CN114921073B - 一种可降解农用地膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及塑料薄膜领域，具体公开了一种可降解农用地膜及其制备方法。可降解农用地膜制备所用原料包括：聚乳酸80‑100份；聚碳酸亚丙酯10‑20份；木质素10‑20份；增溶剂2‑10份；腐殖酸1‑5份；填料10‑20份；木质素包括秸秆木质素和茭白木质素；秸秆木质素的制备方法：将秸秆粉碎后过筛，加入丙三醇水溶液微波辅助萃取，趁热抽滤，用丙三醇水溶液洗涤滤渣，洗涤流出液与滤液合并，加水搅拌后离心、过滤，将沉淀干燥后，得秸秆木质素；茭白木质素的制备方法：将茭白鞘叶粉碎后过筛，加入乙醇和酸液浸泡，后离心、抽滤，将所得滤液干燥即得茭白木质素。本申请的地膜具有较好的生物降解性能和强度，可满足农业的需要。

Description

一种可降解农用地膜及其制备方法

技术领域

本申请涉及塑料薄膜技术领域，更具体地说，它涉及一种可降解农用地膜及其制备方法。

背景技术

农用地膜，简称农膜，主要用于覆盖农田，起到提高地温、保持土壤湿度、促进种子发芽和幼苗快速增长的作用，还有抑制杂草生长的作用。农膜的使用有利于作物的生长发育，提高作物产量，因此得到广泛推广和使用，但是，随着农膜使用量的增多，也带来了一些问题。比如，大量农用地膜废弃物的产生，残留在农田里的地膜会破坏土壤结构，危害作物正常生长发育造成减产，且破坏环境。因此，人们陆续开始了对可降解地膜的研究。

目前，相关技术中存在一种可降解地膜，其由聚乳酸20％-40％、聚碳酸酯25-30％、聚己二酸乙二醇酯20-35％和接枝型增容剂15-18％等原料制备而成，最终所得地膜的抗拉强度为11.8-25.1MPa。还存在另一种可降解地膜，其由聚乳酸310份、聚对苯二甲酸/己二酸丁二醇酯共聚物600份、抗氧剂3份、抗紫外线剂3份、增塑剂60份、芥酸酰胺4份等原料制备而成，最终所得地膜的抗拉强度为12-18MPa，断裂伸长率为376-400％。

针对上述相关技术，发明人发现目前市场上的农膜过度关注可降解性，但拉伸性能不佳，因此限制了农用地膜的使用。

发明内容

为了在保证农用地膜降解率的前提下，提高地膜的拉伸性能，本申请提供一种可降解农用地膜及其制备方法。

第一方面，本申请提供一种可降解农用地膜，采用如下的技术方案：

一种可降解农用地膜，按重量份数计算，其制备所用原料包括：

聚乳酸80-100份；

聚碳酸亚丙酯10-20份；

木质素10-20份；

增溶剂2-10份；

腐殖酸1-5份；

填料10-20份；

所述木质素包括秸秆木质素和茭白木质素；

所述秸秆木质素的制备方法包括以下步骤：

将秸秆洗净后干燥，粉碎后过筛，向所得粉料中加入丙三醇水溶液，微波辅助萃取，萃取结束后趁热抽滤，将所得滤渣用丙三醇水溶液洗涤，洗涤流出液与滤液合并，向所得液中加入水，搅拌后离心、过滤，将沉淀真空干燥后，即得秸秆木质素；

所述茭白木质素的制备方法包括以下步骤：

将茭白鞘叶洗净后干燥，粉碎后过筛，向所得粉料中加入乙醇和酸液浸泡萃取，萃取结束后离心、抽滤，将所得滤液干燥即得茭白木质素。

通过采用上述技术方案，聚碳酸亚丙酯，又称为聚甲基乙撑碳酸酯，它是以二氧化碳和环氧丙烷为原料合成的一种完全可降解的环保型塑料。本申请以聚碳酸亚丙酯为添加料，并与木质素共混，发现二者在提高农用地膜拉伸性能方面具有促进作用。进一步的，本申请采用农业废弃物麦秸秆、茭白鞘叶为原料，分别提取秸秆木质素和茭白木质素用于制备农用地膜，试验表明，秸秆木质素与茭白木质素之间也具有协同促进作用，可提高农用地膜的拉伸强度。由此，本申请制备得出了一种具有较好的降解性能(90d降解率可达88％以上)、较高拉伸强度(大于26MPa)和较高断裂伸长率(大于400％)的可降解农用地膜。

优选的，所述木质素中，秸秆木质素与茭白木质素的重量比为1:(0.2～0.6)。

通过采用上述技术方案，木质素中秸秆木质素与茭白木质素的重量比会对最终所得农用地膜的拉伸性能产生影响，当二者重量比处于上述范围时，农用地膜的拉伸性能最好。

优选的，秸秆木质素的制备方法中，所述丙三醇水溶液中丙三醇的质量分数为85～95％。

通过采用上述技术方案，在制备秸秆木质素的过程中，萃取液丙三醇水溶液的质量分数会对最终所得农用地膜的拉伸性能产生影响，当其质量分数处于上述范围时，所得地膜性能更好。

优选的，秸秆木质素的制备方法中，所述微波辅助萃取的微波辐射功率为400～600W。

优选的，秸秆木质素的制备方法中，所述微波辅助萃取的微波辐射时间为30～40min。

通过采用上述技术方案，在制备秸秆木质素的过程中，微波辅助萃取的微波辐射功率和时间均会对农用地膜的拉伸性能产生影响。在上述范围时，所得地膜的性能相对较优。

优选的，秸秆木质素的制备方法中，粉碎筛分后的秸秆粉料与丙三醇水溶液的固液比为1:(12～16)。

通过采用上述技术方案，在制备秸秆木质素的过程中，丙三醇水溶液的用量也会对农用地膜的性能产生影响，当其用量低于上述范围时，最终所得农用地膜的拉伸性能会有所降低，而当其用量高于上述范围时，所得农用地膜的拉伸性能变化不明显，由此可知，当秸秆粉料与丙三醇水溶液的固液比为1:(12～16)时相对较优。

优选的，茭白木质素的制备方法中，粉碎筛分后的茭白鞘叶粉料与乙醇和酸液的固液比为1:(8～12)。

通过采用上述技术方案，在制备茭白木质素的过程中，乙醇和酸液的用量会对农用地膜的性能产生影响，当其用量低于上述范围时，最终所得农用地膜的拉伸性能会有所降低，而当其用量高于上述范围时，所得农用地膜的拉伸性能变化不明显，由此可知，当茭白鞘叶粉料与乙醇和酸液的固液比为1:(8～12)时相对较优。

优选的，茭白木质素的制备方法中，浸泡萃取的温度为84～90℃。

优选的，茭白木质素的制备方法中，浸泡萃取的时间为16～24min。

通过采用上述技术方案，在制备茭白木质素的过程中，浸泡萃取温度和时间均会对萃取效果产生影响，最终影响农用地膜的强度。当萃取温度为84-90℃时，萃取效果相对较好，温度低于84℃或高于90℃时，均会降低最终所得农用地膜的拉伸性能。

第二方面，本申请还提供一种可降解农用地膜的制备方法，采用如下的技术方案：一种可降解农用地膜的制备方法，包括以下步骤：

S1，制备秸秆木质素；

S2，制备茭白木质素；

S3，将茭白木质素与秸秆木质素混合后得到木质素，将木质素加入聚乳酸中，同时加入聚碳酸亚丙酯、增溶剂、腐殖酸和填料，混合搅拌，得到初混料；

S4，将初混料挤出造粒，得到母粒，将母粒吹塑成型，即得可降解农用地膜。

通过采用上述技术方案，本申请的方法制备步骤简单，各条件易于控制，且工艺参数易于实现，适合大规模机械化生产。

综上所述，本申请至少具有以下有益效果：

1、由于本申请同时采用聚碳酸亚丙酯和木质素制备农用地膜，二者在提高农用地膜拉伸性能方面具有促进作用，可明显提高农用地膜的拉伸性能；

2、本申请采用秸秆木质素和茭白木质素混合作为木质素用于制备农用地膜，秸秆木质素与茭白木质素之间也具有协同促进作用，可提高农用地膜的拉伸性能；

3、本申请的方法采用小麦秸秆提取秸秆木质素，使用茭白鞘叶提取茭白木质素，变废为宝，且所得农用地膜90d降解率可达88％，有助于环保。

具体实施方式

以下结合制备例、实施例及对比例对本申请作进一步详细说明。

本申请的各制备例、实施例和对比例中所用的原料，除特殊说明之外，其他均为市售。

本申请实施例及对比例中可降解农用地膜拉伸强度和断裂伸长率测试，按照GB/T13022-91中规定的方法进行；降解率(90d)测试，GB/T 20197-2006中规定的方法进行。

秸秆木质素的制备例A1-A9

制备例A1

一种秸秆木质素，其制备步骤为：将秸秆(收集地：山东农业大学试验田)洗净后干燥，粉碎后过60目筛，向所得粉料中加入质量分数85％的丙三醇水溶液，固液比1:12，微波辅助萃取，微波辐射功率为400W，萃取时间为40min，萃取结束后趁热抽滤，将所得滤渣用丙三醇水溶液洗涤3次，将洗涤流出液与滤液合并，向所得液中加入3倍于所得液体积的水，搅拌后离心、过滤，将沉淀真空干燥后，即得秸秆木质素。

制备例A2

一种秸秆木质素，其制备步骤与制备例A1的不同之处在于：丙三醇水溶液中丙三醇的质量分数为90％。

制备例A3

一种秸秆木质素，其制备步骤与制备例A1的不同之处在于：丙三醇水溶液中丙三醇的质量分数为95％。

制备例A4

一种秸秆木质素，其制备步骤与制备例A2的不同之处在于：向所得粉料中加入质量分数90％的丙三醇水溶液，固液比1:14。

制备例A5

一种秸秆木质素，其制备步骤与制备例A2的不同之处在于：向所得粉料中加入质量分数90％的丙三醇水溶液，固液比1:16。

制备例A6

一种秸秆木质素，其制备步骤与制备例A4的不同之处在于：微波辅助萃取时，微波辐射功率为500W。

制备例A7

一种秸秆木质素，其制备步骤与制备例A4的不同之处在于：微波辅助萃取时，微波辐射功率为600W。

制备例A8

一种秸秆木质素，其制备步骤与制备例A6的不同之处在于：微波辅助萃取时，萃取时间为35min。

制备例A9

一种秸秆木质素，其制备步骤与制备例A6的不同之处在于：微波辅助萃取时，萃取时间为30min。

茭白木质素的制备例B1-B7

制备例B1

一种茭白木质素，其制备步骤为：将茭白鞘叶(收集地：山东寿光)洗净后干燥，粉碎后过60目筛，向所得粉料中加入乙醇和酸液浸泡萃取，固液比1:8，其中乙醇和酸液混合后pH为1，所使用的酸为硝酸，萃取温度为84℃，萃取时间为24min，萃取过程中采用微波辅助萃取，微波辐射功率为600W，萃取结束后离心、抽滤，将所得滤液干燥即得茭白木质素。

制备例B2

一种茭白木质素，其制备步骤与制备例B1的不同之处在于：固液比为1:10。

制备例B3

一种茭白木质素，其制备步骤与制备例B1的不同之处在于：固液比为1:12。

制备例B4

一种茭白木质素，其制备步骤与制备例B2的不同之处在于：萃取温度为86℃。

制备例B5

一种茭白木质素，其制备步骤与制备例B2的不同之处在于：萃取温度为90℃。

制备例B6

一种茭白木质素，其制备步骤与制备例B4的不同之处在于：萃取时间为20min。

制备例B7

一种茭白木质素，其制备步骤与制备例B4的不同之处在于：萃取时间为16min。

实施例

实施例1

一种可降解农用地膜，各组分及其相应的重量如表1所示，并通过如下步骤制备获得：

S1，制备秸秆木质素(按照制备例A1中的方法)；

S2，制备茭白木质素(按照制备例B1中的方法)；

S3，将茭白木质素与秸秆木质素混合后得到木质素(秸秆木质素和茭白木质素按重量比1:0.2混合)，将木质素加入聚乳酸(购自源叶生物)中，同时加入聚碳酸亚丙酯(采自东莞玉泰塑化)、增溶剂(马来酸酐，购自上海源叶生物)、腐殖酸(购自源叶生物)和填料(硅藻土，购自吉林远通矿业)，混合搅拌，得到初混料；

S4，将初混料在170℃下挤出造粒，得到母粒，将母粒吹塑成型，即得可降解农用地膜。

实施例2-3

一种可降解农用地膜，与实施例1的不同之处在于，各组分及其相应的重量如表1所示。

表1

实施例4

一种可降解农用地膜，与实施例2的不同之处在于：木质素由秸秆木质素和茭白木质素按重量比1:0.4混合得到。

实施例5

一种可降解农用地膜，与实施例2的不同之处在于：木质素由秸秆木质素和茭白木质素按重量比1:0.6混合得到。

实施例6

一种可降解农用地膜，与实施例2的不同之处在于：木质素由秸秆木质素和茭白木质素按重量比1:0.1混合得到。

实施例7

一种可降解农用地膜，与实施例2的不同之处在于：木质素由秸秆木质素和茭白木质素按重量比1:1混合得到。

对上述实施例1-7进行拉伸强度、断裂伸长率、降解率测试，测试结果记入下表2。

表2

由表2数据可知，本申请实施例1-7所得的可降解农用地膜90d降解率均可达88％以上，且拉伸强度均可达26MPa以上，断裂伸长率大于400％，由此可知本申请的地膜具有较好的抗拉性能和降解性能，可满足本领域对农用地膜的性能要求。通过分析实施例2、4、5、6、7五组实例可知，在制备可降解农用地膜时，采用由秸秆木质素与茭白木质素按重量比1:(0.2～0.6)混合组成的木质素，可较明显提高所得地膜的拉伸强度和断裂伸长率。

实施例8-21

一种可降解农用地膜，与实施例4的不同之处在于：秸秆木质素和茭白木质素的使用情况不同，具体如表3所示。

对上述实施例8-21进行拉伸强度、断裂伸长率、降解率测试，测试结果记入下表3。

表3

由上表数据可知，本申请实施例8-21所得的可降解农用地膜90d的降解率均高于89％，且抗拉强度高于27MPa，断裂伸长率高于420％，具有较好的可降解性能和强度。

通过对比实施例4、8、9数据可知，在制备秸秆木质素的过程中，萃取所用的丙三醇水溶液的质量分数会对所得地膜性能产生影响。三组实例中，实施例8为相对较优实施例。此外，发明人还进行了丙三醇质量份数80％的实例，最终所得地膜拉伸强度约为26.7MPa，虽然仍较理想，但明显低于上述实施例4、8、9。

通过对比实施例8、10、11数据可知，在制备秸秆木质素的过程中，过筛所得粉末和丙三醇水溶液的固液比可影响地膜的抗拉性能，当丙三醇水溶液高于14时，地膜的拉伸强度变化不再明显，当丙三醇水溶液低于14时，拉伸性能有所下降。此外，发明人还进行了固液比1:10的实例，最终所得地膜拉伸强度约为27.5MPa，虽然仍较理想，但明显低于上述实施例8、10、11。

通过对比实施例10、12、13、14、15数据可知，在制备秸秆木质素的过程中，微波辅助萃取的微波辐射功率和萃取时间均可对农用地膜的拉伸性能产生影响。从上述5组数据可知，相对较优的条件为微波辐射功率500W，萃取时间35min。此外，发明人还对微波辐射功率和萃取时间做了其他实例，比如微波辐射功率为300W、400W，萃取时间为25min、45min等，虽然最终所得地膜拉伸强度仍高于26MPa，但相比于上述实施例有所下降。

通过对比实施例14、16、17数据可知，在制备茭白木质素的过程中，固液比可影响地膜的抗拉性能，上述3组实例中，实施例16为较优实施例。此外，发明人还采用固液比1:6进行了相关试验，最终所得地膜拉伸强度约为27.6MPa，虽然仍较理想，但明显低于上述实施例14、16、17。

通过对比实施例16、18、19、20、21数据可知，在制备茭白木质素的过程中，萃取温度和萃取时间均可对农用地膜的拉伸性能产生影响。从上述5组数据可知，相对较优的条件为86℃、20min。此外，发明人还对萃取温度和萃取时间做了其他实例，比如温度为80℃、92℃，萃取时间为26min、14min等，虽然最终所得地膜拉伸强度仍高于26MPa，但相比于上述实施例有所下降。

对比例

对比例1

一种农用地膜，与实施例1的不同之处在于，原料中的木质素仅为制备例A1制备的秸秆木质素。

对比例2

一种农用地膜，与实施例1的不同之处在于，原料中的木质素仅为制备例B1制备的茭白木质素。

对比例3

一种农用地膜，与实施例1的不同之处在于，原料不含有木质素，使用等量的聚碳酸亚丙酯代替。

对比例4

一种农用地膜，与实施例1的不同之处在于，原料不含有聚碳酸亚丙酯，使用等量的木质素代替。

对比例5

一种农用地膜，与实施例1的不同之处在于，原料不含有木质素和聚碳酸亚丙酯，使用等量的聚乳酸代替。

对上述对比例1-5进行拉伸强度、断裂伸长率、降解率测试，测试结果记入下表4。

表4

由上表数据可知，对比例1-5所得农用地膜的拉伸强度均低于实施例1-21中的相关数值。其中，对比例1与实施例1的区别在于，对比例1原料中的木质素仅为制备例A1制备的秸秆木质素；对比例2与实施例1的区别在于，对比例2原料中的木质素仅为制备例B1制备的茭白木质素。通过比较实施例1、对比例1和对比例2可知，在木质素总量相同的情况下，同时采用秸秆木质素和茭白木质素的实施例1所得地膜的抗拉强度明显高于对比例1、2中单独使用一种木质素所得地膜的抗拉强度。由此可知，本申请采用的秸秆木质素与茭白木质素在提高农用地膜拉伸强度方面具有明显的相互促进作用。对比例3与实施例1的区别在于，原料不含有木质素，使用等量的聚碳酸亚丙酯代替；对比例4与实施例1的区别在于，原料不含有聚碳酸亚丙酯，使用等量的木质素代替。通过比较实施例1、对比例3和对比例4可知，在木质素和聚碳酸亚丙酯总量相同的情况下，同时采用聚碳酸亚丙酯和木质素所制得的地膜具有更好的拉伸性能。由此可知，本申请采用的木质素与聚碳酸亚丙酯在提高农用地膜拉伸强度方面具有明显的相互促进作用。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (7)

1.一种可降解农用地膜，其特征在于，按重量份数计算，其制备所用原料包括：

聚乳酸 80-100份；

聚碳酸亚丙酯 10-20份；

木质素 10-20份；

增溶剂 2-10份；

腐殖酸 1-5份；

填料 10-20份；

所述木质素包括秸秆木质素和茭白木质素；

所述秸秆木质素的制备方法包括以下步骤：

将秸秆洗净后干燥，粉碎后过筛，向所得粉料中加入丙三醇水溶液，微波辅助萃取，萃取结束后趁热抽滤，将所得滤渣用丙三醇水溶液洗涤，洗涤流出液与滤液合并，向所得液中加入水，搅拌后离心、过滤，将沉淀真空干燥后，即得秸秆木质素；

所述茭白木质素的制备方法包括以下步骤：

将茭白鞘叶洗净后干燥，粉碎后过筛，向所得粉料中加入乙醇和酸液浸泡萃取，萃取结束后离心、抽滤，将所得滤液干燥即得茭白木质素；

所述木质素中，秸秆木质素与茭白木质素的重量比为1:(0.2～0.6)；

秸秆木质素的制备方法中，粉碎筛分后的秸秆粉料与丙三醇水溶液的固液比为1:(12～16)；

茭白木质素的制备方法中，粉碎筛分后的茭白鞘叶粉料与乙醇和酸液的固液比为1:(8～12)。

2.根据权利要求1所述的可降解农用地膜，其特征在于，秸秆木质素的制备方法中，所述丙三醇水溶液中丙三醇的质量分数为85～95%。

3.根据权利要求1所述的可降解农用地膜，其特征在于，秸秆木质素的制备方法中，所述微波辅助萃取的微波辐射功率为400～600W。

4.根据权利要求1所述的可降解农用地膜，其特征在于，秸秆木质素的制备方法中，所述微波辅助萃取的微波辐射时间为30～40min。

5.根据权利要求1所述的可降解农用地膜，其特征在于，茭白木质素的制备方法中，浸泡萃取的温度为84～90℃。

6.根据权利要求1所述的可降解农用地膜，其特征在于，茭白木质素的制备方法中，浸泡萃取的时间为16～24min。

7.权利要求1-6任一项所述的可降解农用地膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，制备秸秆木质素；

S2，制备茭白木质素；

S3，将茭白木质素与秸秆木质素混合后得到木质素，将木质素加入聚乳酸中，同时加入聚碳酸亚丙酯、增溶剂、腐殖酸和填料，混合搅拌，得到初混料；

S4，将初混料挤出造粒，得到母粒，将母粒吹塑成型，即得可降解农用地膜。