一种可降解地膜及其制备方法与流程

1.本发明属于可降解材料技术领域，具体涉及一种可降解地膜及其制备方法。


背景技术：

2.随着现代农业的发展，农用地膜量日益增大，然而由于塑料薄膜不可降解，造成了严重的土壤污染。为解决塑料薄膜造成的农业面源污染，可降解地膜应运而生。生物可降解地膜是对环境最为友好的一类地膜。生物降解塑料可分为不完全生物降解塑料和完全生物降解塑料，不完全生物降解塑料是指在自然界中不能完全降解的塑料，长期使用仍会造成污染。完全生物降解塑料主要是由天然高分子(如淀粉、纤维素、甲壳质)或农副产品合成具有生物降解性的高分子制得，这类塑料在自然环境条件下可通过微生物作用而引起降解，其降解的最终产物为二氧化碳和水，也不会对环境产生二次污染。但是，目前用于农业生产的可降解地膜均存在着拉伸强度不高，在使用过程中容易破裂的问题。因此，改善地膜的拉伸强度、韧性等力学性能变得越来越重要。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种拉伸强度高、韧性好的可降解地膜。
4.本发明的第二个目的在于提供上述可降解地膜的制备方法。
5.为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
6.一种可降解地膜，其原料包括重量份为70-90份的植物淀粉和10-30份的植物纤维，所述植物纤维包括秸秆和甘蔗皮，所述秸秆与甘蔗皮的重量比为3-5:1。
7.优选地，所述植物淀粉为土豆淀粉或玉米淀粉。
8.优选地，其原料包括重量份为80份的植物淀粉和20份的植物纤维，植物纤维中，秸秆与甘蔗皮的重量比为4:1。
9.所述可降解地膜的制备方法，包括如下步骤：
10.一、将植物淀粉进行改性处理，使其具备热塑性；
11.二、将秸秆纤维进行改性处理，使其具备热塑性；将甘蔗皮纤维进行改性处理，使其具备热塑性；
12.三、将改性植物纤维加入改性植物淀粉中，混合均匀；
13.四、将混合料浆经过挤出机挤出后通过吹膜机制成塑料薄膜。
14.所述步骤一中，对植物淀粉的改性处理包括：
15.将植物淀粉加入水中，加热至70-80℃，搅拌至糊化，冷却至常温，植物淀粉与水的比例是100g：300-400ml；在冷却的糊化淀粉中加水，搅拌，然后通入氮气，再加入环氧丙烷，搅拌30-60min，升温至45-50℃，反应6-8h，形成改性植物淀粉；糊化淀粉与水的比例为100g：30-40ml。
16.所述步骤二中，对植物纤维的改性处理包括：将秸秆粉碎成秸秆粉末，加入4-5％的碱溶液中蒸煮，蒸煮温度为85-95℃，蒸煮时间为3-4h，得秸秆纤维浆即改性秸秆纤维；
17.将甘蔗皮粉碎成粉末，加入7-15％的naoh溶液中，搅拌2-3h，物液比为10g:80-100ml，然后冲洗至中性，烘干，烘箱温度90-110℃，时间8-12小时；按照3ml：80-100ml的比例将硅烷偶联剂kh-550溶于无水乙醇中，混合均匀后喷淋到甘蔗皮粉末的表面，得改性甘蔗皮纤维。
18.本发明具有如下有益效果：
19.1、本发明提供的可降解地膜，以植物淀粉、秸秆纤维和甘蔗皮纤维复合而成，由于各种原料的分子量大小不同，分子长短不一，因此，复合而成的地膜力拉伸强度高，韧性好。
20.2、本发明提供的可降解地膜，以植物淀粉、秸秆、甘蔗皮为原料，原料易得，成本低。
21.3、本发明提供的可降解地膜的制备方法，采用常规的操作方法和设备，操作简单，易于实现。
具体实施方式
22.下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
23.一种可降解地膜，原料包括重量为70-90份的植物淀粉和10-30份的植物纤维，所述植物纤维包括秸秆和甘蔗皮，所述秸秆与甘蔗皮的重量比为10-15:2-3。
24.所述植物淀粉为土豆淀粉或玉米淀粉。
25.淀粉在高等植物中含量很高，且提取简单。淀粉是由单一类型的糖单元组成的多糖，是碳水化合物贮藏的主要形式，淀粉的通用分子式为(c6h10o5)n，淀粉的分子结构中有大量的的羟基，且分解温度低于它的熔点，不具备热塑性，因此需要对淀粉进行改性处理。淀粉的改性处理，就是要打破其原有的氢键作用，使得结晶结构被破坏，从而具备热塑性。但单纯的热塑性淀粉的力学性能较低，不能达到农用地膜的要求。研究发现，塑化的淀粉基体与植物纤维分子间可以形成氢键，具有较好的空间网状结构，二者复合的材料力学性能更好。由于各种植物纤维的分子量大小不一，纤维长度不同，不同的植物纤维复合，具有补强的作用。本发明采用秸秆纤维与植物淀粉复合，同时添加少量的甘蔗皮纤维补强，以提高地膜的力学性能。
26.甘蔗皮是甘蔗的外表皮，甘蔗纤维主要集中在甘蔗皮下的皮下纤维层中。纤维在纤维素酶的作用下也能发生降解。纤维也是由葡萄糖单元组成，但其结构更加规整，相互聚集形成高度结晶的多层堆砌结构基纤维。由于纤维分子间具有很强的氢键，难以塑化，不易成膜，因此，需要对其进行改性。
27.本发明采用偶联剂改性甘蔗皮纤维，其原理是偶联剂中带有多种官能团，有些官能团与纤维上的官能团之间以氢键连接，有些官能团与淀粉中的官能团及秸秆纤维中的官能团形成氢键，从而起到补强的作用。
28.实施例1采用重量份为80份的植物淀粉和20份的植物纤维，植物纤维中，秸秆与甘蔗皮的重量比为4:1。
29.实施例2采用采用重量份为70份的植物淀粉和30份的植物纤维，植物纤维中，秸秆与甘蔗皮的重量比为5:1。
30.实施例3采用重量份为90份的植物淀粉和10份的植物纤维，植物纤维中，秸秆与甘蔗皮的重量比为3:1。
31.实施例中的植物淀粉选用红薯淀粉，秸杆选用麦秆。
32.上述可降解地膜的制备方法，包括如下步骤：
33.一、将植物淀粉进行改性处理，使其具备热塑性；具体操作方式为：将红薯淀粉加入水中，加热至80℃，搅拌至糊化，冷却至常温，红薯淀粉与水的比例是100g：300ml；在冷却的糊化淀粉中加水，搅拌，然后通入氮气，再加入环氧丙烷，搅拌60min，升温至50℃，反应8h，形成改性植物淀粉；糊化淀粉与水的比例为100g：30ml。
34.二、将秸秆纤维进行改性处理，使其具备热塑性；具体操作方式是，将麦秆粉碎成麦秸粉末，加入5％的naoh碱溶液中蒸煮，蒸煮温度为90℃，蒸煮时间为4h，得麦秸纤维浆即改性麦秸纤维；
35.将甘蔗皮纤维进行改性处理，使其具备热塑性；具体操作方式是，将甘蔗皮粉碎成粉末，加入15％的naoh溶液中，搅拌3h，物液比为10:90ml，然后冲洗至中性，烘干，烘箱温度100℃，时间10小时；按照3ml：80ml的比例将硅烷偶联剂kh-550溶于无水乙醇中，混合均匀后喷淋到甘蔗皮粉末的表面，得改性甘蔗皮纤维。
36.三、将改性秸秆纤维和改性甘蔗皮纤维均加入改性植物淀粉中，混合均匀；
37.四、将混合料浆经过挤出机挤出后通过吹膜机制成塑料薄膜。
38.将上述实施例得到的地膜进行检测，实验结果如下表1：
39.表1
[0040][0041][0042]
由表1可知，本发明提供的可降解地膜具有可降解性和较高的力学性能，拉伸强度可达36mpa以上，同时，扯断伸长率达到126％以上，说明该地膜具有良好的弹性和可伸缩性。采用土壤填埋法，30天降解率在25％以上，60天降解率达到50％左右，90天降解率达到70％左右，说明该地膜不但能够满足大部分作物的生长需要，而且也满足了降解要求。
[0043]
本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。