一种多功能可控多层共挤生物降解地膜及其制备方法

本发明属于农用地膜材料，具体涉及一种多功能可控多层共挤生物降解地膜及其制备方法。

背景技术：

1、聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯(pbat)，属于热塑性生物降解塑料，是己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物，兼具pba和pbt的特性，既有较好的延展性和断裂伸长率，也有较好的耐热性和冲击性能；此外，还具有优良的生物降解性，是生物降解塑料研究中非常受欢迎和市场应用最好降解材料之一。聚乳酸(pla)又称聚丙交酯，是以乳酸为主要原料聚合得到的聚酯类聚合物，是一种新型的生物降解材料。其透光性优异，具有良好的生物可降解性，但是韧性较差。利用pbat和pla共聚制备的复合型生物降解地膜可以有效的融合二者的优势。这种复合型地膜在现有技术中已有报道。

2、但是现有的生物降解地膜的改进方向通常在于改进地膜的生物降解性能、加工性能或者力学性能等。因此大多为通用性地膜，不能与作物生育期环境和调控需要相对应，产量常低于聚乙烯地膜，生态效益好，但经济效益不突出，很难被农民接受。如，马铃薯前期需要的功能有抑草、增温、保墒，后期需要的功能有：透气、保水、降温、抑菌。如，花生前期需要增温保墒、后期需要降温增渗、调节作物生长；再如，盐碱地作物需要集抑草抑菌、抑盐促生、高水气阻隔、流滴保水等多功能于一体。

3、但是，现有生物降解地膜功能单一，多只有保温保墒的功能，不能满足不同作物的动态需求。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种多功能可控多层共挤生物降解地膜及其制备方法，其在具备保温保墒功能的同时通过设置三层结构还能够实现调节作物生长的作用，而且其功能层可以通过原料和配比的微调满足不同作物生长的要求。

2、本发明为达到上述目的，采用的技术方案如下：

3、本发明第一方面的技术方案在于提供了一种多功能可控多层共挤生物降解地膜，根据其使用方向，由上自下依次包括骨架层、功能层和控释层；所述骨架层、所述功能层和所述控释层均以pbat(热塑性生物降解塑料，聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯)和pla(聚乳酸)为树脂基体；其中，所述骨架层的原料中还包括增强增韧母粒；所述功能层的原料中还包括功能母粒；所述控释层的原料中还包括淀粉基衍生物。

4、所述骨架层的厚度为地膜总厚度的1/3～1/2；所述控释层的厚度为地膜总厚度的1/6～1/3，其余为功能层。

5、本发明的多功能可控多层共挤生物降解地膜具有三层结构，其中骨架层中添加了增韧增强母粒，主要起保证力学强度的作用，功能层添加了作物需要营养成分、生长调节剂成分和杀虫成分等等，可以根据作物需要调控其生长能力；控释层中添加了淀粉基衍生物，使其具有良好的控释能力，便于功能成分中活性成分的缓慢释放。

6、作为本发明的进一步改进，以质量分数计，所述骨架层的原料包括pla8～15％，增强增韧母粒1～6％，色母粒0～1％，其余为pbat；所述功能层的原料包括pla 11～19％，功能母粒1～7％，色母粒0～4％，其余为pbat；所述控释层的原料包括pla4～17％，淀粉基衍生物母粒5～18％，其余为pbat；所述色母粒为黑色色母粒。当色母粒添加量为0时，地膜为透明的，当色母粒的添加量不为0时，地膜显示黑色。

7、进一步优选的，以质量分数计，所述骨架层的原料包括pla8～15％，增强增韧母粒1～6％，色母粒0～1％，其余为pbat；所述功能层的原料包括pla11～19％，功能母粒1～7％，色母粒2～4％，其余为pbat；所述控释层的原料包括pla 4～17％，淀粉基衍生物母粒5～18％，其余为pbat。由这一原料组分制备的生物降解地膜更适于盐碱地使用，其水气高阻隔、流滴性强，以降低水气通过量、形成膜内水分微循环，进而达到以水控盐的目的。不仅解决聚乙烯地膜的“白色污染”问题，而且调水控盐、抑盐促生，显著增产增收、节本增效。

8、作为本发明的另一步改进，以质量分数计，所述骨架层的原料包括pla 8～16％，增强增韧母粒2～6％，色母粒0～2％，其余为pbat；所述功能层的原料包括pla 6～14％，功能母粒3～5％，色母粒0～5％，其余为pbat；所述控释层的原料包括pla5～12％，淀粉基衍生物母粒5～16％，其余为pbat；所述色母粒为黑色色母粒。

9、进一步优选，以质量分数计，所述骨架层的原料包括pla 8～16％，增强增韧母粒2～6％，色母粒1～2％，其余为pbat；所述功能层的原料包括pla 6～14％，功能母粒3～5％，色母粒1～5％，其余为pbat；所述控释层的原料包括pla5～12％，淀粉基衍生物母粒5～16％，其余为pbat。该原料组成制备的生物降解地膜更适用于花生种植，其不影响果针下扎，前期增温保墒，后期降温增渗，保证花生全生长期的环境需求，有利于花生生长。

10、作为本发明的另一步改进，以质量分数计，所述骨架层的原料包括pla12～17％，增强增韧母粒1～4％，色母粒0～2％，其余为pbat；所述功能层的原料包括pla7～19％，功能母粒2～6％，色母粒0～5％，其余为pbat；所述控释层的原料包括pla 11～17％，淀粉基衍生物母粒8～19％，其余为pbat；所述色母粒为黑色色母粒。

11、进一步优选的，以质量分数计，所述骨架层的原料包括pla12～17％，增强增韧母粒1～4％，色母粒1～2％，其余为pbat；所述功能层的原料包括pla7～19％，功能母粒2～6％，色母粒1～5％，其余为pbat；所述控释层的原料包括pla11～17％，淀粉基衍生物母粒8～19％，其余为pbat。该原料组成制备的生物降解地膜更适用于马铃薯种植。马铃薯前期需要的功能有抑草、增温、保墒，后期需要的功能有透气、保水、降温、抑菌。现有生物降解地膜功能单一，多只有保温保墒功能，不能满足马铃薯环境的动态需求。本发明的生物降解地膜可以抑草抑菌、动态调控、前期增温保墒、后期降温增透、调节作物生长等多功能的马铃薯专用可控生物降解地膜，不仅解决聚乙烯地膜的“白色污染”问题，而且显著增产增收，节本增效。

12、进一步的改进在于，所述控释层上还包括涂覆层，需要说明的是，涂覆层的厚度不计入总厚度；其中，所述涂覆层原料包括杀虫剂、害虫趋避剂或植物生长调节剂。

13、进一步的改进在于，所述功能层的层数为1～3层。

14、进一步的改进在于，所述功能母粒中含有抑菌剂、生长调节剂、保水剂、水气阻隔剂、流滴剂和增温剂中的至少一种。

15、进一步的改进在于，所述抑菌剂为辣椒素；所述生长调节剂为宛氏拟青霉提取物；所述保水剂为聚丙烯酰胺类；所述流滴剂为kf65020或kf65015；所述水气阻隔剂为热塑性聚氨酯弹性体；所述增温剂为类水滑石基高分子聚合物；所述色母粒优选为生物基黑色母粒。

16、保温剂的加入，有利于增温促进作物生长。而保水剂和阻隔剂的加入有利于把水保持在土壤中，一方面提高了作物水分利用效率，另一方面降低了水分能量以控制盐分在表层土壤富集。生长调节剂的加入，有利于调节作物生长，促生促产，实现盐碱地产能提升。植物源杀生剂、害虫驱避剂或植物生长调节剂浓缩液的利用，有利于绿色防治病虫草害并加强作物生长调控。而具体的功能期可根据作物的需求，通过pbat、pla与淀粉基衍生物的比例调整实现，pbat较低、而后两者较高时降解期变短。如在春季马铃薯上应用，地膜的黑色母粒、保温剂、保水剂可以选择较高比例，而控释期可以较短，以增强马铃薯生长后期透气性和降水入渗。而用到秋马铃薯上时，则可相反，以达到后期较高的保温、保水效果，以补偿气温下降和干旱对其的影响，从而实现增产增收的目的。

17、本发明的地膜可以为透明的，也可以为黑色的。其中优选的为黑色，当其为透明颜色时，升温速率稍低，对作物增产增收的促进作用主要是其他因素导致。而通过生物基黑色母粒的添加，可以实现地膜颜色的可控，由于生物基黑色母粒可以降解，前期黑色地膜抑草保温，后期黑色降解并通过控释层释放到土壤中，地膜变淡，保温效果降低，利于水分入渗。本发明第二方面的技术方案在于提供了一种多功能可控多层共挤生物降解地膜的制备方法，用双螺杆挤出机制备，包括如下步骤：

18、按照质量比例将各层原料混合，制备各层原料母粒；

19、按照各层需求的加工层数选择各层对应的筒数，加入原料；经模口提膜、吹塑、过牵引和收卷，制得所述多功能可控多层共挤生物降解地膜。

20、本发明进一步的改进在于，还包括制备涂覆层的步骤；制备所述涂覆层的步骤为，在所述多功能可控多层共挤生物降解地膜的控释层表面涂覆所述涂覆层原料，所述涂覆层原料有效成分用量0.05～0.75g/m2。

21、本发明具有如下的技术效果：

22、本发明制备的地膜包括三层结构，分别为骨架层、功能层和控释层。三个膜层的树脂基体相同，增加了相互之间的结合力，避免后期使用过程中发生剥离现象。在骨架层中添加了增强增韧母粒，提高了地膜整体的力学强度。在控释层中添加了淀粉基衍生物母粒，淀粉基衍生物的多孔结构可以保证功能层中活性成分的缓慢释放，延长其作用时间。而功能层添加了含有抑菌剂、生长调节剂、保水剂、水气阻隔剂、流滴剂或增温剂的功能母粒，且可以根据不同作物的生长特性进行适当调整，可以满足不同作物的生长需求。

23、由于本发明的骨架层、功能层以及控释层的树脂基体均是由pbat和pla共混制备的，pbat和pla两者的相容性并不十分理想，利用二者共混制备的复合材料容易出现相分离。再加上本发明的各层中还有一些其他的功能成分，而且三层结构并不相同，也进一步提高了材料相分离的风险。为了改善这一缺陷，本发明将三层不同结构层的pbat和pla采用递增递减的方式进行配方设计。同时，采用双螺杆挤出机进行多层共挤的方式制备整体地膜，既可以保证各膜层之间厚度的均匀性，也可以保证各膜层之间的结合力，避免相分离，从而提高了整体性能。