本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)新材料領(lǐng)域，特別涉及一種相容性改善的多功能型生物降解地膜及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、在農(nóng)田中利用地膜可達(dá)到增產(chǎn)作用，但是如今塑料地膜主要由聚乙烯等不可生物降解的高分子材料生產(chǎn)，農(nóng)田中殘留的大量聚乙烯地膜碎片會惡化土壤質(zhì)量，降低作物對水分和養(yǎng)分的吸收，并威脅到土壤健康，從而降低作物產(chǎn)量和品質(zhì)。因此，研發(fā)生物可降解的新型農(nóng)用地膜成是解決農(nóng)業(yè)“白色污染”的根本途徑。

2、生物可降解地膜是指利用生物基材料或其他非生物基材料制成，在自然環(huán)境中，經(jīng)過一定的時間和條件，最終降解成co2和水等對環(huán)境無害的物質(zhì)的一類地膜新產(chǎn)品。目前，由于組成地膜聚合物之間存在相容性差的弊端，導(dǎo)致對大多數(shù)地膜的機械性能產(chǎn)生了負(fù)面影響。在聚合物材料中加入增容劑可有效降低界面張力、增加界面粘合力并改善機械性能。

3、離子液體是一種綠色環(huán)保的溶劑，具有熔點低、不燃性、化學(xué)和物理穩(wěn)定性以及與聚合物的強相互作用等特點。由于離子液體這些優(yōu)異的特性，現(xiàn)在可用作聚合物的界面相容劑、潤滑劑、阻燃劑、增塑劑和加工助劑。其中，離子液體常被用作聚合物共混物的相容劑。如今，天然來源的化合物用作陽離子和陰離子的來源，以獲得生物基離子液體成為一大研究熱點。

4、關(guān)于離子液體改性全生物降解地膜有相關(guān)研究，如yikai?zhou等人發(fā)表在materials?today?communications期刊上題為“enhancing?the?properties?of?pbat/placomposites?with?novel?phosphorus-based?ionic?liquid?compatibilizers”。但是，該研究中所用的季磷離子液體僅起到了增容、改善機械性能和阻燃性，并沒有賦予地膜其他功能，限制了其實際應(yīng)用范圍。因此，設(shè)計和引入功能型離子液體是提高復(fù)合材料應(yīng)用范圍的明智策略。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中地膜存在的相容性差、難以降解、無法調(diào)節(jié)植物生長、不具備抗線蟲特性等問題，本發(fā)明提供了一種相容性改善的多功能型生物降解地膜及其制備方法，該制備方法通過功能型離子液體與全生物降解樹脂熔融共混，擠出吹塑，制備流程簡單，膜厚度可控，具備優(yōu)異的力學(xué)性能，可大規(guī)模生產(chǎn)使用，制備的地膜兼具抗線蟲性和植物生長調(diào)節(jié)作用，這對推動高值化應(yīng)用和綠色聚合物材料的綠色發(fā)展有一定的參考價值。

2、本發(fā)明首先提供一種相容性改善的多功能型生物降解地膜，其原料組成按重量份計包括：全生物降解樹脂75-95份，聚乳酸5-20份，離子液體0.1-1份。

3、優(yōu)選的，原料組成按重量份計包括：全生物降解樹脂80-90份，聚乳酸10-20份，離子液體0.1-1份。

4、在全生物降解樹脂中加入聚乳酸可以在保證生物降解性的前提下提高其剛性，使產(chǎn)品獲得最佳性能平衡點。

5、優(yōu)選的，所述離子液體(il)為膽堿類離子液體，上述離子液體可通過簡單的酸堿中和反應(yīng)制備，將過量的酸和膽堿溶于適量無水乙醇中，在油浴鍋中冷凝回流，反應(yīng)結(jié)束后對產(chǎn)物進行旋蒸除去溶劑，用水對產(chǎn)物進行純化后，再次進行旋蒸，最后用油泵抽干溶劑得到離子液體。

6、其中所用的酸為壬酸、3-吲哚丁酸、己酸或氨基酸中的一種或幾種。

7、更進一步的，酸和膽堿的質(zhì)量用量比為2:1-4:1；酸與無水乙醇的體積比為1:10-1:20；油浴溫度為50-80℃；反應(yīng)時間為5-10h；冷凝回流攪拌轉(zhuǎn)速為400-600rpm；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)溫度為40-60℃；時間為5-10min；抽干溶劑時間控制在8-15h。

8、更具體的離子液體的制備方法為：

9、1)首先，將過量的酸溶解于無水乙醇中，并進行磁力攪拌，其中酸與無水乙醇的體積比為1:10-1:20。

10、2)其次，將膽堿溶于無水乙醇中，并緩慢滴加到冰浴攪拌的酸溶液中，酸和膽堿的質(zhì)量用量比為2:1-4:1，然后將所得溶液在50-80℃油浴攪拌加熱并冷凝回流5-10h，冷凝回流攪拌轉(zhuǎn)速為400-600rpm；反應(yīng)結(jié)束后將得到的液體在40-60℃下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)5-10分鐘以除去乙醇，然后用水對產(chǎn)物進行純化，得到的液體在40-60℃下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)5-10分鐘以除去水，最后用油泵對產(chǎn)物進行溶劑抽干8-15h，得到目標(biāo)離子液體。

11、優(yōu)選的，所述全生物降解樹脂為聚己二酸/對苯二甲酸丁二酯(pbat)、聚丙交酯(pga)、聚碳酸亞丙酯(ppcp)或聚羥基烷酸酯(pha)中的一種或幾種；

12、更優(yōu)選的，所述全生物降解樹脂為pbat。

13、優(yōu)選的，所述全生物降解樹脂的顆粒粒徑為2-4mm。

14、本發(fā)明還提供了上述相容性改善的多功能型生物降解地膜的制備方法，將離子液體和全生物降解樹脂進行熔融共混，擠出吹塑，即得本發(fā)明所述生物降解地膜。

15、更具體的，制備所述相容性改善的多功能型生物降解地膜的步驟如下：

16、稱取全生物降解樹脂、聚乳酸和離子液體，在60-100℃下干燥8-12h，將上述全生物降解樹脂、聚乳酸、離子液體加入到雙螺桿擠出機。從進料部分到機頭共有三個連續(xù)的溫度區(qū)：130-140℃、140-150℃、150-160℃，加料速率設(shè)定為30-40g/min，螺桿轉(zhuǎn)速為30-40rpm；隨后雙螺桿擠出的熔融狀態(tài)的復(fù)合材料在牽引裝置的牽引下進行冷卻降溫，再由切粒機進行造粒，得到復(fù)合母粒，切粒機轉(zhuǎn)速為15-30rpm。將得到的復(fù)合母粒在80-90℃下干燥6-12h，加入單螺桿擠出機進行熔融擠出，通過吹膜機吹塑成地膜。

17、吹膜的工藝溫度設(shè)置為150/170/165/165/140℃，螺桿轉(zhuǎn)速為40-60rpm，牽引速率為20-25hz，收取速率為15-20hz，即可得到的相容性改善的多功能型生物降解地膜，將其用黑色不透光塑料袋封裝好，儲藏在干燥陰涼避光處。

18、通過所述方法得到的相容性改善的多功能型生物降解地膜的厚度通過調(diào)整吹脹比、牽引速率等工藝參數(shù)控制在20-40μm之間。

19、本發(fā)明的有益效果如下：

20、本發(fā)明是將具有植物生長調(diào)理作用和抗線蟲性的離子液體和全生物降解樹脂及聚乳酸采用熔融共混、擠出吹塑的方法，制備兼具植物生長調(diào)節(jié)功能和抗線蟲特性的全生物降解地膜。

21、在使用過程中，離子液體內(nèi)部負(fù)載的離子液體分子會緩慢釋放到地膜基體中，然后進一步釋放到地膜表面，最后與作物葉片接觸，達(dá)到促進植物生長和殺害線蟲的效果。

22、所使用的全生物降解樹脂作為地膜材料，具有在土壤中降解的特點，這對推動高值化應(yīng)用和綠色聚合物材料的綠色發(fā)展有一定的參考價值。

技術(shù)特征：

1.一種相容性改善的多功能型生物降解地膜，其特征在于，其原料組成按重量份計包括：全生物降解樹脂75-95份，聚乳酸5-20份，離子液體0.1-1份；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述相容性改善的多功能型生物降解地膜，其特征在于，其原料組成按重量份計包括：全生物降解樹脂80-90份，聚乳酸10-20份，離子液體0.1-1份。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述相容性改善的多功能型生物降解地膜，其特征在于，離子液體的制備方法為：通過酸堿中和反應(yīng)制備，將過量的酸和膽堿溶于適量無水乙醇中，在油浴鍋中冷凝回流，反應(yīng)結(jié)束后對產(chǎn)物進行旋蒸除去溶劑，用水對產(chǎn)物進行純化后，再次進行旋蒸，最后用油泵抽干溶劑得到離子液體；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述相容性改善的多功能型生物降解地膜，其特征在于，酸和膽堿的質(zhì)量用量比為2:1-4:1；酸與無水乙醇的體積比為1:10-1:20；油浴溫度為50-80℃；反應(yīng)時間為5-10h；冷凝回流攪拌轉(zhuǎn)速為400-600rpm；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)溫度為40-60℃；時間為5-10min；抽干溶劑時間控制在8-15h。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述相容性改善的多功能型生物降解地膜，其特征在于，離子液體的制備方法為：

6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述相容性改善的多功能型生物降解地膜，其特征在于，所述全生物降解樹脂為聚己二酸/對苯二甲酸丁二酯、聚丙交酯、聚碳酸亞丙酯或聚羥基烷酸酯中的一種或幾種；顆粒粒徑為2-4mm。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述相容性改善的多功能型生物降解地膜，其特征在于，所述全生物降解樹脂為聚己二酸/對苯二甲酸丁二酯。

8.權(quán)利要求1所述相容性改善的多功能型生物降解地膜的制備方法，其特征在于，具體步驟如下：

9.權(quán)利要求8所述相容性改善的多功能型生物降解地膜的制備方法，其特征在于，吹膜的工藝溫度設(shè)置為150/170/165/165/140℃，螺桿轉(zhuǎn)速為40-60rpm，牽引速率為20-25hz，收取速率為15-20hz。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)新材料領(lǐng)域，涉及一種相容性改善的多功能型生物降解地膜及其制備方法，具體是通過將具有植物生長調(diào)節(jié)作用和抗線蟲性的綠色離子液體與全生物降解樹脂熔融共混，擠出吹塑，制備生物可降解地膜。通過引入離子液體，既可以提高生物降解地膜的相容性，也能使地膜具有植物生長調(diào)節(jié)作用和抗線蟲性，從而增加生物降解地膜的應(yīng)用價值，這對推動高值化應(yīng)用和綠色聚合物材料的綠色發(fā)展有一定的參考價值。地膜材料為全生物降解樹脂，具有在土壤中全生物降解、綠色環(huán)保等特點，不會產(chǎn)生環(huán)境污染；本發(fā)明加工工藝簡單，能耗低、效率高。

技術(shù)研發(fā)人員：張坤,吳璇,徐靜,解加卓,王若穎
受保護的技術(shù)使用者：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30