阅读说明：本技术 一种低成本快速降解的农用塑料地膜及制备方法 (Low-cost and quick-degradation agricultural plastic mulching film and preparation method thereof ) 是由 陈庆 曾军堂 于 2019-09-27 设计创作，主要内容包括：本发明提出一种低成本快速降解的农用塑料地膜及制备方法,所述塑料地膜是以酯化淀粉糊、微细改性木质粉、交联剂、无机填料、助膜剂组成的浆料为原料,在转动的辊筒表面附着并热固化干燥成膜,定型、卷取而制得；所述酯化淀粉糊是淀粉、酯化剂、淀粉酶分散于水中后,淀粉在糊化过程中酯化改性而制得；所述微细改性木质粉是粉碎的木质物与硬脂酸在气流粉碎机中细化分散而制得。本发明的原料价廉易得、生产设备简单、制备方法简单易操作,产品稳定性良好,制得的农用塑料地膜,具有优异的保水、保湿效果,且在一年内完全降解,不会导致土壤板结,膜幅宽可根据辊筒大小任意调节,为规模化推广生物塑料在农用地膜的应用提供了可靠的技术支撑。(The invention provides an agricultural plastic mulching film with low cost and rapid degradation and a preparation method thereof, wherein the plastic mulching film is prepared by taking slurry consisting of esterified starch paste, micro-fine modified wood powder, a cross-linking agent, an inorganic filler and an auxiliary film agent as raw materials, adhering to the surface of a rotating roller, performing thermosetting drying to form a film, shaping and coiling; the esterified starch paste is prepared by dispersing starch, an esterifying agent and amylase in water and then esterifying and modifying the starch in the gelatinization process; the fine modified wood powder is prepared by thinning and dispersing crushed wood and stearic acid in a jet mill. The raw materials are cheap and easy to obtain, the production equipment is simple, the preparation method is simple and easy to operate, the product stability is good, the prepared agricultural plastic mulching film has excellent water retention and moisture retention effects, is completely degraded within one year, does not cause soil hardening, can be adjusted freely according to the size of the roller, and provides reliable technical support for large-scale popularization of application of bioplastic in agricultural mulching films.)

一种低成本快速降解的农用塑料地膜及制备方法

技术领域

本发明涉及降解材料制备的技术领域，特别是涉及一种低成本快速降解的农用塑料地膜及制备方法。

背景技术

白色污染指的是废弃的塑料，如我们日常生活中最常见的塑料袋、泡沫板等，它们不易降解，需数百年才能分解。它们造成的危害如下：破坏市容环境，遗弃的塑料制品随处可见，是造成环境脏、乱、差的一个重要原因，也破坏景观，影响城市形象；危害人体健康，遗弃的塑料制品如粘有污染物，会成为蚊蝇和细菌生存、繁殖的温床，危害人体健康；影响农作物生长，农田使用的塑料薄膜老化后，会破碎遗留在田间，不分解腐烂，破坏土地结构，阻碍植物吸收水分及根系生长，影响农作物收成；危及动物安全，散落在江河湖海及田野的废塑料碎片被动物及小生物误食，会导致生病、死亡。

我国是人口大国，需要的农产品量大，地膜技术的发展与应用极大促进了我国农业的发展和农作物产量的提高。塑料地膜由于工艺简单，原料广泛价廉，同时具有保湿保温的作用，被大量使用，以有利于农作物的生长发育和提高农作物的产量和经济效益。塑料地膜的大量应用也造成了大量的“白色污染”，且这些不降解的塑料会导致土壤板结、透气性差、地力下降等问题，进而会影响农作物的生长发育和产量。

生物降解塑料，有利于节约资源，减轻环境负荷；其废弃物的处理可采用堆肥化处理，可实现资源化再利用，符合可持续发展的要求，随着环境问题日益加剧，研究可生物降解塑料势在必行。特别是，现在随着农村发展振兴的崛起，塑料地膜在各类水地、旱地均开始应用，如何确保塑料地膜快速降解成为关键。

根据现有技术，可生物降解塑料有聚乳酸（PLA）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、二氧化碳聚合物（PPC）、聚己内酯（PCL）、聚羟基脂肪酸酯（PHA）等，但通常成本高，降解周期较长，难以大面积推广和应用。

中国发明专利申请号201110354439.0公开了一种环保型可控降解农用地膜，该农用地膜按重量份计是由以下的原料经熔融共混挤出吹膜而成：聚乙烯醇25-50份，淀粉72-87份，小分子增塑剂10-20份，改性无机纳米助剂0.2-2份，抗氧化剂0.5-1.5份，增容剂0.5-1.5份，紫外线吸收剂0.2-1.5份。中国发明专利申请号201810820912.1公开了一种可生物降解塑料薄膜，由如下原料按重量份组成：线性低密度聚乙烯70-80份、玉米淀粉10-20份、植物纤维8-12分、相容剂0.5-1.5份、偶联剂1-2份、分散剂1-2份、降解剂1-2份。

为了缩短农用塑料地膜的降解周期，降低成本，降低加工难度，有必要提出一种新的塑料地膜及制备方法，进而为生物塑料地膜的应用提供可靠的技术支撑。

发明内容

针对目前生物降解塑料成本高、成膜加工难度大、降解周期长的缺陷，本发明提出一种低成本快速降解的农用塑料地膜及制备方法，可降低地膜成本，成膜容易，并且确保地膜在一年内快速降解。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

一种低成本快速降解的农用塑料地膜，所述塑料地膜是由酯化淀粉糊、微细改性木质粉、交联剂、无机填料、助膜剂组成的浆料在转动的辊筒表面附着并热固化干燥成膜，定型、卷取而制得；所述酯化淀粉糊是淀粉、酯化剂、淀粉酶分散于水中后，淀粉在糊化过程中酯化改性而制得；所述微细改性木质粉是粉碎的木质物与硬脂酸在气流粉碎机中细化分散而制得。

优选的，所述交联剂为硼砂、偏磷酸钠、三聚磷酸钠中的一种或两种以上的组合。

优选的，所述无机填料为滑石粉、碳酸钙粉、膨润土粉中的一种或两种以上的组合。

优选的，所述助膜剂为丙烯酸乳液，固含量为40±1%。

优选的，所述淀粉为木薯淀粉、玉米淀粉中的一种或两种。

优选的，所述酯化剂为硬脂酸、月桂酸、豆蔻酸、棕榈酸、油酸、亚油酸中的一种或两种以上的组合。

优选的，所述木质物为秸秆粉、落叶、木屑中的一种或两种以上的组合。

本发明还提供了一种低成本快速降解的农用塑料地膜的制备方法，具体制备方法如下：

（1）将木质物粉碎，然后加入硬脂酸，在气流粉碎机中进行细化分散，细化至粒径小于10微米，得到微细改性木质粉；所述木质物与硬脂酸的质量配合比例为100:3-6；

（2）将淀粉、酯化剂、淀粉酶加入水中，在60-80℃下搅拌糊化，淀粉在淀粉酶、温度作用下结晶度降低糊化，并被酯化剂改性为具有耐水性的酯化淀粉糊；所述淀粉、酯化剂、淀粉酶、水的质量配合比为100:3-5:0.01-0.02:300-350；

（3）将酯化淀粉糊与微细改性木质粉、交联剂、无机填料、助膜剂分散均匀制备得到浆料；所述酯化淀粉糊与微细改性木质粉、交联剂、无机填料、助膜剂的质量配合比为100:10-20:0.5-1:5-10:20-30；

（4）将浆料转入浆料池中，维持温度在40-60℃，在装料池上部设置旋转的高温辊，当辊筒缓慢转动时，辊筒表面附着一层浆料并热固化干燥成膜，同时连续揭膜，送入三组定型压辊中进行定型、卷取辊中进行卷取，得到一种低成本快速降解的农用塑料地膜。

优选的，步骤（1）中所述气流粉碎的气流压力为0.8-1.2MPa，分散时间为20-30s。

优选的，步骤（4）中所述高温辊的辊筒温度设置为100-120℃，转动线速度为20-30cm/s。

公知的，淀粉具有良好的生物降解性能。淀粉分子中含有大量羟基，大分子间相互作用力很强，难以熔融加工，这些羟基能够发生酯化、醚化、接枝、交联等化学反应，利用这些化学反应对淀粉进行改性，减少羟基，改变其原有的结构，从而将原淀粉转变成热塑性淀粉，有利于淀粉制品的加工；另一方面，淀粉具有半结晶的颗粒结构，其颗粒中一部分分子排列成疏松的非晶区(无定形区)，另一部分分子则排列成高度有序的结晶区，结晶区非常牢固，对水、酶及化学试剂有较强的抵抗能力，阻碍淀粉的降解，对淀粉进行改性，提高淀粉分子的反应活性，有利于加速淀粉的降解过程。本发明采用淀粉酶对淀粉进行糊化，并以酯化剂进行酯化改性，可以提高淀粉的可加工性和降解速度。

进一步的，本发明在淀粉浆料中加入交联剂，提高地膜的耐水性。交联剂通常是分子中含多个官能团的物质，或是分子内含有多个不饱和双键的化合物，主要用在高分子材料中。由于高分子材料的分子结构就像一条长长的线，未交联时强度低，易拉断，且没有弹性，易受外界水的侵蚀。交联剂的作用就是在线型的分子之间产生化学键，使线型分子相互连在一起，形成网状结构。在浆料中加入交联剂，使淀粉分子发生进一步交联，有助于提高成膜后的耐水性。

更进一步的，本发明采用高温辊连续成膜的方法，将酯化淀粉糊裹覆木质粉和无机粉，在丙烯酸乳液助膜下，通过低速转动的高温辊，通过热干燥固化成膜，其成膜过程连续化。通过对辊筒大小的调整，可获得不同幅宽的塑料膜。而且，这种成膜方法与吹制成膜、压延成膜相比，对原料的要求低，成本降低，并且不需要螺杆挤出造粒，可将耐热性较差的生物材料制成薄膜。

现有的农用降解地膜采用聚乳酸（PLA）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、二氧化碳聚合物（PPC）、聚己内酯（PCL）、聚羟基脂肪酸酯（PHA）等，具有加工难度大、成本高、降解周期长的缺陷。鉴于此，本发明提出一种低成本快速降解的农用塑料地膜，在气流粉碎机中采用硬脂酸在0.8-1.2MPa的气流压力下对木质物进行微细改性，得到粒径10微米以下的微细改性木质粉；然后以酯化剂、淀粉酶在60-80℃下对植物淀粉进行糊化及酯化改性，得到酯化淀粉糊；接着将酯化淀粉糊与微细改性木质粉、交联剂、无机填料、助膜剂分散均匀制备得到浆料；进一步将浆料通过100-120℃的高温辊筒进行热固化干燥成膜，经连续揭膜、压辊定型、卷取，制得低成本快速降解的农用塑料地膜。本发明的原料价廉易得、生产设备简单、制备方法简单易操作，产品稳定性良好，制得的农用塑料地膜，具有优异的保水、保湿效果，且在一年内完全降解，不会导致土壤板结，膜幅宽可根据辊筒大小任意调节。

本发明提出一种低成本快速降解的农用塑料地膜及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：

1、本发明的制备方法，通过将淀粉制备成糊化浆状，然后裹覆木质粉和无机粉，在丙烯酸乳液助膜下，通过热干燥固化成膜，形成薄膜的过程是连续的，其易于规模化生产，生产设备简单，膜幅宽可以根据辊筒大小任意调整。

2、本发明的制备方法，无需螺杆挤出造粒，克服了现有生物塑料材料耐热性差难以热塑加工的问题，为规模化推广生物塑料在农用地膜的应用提供了可靠的技术支撑。

3、本发明制备的地膜具有优异的保水、保湿效果，且在一年内完全降解，不会导致土壤板结，环保性和经济性兼顾。

附图说明

图1：本发明步骤（4）利用滚筒表面浸染浆料并热固化干燥成膜的工艺示意图，其中，1-浆料池；2-高温辊；3-定型压辊；4-卷取辊；

图2：实施例1得到的农用地膜，经自然光照射4个月后的自然崩解图。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本发明的范围内。

实施例1

（1）将木屑粉碎，然后加入硬脂酸，在气流粉碎机中，在0.8MPa的气流压力下细化分散30s，细化至粒径小于10微米，得到微细改性木质粉；木质物与硬脂酸的质量配合比例为100:6；

（2）将玉米淀粉、亚油酸、淀粉酶加入水中，在75℃下搅拌糊化，淀粉在淀粉酶、温度作用下结晶度降低糊化，并被酯化剂改性为具有耐水性的酯化淀粉糊；淀粉、酯化剂、淀粉酶、水的质量配合比为100:3:0.01:350；

（3）按质量配合比100:10:0.5:10:20将酯化淀粉糊、微细改性木质粉、三聚磷酸钠、滑石粉、固含量为40%的丙烯酸乳液分散均匀制备得到浆料；

（4）如附图1所示，将浆料转入浆料池1中，维持温度在55℃，在装料池上部设置旋转的、温度为100℃的高温辊2，当辊筒以20cm/s的线速度缓慢转动时，辊筒表面附着一层浆料并热固化干燥成膜，同时连续揭膜，送入三组定型压辊3中进行定型、卷取辊4中进行卷取，得到一种低成本快速降解的农用塑料地膜。

将得到的薄膜经自然光照射4个月，如附图2所示，薄膜已完全崩解为碎块，强度几乎损失。其崩解碎片进入土壤不会导致土壤板结。

实施例2

（1）将木屑粉碎，然后加入硬脂酸，在气流粉碎机中，在1.1MPa的气流压力下细化分散28s，细化至粒径小于10微米，得到微细改性木质粉；木质物与硬脂酸的质量配合比例为100:4；

（2）将玉米淀粉、棕榈酸、淀粉酶加入水中，在80℃下搅拌糊化，淀粉在淀粉酶、温度作用下结晶度降低糊化，并被酯化剂改性为具有耐水性的酯化淀粉糊；淀粉、酯化剂、淀粉酶、水的质量配合比为100:4:0.02:300；

（3）按质量配合比100:12:0.7:6:22将酯化淀粉糊、微细改性木质粉、硼砂、膨润土粉、固含量为40%的丙烯酸乳液分散均匀制备得到浆料；

（4）将浆料转入浆料池中，维持温度在45℃，在装料池上部设置旋转的、温度为115℃的高温辊，当辊筒以30cm/s的线速度缓慢转动时，辊筒表面附着一层浆料并热固化干燥成膜，同时连续揭膜，送入三组定型压辊中进行定型、卷取辊中进行卷取，得到一种低成本快速降解的农用塑料地膜。

实施例3

（1）将木屑粉碎，然后加入硬脂酸，在气流粉碎机中，在1MPa的气流压力下细化分散25s，细化至粒径小于10微米，得到微细改性木质粉；木质物与硬脂酸的质量配合比例为100:5；

（2）将淀粉、豆蔻酸、淀粉酶加入水中，在70℃下搅拌糊化，淀粉在淀粉酶、温度作用下结晶度降低糊化，并被酯化剂改性为具有耐水性的酯化淀粉糊；淀粉、酯化剂、淀粉酶、水的质量配合比为100:4:0.01:320；

（3）按质量配合比100:15:0.8:8:28将酯化淀粉糊、微细改性木质粉、三聚磷酸钠、膨润土粉、固含量为40%的丙烯酸乳液分散均匀制备得到浆料；

（4）将浆料转入浆料池中，维持温度在50℃，在装料池上部设置旋转的、温度为110℃的高温辊，当辊筒以25cm/s的线速度缓慢转动时，辊筒表面附着一层浆料并热固化干燥成膜，同时连续揭膜，送入三组定型压辊中进行定型、卷取辊中进行卷取，得到一种低成本快速降解的农用塑料地膜。

实施例4

（1）将落叶粉碎，然后加入硬脂酸，在气流粉碎机中，在0.8MPa的气流压力下细化分散30s，细化至粒径小于10微米，得到微细改性木质粉；木质物与硬脂酸的质量配合比例为100: 6；

（2）将玉米淀粉、月桂酸、淀粉酶加入水中，在60℃下搅拌糊化，淀粉在淀粉酶、温度作用下结晶度降低糊化，并被酯化剂改性为具有耐水性的酯化淀粉糊；淀粉、酯化剂、淀粉酶、水的质量配合比为100:3:0.01:350；

（3）按质量配合比100:20:0.5:10:20将酯化淀粉糊、微细改性木质粉、偏磷酸钠、碳酸钙粉、固含量为40%的丙烯酸乳液分散均匀制备得到浆料；

（4）将浆料转入浆料池中，维持温度在40℃，在装料池上部设置旋转的、温度为100℃的高温辊，当辊筒以30m/s的线速度缓慢转动时，辊筒表面附着一层浆料并热固化干燥成膜，同时连续揭膜，送入三组定型压辊中进行定型、卷取辊中进行卷取，得到一种低成本快速降解的农用塑料地膜。

实施例5

（1）将秸秆粉粉碎，然后加入硬脂酸，在气流粉碎机中，在1.2MPa的气流压力下细化分散20s，细化至粒径小于10微米，得到微细改性木质粉；木质物与硬脂酸的质量配合比例为100:3；

（2）将淀粉、硬脂酸、淀粉酶加入水中，在80℃下搅拌糊化，淀粉在淀粉酶、温度作用下结晶度降低糊化，并被酯化剂改性为具有耐水性的酯化淀粉糊；淀粉、酯化剂、淀粉酶、水的质量配合比为100:3: 0.02:300；

（3）按质量配合比100:10:1:5:30将酯化淀粉糊、微细改性木质粉、硼砂、滑石粉、固含量为40%的丙烯酸乳液分散均匀制备得到浆料；

（4）将浆料转入浆料池中，维持温度在60℃，在装料池上部设置旋转的、温度为100℃的高温辊，当辊筒以20cm/s的线速度缓慢转动时，辊筒表面附着一层浆料并热固化干燥成膜，同时连续揭膜，送入三组定型压辊中进行定型、卷取辊中进行卷取，得到一种低成本快速降解的农用塑料地膜。