本發(fā)明屬于新材料領(lǐng)域,具體涉及一種水稻種植用全生物降解地膜及其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù):
水稻是我國(guó)主要糧食作物,關(guān)系國(guó)家民生。現(xiàn)有水稻種植技術(shù)中,水稻種植存在種植面積受限、水資源短缺、土壤污染嚴(yán)重、除草費(fèi)用高,蟲(chóng)害重、東北地區(qū)低溫冷害頻發(fā)等問(wèn)題。近年來(lái),水稻種植面臨著種植范圍受限、水資源短缺、土壤污染嚴(yán)重等問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。特別是由于人工費(fèi)的逐年上漲,據(jù)測(cè)算,按一個(gè)人工80元/天,每畝除草人工費(fèi)用為200-350元。使得水稻種植中除草劑、殺蟲(chóng)劑、化肥等過(guò)量使用,使土壤污染問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。
針對(duì)這些問(wèn)題,國(guó)內(nèi)很多進(jìn)行覆膜種植水稻應(yīng)用研究,地膜覆蓋種植有機(jī)水稻可起到除草殺蟲(chóng)作用,提高地溫3-5℃,可節(jié)約用水30-40%。普通地膜覆蓋能夠有效解決低溫冷害,且節(jié)水效果明顯,但是帶來(lái)的另外一個(gè)問(wèn)題就是使用普通地膜存在回收難,白色污染問(wèn)題。使用可降解地膜種植水稻,是解決水稻種植問(wèn)題的有效途徑??山到獾啬つ壳坝袃煞N,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淀粉、纖維素等和含鐵的可光熱氧化敏化降解成份,通過(guò)先期光熱氧化反應(yīng)使聚乙烯大分子降解為小分子,進(jìn)而通過(guò)生物降解來(lái)達(dá)到降解目的。但其在水稻種植特性,使其灌漿前一直生長(zhǎng)在水里,沒(méi)有氧化誘導(dǎo)的條件,使其達(dá)不到降解的效果。另一方面氧化生物地膜降解后的成分是否會(huì)對(duì)作物和土地產(chǎn)生不良影響,也沒(méi)有驗(yàn)證。
目前的全生物降解地膜,主要以對(duì)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,采用共混或填充的方法制備而得。目前還存在以下缺點(diǎn):一是可降解地膜較厚,一般厚度為0.010mm以上,斷裂伸長(zhǎng)率、增溫保墑能力相對(duì)普通聚乙烯地膜較差;二是降解可控性不夠,僅在玉米、馬鈴薯等作物應(yīng)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(duì)于水稻種植解決耐水解性是關(guān)鍵;三是價(jià)格昂貴,用戶難于接受。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
針對(duì)這些問(wèn)題,國(guó)內(nèi)很多進(jìn)行覆膜種植水稻應(yīng)用研究,地膜覆蓋種植有機(jī)水稻可起到除草殺蟲(chóng)作用,提高低溫3-5℃,可節(jié)約用水30-40%。普通地膜覆蓋能夠有效解決低溫冷害,且節(jié)水效果明顯,但是帶來(lái)的另外一個(gè)問(wèn)題就是使用普通地膜存在回收難,污染環(huán)境等問(wèn)題。本發(fā)明提供了一種可堆肥、價(jià)格適中、使用成本適中、降解性能可靠、環(huán)境友好的適用于水稻種植特性的全生物降解地膜生產(chǎn)技術(shù)和種植方法。
即本發(fā)明的第一目的在于提供一種水稻種植用全生物降解地膜,包括內(nèi)層、中層和外層,其中所述內(nèi)層、外層包括以下重量比的組分:
所述中層包括以下重量比的組分:
其中內(nèi)層、外層、中層各組分重量比之和分別為100%重量。
優(yōu)選地,本發(fā)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(nèi)層、中層和外層由三層共擠出技術(shù)制備;所述內(nèi)層、中層和外層的厚度比為1:1:1。
優(yōu)選地,本發(fā)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(guò)氧化二苯甲酰胺BPO或聚己內(nèi)酯中的任意一種或幾種。
優(yōu)選地,本發(fā)明所述的水稻種植用全生物降解地膜中,所述擴(kuò)鏈劑為二苯甲基二異氰酸酯(MDI)、叔丁基過(guò)氧化氫、甲乙酮過(guò)氧化物中的任意一種或幾種。
優(yōu)選地,本發(fā)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(yōu)選地,本發(fā)明所述的水稻種植用全生物降解地膜中,本發(fā)明所述光穩(wěn)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(wěn)定劑362中的任意一種或幾種。
優(yōu)選地,本發(fā)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(yōu)選地,本發(fā)明所述的水稻種植用全生物降解地膜中,所述潤(rùn)滑劑為液體石蠟、油酸酰胺、硬脂酸鈣、硬脂酸中的任意一種或幾種。
優(yōu)選地,本發(fā)明所述的水稻種植用全生物降解地膜中,所述開(kāi)口劑為二氧化硅、滑石粉、碳酸鈣中的任意一種或幾種。
本發(fā)明的另一目的在于提供上述水稻種植用全生物降解地膜的制備方法,包括以下步驟:
1)按照上述全生物降解地膜的內(nèi)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(nèi)層的各組分計(jì)量后加入塑料混合機(jī)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(nèi)層各組分的混合物加入雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒;3)將外層專(zhuān)用料、中層專(zhuān)用料、內(nèi)層專(zhuān)用料對(duì)應(yīng)三層共擠擠出機(jī)外層、中層、內(nèi)層經(jīng)擠出吹塑冷卻成型。
優(yōu)選地,本發(fā)明所述的水稻種植用全生物降解地膜的制備方法中,所述步驟2)中雙螺桿擠出機(jī)的工藝參數(shù)為:
1區(qū)~5區(qū)與機(jī)頭的溫度分別為
主機(jī)頻率:35—45Hz
喂料頻率:25—30Hz
切粒機(jī)轉(zhuǎn)速:250—470轉(zhuǎn)/分
冷卻水溫度:30—50℃。
優(yōu)選地,本發(fā)明所述的水稻種植用全生物降解地膜的制備方法中,所述步驟2)中三層共擠擠出機(jī)的工藝參數(shù)為:
外層溫度:1區(qū)~5區(qū)分別為140—145℃、145—150℃、150—155℃、155—165℃、160—170℃;
中層溫度:1區(qū)~5區(qū)分別為:155—160℃、160—165℃、165—170℃、170—175℃、175—180℃;
內(nèi)層溫度:1區(qū)~5區(qū)分別為:140—145℃、145—150℃、150—155℃、155—165℃、160—170℃;
其中,吹脹比為>2.5。
由上及本發(fā)明后續(xù)實(shí)施例可知,本發(fā)明的水稻種植用全生物降解地膜及其制備方法至少有以下優(yōu)點(diǎn):
1)在本發(fā)明的全生物降解地膜覆膜濕潤(rùn)栽培條件下,水稻生長(zhǎng)期縮短、出米率增加、水稻品質(zhì)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(chóng)危害明顯減輕,節(jié)省了人工除草費(fèi)用,減少了農(nóng)藥用量,減少了農(nóng)藥殘留;
3)本發(fā)明全生物降解地膜厚度可以達(dá)到0.008-0.010mm,,通過(guò)厚度減薄來(lái)降低用戶的使用成本,同時(shí)通過(guò)三層共擠工藝,添加功能助劑解決了現(xiàn)有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(wèn)題。降解性能可控性好,滿足作物的生長(zhǎng)要求。價(jià)格較國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品低5%左右,另外由于薄膜厚度減薄,使用戶的使用成本下降。
具體實(shí)施方式
以下通過(guò)具體實(shí)施例進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行說(shuō)明,應(yīng)理解以下僅為本發(fā)明的示例性說(shuō)明,并不用于限制本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
實(shí)施例1水稻種植用全生物降解地膜的制備
本實(shí)施例通過(guò)三層共擠出技術(shù),表層PBAT、PLA、PHA共混改性;中層PPC、PBAT多層復(fù)合實(shí)現(xiàn)薄膜低厚度、高斷裂延伸率,三層厚度比為1:1:1。并通過(guò)添加相容劑、擴(kuò)鏈劑、抗水解劑、光穩(wěn)定劑、抗氧化劑等來(lái)改進(jìn)其降解等性能;添加改性滑石粉、潤(rùn)滑劑、開(kāi)口劑改善加工性能,提高一次合格率,增加薄膜韌性并降低成本。本發(fā)明通過(guò)降低厚度、功能化提高附加值、提高工藝穩(wěn)定性來(lái)制備功能性可靠,成本可接受的適用于水稻的全降解地膜。各層配方以重量計(jì)入下,其中,PBAT購(gòu)自德國(guó)BSF、日本三菱、浙江杭州鑫富藥業(yè)股份有限公司;PLA購(gòu)自Nature words LLC、浙江海正生物材料股份有限公司;PHA購(gòu)自天津國(guó)潤(rùn)生物材料有限公司;PPC購(gòu)自南陽(yáng)中聚天冠低碳科技有限公司。
具體技術(shù)方案如下:
外層及內(nèi)層配方
其中,以PBAT、PLA與PCL含量之和為100%重量。
中層配方為:
其中,以PPC與PBAT含量之和為100%重量。
工藝路線:
1、專(zhuān)用料
(1)按上述重量比例分外層、中層、內(nèi)層分別計(jì)量,后然后將各材料加入塑料混合機(jī)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(jī)擠出造粒。雙螺桿擠出機(jī)各工藝參數(shù)如下:
工藝溫度:
主機(jī)頻率:35—45Hz
喂料頻率:25—30Hz
切粒機(jī)轉(zhuǎn)速:250—470轉(zhuǎn)/分
冷卻水溫度:30—50℃
2、黑色母
(1)按下述比例計(jì)量,混合均勻
(2)將分散好的混合物料用雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒,工藝參數(shù)同上。
3、全降解地膜
按照外層專(zhuān)用料、中層專(zhuān)用料、內(nèi)層專(zhuān)用料分別對(duì)應(yīng)三層共擠擠出機(jī)外層、中層、內(nèi)層經(jīng)擠出吹塑冷卻成型。
擠出吹塑機(jī)組的各工藝參數(shù)如下:
擠出機(jī)溫度:
外層
中層
內(nèi)層
制品規(guī)格1800×0.009mm擠出機(jī)喂料頻率50HZ。
吹脹比為>2.5
制得的全生物降解地膜水稻種植應(yīng)用效果如下:
(一)、試驗(yàn)設(shè)計(jì):試驗(yàn)共分3個(gè)處理,處理1為覆喜豐公司自產(chǎn)黑色PE地膜,膜寬1.85米,膜厚0.008mm正常地膜水田;處理2為應(yīng)用黑色全生物降解地膜,膜寬1.85米,膜厚0.010mm。降解地膜水田;處理3為不覆膜水田。
(二)結(jié)論
(1)、在覆膜濕潤(rùn)栽培條件下,緩苗期提前2天,分蘗期提前2天,莖稈粗壯。
(2)、覆PE膜濕潤(rùn)栽培可節(jié)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(jīng)測(cè)定水稻地膜栽培公頃產(chǎn)量為9165㎏,降解膜栽培公頃產(chǎn)量為9630㎏,常規(guī)栽培產(chǎn)量為7275㎏,水稻覆PE膜較常規(guī)增產(chǎn)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(zhì),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(guī)栽培出米率為70%)。
(5)、水稻覆膜田間雜草和病蟲(chóng)危害明顯減輕,負(fù)泥蟲(chóng)每平方米減少3.5頭,雜草得到有效抑制,節(jié)省了人工除草費(fèi)用,減少了農(nóng)藥用量,減少了農(nóng)藥殘留。
(6)128天水稻收割后,普通PE地膜拉力較好,膜完整。全降解地膜地表殘留<10%,無(wú)拉力,成碎紙狀。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式,應(yīng)當(dāng)指出,對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō),在不脫離本發(fā)明原理的前提下,還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾,這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。