一种PLA降解地膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及降解地膜领域，特别涉及一种PLA降解地膜及其制备方法。

背景技术

生物降解地膜伴随着生物降解塑料的发展应运而生，与传统的普通聚乙烯地膜相比，其主要优点是地膜失去增温保墒等作用，使用后分解为水和二氧化碳等小分子物质，从而可以防止残膜对农田土壤的污染。目前，生物降解地膜破裂时间和降解可控性差，增温保墒功能较差，难以满足作物的生长需要。

发明内容

本发明的目的是针对上述缺陷，而提供的一种低成本、性能优异且时间可控、增温保墒可控的全新型生物降解农用地膜，使用后可在自然界中能够很快分解和被微生物利用，最终降解产物为二氧化碳和水，不会给环境带来污染，改良土壤，增加肥力。

一种PLA降解地膜，它包括以下重量份的各组分原料：

PLA 100-120份

PBAT 40-60份

PPC 25-50份

环氧改性淀粉 30-60份

增容剂 0.8-1.4份

成核剂 1.5-2.2份

腐殖酸 4-6份

矿物肥 5-8份

填料 5-20份。

优选的是，它包括以下重量份的各组分原料：

PLA 110份

PBAT 50份

PPC 34份

环氧改性淀粉 46份

增容剂 1.1份

成核剂 1.8份

腐殖酸 5份

矿物肥 6份

填料 8份。

一种PLA降解地膜的制备方法，包括以下步骤：

S1、将上述重量份的PLA、PBAT、PPC以及环氧改性淀粉进行第一次干燥处理得到预干燥原料，备用；所述PLA由外消旋聚乳酸和立构复合聚乳酸组成，其重量份配比为100：（5-8）；所述立构复合聚乳酸为聚左旋乳酸和聚右旋乳酸经过熔融共混得到，聚左旋乳酸和聚右旋乳酸的重量份配比为1:1；所述环氧改性淀粉的制备方法为：将淀粉加入到体积比为1:0.8:2的乙酸乙酯、乙醇、水的混合溶剂中，搅拌混合均匀，然后升温至50-60℃，加入氢氧化钠和环氧氯丙烷反应5-8h，将得到的产品进行水洗、醇洗、干燥，即可得到所述环氧改性淀粉；

S2、将上述重量份的增容剂、成核剂、腐殖酸、矿物肥、填料与S1中的预干燥原料混合均匀，其中，所述腐殖酸、矿物肥和填料在混合前需经磨粉处理；其中，所述增容剂为2,2′-双(2-恶唑啉)和1,3-苯撑-双(2-恶唑啉)中的任意一种或两种混合；所述成核剂为苯基膦酸钙、苯基膦酸锌、苯基膦酸钡中的任意一种或多种混合；所述填料为碳酸钙、碳酸钡、滑石粉、硫酸钡、硫酸镁中的一种或多种混合；

S3、将S2中混合好的料加入到双螺杆造粒机中进行熔融共混挤出造粒后，进行第二次干燥处理；

S4、将S3中第二次干燥处理的粒料通过吹膜机进行吹膜，即可制得所述PLA降解地膜。

其中，S1中第一次干燥处理温度为45-60℃，干燥时间为6-18 h，干燥设备为真空干燥箱。S3中第二次干燥处理温度为35-55℃，干燥时间为4-10 h，干燥设备为真空干燥箱。

本发明的特点在于:选取高强度的PBAT、PLA、PPC及环氧改性淀粉通过反应性熔融共混，通过复合方法及添加不同种类的有机肥组分，获得高强度，优异的拉伸性能且时间可控、增温保墒可控的全新型生物降解农用地膜。减少了农田白色污染，减少了农民捡拾残膜的劳动强度，不影响下季作物的播种及农事操作。

具体实施方式

<实施例1>

一种PLA降解地膜，它包括以下重量份的各组分原料：

PLA 100-120份

PBAT 40-60份

PPC 25-50份

环氧改性淀粉 30-60份

增容剂 0.8-1.4份

成核剂 1.5-2.2份

腐殖酸 4-6份

矿物肥 5-8份

填料 5-20份。

<实施例2>

一种PLA降解地膜，它包括以下重量份的各组分原料：

PLA 120份

PBAT 60份

PPC 50份

环氧改性淀粉 60份

增容剂 1.4份

成核剂 2.2份

腐殖酸 6份

矿物肥 8份

填料 20份。

<实施例3>

一种PLA降解地膜，它包括以下重量份的各组分原料：

PLA 110份

PBAT 50份

PPC 34份

环氧改性淀粉 46份

增容剂 1.1份

成核剂 1.8份

腐殖酸 5份

矿物肥 6份

填料 8份。

一种PLA降解地膜的制备方法，包括以下步骤：

S1、将上述重量份的PLA、PBAT、PPC以及环氧改性淀粉进行第一次干燥处理得到预干燥原料，备用；所述PLA由外消旋聚乳酸和立构复合聚乳酸组成，其重量份配比为100：（5-8）；所述立构复合聚乳酸为聚左旋乳酸和聚右旋乳酸经过熔融共混得到，聚左旋乳酸和聚右旋乳酸的重量份配比为1:1；所述环氧改性淀粉的制备方法为：将淀粉加入到体积比为1:0.8:2的乙酸乙酯、乙醇、水的混合溶剂中，搅拌混合均匀，然后升温至50-60℃，加入氢氧化钠和环氧氯丙烷反应5-8h，将得到的产品进行水洗、醇洗、干燥，即可得到所述环氧改性淀粉；

S2、将上述重量份的增容剂、成核剂、腐殖酸、矿物肥、填料与S1中的预干燥原料混合均匀，其中，所述腐殖酸、矿物肥和填料在混合前需经磨粉处理；其中，所述增容剂为2,2′-双(2-恶唑啉)和1,3-苯撑-双(2-恶唑啉)中的任意一种或两种混合；所述成核剂为苯基膦酸钙、苯基膦酸锌、苯基膦酸钡中的任意一种或多种混合；所述填料为碳酸钙、碳酸钡、滑石粉、硫酸钡、硫酸镁中的一种或多种混合；

S3、将S2中混合好的料加入到双螺杆造粒机中进行熔融共混挤出造粒后，进行第二次干燥处理；

S4、将S3中第二次干燥处理的粒料通过吹膜机进行吹膜，即可制得所述PLA降解地膜。

其中，S1中第一次干燥处理温度为45-60℃，干燥时间为6-18 h，干燥设备为真空干燥箱。S3中第二次干燥处理温度为35-55℃，干燥时间为4-10 h，干燥设备为真空干燥箱。

<试验测试数据>

1、试验示范目的

1)检验PLA降解地膜在当地的使用的方式方法，是否满足当地的种植习惯。

2)检验PLA降解地膜在使用过程中能否满足作物的生长要求，与普通地膜相比，对作物的产量是否有影响。

3)检验PLA降解地膜在使用后，能否真的达到减少白色污染的目的。

4)筛选出适合当地玉米生长发育的降解地膜类型。

2、试验材料

1)由实施例3配方及其制备方法制得的宽幅为70cm、厚度为0.01mm的PLA降解地膜。

2)由河北DKB塑料生产有限公司提供的宽幅为70cm、厚度为0.01mm的降解地膜。

3)对照地膜选用山西迎太地膜厂生产的厚度0.01mm、宽度为70cm的普通地膜。

3、试验、示范地点

试验地点设在宜君县哭泉镇南塔村张金学的承包地，试验面积1亩。

4、试验、示范地块基本情况

该试验地位于210国道哭泉镇南塔村，土壤属褐土，土层深厚，地力标准中等，排水条件较好，交通方便。 2015年4月14日开始播种，品种选用陕单609，采用膜上宽窄行穴播种，宽行80cm，窄行40cm，株距23cm。采用覆膜施肥播种一次完成的地膜播种机进行播种。亩施54%史丹利复合肥25公斤（氮、磷、钾含量均为18），锌肥、硼肥各1公斤，亩播量3kg，密度设定每亩4800-5000株，玉米生长到12叶期追肥史丹利15kg，尿素10公斤。

5、试验排列方式

该试验不设重复，地块属东西走向。播种排列自北向南依次为：普通地膜（CK）、实施例3的PLA降解地膜、河北DKB降解地膜。每个小区种植6膜12行，小区间不留过道，周围留1米宽观察过道，便于观察记载，种植品种均选用陕单609。

6、试验、示范观察分析情况

1)播种、出苗及生育期观察情况

4月9日我们对该试验田进行了土壤水分含量测定，0-20cm土壤含水量17.2.5%，20-40土壤含水量18.3%。4月14日统一机械播种，4月28-29日三个试验小区全部出苗，呈现出苗齐、苗壮的生长态势，降解地膜与普通地膜没有差异。

2)地温与土壤含水量观测情况

普通地膜4月14日播种后10天观察，0-5cm地温23.6℃,土壤含水量17.6%；5-10cm地温22.5℃,土壤含水量17.9%;10-20cm地温17.5℃,土壤含水量18.8%；6月25日地温观察，0-5cm地温27.4℃,土壤含水量16.2%，5-10cm地温25.3℃,土壤含水量16.8%；10-20cm地温22.5℃，土壤含水量17.6%；7月25日0-5cm地温33.5℃,土壤含水量15.4%；5-10cm地温29.3℃,土壤含水量15.8%；10-20cm地温27.5℃，土壤含水量17.9%；8月25日0-5cm地温30.4℃,土壤含水量17.3%；5-10cm地温28.5℃,土壤含水量17.8%；10-20cm地温24.6℃，土壤含水量18.2%；9月25日0-5cm地温19.9℃,土壤含水量17.2%；5-10cm地温17.6℃,土壤含水量17.8%；10-20cm地温16.2℃，土壤含水量17.1%。普通地膜具有较好的增温保墒性，其规律是温度随深度增加而降低，含水量随深度增加而提高。

实施例3的PLA降解地膜，4月14日播种后10天观察，0-5cm地温23.3℃,土壤含水量17.4%；5-10cm地温22.6℃,土壤含水量17.7%;10-20cm地温17.6℃,土壤含水量18.5%；6月25日地温观察，0-5cm地温27.8℃,土壤含水量16.5%，5-10cm地温25.2℃,土壤含水量16.6%；10-20cm地温22.3℃，土壤含水量17.2%；7月25日0-5cm地温31.3℃,土壤含水量15.0%；5-10cm地温28.6℃,土壤含水量15.4%；10-20cm地温26.2℃，土壤含水量17.2%；8月25日0-5cm地温29.2℃,土壤含水量17.0 %；5-10cm地温27.1℃,土壤含水量16.9%；10-20cm地温24.2℃，土壤含水量17.5%；9月25日0-5cm地温16.3℃,土壤含水量16.8%；5-10cm地温15.6℃,土壤含水量17.1%；10-20cm地温15.2℃，土壤含水量17.3%。实施例3的PLA降解地膜较普通地膜薄，五-六月份增温快，保墒性和普通地膜均有保墒增温效果，差异不大。七月份随着降解速度提高，温度较普通地膜低1-2度左右，期间，降雨与玉米生长发育吻合，土壤墒情变化不大。

河北DKB降解地膜保温保墒效果与普通地膜一致，由于降解速度很慢，8月中旬出现裂口，降解面积约8.6%，没有明显差异。

3)降解情况观察

5月9日玉米出苗10天后进行观察，6月9日观察，三个处理均没有降解。7月10日观察，实施例3的PLA降解地膜中间出现了一条裂口，开始降解。随后每隔10天观察，该条裂口逐步向两边降解，形成了大小不同直径的裂口，拉力逐步减弱。8月10日，该生物降解地膜膜面上63%降解成直径为2.3-3.6cm的碎片，随着时间的推移，降解速度加快。9月10日，膜面上92%的地膜基本降解。降解后形成二氧化碳和水。地膜两边压土部分拉力很弱，用手稍拉即断。玉米收获后继续观察降解情况。

河北DKB降解地膜7月25日开始形成直径约3-3.5cm的裂口，8月25日形成的裂口直径有5.2-6cm，收获时，拉力较实施例3的PLA降解地膜强，膜面上还能看到80%的地膜，有待于继续观察。

4)播种使用及价格情况分析

从试验观察分析，三种地膜均采用机械覆膜施肥播种，在机械播种期间，三种地膜拉力较好，均未出现断裂现象。

普通地膜每亩地3.5公斤，每公斤14元，一亩地需49元；实施例3的PLA降解地膜每亩3.5公斤，每公斤30元，一亩地需105元，较普通地膜贵56元；河北DKB降解地膜每亩3.5公斤，每公斤36元，一亩地需126元，较普通地膜多77元。

5)植株性状及产量分析

①、植株性状

两个处理和普通地膜比较（以下所有数据均为平均数）。

普通地膜（CK）株高2.25m，穗位97cm，茎粗2.5cm，单穗520粒；籽粒水分含量25.3%。

实施例3的PLA降解地膜株高2.2m，穗位94cm，茎粗1.9cm，单穗544粒，籽粒水分含量26.1%。

河北DKB降解地膜株高2.23m，穗位96cm，茎粗2.1cm，单穗392粒，籽粒水分含量25.1%。

从试验观察记载分析，玉米同一品种在不同降解地膜的覆盖栽培环境下，地膜降解速度越快，植株高度和穗位相应降低。

②、产量分析

9月25日，我们采取每个小区实收2行，选取三个点，然后平均，每个点实收面积6平方米，然后测定20穗重量和20穗籽粒鲜重，测定籽粒平均含水量，计算实产。

山西迎太普通地膜（CK）三个点进行加权平均，平均亩产720.28kg，每公斤按照现行市场价格1.6元计算，亩收入1152.45元，减去物资费用投资356元（地膜每亩49元，肥料190元，种子42元，旋耕30元，播种25元，除草20元），亩纯收入796.45元。

实施例3的PLA降解地膜平均亩产762.03kg，较对照增产41.75kg，每公斤按照现行市场价格1.6元计算，亩收入1219.25元，减去物资费用投资412元（地膜每亩105元，肥料190元，种子42元，旋耕30元，播种25元，除草20元），亩纯收入807.25元较对照多收入10.78元。

河北DKB降解地膜平均亩产742.93kg，较对照高22.65kg，每公斤按照现行市场价格1.6元计算，亩收入1188.69元，减去物资费用投资433元（地膜每亩126元，肥料190元，种子42元，旋耕30元，播种25元，除草20元），亩纯收入755.69元，较对照少收入40.76元。

根据试验观察，实施例3的PLA降解地膜下年可小面积示范，掌握其降解规律，有利于解决地膜覆盖区域地膜残留问题。

7、综合分析

（一）在大田铺设过程中，两种降解地膜不改变用户原有的种植模式及使用习惯。

（二）在作物生长过程中，两种降解地膜能够满足作物需求的保温保墒性能，与普通地膜相比，有明显的增产效果。

（三）作物生长过程中，实施例3的PLA降解地膜出现裂口裂口，逐步大面积降解及深度降解现象，有利于玉米生长发育，解决地膜玉米早衰现象。

（四）作物收获后，实施例3的PLA降解地膜的残留量较普通地膜减少了85%，还继续降解，减少了农田白色污染，减少了农民捡拾残膜的劳动强度，不影响下季作物的播种及农事操作。