量。

塑料薄膜的残膜碎片还会随着农作物的秸秆、粮食、蔬菜、饲料等被带入农家，猪牛羊等家畜误食后，轻则导致它们的肠胃功能失调、膘情下跌，严重到一定程度还会致使牲畜死亡。残留薄膜被当作燃料燃烧后会产生大量有害气体，严重污染大气，造成对环境的二次污染。薄膜中存在的增塑剂如邻苯二甲醛酯类化合物，具有低水溶性、高脂溶性、生物累积性等特点，经浸沥后渗入土壤，直接毒害农作物的根系，影响作物正常生长发育。有些甚至会转移到人体内，危及人体健康。散落的残膜经长时间光照后还会逐级裂化，慢慢变成塑料颗粒漂浮在大气中和水面上，人眼不易观察，当人们在呼吸和饮水时被动摄人体内，严重危害人类的身体健康。

20世纪80年代初，我国开始研究光降解薄膜，采用的工艺路线与国外相似。长春应化所、上海有机所等研究单位在聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等高分子物质中添加光敏剂生产可降解塑料薄膜，取得了阶段性进展，部分已达到实用阶段。中科院长春应化所还顺利的研究出一种以铁化合物为光敏剂的光降解塑料薄膜。中科院上海有机所与新疆石河子塑料制品厂和上海解放塑料制品厂合作，进行了添加型光降解聚乙烯超薄薄膜的制备和应用，他们研制的―新疆---5号‖光降解薄膜，降解彻底性比美国UDI同类产品要好。但是由于光降解塑料薄膜不能完全降解，降解时间因日照和气候变化不易预测，从而无法掌握降解的时间，制品只有在有光的作用下降解，而农膜在泥土中的掩埋部分不易降解，因此很大程度上限制了其应用范围。

发明内容

本发明的目的是要提供一种可降解农用塑料薄膜及其制备方法，薄膜以生物可降解材料为主体成分，辅助以添加剂制备而得，薄膜的各组分的含量至关重要，以本发明配方制备而得的农用塑料薄膜的生物可降解性高，降解时间短，2个月降解率可达99%。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

     一种可降解农用塑料薄膜，组分及各组分的质量分数如下：聚羟基戊酸酯 10~30份，聚己内酯 12~25份，淀粉 5~10份，纤维素 5~10份，增塑剂 2~5份，偶联剂 1~3份，抗氧剂 1~3份。

     还包括氨基酸 10~20份。

     还包括磷酸钠1~6份，硫酸铵 2~5份。

    所述增塑剂为邻苯二甲酸二甲酯或者邻苯二甲酸二辛酯。

    所述偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷或者三异硬酯酰基钛酸酯。

    所述抗氧剂为抗氧剂1010或者抗氧剂1076。

    一种可降解农用塑料薄膜，组分及各组分的质量分数优选如下：聚羟基戊酸酯 20~30份，聚己内酯 18~23份，淀粉 6~8份，纤维素 7~9份，增塑剂 3~4份，偶联剂 2份，抗氧剂 2份，氨基酸 18份，磷酸钠2~5份，硫酸铵 3~5份。

所述一种可降解农用塑料薄膜的制备方法，将各组分混合均匀，挤出吹塑，冷却卷曲，得成品；其中，挤出机机头温度150~160℃，机筒温度分为3区，分别为1区 110~120℃，2区 150~160℃，3区 170~180℃；螺杆转速 30~50r/min。

聚己内酯(PCL)具有优良的生物降解性，其生物降解速度比纤维素和PHB略低。由于其熔点低，只有63℃，不能单独用作塑料，但和聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等多种树脂具有很好的相容性。因此通常把聚己内酯(PCL)与淀粉、纤维素或其它树脂材料共混使用，从而得到生物降解性、加工性能、力学性能优良的塑料。本发明在此基础上，添加聚羟基戊酸酯（PHA），可以进一步提高所得农用塑料薄膜的各项性能，在研究过程中，发明人发现添加氨基酸可以大幅提高薄膜的生物降解性，降解时间大大缩短。

有益效果：本发明提供一种可降解农用塑料薄膜及其制备方法，薄膜以生物可降解材料为主体成分，辅助以添加剂制备而得，薄膜的各组分的含量至关重要，以本发明配方制备而得的农用塑料薄膜的生物可降解性高，降解时间短，2个月降解率可达99%。

具体实施方式

实施例1：

一种可降解农用塑料薄膜，组分及各组分的质量分数如下：聚羟基戊酸酯 10份，聚己内酯 12份，淀粉 5份，纤维素 5份，增塑剂 邻苯二甲酸二甲酯 2份，偶联剂 乙烯基三乙氧基硅烷 1份，抗氧剂 抗氧剂1010 1份。

将各组分混合均匀，挤出吹塑，冷却卷曲，得成品；其中，挤出机机头温度150~160℃，机筒温度分为3区，分别为1区 110~120℃，2区 150~160℃，3区 170~180℃；螺杆转速 30~50r/min。

实施例2：

一种可降解农用塑料薄膜，组分及各组分的质量分数如下：聚羟基戊酸酯 30份，聚己内酯 25份，淀粉 10份，纤维素 10份，增塑剂 邻苯二甲酸二甲酯 5份，偶联剂 乙烯基三乙氧基硅烷 3份，抗氧剂 抗氧剂1010 3份。

将各组分混合均匀，挤出吹塑，冷却卷曲，得成品；其中，挤出机机头温度150~160℃，机筒温度分为3区，分别为1区 110~120℃，2区 150~160℃，3区 170~180℃；螺杆转速 30~50r/min。

实施例3：

一种可降解农用塑料薄膜，组分及各组分的质量分数如下：聚羟基戊酸酯 20份，聚己内酯 18份，淀粉 8份，纤维素 7份，增塑剂 邻苯二甲酸二甲酯 4份，偶联剂 三异硬酯酰基钛酸酯 2份，抗氧剂 抗氧剂1010 2份。

将各组分混合均匀，挤出吹塑，冷却卷曲，得成品；其中，挤出机机头温度150~160℃，机筒温度分为3区，分别为1区 110~120℃，2区 150~160℃，3区 170~180℃；螺杆转速 30~50r/min。

实施例4

   一种可降解农用塑料薄膜，组分及各组分的质量分数如下：聚羟基戊酸酯 25份，聚己内酯 18份，淀粉 8份，纤维素 7份，增塑剂 邻苯二甲酸二甲酯 4份，偶联剂 乙烯基三乙氧基硅烷 2份，抗氧剂 抗氧剂1076 2份，异亮氨酸 18份。

所述一种可降解农用塑料薄膜的制备方法，将各组分混合均匀，挤出吹塑，冷却卷曲，得成品；其中，挤出机机头温度150~160℃，机筒温度分为3区，分别为1区 110~120℃，2区 150~160℃，3区 170~180℃；螺杆转速 30~50r/min。

实施例5 

一种可降解农用塑料薄膜，组分及各组分的质量分数如下：聚羟基戊酸酯 30份，聚己内酯 25份，淀粉 10份，纤维素 10份，增塑剂 邻苯二甲酸二辛酯 5份，偶联剂 乙烯基三乙氧基硅烷 1份，抗氧剂 抗氧剂1076 1份，组氨酸 10份。

将各组分混合均匀，挤出吹塑，冷却卷曲，得成品；其中，挤出机机头温度150~160℃，机筒温度分为3区，分别为1区 110~120℃，2区 150~160℃，3区 170~180℃；螺杆转速 30~50r/min。

实施例6

一种可降解农用塑料薄膜，组分及各组分的质量分数优选如下：聚羟基戊酸酯 30份，聚己内酯 23份，淀粉8份，纤维素 9份，增塑剂 邻苯二甲酸二辛酯 4份，偶联剂 三异硬酯酰基钛酸酯 2份，抗氧剂 抗氧剂1076 2份，精氨酸 18份，磷酸钠4份，硫酸铵 4份。

将各组分混合均匀，挤出吹塑，冷却卷曲，得成品；其中，挤出机机头温度150~160℃，机筒温度分为3区，分别为1区 110~120℃，2区 150~160℃，3区 170~180℃；螺杆转速 30~50r/min。

实施例7

一种可降解农用塑料薄膜，组分及各组分的质量分数优选如下：聚羟基戊酸酯 25份，聚己内酯 20份，淀粉 7份，纤维素 8份，增塑剂 邻苯二甲酸二辛酯 4份，偶联剂 三异硬酯酰基钛酸酯 2份，抗氧剂 抗氧剂1076 2份，赖氨酸 18份，磷酸钠3份，硫酸铵 5份。

将各组分混合均匀，挤出吹塑，冷却卷曲，得成品；其中，挤出机机头温度150~160℃，机筒温度分为3区，分别为1区 110~120℃，2区 150~160℃，3区 170~180℃；螺杆转速 30~50r/min。

实施例1~7制备的可降解农用塑料薄膜的性能测试，生物可降解性测试采用土壤实验法，称一定质量的农用塑料薄膜与一定质量的土壤混匀，记总质量；然后将混有农用塑料薄膜的土壤样品置于环境中，各一段时间称其质量，记录质量变化，质量减少量比原始农用塑料薄膜质量得到降解率。

以可降解农用塑料薄膜做对照，结果如表1所示。

表1：薄膜的生物降解性

 20d40d60d90d120d150d实施例123.4%48.9%70.3%88.6%92.4%94.2%实施例223.9%46.5%69.9%90.4%92.2%93.9%实施例327.9%50.0%71.3%90.0%91.8%92.7%实施例446.6%68.7%89.2%94.7%97.9%99.9%实施例540.8%69.8%84.7%96.6%98.3%99.2%实施例656.4%83.0%98.8%99.9%----实施例758.5%88.2%99.6%------对照18.3%22.8%34.5%38.8%39.7%44.6%

从表1中数据可以看出，本发明实施例1-3配方制备得到的可降解农用塑料薄膜的降解性远远超过对照品的降解性，150d的降解率可达90%以上。实施例4和实施例5中进一步添加了氨基酸，发现其降解时间可以大大缩短，90d的降解率即可达到90%以上，实施例6和实施例7中添加了磷酸钠和硫酸铵，使得降解时间进一步缩短到60天。