一种水稻专用全生物降解双层地膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及降解复合材料领域，具体涉及一种水稻专用全生物降解双层地膜及其制备方法。

背景技术

现有水稻种植存在种植面积减少、水源短缺、土壤污染严重、虫害重、除草费用日益增高等问题。其中，尤为严重的是杂草问题。由于人工除草费用逐年上涨，成本增加，使得水稻种植中除草剂、杀虫剂、化肥等过量使用，使土壤、水资源污染问题越来越严重。地膜覆盖种植具有增温保墒、抗旱节水、提高肥力、抑制杂草等作用。但传统的农用聚乙烯地膜不降解，加之销售的聚乙烯(PE)地膜厚度多是低于10μm的不达标产品，易破碎，回收十分困难，造成大量的农田白色污染。残膜会严重影响土壤的腐殖质分解及通气透水性，导致土壤结构受到破坏，给环境和农业生产带来极其不利的影响。

开发研制全降解的地膜来代替传统PE地膜是解决农田白色污染的新趋势。目前用于水稻种植的降解地膜存在以下问题：1，目前市场上用于水稻种植的降解膜通常为PE中加入降解填充物或加入氧化助剂，虽然可以裂解，但PE仍以微塑料存在；2，全生物降解地膜性能差，机械覆膜插秧效果不佳；3，全生物地膜在水中易降解，使用寿命周期短，降解期不可控。因此，本领域亟需开发一种原料来广泛，绿色环保可完全生物降解，实现资源的高效利用，且力学性能优异、易于加工合成，制得产品可有效去除杂草，提高作物产量。同时要求收获旋耕土地后地膜几乎无残留，与普通地膜相比该产品在除草增温保墒以及机械铺设方面完全一致，且无需改变原有操作方式。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了克服现有技术中地膜在自然界中降解速度慢，及降解期不可控、性能差，对作物产量影响较大等问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案。

一种水稻专用全生物降解双层地膜，包括内层膜和外层膜，其中外层膜原料包括如下重量份数的各组分：85-100份生物降解树脂、5-15份木质素；内层膜原料包括如下重量份数的各组分：50-90份生物降解树脂、5-40份木质素、5-10份碳酸钙；

其中，外层膜原料还包括助剂1，其重量份数为：增塑剂0.3-1.5份、交联剂为0.3-1.5份、抗氧剂0.3-1份、光稳定剂0.3-1份、分散剂0.5-1.5份、扩链剂0.3-1；

其中，内层膜原料还包括助剂2，其重量份数为：增塑剂0.3-1.5份、交联剂为0.3-1.5份、抗氧剂0.3-1份、光稳定剂0.3-1份、分散剂0.5-1.5份、抗菌剂0.3-1.5份。

优选地，所述生物降解树脂主要包括聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(PBAT)和聚乳酸(PLA)中的一种或多种。

优选地，所述木质素是造纸过程中产生的废弃物通过清洗、烘干、粉碎和筛分所得。

优选地，所述增塑剂包括柠檬酸三丁酯(TBC)、乙酰柠檬酸三正丁酯(ATBC)、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、木糖醇、丙三醇、环氧大豆油中的一种或多种；更优地为ATBC、TBC和DOP中的一种或多种；

和/或，所述交联剂包括1,4-双叔丁基过氧化异丙基苯(BIBP)、过氧化二苯甲酰(BPO)中的一种或多种；

和/或，所述抗氧剂包括2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯中的一种或多种；更优地为2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚；

和/或，所述光稳定剂包括2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2-羟基-4-正辛基二苯甲酮、聚合型光稳定剂362中的一种或多种；更优地为聚合型光稳定剂362；

和/或，所述分散剂包括硬脂酸、芥酸酰胺、乙撑双硬脂酰胺中的一种或多种；更优地为硬脂酸和芥酸酰胺中的一种或多种；

和/或，所述扩链剂包括甲基丙烯酸甲酯(MMA)、甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)中的一种或多种；

和/或，所述的抗菌剂包括季铵盐类抗菌缓释剂和复合抗菌缓释剂中的一种或多种；更优地为复合抗菌缓释剂；

本发明还提供一种水稻专用全生物降解双层地膜的制备方法，其中将所述外层膜和外层膜的原料分别混匀后，挤出造粒，然后将2组母粒经双层共挤吹膜成型。

优选地，所述一种水稻专用全生物降解双层地膜的制备方法，具体包括如下步骤：

步骤1，将所述生物降解树脂、木质素、助剂、混合均匀，加入同向双螺杆挤出机料仓，挤出造粒制得外层膜母粒；

步骤2，所述生物降解树脂、木质素、碳酸钙、助剂混合均匀，加入同向双螺杆挤出机料仓，挤出造粒制得内层膜母粒；

步骤3，将上述两种母粒经双层共挤吹膜成型，制得所述水稻专用全生物降解地膜。

优选地，所述步骤1中：

混合时间为20min-500min，较优地为80-420min，更优地为100-300min；

和/或，混料转速为100-4000rpm，较优地为300-3000rpm，更优地为400-1000rpm；

和/或，混料温度为10-120℃，较优地为40-120℃，更优地为50-80℃；

和/或，挤出条件：一区到六区温度50-170℃，机头温度120-190℃，转速为30-600rpm；较优地，一区到六区温度80-150℃，机头温度130-185℃，转速100-500rpm；更优地，一区到六区温度120-150℃，机头温度155-185℃，转速130-280rpm。

优选地，步骤2中：

混合时间为10min-1000min，较优地为50-800min，更优地为80-500min；

和/或，混料转速为10-5000rpm，较优地为100-3000rpm，更优地为150-2000rpm；

和/或，混料温度为20-120℃，较优地为30-110℃，更优地为50-100℃；

和/或，挤出条件为：一区到六区温度60-170℃，机头温度120-180℃，转速为30-600rpm；较优地，一区到六区温度85-160℃，机头温度130-175℃，转速60-500rpm；更优地，一区到六区温度110-160℃，机头温度160-170℃，转速120-350rpm。

优选地，所述步骤3中的吹膜制袋温度为120-190℃，较优地为130-175℃，更优地为140-168℃。

优选地，所述步骤3中，所述两种母粒的质量比为1:1。

本发明所用试剂和原料均市售可得。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

1)本发明中，工艺路线简单，产品绿色环保，且具有良好的稳定性，且可自行降解，对缓解白色污染以及土壤的保护起到了很好的促进的作用。

2)本发明中，木质素为造纸废弃物中提取，来源广泛、价格低廉，易得，且降解后可增加土壤肥力，实现资源的高效利用，其是未来石油基塑料的良好替代品。

3)改善了加工工艺，添加功能助剂，解决了全生物降解地膜耐水解性能差，膜延展性不适于机械覆膜插秧、保温保墒性差等不适合水稻的种植条件的问题。

4)地膜降解性能可控性好，可在水稻生长周期内的功能不受破坏，后期降解地膜降解速度加快，收获后旋耕土地地膜几乎无残留，无需捡残膜，减少了田间作业次数和劳动强度，降低作业成本，对于提高农业耕作效率具有重要的意义。

5)降解膜有效控草，满足水稻的生长需要，节省了人工除草费用，减少了农药用量，进而农药残留降低，水稻产量增加、品质提高。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。

实施例1

一种水稻专用全生物降解双层地膜，其原料组成如表1所示。

表1实施例1原料组成

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一种水稻专用全生物降解双层地膜的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1，将外层膜的原料组合物加入高速共混机中混合，混合的温度为95℃，混合的转速为120rpm，混合的时间为100min，得到初混物1；后将上述初混物1置于双螺杆挤出机中挤出塑化、造粒，制得母粒1；双螺杆挤出机从一区到六区的温度分别为90℃、135℃、160℃、165℃、168℃和168℃；双螺杆挤出机的机头温度为168℃，螺杆的转速为250rpm；

步骤2，将内层膜的原料组合物加入高速共混机中混合，混合的温度为70℃，混合的转速为300rpm，混合的时间为350min，得到初混物2；后将上述初混物2置于双螺杆挤出机中挤出塑化、造粒，制得母粒2；双螺杆挤出机从一区到六区的温度分别为130℃、145℃、160℃、165℃、168℃和168℃；双螺杆挤出机的机头温度为168℃，螺杆的转速为280rpm；

步骤3，将上述制得的两组母粒按照质量比为1:1放入双层共挤吹膜机中进行吹膜成型，吹膜成型的温度为165℃，制得所述水稻专用全生物降解地膜。

实施例2

一种水稻专用全生物降解双层地膜，其原料组成如表2所示。

表2实施例2原料组成

一种水稻专用全生物降解双层地膜的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1，将原料组合物加入高速共混机中混合，混合的温度为100℃，混合的转速为100rpm，混合的时间为100min，得到初混物1；后将上述初混物1置于双螺杆挤出机中挤出塑化、造粒，制得母粒1；双螺杆挤出机从一区到六区的温度分别为90℃、135℃、160℃、165℃、170℃和170℃；双螺杆挤出机的机头温度为170℃，螺杆的转速为220rpm；

步骤2，将的原料组合物加入高速共混机中混合，混合的温度为50℃，混合的转速为330rpm，混合的时间为260min，得到初混物2；后将上述初混物2置于双螺杆挤出机中挤出塑化、造粒，制得母粒2；双螺杆挤出机从一区到六区的温度分别为130℃、145℃、160℃、165℃、170℃和170℃；双螺杆挤出机的机头温度为170℃，螺杆的转速为270rpm；

步骤3，将上述制得的两组母粒按照质量比为1:1放入双层共挤吹膜机中进行吹膜成型，吹膜成型的温度为160℃，制得所述水稻专用全生物降解地膜。

实施效果

将实施例1和2所得全生物降解双层地膜水稻种植应用如下。

(一)实验设计

实验共设置了4组处理：

处理1为应用实例1的生物降解地膜，膜厚0.010mm；

处理2为应用实例2的生物降解地膜，膜厚0.010mm；

处理3为应用市场上传统的PE地膜，膜厚0.008mm；

处理4为不覆膜水田。

供试肥料：缓释肥养分总含量55％(N:P

插秧覆膜机械：水稻插秧机、覆膜打孔装置为高速插秧机。

(二)结论

(1)由表3可知，制备的降解膜拉伸强度优于PE地膜，只有纵向延伸率稍低于PE地膜，均符合国标GBT35795-2017全生物降解农用地面覆盖薄膜的性能要求。另外，水稻收割后，普通PE地膜膜面较完整，韧性较好。收获翻耕后，全生物降解地膜地表残留＜10％，无拉伸强度，手撕易破，成碎片状。

表3地膜使用前后性能数据

(2)由表4可知，水稻全生物降解地膜前期对土壤的保温性与PE膜相，与未覆膜(处理4)相比保温性明显的提高，后期随着地膜的降解，降解地膜的保温性稍低于PE地膜。

表4不同地膜的土壤保温性能

(3)由表5可知，水稻全生物降解地膜的控草能力与PE地膜相当，田间杂草明显减轻，杂草得到有效抑制，2组降解地膜比未覆膜的杂草分别减少了92.6％和91.2％，节省了人工除草费用，减少了农药用量，进而降低减农药残留，同时保护了生态环境。

表5试验区杂草调查

(4)由表6可知，与PE地膜相比，降解膜可使水稻籽粒饱满，瘪粒少，提高了水稻结实率，及稻米品质。经测定水稻降解地膜处理1栽培公顷产量为9356kg，水稻覆PE地膜栽培公顷产量为9035kg，降解地膜处理1比不覆膜增产1833kg，与覆PE地膜增产3.6％。

表6试验小产量调查

注：同一参数中标以不同字母的值表示不同处理间在P<0.05水平上差异显著,LSD数据统计。

通过结果可以看出，水稻全生物降解地膜力学性能较佳，保温保墒、有效控草、且提高了水稻的产量，能较好满足使用要求。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。