CN113882031A - 一种全生物降解吊瓜绳及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种全生物降解吊瓜绳及其制备方法，所述全生物降解吊瓜绳包括：聚乳酸90‑98份；二氧化钛0.1‑1份；增塑剂1‑3份；热稳定剂0.01‑0.1份；偶联剂0.01‑0.1份；滑石粉0.5‑2份。本发明的技术方案降解率较高，且降解速率较高，还具有较高的断裂伸长率，较好的拉伸强度，具有较好的适用性。
Description
技术领域
本发明涉及降解材料技术领域，特别是涉及一种全生物降解吊瓜绳及其制备方法。
背景技术
吊瓜绳在蔬菜等作物生产中，起到重要的辅助作用，引导蔬菜茎杆、藤蔓等向上生长，还起支撑承重作用，从而起到通风透光增产和便于采摘的作用。
然而在相关技术中，所采用的大多为难以降解的聚烯烃类吊瓜绳，这些吊瓜绳材料使用后，会造成农业环境“塑料污染”和生态隐患，影响农业可持续发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种全生物降解吊瓜绳，该全生物降解吊瓜绳降解率较高，且降解速率较高，还具有较高的断裂伸长率，较好的拉伸强度，具有较好的适用性。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种全生物降解吊瓜绳，按重量计，主要由以下组分制成：
聚乳酸90-98份；
二氧化钛0.1-1份；
增塑剂1-3份；
热稳定剂0.01-0.1份；
偶联剂0.01-0.1份；
滑石粉0.5-2份；
色母0-4份。
优选地，所述增塑剂包括环氧大豆油、聚乙二醇、甘油中的一种或多种。
优选地，所述热稳定剂包括硬脂酸钙、硬脂酸锌中的一种或两种。
优选地，所述偶联剂是γ-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷中的一种或两种。
优选地，按重量计，所述全生物降解吊瓜绳还包括色母0-4份
优选地，所述全生物降解吊瓜绳还包括扩链剂0-6份以及己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯共聚物0-6份。
优选地，按重量计，主要由以下组分制成：聚乳酸94-97份；二氧化钛0.3-0.5份；增塑剂1-2份；热稳定剂0.06-0.1份；偶联剂0.06-0.1份；滑石粉0.7-1.2份；扩链剂0-5份；己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯共聚物0-5份；色母2-4份。
优选地，按重量计，主要由以下组分制成：聚乳酸92份；二氧化钛0.5份；增塑剂1.5份；热稳定剂0.1份；偶联剂0.1份；滑石粉1份；扩链剂0.4份；己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯共聚物0.4份；色母4份。
本发明还提供了一种全生物降解吊瓜绳的制备方法，包括以下步骤：
S1、按上述的重量比称取原料，并将原料混合在双螺杆挤出机中挤出成粒；
S2、将S1得到的物料进行纺丝，得到初纺丝，并将所述初纺丝牵伸至预设牵伸比，得到预设直径的圆形纺丝；
S3、将多个所述纺丝进行搅股拧扎，得到所述全生物降解吊瓜绳。
优选地，所述S2中，将S1得到的物料在拉丝机中进行纺丝，得到初纺丝，并将所述初纺丝送至牵伸机中，所述牵伸机将所述初纺丝进行牵伸6-7倍，得到预设直径为0.2-0.25mm的纺丝。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
上述技术方案中所提供的一种全生物降解吊瓜绳，是由重量为90-98份的聚乳酸；0.1-1份的二氧化钛；1-3份的增塑剂；0.01-0.1份的热稳定剂；0.01-0.1份的偶联剂；0.5-2份的滑石粉制成，降解性能满足全生物降解国家标准，该全生物降解吊瓜绳使用完毕后，在180天内即可达到大于95％的降解率，具有较高的降解速率，且降解效果佳。
在该全生物降解吊瓜绳制作组分中加入重量计为0.01-0.1份的偶联剂，偶联剂中亲有机物的基团与重量计为90-98份的聚乳酸发生发应，同时偶联剂与重量计为1-3份的增塑剂以及重量计为0.01-0.1份的热稳定剂表面的基团反应，在增塑剂、热稳定剂与聚乳酸之间形成一个界面层，界面层能传递应力，增强了增塑剂、热稳定剂与聚乳酸之间的粘合强度，使得全生物降解吊瓜绳具有270％-350％断裂伸长率，还能防止其他介质向界面层渗透，改善界面状态，有利于提高耐老化性能，防止全生物降解吊瓜绳功能持效期过短，影响农产品的正常生产；由于热稳定剂能消除对非链断裂具有催化作用的物质，更进一步提高耐老化性能；偶联剂中亲无机基团作用于重量计为0.5-2份的滑石粉的表面，有效提高滑石粉与载体粒子间的相容性，使得该全生物降解吊瓜绳具有25-40MPa拉伸强度；偶联剂中亲无机基团作用于重量计为0.1-1份的二氧化钛上，使得二氧化钛阻隔紫外线的效果更佳，增加该全生物降解吊瓜绳的使用寿命。
具体实施方式
以下将对本发明进行更为详细的描述，需要说明的是，以下对本发明进行的描述仅是示意性的，而非限制性的。各个不同实施例之间可以进行相互组合，以构成未在以下描述中示出的其他实施例。
本发明实施例提供了一种全生物降解吊瓜绳，所述全生物降解吊瓜绳包括以下组分：聚乳酸、二氧化钛、增塑剂、热稳定剂、偶联剂、滑石粉、色母、扩链剂以及己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯共聚物。
其中，所述聚乳酸按重量计控制在90-98份，具有良好的生物可降解性，使用后能被微生物完全降解，最终生成二氧化碳和水，避免污染环境。
所述全生物降解吊瓜绳降解性能满足全生物降解国家标准，该全生物降解吊瓜绳使用完毕后，将所述全生物降解吊瓜绳由粉碎机打断，通过土壤堆土的方式降解，以二氧化碳释放量和水排放量为降解性指标得到生物降解性，在土壤堆土180天内即可达到大于95％的降解率，具有较高的降解速率，且降解效果佳，降解产物能循环利用，节能绿色环保。
其中，所述二氧化钛按重量计控制在0.1-1份，偶联剂中亲无机基团作用于重量计为0.1-1份的二氧化钛上，使得二氧化钛阻隔紫外线的效果更佳，增加该全生物降解吊瓜绳的使用寿命，满足农产品生产中的使用需求。
其中，所述偶联剂包括γ-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷中的一种或两种，按重量计控制在0.01-0.1份，所述偶联剂中亲有机物的基团与按重量计为90-98份的聚乳酸发生发应，同时偶联剂与按重量计为1-3份的增塑剂以及按重量计为0.01-0.1份的热稳定剂表面的基团发应，在增塑剂、热稳定剂与聚乳酸之间形成一个界面层，界面层能传递应力，增强了增塑剂、热稳定剂与聚乳酸之间的粘合强度，使得全生物降解吊瓜绳具有270％-350％断裂伸长率，还能防止其他介质向界面层渗透，改善界面状态，有利于提高耐老化性能，防止全生物降解吊瓜绳功能持效期过短，影响农产品的正常生产。
作为优选的实施方式，所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷，所述γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的氨基和乙氧基具有不同活性的基团，增强与聚乳酸发生发应，有利于增加增塑剂和热稳定剂与聚乳酸之间的粘合强度，具有更好的耐老化性能。
当所述偶联剂含量按重量计低于0.01份时，在增塑剂、热稳定剂与聚乳酸之间形成的界面层传递应力能力下降，降低了增塑剂和热稳定剂与聚乳酸之间的粘合强度，使得所述全生物降解吊瓜绳断裂伸长率较小，防其他介质向界面层渗透的能力下降，使得耐老化性能较差；当所述偶联剂含量按重量计高于0.1份时，界面层传递应力能力下降，同样的耐老化性能较差，断裂伸长率较小。
其中，所述增塑剂包括环氧大豆油、聚乙二醇、甘油中的一种或多种，按重量计控制在1-3份，作为优选的实施方式，所述增塑剂为环氧大豆油，由于所述环氧大豆油上的环氧基能与聚乳酸上的羧基发生开环反应，形成高粘度聚合体，使得环氧大豆油和热稳定剂与聚乳酸之间的粘合强度增强，具有更优的断裂伸长率，且更好的改善界面状态，从而使得耐老化性更好。
其中，所述热稳定剂包括硬脂酸钙、硬脂酸锌中的一种或两种，按重量计控制在0.01-0.1份，由于热稳定剂能消除对非链断裂具有催化作用的物质，更进一步提高耐老化性能。
其中，所述滑石粉按重量计控制在0.5-2份，所述滑石粉为聚乳酸成核剂，所述滑石粉表面与按重量计控制在0.01-0.1份的所述偶联剂中的亲无机基团相作用，有效提高滑石粉与载体粒子间的相容性，使得该全生物降解吊瓜绳具有25-40MPa拉伸强度。
作为优选的实施方式，所述色母按重量计控制在0-4份，所述色母为颜料，可根据生产需要选任意颜色或不上色，所述色母采用现有可降解色母，作为优选的实施方式，所述色母选为绿色，提高该全生物降解吊瓜绳的环境可协调性。
作为优选的实施方式，所述扩链剂按重量计控制在0-6份，所述扩链剂与所述聚乳酸上的官能团反应，使所述聚乳酸分子链扩展、分子量增加，能够提高全生物降解吊瓜绳的力学性能和工艺性能。
作为优选的实施方式，所述己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯共聚物(PBAT)按重量计控制在0-6份，具有较好的耐热性和冲击性能，良好的生物降解性。
本发明还提供了一种全生物降解吊瓜绳的制备方法，包括以下步骤：
S1、按上述的重量比称取原料，将原料混合在双螺杆挤出机中挤出成粒；
S2、将S1得到的物料在拉丝机中进行纺丝，得到初纺丝，其中，拉丝机的作业温度为170-190℃；并将所述初纺丝送至牵伸机中，所述牵伸机将所述初纺丝进行牵伸6-7倍，得到预设直径为0.2-0.25mm的圆形纺丝，单根所述纺丝的拉伸强度为25-40MPa，断裂伸长率为270％-350％。
S3、将多个所述纺丝进行搅股拧扎，得到所述全生物降解吊瓜绳，作为优选的实施方式，将三个所述纺丝进行拧扎，提高了所述全生物降解吊瓜绳的稳固性，拧扎过程简单易操作，同时还节省生产所述纺丝需使用的原材料。
下面将结合实施例进一步说明本申请提供的所述全生物降解吊瓜绳。
实施例1
本实施例提供的全生物降解吊瓜绳的制作组分，按重量计，包括聚乳酸92份；二氧化钛0.5份；环氧大豆油1.5份；硬脂酸钙0.1份；γ-氨丙基三乙氧基硅烷0.1份；滑石粉1份；扩链剂0.4份；己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯共聚物0.4份；色母4份，所述色母为绿色。
本实施例中的全生物降解吊瓜绳采用以下制备方法制备而成，步骤如下：
S1、按上述的重量比称取原料，将原料混合，投入色母，并在双螺杆挤出机中挤出成粒；
S2、将S1得到的物料在拉丝机中进行纺丝，得到初纺丝，拉丝机的作业温度为170℃，并将所述初纺丝送至牵伸机中，所述牵伸机将所述初纺丝进行牵伸7倍，得到预设直径为0.2mm的圆形纺丝。
S3、将三个所述纺丝进行搅股拧扎，得到所述全生物降解吊瓜绳。
实施例2
本实施例提供的全生物降解吊瓜绳的制作组分，按重量计，包括聚乳酸98份；二氧化钛0.1份；聚乙二醇1份；硬脂酸锌0.01份；3-氨丙基三甲氧基硅烷0.01份；滑石粉0.5份；扩链剂0.38份。
本实施例中的全生物降解吊瓜绳采用以下制备方法制备而成，步骤如下：
S1、按上述的重量比称取原料，将原料混合在双螺杆挤出机中挤出成粒；
S2、将S1得到的物料在拉丝机中进行纺丝，得到初纺丝，拉丝机的作业温度为190℃；并将所述初纺丝送至牵伸机中，所述牵伸机将所述初纺丝进行牵伸6倍，得到预设直径为0.25mm的圆形纺丝。
S3、将三个所述纺丝进行搅股拧扎，得到所述全生物降解吊瓜绳。
实施例3
本实施例提供的全生物降解吊瓜绳的制作组分，按重量计，包括聚乳酸91份；二氧化钛1份；甘油3份；硬脂酸锌0.05份；γ-氨丙基三乙氧基硅烷0.02份；3-氨丙基三甲氧基硅烷0.03份；滑石粉2份；扩链剂0.5份；己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯共聚物0.4份，色母2份，所述色母为黄色。
本实施例中的全生物降解吊瓜绳采用以下制备方法制备而成，步骤如下：
S1、按上述的重量比称取原料，将原料混合，投入色母，并在双螺杆挤出机中挤出成粒；
S2、将S1得到的物料在拉丝机中进行纺丝，得到初纺丝，拉丝机的作业温度为180℃；并将所述初纺丝送至牵伸机中，所述牵伸机将所述初纺丝进行牵伸6.5倍，得到预设直径为0.23mm的圆形纺丝。
S3、将两个所述纺丝进行搅股拧扎，得到所述全生物降解吊瓜绳。
实施例4
本实施例提供的全生物降解吊瓜绳的制作组分，按重量计，包括聚乳酸90份；二氧化钛0.6份；环氧大豆油1份；聚乙二醇1份；硬脂酸钙0.04份；硬脂酸锌0.06份；γ-氨丙基三乙氧基硅烷0.1份；滑石粉0.7份；扩链剂6份；己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯共聚物0.2份，色母0.3份，所述色母为绿色。
本实施例中的全生物降解吊瓜绳采用以下制备方法制备而成，步骤如下：
S1、按上述的重量比称取原料，将原料混合，投入色母，并在双螺杆挤出机中挤出成粒；
S2、将S1得到的物料在拉丝机中进行纺丝，得到初纺丝，拉丝机的作业温度为175℃；并将所述初纺丝送至牵伸机中，所述牵伸机将所述初纺丝进行牵伸6.5倍，得到预设直径为0.22mm的圆形纺丝。
S3、将三个所述纺丝进行搅股拧扎，得到所述全生物降解吊瓜绳。
实施例5
本实施例提供的全生物降解吊瓜绳的制作组分，按重量计，包括聚乳酸90份；二氧化钛0.6份；甘油1份；聚乙二醇1份；硬脂酸锌0.1份；3-氨丙基三甲氧基硅烷0.1份；滑石粉0.7份；扩链剂0.2份；己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯共聚物6份，色母0.3份，所述色母为绿色。
本实施例中的全生物降解吊瓜绳采用以下制备方法制备而成，步骤如下：
S1、按上述的重量比称取原料，将原料混合，投入色母，并在双螺杆挤出机中挤出成粒；
S2、将S1得到的物料在拉丝机中进行纺丝，得到初纺丝，拉丝机的作业温度为185℃；并将所述初纺丝送至牵伸机中，所述牵伸机将所述初纺丝进行牵伸7倍，得到预设直径为0.21mm的圆形纺丝。
S3、将三个所述纺丝进行搅股拧扎，得到所述全生物降解吊瓜绳。
实施例6
本实施例提供的全生物降解吊瓜绳的制作组分，按重量计，包括聚乳酸94份；二氧化钛0.3份；聚乙二醇1份；硬脂酸钙0.06份；γ-氨丙基三乙氧基硅烷0.06份；滑石粉1.2份；己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯共聚物2.38份；色母1份，所述色母为绿色。
本实施例中的全生物降解吊瓜绳采用以下制备方法制备而成，步骤如下：
S1、按上述的重量比称取原料，将原料混合，投入色母，并在双螺杆挤出机中挤出成粒；
S2、将S1得到的物料在拉丝机中进行纺丝，得到初纺丝，拉丝机的作业温度为180℃；并将所述初纺丝送至牵伸机中，所述牵伸机将所述初纺丝进行牵伸6.5倍，得到预设直径为0.23mm的圆形纺丝。
S3、将三个所述纺丝进行搅股拧扎，得到所述全生物降解吊瓜绳。
实施例7
本实施例提供的全生物降解吊瓜绳的制作组分，按重量计，包括聚乳酸97份；二氧化钛0.4份；聚乙二醇1.6份；硬脂酸钙0.1份；γ-氨丙基三乙氧基硅烷0.1份；滑石粉0.8份。
本实施例中的全生物降解吊瓜绳采用以下制备方法制备而成，步骤如下：
S1、按上述的重量比称取原料，原料混合在双螺杆挤出机中挤出成粒；
S2、将S1得到的物料在拉丝机中进行纺丝，得到初纺丝，拉丝机的作业温度为180℃；并将所述初纺丝送至牵伸机中，所述牵伸机将所述初纺丝进行牵伸6倍，得到预设直径为0.25mm的圆形纺丝。
S3、将三个所述纺丝进行搅股拧扎，得到所述全生物降解吊瓜绳。
实施例8
本实施例提供的全生物降解吊瓜绳的制作组分，按重量计，包括聚乳酸93份；二氧化钛0.1份；环氧大豆油1份；硬脂酸钙0.01份；γ-氨丙基三乙氧基硅烷0.01份；滑石粉0.5份；扩链剂0.38份；己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯共聚物5份。
本实施例中的全生物降解吊瓜绳采用以下制备方法制备而成，步骤如下：
S1、按上述的重量比称取原料，原料混合在双螺杆挤出机中挤出成粒；
S2、将S1得到的物料在拉丝机中进行纺丝，得到初纺丝，拉丝机的作业温度为185℃；并将所述初纺丝送至牵伸机中，所述牵伸机将所述初纺丝进行牵伸7倍，得到预设直径为0.21mm的圆形纺丝。
S3、将三个所述纺丝进行搅股拧扎，得到所述全生物降解吊瓜绳。
实施例9
本实施例提供的全生物降解吊瓜绳的制作组分，按重量计，包括聚乳酸93份；二氧化钛0.1份；甘油1份；硬脂酸钙0.01份；3-氨丙基三甲氧基硅烷0.01份；滑石粉0.5份；扩链剂5份；己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯共聚物0.38份。
本实施例中的全生物降解吊瓜绳采用以下制备方法制备而成，步骤如下：
S1、按上述的重量比称取原料，原料混合在双螺杆挤出机中挤出成粒；
S2、将S1得到的物料在拉丝机中进行纺丝，得到初纺丝，拉丝机的作业温度为190℃；并将所述初纺丝送至牵伸机中，所述牵伸机将所述初纺丝进行牵伸6.5倍，得到预设直径为0.23mm的圆形纺丝。
S3、将三个所述纺丝进行搅股拧扎，得到所述全生物降解吊瓜绳。
对比例1
本对比例提供的全生物降解吊瓜绳的制作组分，按重量计，包括聚乳酸80份；二氧化钛0.05份；环氧大豆油5份；γ-氨丙基三乙氧基硅烷1份；滑石粉4份；扩链剂6份；己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯共聚物3.95份。
本对比例中的全生物降解吊瓜绳采用以下制备方法制备而成，步骤如下：
S1、按上述的重量比称取原料，原料混合在双螺杆挤出机中挤出成粒；
S2、将S1得到的物料在拉丝机中进行纺丝，得到初纺丝，拉丝机的作业温度为185℃；并将所述初纺丝送至牵伸机中，所述牵伸机将所述初纺丝进行牵伸6倍，得到预设直径为0.24mm的圆形纺丝。
S3、将三个所述纺丝进行搅股拧扎，得到所述全生物降解吊瓜绳。
对比例2
本对比例提供的全生物降解吊瓜绳的制作组分，按重量计，包括聚乳酸98.5份；二氧化钛1.1份；聚乙二醇0.1份；硬脂酸钙0.11份；γ-氨丙基三乙氧基硅烷0.11份；滑石粉0.01份；己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯共聚物0.03份；色母0.04份，所述色母为绿色。
本对比例中的全生物降解吊瓜绳采用以下制备方法制备而成，步骤如下：
S1、按上述的重量比称取原料，将原料混合，投入色母，并在双螺杆挤出机中挤出成粒；
S2、将S1得到的物料在拉丝机中进行纺丝，得到初纺丝，拉丝机的作业温度为185℃；并将所述初纺丝送至牵伸机中，所述牵伸机将所述初纺丝进行牵伸7倍，得到预设直径为0.21mm的圆形纺丝。
S3、将三个所述纺丝进行搅股拧扎，得到所述全生物降解吊瓜绳。
分别对上述实施例1至9和对比例1至2中的全生物降解吊瓜绳进行性能测试，测试结果如下表所示：
从上述测试结果可以看出，本申请与对比例1和对比例2相比，本申请上述实施例1至9中提供的全生物降解吊瓜绳均具有较高的断裂伸长率，较好的拉伸强度，降解率较高，且降解速率较高，避免污染环境，实现农业可持续发展。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种全生物降解吊瓜绳，其特征在于，按重量计，主要由以下组分制成：
聚乳酸90-98份；
二氧化钛0.1-1份；
增塑剂1-3份；
热稳定剂0.01-0.1份；
偶联剂0.01-0.1份；
滑石粉0.5-2份。
2.如权利要求1所述的全生物降解吊瓜绳，其特征在于，所述增塑剂包括环氧大豆油、聚乙二醇、甘油中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的全生物降解吊瓜绳，其特征在于，所述热稳定剂包括硬脂酸钙、硬脂酸锌中的一种或两种。
4.如权利要求1所述的全生物降解吊瓜绳，其特征在于，所述偶联剂是γ-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷中的一种或两种。
5.如权利要求1所述的全生物降解吊瓜绳，其特征在于，按重量计，所述全生物降解吊瓜绳还包括色母0-4份。
6.如权利要求5所述的全生物降解吊瓜绳，其特征在于，按重量计，所述全生物降解吊瓜绳还包括以下组分，扩链剂0-6份以及己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯共聚物0-6份。
7.如权利要求6所述的全生物降解吊瓜绳，其特征在于，按重量计，主要由以下组分制成：聚乳酸94-97份；二氧化钛0.3-0.5份；增塑剂1-2份；热稳定剂0.06-0.1份；偶联剂0.06-0.1份；滑石粉0.7-1.2份；扩链剂0-5份；己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯共聚物0-5份；色母2-4份。
8.如权利要求7所述的全生物降解吊瓜绳，其特征在于，按重量计，主要由以下组分制成：聚乳酸92份；二氧化钛0.5份；增塑剂1.5份；热稳定剂0.1份；偶联剂0.1份；滑石粉1份；扩链剂0.4份；己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯共聚物0.4份；色母4份。
9.一种如权利要求1至8任一项所述的全生物降解吊瓜绳的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、按上述的重量比称取原料，将原料混合在双螺杆挤出机中挤出成粒；
S2、将S1得到的物料进行纺丝，得到初纺丝，并将所述初纺丝牵伸至预设牵伸比，得到预设直径的圆形纺丝；
S3、将多个所述纺丝进行搅股拧扎，得到所述全生物降解吊瓜绳。
10.如权利要求9所述的全生物降解吊瓜绳的制备方法，其特征在于，所述S2中，将S1得到的物料在拉丝机中进行纺丝，得到初纺丝，并将所述初纺丝送至牵伸机中，所述牵伸机将所述初纺丝进行牵伸6-7倍，得到预设直径为0.2-0.25mm的纺丝。
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