CN115746512A - 基于超细秸秆/碳酸钙粉制备地膜的方法及其产品 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于超细秸秆/碳酸钙粉制备地膜的方法，包括以下步骤：(1)将秸秆粉粗粉与超细碳酸钙混合，粉碎，过筛，得到超细秸秆/碳酸钙粉，所述超细秸秆/碳酸钙粉为500～2000目；(2)将PBAT、PLA、相容剂、环氧大豆油、硅烷偶联剂和超细秸秆/碳酸钙粉进行混合，经过双螺杆挤出造粒机制成复合颗粒；(3)将复合颗粒通过吹膜机吹膜，制得地膜。本发明所述的方法中秸秆粉的1000目产率在30％以上；钙粉的添加可大幅提高秸秆粉碎效果，同时可以有效避免钙粉之间以及秸秆粉之间的静电吸附或团聚；且钙粉可充当地膜开口剂，无需从秸秆粉中分离出来。本发明还公开了由所述方法制备的有较好抗拉强度和断裂伸长率的地膜。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备地膜的方法，尤其涉及一种基于超细秸秆/碳酸钙粉制备地膜的方法及其产品，属于农业应用领域。
背景技术
目前可降解材料所面临的问题主要集中在原料价格较高以及性能较PE等传统材料差，因此很难大规模使用。可降解地膜也面临着同样的问题，因此急需一种改性手段，既可以降低可降解材料的成本，又能使得其性能有一定的提升。现有技术中，中国发明专利CN104403174A公开了一种碳酸钙填充PBAT地膜的方法，虽然碳酸钙的加入使得材料的成本有所降低，但是过多的碳酸钙加入到地膜中，在地膜降解的过程中会使得碳酸钙流失到土壤当中，使得土地硬化，不利于后续的种植，因此不具备实用性。
农作物秸秆是自然界最丰富的生物质材料之一，将其应用在地膜中不仅可以提高农业废弃物的利用，同时其也可以随着地膜的降解而分散进土壤中，达到秸秆还田的效果。现有技术中，中国发明专利CN113461983A公开了一种改性秸秆粉填充PBAT膜的方法，其需要先将秸秆粉碎到500-800目，再将秸秆粉改性，最后才添加到PBAT膜中；制备得到的PBAT膜的断裂伸长率为430～460％；拉伸强度为32.24～36.43MPa。虽然其通过秸秆粉的添加可以降低成本，但是其在秸秆粉碎和改性的成本仍不容忽视。此外，在秸秆粉碎过程中，一方面粉碎的效率不高导致的能耗会增加成本，另一方面秸秆颗粒较大根本无法制备较薄的农用地膜，增加成本的同时且会导致地膜性能大幅下降。因此，该技术实际应用也具有一定的局限。
综上所述，亟待提供一种简单高效的秸秆/PBAT复合地膜的方法，因此高目数的秸秆粉的制备及改性也显得尤为重要。单纯小麦秸秆在粉碎过程中，由于本身质地较软，难以达到较好的粉碎效果。粉碎3小时的纯秸秆粉通过1000目筛(10μm)的产率仅为3-9％。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供了一种有效增大拉伸强度的基于超细秸秆/碳酸钙粉的地膜及其制备方法。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
本发明提供一种基于超细秸秆/碳酸钙粉的地膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)将秸秆粉粗粉与超细碳酸钙混合，粉碎，过筛，得到超细秸秆/碳酸钙粉，所述超细秸秆/碳酸钙粉的目数为500～2000；
(2)将PBAT、PLA、相容剂、环氧大豆油、硅烷偶联剂和超细秸秆/碳酸钙粉进行混合，经过双螺杆挤出造粒机制成复合颗粒；
(3)将复合颗粒通过吹膜机吹膜，制得地膜。
其中，步骤1)中粗粉的目数为50～100目，有利于混合碳酸钙粉后继续研磨。
其中，步骤1)中粗粉与超细碳酸钙的质量比为1～4:1，所述超细碳酸钙粉末的目数为1000～2000目，可大幅提高粉碎效果及避免钙粉之间以及秸秆粉之间的静电吸附或团聚。
其中，步骤1)中粉碎时间为2～3h，保证超细秸秆/碳酸钙粉研磨充分。
其中，步骤2)中PBAT、PLA、相容剂、环氧大豆油、硅烷偶联剂和超细秸秆/碳酸钙粉的质量比为200～800：10～180：2～20：1～15：1～20：20～300。
其中，所述相容剂包括酸酐型相容剂、环氧型相容剂或乙烯三元共聚物。
其中，步骤2)中双螺杆挤出造粒机的挤出温度为一区180～200℃，二区170～190℃，三区170～190℃，四区160～180℃，五区150～170℃，主机转速为40～80rpm。
其中，步骤3)中吹膜机的吹膜温度为一区180～200℃，二区170～190℃，三区170～190℃，四区165～185℃，五区160～180℃，六区150～170℃。
其中，步骤3)中吹膜机的主机转速10～30rpm，牵引速率5～25rpm。
本发明还提供一种由所述方法制备的地膜。
反应机理：因为超细碳酸钙粉本身粒径较小且质地较硬，可以充当粉碎的摩擦剂，类似于球磨中的小球；而且超细碳酸钙粉可以充分分散在秸秆粉中，避免了钙粉之间以及秸秆粉之间的静电吸附或团聚。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：
1、超细碳酸钙粉和秸秆粉混合后可以达到很好的粉碎效果，秸秆粉的1000目产率在30％以上；2、无需将超细碳酸钙粉从秸秆粉中分离出来，可以同时添加到地膜中充当开口剂；3、制备得到的超细秸秆/碳酸钙粉可以增强地膜的拉伸强度。
附图说明
图1为不同比例的超细秸秆/碳酸钙粉的粉碎效率；
图2为秸秆/碳酸钙粉过筛前后的红外光谱图；
图3为纯秸秆粉和秸秆/碳酸钙粉的扫描电镜图；
图4为由不同秸秆/碳酸钙粉末制备的地膜的力学性能。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
材料：小麦秸秆来源于江苏省农业科学院；超细碳酸钙粉末(1000-2000目)：苏州盛耀塑胶新材料有限公司，批号SY-2700；热塑性生物降解塑料(PBAT)：金辉兆隆高新科技有限公司，批号1908；硅烷偶联剂(PLA)：美国嘉吉公司，批号2003D；相容剂：乙烯三元共聚物，美国杜邦，HP441；硅烷偶联剂：国药化试，KH570；环氧大豆油：麦克林。
仪器：双螺杆挤出造粒机：张家港联江机械有限公司，LJPS20-PLC；吹膜机：张家港联江机械有限公司，SCM25-PLC。
实施例1
分别选用粒径是1000目、1500目、2000目的超细碳酸钙粉末，过筛，发现过筛后的1000目、1500目、2000目的超细碳酸钙粉末量较小，表明钙粉之间会发生一定的团聚导致粒径变大。
超细秸秆/碳酸钙粉的制备：将小麦秸秆研磨，过筛，得到50目左右的小麦秸秆粗粉，再将小麦秸秆粗粉和过筛后的1000目超细碳酸钙粉末按照质量比4：1进行混合，再放入粉碎机中粉碎3小时，得到混合物过1000目筛，得到超细秸秆/碳酸钙粉。
地膜的制备：将PBAT 200份，PLA 10份，相容剂2份，环氧大豆油(化学式：(RC2H2OR'COO)3C3H5)1份，硅烷偶联剂1份，超细秸秆/碳酸钙粉20份按比例均匀混合，经过双螺杆挤出造粒机制成复合颗粒。其中，双螺杆挤出温度为一区190℃，二区180℃，三区180℃，四区170℃，五区160℃，主机转速为60rpm。再通过吹膜机吹膜，即可制得厚度为10μm的地膜。其中，吹膜温度为一区190℃，二区180℃，三区180℃，四区175℃，五区170℃，六区160℃；主机转速20rpm，牵引速率15rpm。
实施例2
超细秸秆/碳酸钙粉的制备：将小麦秸秆研磨，过筛，得到80目左右的小麦秸秆粗粉，再将小麦秸秆粗粉和2000目的超细碳酸钙粉末按照质量比2：1进行混合，再放入粉碎机中粉碎2小时，得到混合物过1000目筛，得到超细秸秆/碳酸钙粉。
地膜的制备：将PBAT 800份，PLA 180份，相容剂20份，环氧大豆油15份，硅烷偶联剂20份，超细秸秆/碳酸钙粉300份按比例均匀混合，经过双螺杆挤出造粒机制成复合颗粒。其中，双螺杆挤出温度为一区200℃，二区190℃，三区190℃，四区180℃，五区170℃，主机转速为80rpm。再通过吹膜机吹膜，即可制得厚度为10μm的地膜。其中，吹膜温度为一区200℃，二区190℃，三区190℃，四区185℃，五区180℃，六区170℃；主机转速30rpm，牵引速率25rpm。
实施例3
超细秸秆/碳酸钙粉的制备：将小麦秸秆研磨，过筛，得到100目左右的小麦秸秆粗粉，再将小麦秸秆粗粉和1500目的超细碳酸钙粉末按照质量比1：1进行混合，再放入粉碎机中粉碎2.5小时，得到混合物过1000目筛，得到超细秸秆/碳酸钙粉。
地膜的制备：将PBAT 500份，PLA 100份，相容剂10份，环氧大豆油10份、硅烷偶联剂10份，超细秸秆/碳酸钙粉200份按比例均匀混合，经过双螺杆挤出造粒机制成复合颗粒。其中，双螺杆挤出温度为一区180℃，二区170℃，三区170℃，四区160℃，五区150℃，主机转速为40rpm。再通过吹膜机吹膜，即可制得厚度为10μm的地膜。其中，吹膜温度为一区180℃，二区170℃，三区170℃，四区165℃，五区160℃，六区150℃；主机转速10rpm，牵引速率5rpm。
实施例4
超细秸秆/碳酸钙粉的制备：将小麦秸秆研磨，过筛，得到50目左右的小麦秸秆粗粉，再将小麦秸秆粗粉和500目左右碳酸钙粉末按照质量比1：1进行混合，再放入粉碎机中粉碎3小时，得到混合物，过500目筛，得到超细秸秆/碳酸钙粉。
地膜的制备：将PBAT 600份，PLA 150份，相容剂18份，环氧大豆油12份、硅烷偶联剂18份，超细秸秆/碳酸钙粉250份按比例均匀混合，经过双螺杆挤出造粒机制成复合颗粒。其中，双螺杆挤出机和吹膜机参数同实施例1。
实施例5探究不同比例超细秸秆/碳酸钙粉的粉碎效率
以纯小麦秸秆为对比例，将其放入粉碎机中粉碎3小时。如图1所示，实施例1-4中的1000目以上的产率分别为35.9％，51.8％，30.2％，15.7％均高于纯小麦秸秆的产率5.1％；可见，随着碳酸钙比例的增加，1000目以上的产率也随之增加，但是碳酸钙的含量过多反而会导致粉碎效率下降，即小麦秸秆粗粉和超细碳酸钙粉末的质量比2：1时，1000目以上的产率最高。
实施例6探究过筛对超细秸秆/碳酸钙粉含量的影响
以纯小麦秸秆粉和超细碳酸钙为对比例，测定实施例2中秸秆/碳酸钙粉过筛前后的红外光谱，如图2所示，实施例2中的秸秆/碳酸钙粉在过完1000目筛后的羟基峰与未过筛的基本一致，表明其秸秆与碳酸钙的比例基本不变，而不是碳酸钙含量变多，秸秆含量变少，过筛基本不影响碳酸钙和秸秆的含量。
实施例7探究超细秸秆粉的粒径大小
以纯秸秆粉为对比例，对实施例2的秸秆/碳酸钙粉进行电镜扫描。如图3所示，秸秆/碳酸钙粉中秸秆粉的平均粒径为6μm，较单纯秸秆粉碎30μm的粒径大幅下降，这表明添加碳酸钙可以大幅提高粉碎效率。
实施例8探究不同地膜的力学性能
以用纯秸秆粉按实施例1方法制备的地膜作为对比例。将实施例1-4中的地膜进行力学性能测试。如图4所示，纯秸秆粉添加的地膜的抗拉伸强度为14.87MPa，断裂伸长率为488.01％；实施例1-4中制得的地膜抗拉伸强度分别为21.83MPa，26.23MPa，21.00MPa，22.9MPa；断裂伸长率分别为450.60％，528.10％，397.15％，447.6％。在添加了纯秸秆粉的地膜里，明显能看到斑点，导致其力学性能下降，表明其也会发生团聚；而本发明将秸秆/碳酸钙粉末加入到PBAT中，不仅大幅提高了抗拉强度，断裂伸长率也有一定的提升，表明其在改性地膜方面有着十分积极的作用。
Claims (10)
1.基于超细秸秆/碳酸钙粉的地膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将秸秆粉粗粉与超细碳酸钙粉混合，粉碎，过筛，得到超细秸秆/碳酸钙粉，所述超细秸秆/碳酸钙粉为500～2000目；
(2)将PBAT、PLA、相容剂、环氧大豆油、硅烷偶联剂和超细秸秆/碳酸钙粉进行混合，经过双螺杆挤出造粒机制成复合颗粒；
(3)将复合颗粒通过吹膜机吹膜，制得地膜。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中秸秆粉粗粉为50～100目。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中秸秆粉粗粉与超细碳酸钙的质量比为1～4:1；所述超细碳酸钙粉末为1000～2000目。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中粉碎时间为2～3h。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中PBAT、PLA、相容剂、环氧大豆油、硅烷偶联剂和超细秸秆/碳酸钙粉的质量比为200～800：10～180：2～20：1～15：1～20：20～300。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述相容剂包括酸酐型相容剂、环氧型相容剂或乙烯三元共聚物。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中双螺杆挤出造粒机的挤出温度为一区180～200℃，二区170～190℃，三区170～190℃，四区160～180℃，五区150～170℃，主机转速为40～80rpm。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中吹膜机的吹膜温度为一区180～200℃，二区170～190℃，三区170～190℃，四区165～185℃，五区160～180℃，六区150～170℃。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(3)中吹膜机的主机转速10～30rpm，牵引速率5～25rpm。
10.由权利要求1～9任一项所述的方法制备的地膜。
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