CN1104656A - 生物降解膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可完全生物降解的膜及其制 备方法。本发明使用可降解组分聚乙烯醇、淀粉、增 塑剂、补强剂、改性剂等共混反应后流延成膜。具有 普通聚乙烯膜的机械性能，在一年内经微生物作用可 基本分解掉。用作可降解地膜及包装材料。

Description

本发明涉及一种可完全生物降解的膜及其制备方法。

在人们寻找可降解的地膜及包装材料，以挽救日趋严重的塑料废弃物的污染时，最初的试探就是将可生物降解的淀粉及有机酸引入到通常的聚乙烯膜中去。所以聚乙烯/淀粉型，淀粉一聚（乙烯-丙烯酸）-聚乙烯型降解膜相继问世，但最近发现，这类膜仅仅淀粉能够降解，而聚乙烯是不能被微生物分解的，因此这类膜已日趋降温。

美国F.H.Otey等研制了一种聚乙烯醇-淀粉-聚氯乙烯类型的膜（Ind.Eng.Chem.Prod.Res.Dev.1980，19，592-595），该膜含有淀粉60%，聚乙烯醇15%左右，将聚氯乙烯溶胶涂复于聚乙烯醇-淀粉膜之上来提高膜的疏水能力，这种膜在不涂复聚氯乙烯的情况下，几乎没有湿强度，而聚氯乙烯的引入在用作地膜时人们有一种戒备心理，因为聚氯乙烯在进行地膜育种时曾发生烂秧现象。意大利Ferruxxi公司使用70%变性淀粉与30%的变性聚乙烯醇来制备的生物降解膜（MPI    1991，NO.9，P7），其降解性能好，但价格比较贵。

本发明的目的在于克服现有技术中生物降解不充分、产生副作用、价格高的缺点，而提供一种在短期可完全生物降解的膜及其制备方法。

本发明通过如下措施来实现：

本发明的配方含有聚乙烯醇、淀粉、增塑剂、补强剂、改性剂、尿素等。本发明采用聚乙烯醇为支撑，以淀粉作为生物降解的诱导剂，并通过其在膜中的含量来控制膜的降解时间和速度，辅以尿素等养分，并加入增塑剂及补强剂来改善膜的强度及韧性。

本发明的具体配方含有（重量百分含量）：

聚乙烯醇    40-75%    淀粉    8-43%

增塑剂    6-20%    补强剂    0-4%

改性剂    0-16%    尿素    0-17%

淀粉系天然可降解高分子，但纯淀粉膜强度不够;聚乙烯醇具有生物可降解性，且可作为土壤改良剂，膜强度也好，但价格较贵;普通聚乙烯地膜不仅不能降解，且是“贫膜”，无法引入养分，而淀粉及聚乙烯醇膜在用作地膜时则可引入尿素等养分;生物降解膜为了降解必须具备一定的亲水性，但又必须在潮湿环境中具有一定的强度，在干环境中有一定的韧性，因此必须在PVA，淀粉的基础上加入适量的增塑剂及补强剂。

本发明所用的增塑料剂为多羟基化合物，如甘油、二缩三乙二醇、聚丙二醇等。

本发明采用的补强剂为明胶、海藻酸盐、甲壳素等。

本发明选用的改性剂主要为有机酸及醛类，具体是丙烯酸、醋酸、甲醛、乙醛等。

本发明通过包括如下方法来制备：

先在聚乙烯醇中加入含量为足以使其湿润的水，加热溶解，然后加热使物料溶解;再加入增塑剂、补强剂、改性剂、尿素、淀粉等物料在80-120℃下共混（糊化）反应5-30分钟;搅匀、过滤后在95±5℃下成膜。一般以流延法成膜较佳。

本发明的膜在17-20微米厚时，机械性能为：拉伸强度＞10MPa，断裂伸长＞100%，直铁撕裂强度＞30KN/m。

本发明可用作可降解地膜以及包装材料。在用作地膜时，该膜的保温、保水作用与普通地膜相同或好于普通地膜，而对作物的增产效果通常好于普通地膜，一般增产幅度在20-30%，特别是对葡萄，可增产60%，每亩增产近1600斤，有很好的经济效益，且成本较为便宜。它具有完全生物降解的特性，能在经过大约二个月左右的作物生长复盖期后，在一年内基本降解掉，且通过改变膜中淀粉含量可控制降解时间。克服了普通聚乙烯地膜使用后残膜遗留土壤污染环境，影响作物根系发育，进而造成作物减产的缺点，有利于农田生态环境的良性循环。如用作可降解的包装材料（不加尿素），象饲料袋、垃圾袋、快餐饭盒，无毒副作用，其经济效益更佳，是一种很有发展前途的生物降解膜材料。

表1为不同类型膜的机械性能比较：

表1

机械性能膜类型	拉伸强度(MPa)	断裂伸长(%)	膜厚（μ）
				本发明	30.9	239	26
美国淀粉－聚（乙烯－丙烯酸）－聚乙烯膜	22.1	85	25
				美国淀粉－聚（乙烯－丙烯酸）－聚乙烯醇膜	23.2	40	-
英囯3－羟基丁酸－3－羟基戊酸共聚物（PHB）型膜	40.0	108	25

表2为生物降解膜与普通地膜增产作用的比较：

本发明实施例为：

例1：在带蒸汽热夹套的反应釜中，加入聚乙烯醇59份，加水适量，然后加热使其溶解，加入甘油10份，土豆淀粉31份，在85℃下反应10分钟，以使淀粉糊化，过滤，至流延机95℃下干燥成膜。

例2：增塑剂选用聚丙二醇8份，加入明胶1份，甲醛1份，其他反应条件同例1，反应后成膜（90℃）。

例3：用油浴加热，在带搅拌的开口反应器中，加入聚乙烯醇45份及适量水，加热溶解，加入二缩三乙二醇15份、1份明胶、尿素15份、25份土豆淀粉在80℃下糊化30分钟，搅匀，至流延机成膜（90℃）。

例4：用油浴加热，在带搅拌的反应器中加入聚乙烯醇50份，加水加热溶解，再加入醋酸15份，甘油8份，尿素13份。搅匀，再加入15份玉米淀粉，在100℃下糊化反应12分钟，流延成膜（95℃）。

例5：用油浴加热，在带搅拌的反应器中加入聚乙烯醇60份，甘油8份，高直链玉米淀粉32份，在100℃下糊化反应5分钟，流延成膜（95℃）。

例6：在反应釜中加入聚乙烯醇40份及适量水加热溶解，加入丙烯酸10份、尿素10份、甘油15份以及玉米淀粉25份，在约95℃使淀粉糊化10分钟，流延成膜（95℃）。

例7：在反应釜中，加入聚乙烯醇60份及水加热溶解，加入乙醛15份、聚丙二醇10份、15份土豆淀粉，在98℃下糊化15分钟，搅匀，流延成膜（100℃）。

例8：在带蒸汽加热夹套的反应器中，加入50份聚乙烯醇及适量的水，加热溶解，然后再加入甘油15份，尿素15份、淀粉20份加热至90℃，糊化15分钟，至流延机95℃下干燥成膜、收卷、包装。

例9：在带蒸汽夹套的反应釜中，加入聚乙烯醇65份及适量的水，加热溶解，再加入甘油10份，尿素10份以及玉米淀粉14份、海藻酸钠1份，于90℃下糊化反应25分钟，搅匀，至流延机成膜（90℃）下，收卷。

例10：用油浴加热，在带搅拌的反应器中加入60份聚乙烯醇及水加热溶解，加入二缩三乙二酸9份、尿素5份、4份甲壳素以及22份土豆淀粉于95℃下糊化反应5分钟，到流延机成膜（100℃）。

例11：取聚乙烯醇20份、高直流玉米淀粉10份、甘油20份，其制备条件同例5，成膜。

Claims (6)

1、一种可完全生物降解的膜，其配方含有(重量百分含量)：

聚乙烯醇  40-75%    淀粉     8-43%

增塑剂    6-20%     补强剂   0-4%

改性剂    0-16%     尿素     0-17%

2、如权利要求1所说的方法，其特征在于淀粉为玉米淀粉、土豆淀粉或经酶法制得的高直链玉米淀粉。

3、如权利要求1所说的方法，其特征在于增塑剂为甘油、二缩三乙二醇、聚丙二醇。

4、如权利要求1所说的方法，其特征在于补强剂为明胶、海藻酸盐、甲壳素。

5、如权利要求1所说的方法，其特征在于改性剂为丙烯酸、醋酸、甲醛、乙醛。

6、如权利要求1所说的生物降解膜的制备方法，包括：

a、在聚乙烯醇中加入含量足以使其湿润的水，加热溶解;

b、加入增塑剂、补强剂、改性剂、尿素、淀粉进行共混（糊化）反应;

c、搅匀、过滤后成膜;

其特征在于共混（糊化）反应温度80-120℃，反应时间5-30分钟，在95±5℃下成膜。