一种可用作地膜的代塑新材料及其制备工艺的制作方法

2021-02-02 20:02:52|

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本发明涉及一种塑料新材料，具体地涉及一种代塑新材料及制备工艺，更具体地，涉及一种可用作地膜的代塑新材料及其制备工艺。
背景技术：
：地膜覆盖地表，具有增温、早熟、增产、防止土壤流水、控制土壤盐碱度等作用，在北方干旱半干旱地区被广泛应用，已成为一项重要的农业增产技术手段。但由于目前使用的地膜基本为普通塑料地膜，其原材料主要为聚乙烯，分子量大，性能稳定，在自然条件下很难降解，在土壤中可以残存千年以上。随着地膜的连年使用，农田中的残膜越来越多，导致耕层土壤透气性降低，阻碍作物根系发育和对水分养分的吸收，从而抑制作物的产量。此外，大量残膜积聚于耕层，严重影响机耕作业和质量，且残膜碎片随风飘移，严重污染生态环境。现有的技术中，使用最普遍的是农用塑料地膜，其缺点是，1、覆盖在田地表面，长时间无法降解，需要人为拣收，费时费力，作业难度大、效益低，很多回收不干净，会遗留在土壤中，从而对土壤和环境造成巨大的污染。2、只能在播了种子，未长出青苗前使用，长了青苗就不好使用了，所以有很大的使用局限性。3、功能性很少，只能起到简单的保温、防冻等几项作用，综合来说就是弊大于利。还有一种就是近年来出现的可降解地膜，虽然环保可以降解，但还是有很多缺点：1、成本很高，性价比低，农民朋友难以接受，在市场上也不受欢迎。2、使用时间限制特别大，也只能在播下种子，未长出青苗前使用，长了青苗使用效果就不明显了，所以有很大的使用局限性。3、功能性很少，只能起到简单的保温、防冻和可降解等几项作用。所以农业的发展和环境保护一直都处于很进退两难的局面，因为农用地膜是农业生产的刚性需求，所以对环境污染也造成了巨大的影响，同时也对比生存环境埋下了隐患，农业发展和环境污染问题已经引起了全世界政府和专家的高度重视。市面上现存的传统塑料填充母料，虽然粉体含量可达75-85％，但是需要以15-35％的比例添加至聚乙烯树脂里，混合均匀后，才能吹膜或者制备成其他注塑产品，所以最终产品中粉体含量一般不超过30％，从减塑降塑、节约资源和降低成本方面来说意义并不明显。总体来说，废弃塑料制品处理方式有两种，第一，填埋处理，缺点是占用大量宝贵的土地。第二，焚烧处理，目前所使用的最有成效的垃圾处理方式。塑料在垃圾中比例的提高，其好处是增加垃圾可燃性和热值，其问题是塑料软化呈粘流状态时易粘附在炉壁和炉排上，很难清理干净，影响气体流通和容易损坏炉壁，而且高温下垃圾中的各种成分易重新合成二噁英等有害物质。充分快速完全地燃烧，又不形成局部高温，并且及时吸收和中和有害气体是保护环境的关键所在。cn107266763a一种新型环保材料热塑性共晶体，虽然该专利中也提及一种环保材料，但是该材料粉体比例大概57％以上，吹膜制袋，热封强度不佳，即制袋封口不良。本发明提出了一种环保代塑新材料能彻底解决前面所述的问题。一方面满足可焚烧，不会产生大量黑烟和致癌物质，燃烧产物为无机粉体，可被土壤吸收；另一方面暴露在自然界中，崩解后残留的无机粉体也可回归土壤，环保无污染。本发明还提出了一种多功能可降解地膜，具有保温保湿、防冻防虫、抗病除草、透气增肥、高效环保、防止泥土流失和改善土壤板结硬化等特点。技术实现要素：本技术方案所采用的技术手段以及所要解决的问题是，1、通过高速混合，降低粉体含水率，打开粉体的团聚结构，形成新的界面，便于与偶联剂作用，从而解决无机粉体与有机树脂不亲和的问题。2、运用特制的分散剂，将粉体充分均匀地分散至载体树脂里，解决无机粉体分散不良，在树脂载体中团聚，导致塑料制品力学性能下滑的问题。3、运用特制的偶联剂，活化无机粉体，使其疏水亲树脂。将无机粉体界面和树脂分子链紧密结合起来，即使粉体含量达到51％后，做成终端产品，比如地膜等，也能保证其使用功能。4、解决废弃塑料制品难以降解，产生白色垃圾的问题。现有技术中，传统母料配方里没有特制的分散剂和偶联剂，所以粉体分散效果一般，粉体和树脂结合力一般，导致下游制品，如薄膜、容器，表面不光滑，有晶点和不容点，在外加载荷作用下，容易造成应力集中，引发制品裂纹产生，所以力学性能也一般。粒子产品不能直接吹成薄膜，或者注塑成容器，只能以一定比例添加至聚乙烯树脂，混合后才能吹膜或制备其他产品。鉴于以上问题，本发明提出了一种可用作地膜的代塑新材料，旨在解决白色垃圾问题。由本发明制备的地膜具有保温保湿、防冻防虫、抗病除草、透气增肥、高效环保、防止泥土流失和改善土壤板结硬化等优点。本发明提供的代塑新材料的配方里，通过添加各种添加剂来解决现有技术中的问题。1、配方里引入了偶联剂，可将无机粉体活化改性，使其由亲水疏油变为亲油疏水。2、配方里引入了增强材料，可提高下游制品，如薄膜的纵向和横向的力学性能。3、配方里引入了x1，含马来酸酐接枝聚烯烃等物质，能够为该类聚合物与无机粉体、金属等极性物质之间提供优良的偶联效果，也能够与含-nh2，-oh等基团的聚合物间产生很好的反应，达到不同聚合物间相容化的目的。4、配方里引入了x2，即一种特别加工的蜡，可以将粉体更好地分散到树脂载体里。5、配方里引入了x3，即光降解剂。在光照下发生光化学反应，产生自由基化合物，然后转移聚合物分子链上的活泼氢，导致聚合物分子链断裂，从而实现聚合物的降解。具体地，本发明提供一种可用作地膜的代塑新材料，其组成为优选地，所述配方可进一步选择为：优选地，所述无机粉体为高岭土、滑石粉、云母粉、粉煤灰、玻璃微珠、硅灰石、碳酸钡、碳酸钙、硫酸钡、硫酸钙、透明粉、沸石粉、石英粉中一种或者多种。优选地，所述粉体细度≥2500目。优选地，所述开口剂为油酸酰胺、芥酸酰胺及ebs衍生物、滑石粉、硅藻土、二氧化硅中至少一种。优选地，所述偶联剂为铝酸酯、钛酸酯、锆酸酯、硼酸酯、磷酸酯、铝钛复合材料、铝锆复合材料、硅烷、稀土类偶联剂中至少一种。优选地，载体树脂为高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯中至少一种。优选地，增强材料为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯型嵌段共聚物、三元乙丙橡胶中至少一种。优选地，x1为马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、马来酸酐接枝乙烯-丁烯共聚物、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、马来酸酐接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯中至少一种。优选地，x2为聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸镁、乙撑双硬脂酸酰胺中至少一种。优选地，x3为光降解剂过渡金属化合物、二苯甲酮类化合物、乙烯酮的共聚物中至少一种。具体地，本发明还提供一种可用作地膜的代塑新材料制备工艺，包括如下步骤：第一步，将无机粉体先投入高混机里，以1000-1500r/min的转速高速搅拌，使得粉体温度升高至90-100℃，保持5-10分钟，将粉体水汽排尽，打开其团聚颗粒，形成新的界面，便于偶联剂的作用，形成疏水亲油的结构；第二步，将适量的偶联剂加入高混机里，以1000-1500r/min的转速高速搅拌5-8分钟，粉体活化完毕；第三步，将x2、开口剂和ldpe同时加入高混机里，搅拌数分钟；再加入x1、x3、载体树脂和增强材料，以1000-1500r/min的转速搅拌数分钟；第四步，把高混机里面的所有物料投入密炼机里，通过密炼机密炼8-10分钟，物料经剪切分散均匀后，反复揣揉形成一个均相的物料团；第五步，密炼机里的物料团，翻倒入送料小车，通过送料小车，将物料团送入三螺杆挤出机的进料筒里；第六步，挤出机吃料，螺杆推送，水环切粒；水环切粒参数如下：一区温度160-180℃，二区温度160-180℃，三区温度160-180℃，四区温度160-180℃，五区温度160-180℃，六区温度160-180℃，七区温度160-180℃，八区温度160-180℃，九区温度160-180℃，十区温度160-180℃，十一区温度160-180℃，十二区温度160-180℃，换网温度170-200℃，机头温度170-230℃，熔体压力值4-20mpa，双螺杆电流值200-300a，双螺杆转速值200-700r/min，主喂料频率值2-12hz；第七步，水环切粒后，经干燥、分筛、检验，检验合格后风送至储存罐内储存；最后，释放粒料，真空包装，存放在阴凉干燥处；至此，用于地膜的环保代塑新材料制造完成。本发明的有益效果是提出了一种可用作地膜的代塑新材料及其制备工艺，适合吹塑农用地膜。而且制备原料完全是环保材料，在制造过程中无任何污染。当用完废弃后，可直接作焚烧处理，焚烧所释放的气体对人体，空气，水以及土壤几乎没有损害和污染。充分燃烧后，只剩下无机粉体，不会破坏焚化炉。在自然环境下，经紫外线照射数月后，将会自然崩解成细小粉末。与传统填充母料粒子作对比，该代塑新材料的优点是：(1)减塑降塑作用更甚；(2)节能减排，绿色环保；(3)价格低廉(每吨该环保代塑新材料的价格是普通塑料均价的70％-75％)；(4)在自然环境下经阳光照射，会自发地裂解成细小的粉末，可从根本上解决白色垃圾的问题；(5)无机粉体的存在减少了可燃物质，缓慢燃烧可以降低局部热量有利于保护燃烧设备，同时由于无机粉末的存在，塑料受热膨胀形成许多微孔，不易熔融粘流在一起，还大大增加了可燃材料与空气中氧气的接触面积，使可燃材料得到充分彻底燃烧。使用该代塑新材料制备的地膜，能满足其使用功能。(6)本发明的代塑材料生物降解周期短，对环境友好。具体实施方式下面详细描述本发明的实施例，并且实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。本发明提供一种可用作地膜的代塑新材料及其制备工艺。其中实施例1-5的配方如下表1。配方中各组分的选择成分为表2。表1实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5无机粉体35.9％43.1％46.7％40.2％42.4％开口剂1.5％1.8％2.0％1.7％2.8％偶联剂5.5％6.6％7.2％6.2％6.5％ldpe3.9％4.7％5.1％4.4％4.6％载体树脂17.8％11.4％9.5％10.5％12.1％增强材料14.3％11.5％7.8％16.5％10.4％x16.8％8.2％5.6％4.6％8.0％x27.4％4.5％7.3％8.3％8.7％x36.9％8.3％9.0％7.7％4.5％表2实施例1第一步，将无机粉体先投入高混机里，以1200r/min的转速高速搅拌，使得粉体温度升高至100℃，保持10分钟，将粉体水汽排尽，打开其团聚颗粒，形成新的界面，便于偶联剂的作用，形成疏水亲油的结构；第二步，将适量的偶联剂加入高混机里，以1500r/min的转速高速搅拌5分钟，粉体活化完毕；第三步，将x2、开口剂和ldpe同时加入高混机里，搅拌数分钟；再加入x1、x3、载体树脂和增强材料，以1200r/min的转速搅拌数分钟；第四步，将高混机里面的所有物料投入密炼机里，通过密炼机密炼10分钟，剪切分散均匀，反复揣揉形成一个均相的物料团；第五步，密炼机里的物料团，翻倒入送料小车，通过送料小车，将物料团送入三螺杆挤出机的进料筒里；第六步，挤出机吃料，螺杆推送，水环切粒；水环切粒参数如下：一区温度160℃，二区温度162℃，三区温度165℃，四区温度165℃，五区温度167℃，六区温度168℃，七区温度170℃，八区温度171℃，九区温度173℃，十区温度175℃，十一区温度178℃，十二区温度180℃，换网温度170℃，机头温度200℃，熔体压力值10mpa，双螺杆电流值200a，双螺杆转速值400r/min，主喂料频率值5hz；第七步，水环切粒后，经干燥、分筛、检验，检验合格后风送至储存罐内储存；最后，释放粒料，真空包装，存放在阴凉干燥处；至此，用于地膜的环保代塑新材料制造完成。实施例2第一步，将无机粉体先投入高混机里，以1300r/min的转速高速搅拌，使得粉体温度升高至100℃，保持10分钟，将粉体水汽排尽，打开其团聚颗粒，形成新的界面，便于偶联剂的作用，形成疏水亲油的结构；第二步，将适量的偶联剂加入高混机里，以1400r/min的转速高速搅拌5分钟，粉体活化完毕；第三步，将x2、开口剂和ldpe同时加入高混机里，搅拌数分钟；再加入x1、x3、载体树脂和增强材料，以1300r/min的转速搅拌数分钟；第四步，将高混机里面的所有物料投入密炼机里，通过密炼机密炼10分钟，剪切分散均匀，反复揣揉形成一个均相的物料团；第五步，密炼机里的物料团，翻倒入送料小车，通过送料小车，将物料团送入三螺杆挤出机的进料筒里；第六步，挤出机吃料，螺杆推送，水环切粒；水环切粒参数如下：一区温度161℃，二区温度162℃，三区温度164℃，四区温度165℃，五区温度165℃，六区温度168℃，七区温度171℃，八区温度171℃，九区温度173℃，十区温度175℃，十一区温度178℃，十二区温度180℃，换网温度190℃，机头温度180℃，熔体压力值15mpa，双螺杆电流值250a，双螺杆转速值500r/min，主喂料频率值6hz；第七步，水环切粒后，经干燥、分筛、检验，检验合格后风送至储存罐内储存；最后，释放粒料，真空包装，存放在阴凉干燥处；至此，用于地膜的环保代塑新材料制造完成。实施例3第一步，将无机粉体先投入高混机里，以1500r/min的转速高速搅拌，使得粉体温度升高至90℃，保持9分钟，将粉体水汽排尽，打开其团聚颗粒，形成新的界面，便于偶联剂的作用，形成疏水亲油的结构；第二步，将适量的偶联剂加入高混机里，以1500r/min的转速高速搅拌5分钟，粉体活化完毕；第三步，将x2、开口剂和ldpe同时加入高混机里，搅拌数分钟；再加入x1、x3、载体树脂和增强材料，以1400r/min的转速搅拌数分钟；第四步，将高混机里面的所有物料投入密炼机里，通过密炼机密炼8分钟，剪切分散均匀，反复揣揉形成一个均相的物料团；第五步，密炼机里的物料团，翻倒入送料小车，通过送料小车，将物料团送入三螺杆挤出机的进料筒里；第六步，挤出机吃料，螺杆推送，水环切粒；水环切粒参数如下：一区温度165℃，二区温度162℃，三区温度165℃，四区温度175℃，五区温度169℃，六区温度168℃，七区温度170℃，八区温度171℃，九区温度180℃，十区温度175℃，十一区温度178℃，十二区温度180℃，换网温度180℃，机头温度190℃，熔体压力值14mpa，双螺杆电流值200a，双螺杆转速值500r/min，主喂料频率值10hz；第七步，水环切粒后，经干燥、分筛、检验，检验合格后风送至储存罐内储存；最后，释放粒料，真空包装，存放在阴凉干燥处；至此，用于地膜的环保代塑新材料制造完成。实施例4第一步，将无机粉体先投入高混机里，以1450r/min的转速高速搅拌，使得粉体温度升高至100℃，保持10分钟，将粉体水汽排尽，打开其团聚颗粒，形成新的界面，便于偶联剂的作用，形成疏水亲油的结构；第二步，将适量的偶联剂加入高混机里，以1400r/min的转速高速搅拌5分钟，粉体活化完毕；第三步，将x2、开口剂和ldpe同时加入高混机里，搅拌数分钟；再加入x1、x3、载体树脂和增强材料，以1200r/min的转速搅拌数分钟；第四步，将高混机里面的所有物料投入密炼机里，通过密炼机密炼9分钟，剪切分散均匀，反复揣揉形成一个均相的物料团；第五步，密炼机里的物料团，翻倒入送料小车，通过送料小车，将物料团送入三螺杆挤出机的进料筒里；第六步，挤出机吃料，螺杆推送，水环切粒；水环切粒参数如下：一区温度165℃，二区温度166℃，三区温度170℃，四区温度171℃，五区温度173℃，六区温度168℃，七区温度170℃，八区温度175℃，九区温度178℃，十区温度179℃，十一区温度180℃，十二区温度180℃，换网温度200℃，机头温度220℃，熔体压力值18mpa，双螺杆电流值250a，双螺杆转速值300r/min，主喂料频率值8hz；第七步，水环切粒后，经干燥、分筛、检验，检验合格后风送至储存罐内储存；最后，释放粒料，真空包装，存放在阴凉干燥处；至此，用于地膜的环保代塑新材料制造完成。实施例5第一步，将无机粉体先投入高混机里，以1200r/min的转速高速搅拌，使得粉体温度升高至100℃，保持10分钟，将粉体水汽排尽，打开其团聚颗粒，形成新的界面，便于偶联剂的作用，形成疏水亲油的结构；第二步，将适量的偶联剂加入高混机里，以1400r/min的转速高速搅拌5分钟，粉体活化完毕；第三步，将x2、开口剂和ldpe同时加入高混机里，搅拌数分钟；再加入x1、x3、载体树脂和增强材料，以1500r/min的转速搅拌数分钟；第四步，将高混机里面的所有物料投入密炼机里，通过密炼机密炼10分钟，剪切分散均匀，反复揣揉形成一个均相的物料团；第五步，密炼机里的物料团，翻倒入送料小车，通过送料小车，将物料团送入三螺杆挤出机的进料筒里；第六步，挤出机吃料，螺杆推送，水环切粒；水环切粒参数如下：一区温度165℃，二区温度164℃，三区温度165℃，四区温度170℃，五区温度167℃，六区温度169℃，七区温度170℃，八区温度171℃，九区温度178℃，十区温度180℃，十一区温度178℃，十二区温度180℃，换网温度200℃，机头温度230℃，熔体压力值10mpa，双螺杆电流值280a，双螺杆转速值400r/min，主喂料频率值5hz；第七步，水环切粒后，经干燥、分筛、检验，检验合格后风送至储存罐内储存；最后，释放粒料，真空包装，存放在阴凉干燥处；至此，用于地膜的环保代塑新材料制造完成。使用实施例1-5的用于地膜的环保代塑新材料，经吹膜--->冷却--->牵引--->压平--->分切--->收卷--->成品工序，得到厚度(1或1.2个丝)、色泽均匀的地膜，对其性能进行测试(按照gb/t13735-2017的标准进行测试)。结果如表3所示。表3上述实施例的代塑新材料的组成配方按照表1进行配比，总质量为1kg。对各实施例制备的代塑新材料性能进行测试，参照gb/t13735-2017聚乙烯吹塑农用地面覆盖薄膜，厚度1或1.2个丝，外观(色泽均匀，无明显孔洞、气泡)，力学性能(拉伸负荷≥5.0n，断裂应变≥400％)，耐候性能(长时间暴露户外化学性质稳定)，厚度偏差(厚度极限偏差少于0.005mm)，宽度极限偏差(在800-1500mm宽度范围内，极限偏差少于10mm)，净质量极限偏差(每卷质量为≤10kg时，极限偏差小于0.10kg)等符合gb/t13735-2017标准。降解性能测试：以实施例1-5中的样品作为试验材料，以gb/t20197-2006《降解塑料的定义、分类、标志和降解性能要求》为检验指导，然后采用gb/t19277-2003(idtis014855:1999)作为实施例的试验方法。采用受控需氧堆肥试验测定样品，所测试样为5mm*5mm的薄膜，参比材料为纤维素，堆肥肥龄为3个月，试验容器容积为5l。测定二氧化碳方法：用氢氧化钠溶液吸收后，测量溶解无机碳(dic)，作为累计放出的二氧化碳量。其中对比例1为现有技术中的cn107266763a的塑料材料制备的样品。测试方法与本发明的实施例相同。表4表明了降解周期为6个月的生物分解百分率。表4时间/月降解率参比材料96.84％实施例178.32％实施例279.45％实施例380.98％实施例472.38％实施例576.51％对比例147.88％表4可以看出，经过6个月的堆肥试验检测出的实施例样品最终生物分解率，检测结果分别为78.32％、79.45％、80.98％、72.38％、76.51％，实施例1-5的样品生物分解率均大于70％，根据国家标准gb/t19277-2003(idtis014855:1999)，实施例1-5的代塑新材料的降解性能优良。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“另一个实施例”等的描述意指结合该实施例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。当前第1页1 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