《一種水稻種植用全生物降解地膜及其生產方法》是白山市喜豐塑業有限公司於2017年1月6日申請的專利，該專利的公布號為CN106633704A，授權公布日為2017年5月10日，發明人是蔣瑞萍、劉躍、宿連良、王占珊、祝年鋒等。該發明屬於新材料領域。
《一種水稻種植用全生物降解地膜及其生產方法》所述水稻種植用全生物降解地膜包括內層、中層和外層，包括PBAT、PLA、PHA、PPC等成分，所述全生物降解地膜的內層、中層和外層由三層共擠出技術製備。該發明的水稻種植用全生物降解地膜及其製備方法至少有以下優點：水稻生長期縮短、出米率增加、水稻品質提高；節省了人工除草費用，減少了農藥用量，減少了農藥殘留；通過厚度減薄來降低用戶的使用成本，同時通過三層共擠工藝，添加功能助劑解決了2017年1月之前的全生物降解地膜耐水解性能差，不適合水稻的種植條件的問題。降解性能可控性好，滿足作物的生長要求。價格較中國國外同類產品低5％左右。
2019年10月，《一種水稻種植用全生物降解地膜及其生產方法》獲得第三屆吉林省專利獎優秀獎。
基本介紹
- 中文名：一種水稻種植用全生物降解地膜及其生產方法
- 申請人：白山市喜豐塑業有限公司
- 申請日：2017年1月6日
- 申請號：2017100096309
- 公布號：CN106633704A
- 公布日：2017年5月10日
- 發明人：蔣瑞萍、劉躍、宿連良、王占珊、祝年鋒、李炳君、李軍、李冬娟、胡艷平、馮吉文
- 地址：吉林省白山市八道江區渾江大街喜豐路9號
- Int.Cl.：C08L67/02(2006.01)I、C08L67/04(2006.01)I、C08L69/00(2006.01)I、C08K13/02(2006.01)I等
- 代理機構：北京高沃律師事務所
- 代理人：王加貴
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
水稻是中國主要糧食作物，關係國家民生。2017年1月之前的水稻種植技術中，水稻種植存在種植面積受限、水資源短缺、土壤污染嚴重、除草費用高，蟲害重、東北地區低溫冷害頻發等問題。近年來，水稻種植面臨著種植範圍受限、水資源短缺、土壤污染嚴重等問題越來越嚴重。特別是由於人工費的逐年上漲，據測算，按一個人工80元/天，每畝除草人工費用為200-350元。使得水稻種植中除草劑、殺蟲劑、化肥等過量使用，使土壤污染問題越來越嚴重。
針對這些問題，中國國內很多進行覆膜種植水稻套用研究，地膜覆蓋種植有機水稻可起到除草殺蟲作用，提高地溫3-5℃，可節約用水30-40％。普通地膜覆蓋能夠有效解決低溫冷害，且節水效果明顯，但是帶來的另外一個問題就是使用普通地膜存在回收難，白色污染問題。使用可降解地膜種植水稻，是解決水稻種植問題的有效途徑。可降解地膜2017年前有兩種，一種是氧化生物降解地膜，此種地膜以聚乙烯為載體原料，添加可生物降解成份澱粉、纖維素等和含鐵的可光熱氧化敏化降解成份，通過先期光熱氧化反應使聚乙烯大分子降解為小分子，進而通過生物降解來達到降解目的。但其在水稻種植特性，使其灌漿前一直生長在水裡，沒有氧化誘導的條件，使其達不到降解的效果。另一方面氧化生物地膜降解後的成分是否會對作物和土地產生不良影響，也沒有驗證。
2017年前的全生物降解地膜，主要以對苯二甲酸-己二酸-1，4丁二醇酯（PBAT）聚乳酸（PLA）聚羥基烷酸酯（PHA）一種或者幾種共混物，採用共混或填充的方法製備而得。2017年前還存在以下缺點：一是可降解地膜較厚，一般厚度為0.010毫米以上，斷裂伸長率、增溫保墒能力相對普通聚乙烯地膜較差；二是降解可控性不夠，僅在玉米、馬鈴薯等作物套用較為成熟。全生物降解地膜降解因素有光降解、生物降解、水解，對於水稻種植解決耐水解性是關鍵；三是價格昂貴，用戶難於接受。
發明內容
專利目的
針對這些問題，中國國內很多進行覆膜種植水稻套用研究，地膜覆蓋種植有機水稻可起到除草殺蟲作用，提高低溫3-5℃，可節約用水30-40％。普通地膜覆蓋能夠有效解決低溫冷害，且節水效果明顯，但是帶來的另外一個問題就是使用普通地膜存在回收難，污染環境等問題。該發明提供了一種可堆肥、價格適中、使用成本適中、降解性能可靠、環境友好的適用於水稻種植特性的全生物降解地膜生產技術和種植方法。
技術方案
《一種水稻種植用全生物降解地膜及其生產方法》所述全生物降解地膜包括內層、中層和外層，其中所述內層、外層包括以下重量比的組分：PBAT20-80%、PLA0-70%、PHA0-70%、相容劑1-10%、無機填料0-30%、擴鏈劑0.1-1%、抗水解劑0.1-1%、光穩定劑0.1-1%、抗氧劑0.1-1%、潤滑劑0.1-1%、開口劑0.1-5%、納米炭黑3-6%。
所述中層包括以下重量比的組分：PPC10-70%、PBAT10-70%、相容劑1-10%、光穩定劑0.1-1%、抗氧劑0.1-1%、潤滑劑0.1-1%、無機填料0-30%、擴鏈劑0.1-1%、納米炭黑3-6%。
其中內層、外層、中層各組分重量比之和分別為100％重量。
優選地，該發明所述的水稻種植用全生物降解地膜中，所述全生物降解地膜的內層、中層和外層由三層共擠出技術製備；所述內層、中層和外層的厚度比為1:1:1。
優選地，該發明所述的水稻種植用全生物降解地膜中，所述相容劑為亞磷酸三苯酯、過氧化二苯甲醯胺BPO或聚己內酯中的任意一種或幾種。
優選地，該發明所述的水稻種植用全生物降解地膜中，所述擴鏈劑為二苯甲基二異氰酸酯（MDI）叔丁基過氧化氫、甲乙酮過氧化物中的任意一種或幾種。
優選地，該發明所述的水稻種植用全生物降解地膜中，所述抗水解劑為聚碳化二亞胺；
優選地，該發明所述的水稻種植用全生物降解地膜中，該發明所述光穩定劑為2-羥基-4-甲氧基二苯甲酮（UV9）2-羥基-4-正辛基二苯甲酮（UV531）癸二酸雙（2，2，6，6-四甲基-4-哌啶酯（770）聚合型光穩定劑362中的任意一種或幾種。
優選地，該發明所述的水稻種植用全生物降解地膜中，所述抗氧劑為2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚（264）四[3-（3′5′-二叔丁基-4′-羥基苯基）丙酸]季戊四醇酯（1010）亞磷酸三（2，4-二叔丁基苯基）酯168中的任意一種或幾種。
優選地，該發明所述的水稻種植用全生物降解地膜中，所述潤滑劑為液體石蠟、油酸醯胺、硬脂酸鈣、硬脂酸中的任意一種或幾種。
優選地，該發明所述的水稻種植用全生物降解地膜中，所述開口劑為二氧化矽、滑石粉、碳酸鈣中的任意一種或幾種。
該發明的另一目的在於提供上述水稻種植用全生物降解地膜的製備方法，包括以下步驟：
1）按照上述全生物降解地膜的內層、中層和外層中組分重量比，將全生物降解地膜的外層、中層、內層的各組分計量後加入塑膠混合機中，分別混合分散均勻；
2）將分散好的全生物降解地膜的外層、中層、內層各組分的混合物加入雙螺桿擠出機擠出造粒；3）將外層專用料、中層專用料、內層專用料對應三層共擠擠出機外層、中層、內層經擠出吹塑冷卻成型。
優選地，該發明所述的水稻種植用全生物降解地膜的製備方法中，所述步驟2）中雙螺桿擠出機的工藝參數為：1區～5區與機頭的溫度分別為：1區：150-155°C，2區：150-155°C，3區：155-160°C，4區：155-160°C，5區：160-165°C，機頭：160-165°C。
主機頻率：35—45赫茲、餵料頻率：25—30赫茲、切粒機轉速：250—470轉/分、冷卻水溫度：30—50℃。
優選地，該發明所述的水稻種植用全生物降解地膜的製備方法中，所述步驟2）中三層共擠擠出機的工藝參數為：
外層溫度：1區～5區分別為140—145℃、145—150℃、150—155℃、155—165℃、160—170℃；
中層溫度：1區～5區分別為：155—160℃、160—165℃、165—170℃、170—175℃、175—180℃；
內層溫度：1區～5區分別為：140—145℃、145—150℃、150—155℃、155—165℃、160—170℃；
其中，吹脹比為＞2.5。
改善效果
《一種水稻種植用全生物降解地膜及其生產方法》至少有以下優點：
1）在該發明的全生物降解地膜覆膜濕潤栽培條件下，水稻生長期縮短、出米率增加、水稻品質提高；
2）增加地積溫100℃左右，除草效果80％以上，田間雜草和病蟲危害明顯減輕，節省了人工除草費用，減少了農藥用量，減少了農藥殘留；
3）該發明全生物降解地膜厚度可以達到0.008-0.010毫米，，通過厚度減薄來降低用戶的使用成本，同時通過三層共擠工藝，添加功能助劑解決了2017年1月之前的全生物降解地膜耐水解性能差，不適合水稻的種植條件的問題。降解性能可控性好，滿足作物的生長要求。價格較中國國外同類產品低5％左右，另外由於薄膜厚度減薄，使用戶的使用成本下降。
權利要求
1.一種水稻種植用全生物降解地膜，包括內層、中層和外層，其特徵在於，所述內層、外層包括以下重量比的組分：以PBAT、PLA以及PHA組分含量之和為100％重量計：PBAT20-80%、PLA0-70%、PHA0-70%、相容劑1-10%、無機填料0-30%、擴鏈劑0.1-1%、抗水解劑0.1-1%、光穩定劑0.1-1%、抗氧劑0.1-1%、潤滑劑0.1-1%、開口劑0.1-5%、納米炭黑3-6%。
所述中層包括以下重量比的組分：以PPC與PBAT組分含量之和為100％重量計：PPC10-70%、PBAT10-70%、相容劑1-10%、光穩定劑0.1-1%、抗氧劑0.1-1%、潤滑劑0.1-1%、無機填料0-30%、擴鏈劑0.1-1%、納米炭黑3-6%。
2.根據權利要求1所述的水稻種植用全生物降解地膜，其特徵在於，所述全生物降解地膜的內層、中層和外層由三層共擠出技術製備；所述內層、中層和外層的厚度比為1:1:1。
3.根據權利要求1或2所述的水稻種植用全生物降解地膜，其特徵在於，所述相容劑為亞磷酸三苯酯、過氧化二苯甲醯胺BPO或聚己內酯中的任意一種或幾種；所述擴鏈劑為二苯甲基二異氰酸酯（MDI）叔丁基過氧化氫、甲乙酮過氧化物中的任意一種或幾種；
4.根據權利要求1或2所述的水稻種植用全生物降解地膜，其特徵在於，所述抗水解劑為聚碳化二亞胺；所述光穩定劑為2-羥基-4-甲氧基二苯甲酮（UV9）2-羥基-4-正辛基二苯甲酮（UV531）癸二酸雙（2，2，6，6-四甲基-4-哌啶酯（770）聚合型光穩定劑362中的任意一種或幾種；
5.根據權利要求1或2所述的水稻種植用全生物降解地膜，其特徵在於，所述抗氧劑為2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚（264）四[3-（3′5′-二叔丁基-4′-羥基苯基）丙酸]季戊四醇酯（1010）亞磷酸三（2，4-二叔丁基苯基）酯168中的任意一種或幾種。
6.根據權利要求1或2所述的水稻種植用全生物降解地膜，其特徵在於，所述潤滑劑為液體石蠟、油酸醯胺、硬脂酸鈣、硬脂酸中的任意一種或幾種。
7.根據權利要求1或2所述的水稻種植用全生物降解地膜，其特徵在於，所述開口劑為二氧化矽、滑石粉、碳酸鈣中的任意一種或幾種。
8.一種水稻種植用全生物降解地膜的製備方法，包括以下步驟：
1）按照如權利要求1～7任意一項所述的全生物降解地膜的內層、中層和外層中組分重量比，將全生物降解地膜的外層、中層、內層的各組分計量後加入塑膠混合機中，分別混合分散均勻；
2）將分散好的全生物降解地膜的外層、中層、內層各組分的混合物分別加入雙螺桿擠出機擠出造粒；
3）將外層專用料、中層專用料、內層專用料對應三層共擠擠出機外層、中層、內層經擠出吹塑冷卻成型。
9.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述步驟2）中雙螺桿擠出機的工藝參數為：1區～5區與機頭的溫度分別為：150—155℃、150—155℃、155—160℃、155—160℃、160—165℃和165—170℃；主機頻率：35—45赫茲、餵料頻率：25—30赫茲、切粒機轉速：250—470轉/分、冷卻水溫度：30—50℃。
10.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述步驟2）中三層共擠擠出機的工藝參數為：外層溫度：1區～5區分別為140—145℃、145—150℃、150—155℃、155—165℃、160—170℃；中層溫度：1區～5區分別為：155—160℃、160—165℃、165—170℃、170—175℃、175—180℃；內層溫度：1區～5區分別為：140—145℃、145—150℃、150—155℃、155—165℃、160—170℃；吹脹比為＞2.5。
實施方式
實施例1水稻種植用全生物降解地膜的製備
該實施例通過三層共擠出技術，表層PBAT、PLA、PHA共混改性；中層PPC、PBAT多層複合實現薄膜低厚度、高斷裂延伸率，三層厚度比為1:1:1。並通過添加相容劑、擴鏈劑、抗水解劑、光穩定劑、抗氧化劑等來改進其降解等性能；添加改性滑石粉、潤滑劑、開口劑改善加工性能，提高一次合格率，增加薄膜韌性並降低成本。該發明通過降低厚度、功能化提高附加值、提高工藝穩定性來製備功能性可靠，成本可接受的適用於水稻的全降解地膜。各層配方以重量計入下，其中，PBAT購自德國BSF、日本三菱、浙江杭州鑫富藥業股份有限公司；PLA購自NaturewordsLLC、浙江海正生物材料股份有限公司；PHA購自天津國潤生物材料有限公司；PPC購自南陽中聚天冠低碳科技有限公司。
具體技術方案如下：
外層及內層配方：PBAT60、PLA35、PCL5、二苯甲基二異氰酸酯（MDI）0.2、聚碳化二亞胺0.2、2-羥基-4-甲氧基二苯甲酮（UV9）0.1、四［3-（3'5'-二叔丁基-4'-羥基苯基）丙酸］季戊醇酯（1010）0.05、亞磷酸三（2，4-二叔丁基苯基）酯1680.05、油酸醯胺0.05、硬脂酸鈣2、二氧化矽0.5、滑石粉3、納米炭黑5。
其中，以PBAT、PLA與PCL含量之和為100％重量。
中層配方為：PPC65、PBAT35、二苯甲基二異氰酸酯（MDI）0.3、2-羥基-4-甲氧基二苯甲酮（UV9）0.1、四［3-（3'5'-二叔丁基-4'-羥基苯基）丙酸］季戊醇酯（1010）0.05、亞磷酸三（2，4-二叔丁基苯基）酯1680.05、油酸醯胺0.5、硬脂酸鈣2、滑石粉3、納米炭黑5、二苯甲基二異氰酸酯（MDI）0.2、擴鏈劑0.2。
其中，以PPC與PBAT含量之和為100％重量。
工藝路線：
1、專用料
（1）按上述重量比例分外層、中層、內層分別計量，後然後將各材料加入塑膠混合機中，冷混溫度30℃，高速攪拌，10分鐘分散均勻。
（2）將分散好的混合物料用雙螺桿擠出機擠出造粒。雙螺桿擠出機各工藝參數如下：
工藝溫度：1區：150-155°C，2區：150-155°C，3區：155-160°C，4區：155-160°C，5區：160-165°C，機頭：160-165°C。
主機頻率：35—45赫茲、餵料頻率：25—30赫茲、切粒機轉速：250—470轉/分、冷卻水溫度：30—50℃。
2、黑色母
（1）按下述比例計量，混合均勻
PBAT10-50%、PLA0-30%、納米炭黑30-45%、潤滑劑0.5-5%。
（2）將分散好的混合物料用雙螺桿擠出機擠出造粒，工藝參數同上。
3、全降解地膜
按照外層專用料、中層專用料、內層專用料分別對應三層共擠擠出機外層、中層、內層經擠出吹塑冷卻成型。
擠出吹塑機組的各工藝參數如下：
擠出機溫度：
外層：1區：140-145°C，2區：145-150°C，3區：150-155°C，4區：155-160°C，5區：160-170°C。
中層：1區：155-160°C，2區：160-165°C，3區：165-170°C，4區：170-175°C，5區：175-180°C。
內層：1區：140-145°C，2區：145-150°C，3區：150-155°C，4區：155-165°C，5區：160-170°C。
製品規格1800×0.009毫米擠出機餵料頻率50赫茲，吹脹比為＞2.5。
製得的全生物降解地膜水稻種植套用效果如下：
（一）試驗設計：試驗共分3個處理，處理1為覆喜豐公司自產黑色PE地膜，膜寬1.85米，膜厚0.008毫米正常地膜水田；處理2為套用黑色全生物降解地膜，膜寬1.85米，膜厚0.010毫米。降解地膜水田；處理3為不覆膜水田。
（二）結論
（1）在覆膜濕潤栽培條件下，緩苗期提前2天，分櫱期提前2天，莖稈粗壯。
（2）覆PE膜濕潤栽培可節水30-50％，增加地積溫300℃左右，除草效果90％以上。黑色生物降解膜栽培增加地積溫100℃左右，除草效果80％以上。
（3）經測定水稻地膜栽培公頃產量為9165千克，降解膜栽培公頃產量為9630千克，常規栽培產量為7275千克，水稻覆PE膜較常規增產26％。水稻覆PE膜能提早成熟6天左右，降解膜能提早成熟4天左右。
（4）籽粒飽滿，癟粒少，提高了水稻稻米品質，出米率提高6％-8％（水稻覆膜出米率為78％，降解膜栽培出米率為76％，常規栽培出米率為70％）。
（5）水稻覆膜田間雜草和病蟲危害明顯減輕，負泥蟲每平方米減少3.5頭，雜草得到有效抑制，節省了人工除草費用，減少了農藥用量，減少了農藥殘留。
（6）128天水稻收割後，普通PE地膜拉力較好，膜完整。全降解地膜地表殘留＜10％，無拉力，成碎紙狀。
榮譽表彰
2019年10月，《一種水稻種植用全生物降解地膜及其生產方法》獲得第三屆吉林省專利獎優秀獎。
