一种生物降解地膜及其制备方法与流程

本发明涉及高分子环保材料，尤其涉及一种生物降解地膜及其制备方法。

背景技术：

1、在农业领域，生物降解地膜的应用正日益广泛。由于传统塑料地膜在使用后往往难以降解，造成严重的土壤污染，而生物降解地膜则能有效解决这一问题。生物降解地膜是一种由生物降解材料制成的农田覆盖薄膜。这种地膜能在土壤微生物的作用下逐渐分解，最终转化为水、二氧化碳和生物质等无害物质。根据其降解机理，生物降解地膜主要分为完全生物降解和添加型生物降解两类。完全生物降解地膜由可完全分解的材料制成，如聚乳酸或聚羟基脂肪酸酯。而添加型生物降解地膜则是在传统塑料中添加生物降解剂，以加速其分解过程。此外，根据原材料的不同，生物降解地膜还可以细分为淀粉基、纤维素基等，这些分类主要基于地膜的制造原料。目前，全球多国都在积极推广生物降解地膜的使用，特别是在有机农业和绿色农业中。农民和农业企业越来越认识到生物降解地膜的环保优势，纷纷采用以替代传统地膜。同时，政府也通过提供补贴、税收优惠等政策措施来鼓励其使用。随着生物降解材料技术的不断进步和成本的降低，预计未来生物降解地膜将在农业生产中发挥更大的作用。

2、中国专利公开号cn107325502公开了一种保水增肥可生物降解农用地膜及其制备方法，包括：将研磨后的低阶煤与koh溶液加热至40-90℃，反应后趁热抽滤得滤液，冷却，调节ph值至酸性，静置至无固定物析出，然后进行减压抽滤，将滤饼干燥，得到低阶煤基腐殖酸；将低阶煤基腐殖酸与亲水性单体、引发剂、交联剂反应制备低阶煤基腐殖酸高吸水树脂；取可生物降解材料和低阶煤基腐殖酸高吸水树脂，混合造粒、吹膜，制得保水增肥可生物降解农用地膜。

3、中国专利公开号cn113999502公开了一种抗uv老化的生物降解地膜及其制备方法，包括以下步骤：将二维层状材料与紫外线吸收剂加入到二氯甲烷溶液中混合，探头超声处理，然后加入生物降解树脂继续搅拌；所得产物离心干燥，得到抗uv老化成分；将制备的抗老化成分、生物降解树脂和其它助剂混合均匀，然后在160-180℃吹塑成型，得到的抗uv老化生物降解地膜。

4、上述技术方案中地膜虽然具有生物降解功能，但是地膜的阻隔性能一般，不能对土壤起到较好的保温作用和阻止土壤水分的蒸发。

技术实现思路

1、本发明为了克服以上现有技术问题，提供生物降解地膜及其制备方法。本发明生物降解地膜具有优良的阻隔性能，对土壤具有良好的保温作用和阻止土壤中水分的蒸发的作用。

2、为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种生物降解地膜，包括按重量份计的下述组分：

4、聚丁二酸丁二醇酯50-60份，聚羟基脂肪酸酯20-30份，改性云母片粉10-15份，柠檬酸三丁酯1-3份，水杨酸1-3份，2,4,6-三甲基-2,4,6-三苯基环三硅氧烷0.5-1份。

5、在本发明技术方案中，使用聚丁二酸丁二醇酯和聚羟基脂肪酸酯作为生物降解树脂，使用柠檬酸三丁酯作为增塑剂，水杨酸作为光稳定剂，2,4,6-三甲基-2,4,6-三苯基环三硅氧烷作为紫外线吸收剂。为提高地膜的阻隔性能，本发明在地膜中掺杂云母片粉，云母粉具有层状结构，当其分散在塑料基体中时，会形成一种天然的屏障，从而提高对气体阻隔性。另外，当地膜中树脂成分降解后，云母片粉能分散在土壤中，云母片粉中含有多种植物生长所需的营养元素，如钾、镁、硅等，这些元素可以缓慢释放，供植物吸收利用，同时，云母片粉具有吸附土壤中有害物质的能力，如重金属和有机污染物，有助于减轻这些物质对植物和环境的负面影响。

6、作为优选，所述改性云母片粉的制备方法包括以下步骤：

7、s1，将硅酸钠和十二烷基苯磺酸钠加入去离子水中搅拌溶解，得到混合溶液，将云母片粉加入混合溶液中，搅拌均匀，得到悬浮液；

8、s2，在悬浮液搅拌的条件下，向悬浮液中滴加盐酸调节ph至5，加热至50℃，保温反应3h，经过过滤分离、洗涤、干燥，得到复合粒子中间体；

9、s3，将复合粒子中间体置于马弗炉中煅烧，冷却，得到二氧化硅-云母片粉复合粒子；

10、s4，将环氧丙基十二烷基二乙基氯化铵加入去离子水中搅拌溶解配制成环氧丙基十二烷基二乙基氯化铵溶液，然后向环氧丙基十二烷基二乙基氯化铵溶液中添加聚乙烯亚胺，加热至80℃，保温反应，经过减压蒸馏和真空干燥，得到聚乙烯亚胺改性环氧丙基十二烷基二乙基氯化铵；

11、s5，将二氧化硅-云母片粉复合粒子加入去离子水中，搅拌分散均匀，得到悬浮液；向悬浮液中添加聚乙烯亚胺改性环氧丙基十二烷基二乙基氯化铵，加热搅拌反应，经过离心分离、洗涤、干燥，得到改性云母片粉。

12、在本发明技术方案中，如上述，通过在地膜中掺杂云母片粉，提高地膜的阻隔性能，但是由于云母片粉为片状结构，层与层之间的距离较小，在地膜制备过程中，极易在树脂中发生团聚问题，影响云母片粉对地膜阻隔性能的提高。因此，本发明对云母片粉进行改性处理，使用聚乙烯亚胺对环氧丙基十二烷基二乙基氯化铵进行改性，制备聚乙烯亚胺改性环氧丙基十二烷基二乙基氯化铵，利用环氧丙基十二烷基二乙基氯化铵具有插入云母片粉层间的能力，将聚乙烯亚胺插入云母片粉层间，由于聚乙烯亚胺为超支化分子结构，具有较大的空间位阻，能显著提高云母片粉层与层之间距离，从而提高云母片粉在树脂中的分散性能，进而提高地膜的阻隔性能。

13、如上述，通过在膜中掺杂云母片粉，并提高其在树脂中的分散性能，进而提高地膜的阻隔性能。但是，进一步存在的问题是：云母片粉掺杂在树脂中后，造成地膜的机械强度下降，在地膜制备过程拉伸步骤中，地膜容易出现开裂现象。因此，本发明进一步对云母片粉进行改性处理，以硅酸钠为原料、云母片粉为基体，在云母片粉颗粒表面制备纳米二氧化硅，纳米二氧化硅结合在云母片粉表面后能够提高其表面的粗糙度，提高云母片粉与树脂之间的结合作用力，从而提高地膜的机械强度，避免地膜在制备过程中由于拉伸出现开裂现象。

14、作为优选，所述步骤s1中，云母片粉与硅酸钠的质量比为1:2-3.7。

15、本发明为使云母片粉表面结合充足的纳米二氧化硅，提高地膜的机械强度，控制云母片粉与硅酸钠的质量比小于1:2。但是，随着硅酸钠添加量的提高，本发明团队意外发现，当云母片粉与硅酸钠的质量比小于1:3.7时，地膜的阻隔性能出现大幅下降，这可能是因为云母片粉表面结合大量纳米二氧化硅后，云母片粉具有更大的表面积，其与树脂之间形成更多的空隙结构，进而造成地膜的阻隔性能下降。因此，本发明同时控制云母片粉与硅酸钠的质量比大于1:3.7。

16、如上述，本发明通过在云母片粉颗粒表面制备纳米二氧化硅，提高云母片粉与树脂之间的结合作用力，进而提高地膜的机械强度。

17、作为优选，所述步骤s3中，煅烧温度为450-480℃。

18、作为优选，所述步骤s4中，环氧丙基十二烷基二乙基氯化铵与聚乙烯亚胺的质量比为1:0.3-0.8。

19、作为优选，所述步骤s5中，二氧化硅-云母片粉复合粒子与聚乙烯亚胺改性环氧丙基十二烷基二乙基氯化铵的质量比为1:2-5。

20、作为优选，所述步骤s5中，反应温度为50-60℃。

21、一种生物降解地膜的制备方法，包括以下步骤：

22、将聚丁二酸丁二醇酯、聚羟基脂肪酸酯、改性云母片粉、柠檬酸三丁酯、水杨酸和2,4,6-三甲基-2,4,6-三苯基环三硅氧烷搅拌混合均匀后加入螺杆挤出机中熔融塑化，通过环形模口挤出，从模口中心充入干燥空气，并与安装在模口部位的冷却风环共同作用，对挤出的高温熔体同时进行横向和纵向的拉伸，最后经过机架上部的牵引装置引出，然后导入收卷装置收成成品。

23、本发明具有以下有益效果：

24、1)通过在地膜中掺杂云母片粉，云母粉具有层状结构，当其分散在塑料基体中时，会形成一种天然的屏障，从而提高对气体阻隔性，对土壤具有良好的保温作用和阻止土壤中水分的蒸发的作用；

25、2)使用聚乙烯亚胺对环氧丙基十二烷基二乙基氯化铵进行改性，制备聚乙烯亚胺改性环氧丙基十二烷基二乙基氯化铵，利用环氧丙基十二烷基二乙基氯化铵具有插入云母片粉层间的能力，将聚乙烯亚胺插入云母片粉层间，由于聚乙烯亚胺为超支化分子结构，具有较大的空间位阻，能显著提高云母片粉层与层之间距离，从而提高云母片粉在树脂中的分散性能，进而提高地膜的阻隔性能；

26、3)以硅酸钠为原料、云母片粉为基体，在云母片粉颗粒表面制备纳米二氧化硅，纳米二氧化硅结合在云母片粉表面后能够提高其表面的粗糙度，提高云母片粉与树脂之间的结合作用力，从而提高地膜的机械强度，避免地膜在制备过程中由于拉伸出现开裂现象。