淀粉基可降解農(nóng)膜的性能研討

淀粉基可降解農(nóng)膜的性能研討

摘要：以聚乙烯和可降解淀粉母料為原料共混在吹膜機(jī)中直接吹塑出淀粉可降解農(nóng)膜。研究了復(fù)合農(nóng)膜的力學(xué)性能、透光率及降解性能。結(jié)果表明可降解淀粉膜的橫向抗張強(qiáng)度從4.5-6.5Mpa變化，而縱向抗張強(qiáng)度從6.5-13.0Mpa變化。膜的透光率隨淀粉含量的增加而逐漸降低。生物降解性實(shí)驗(yàn)顯示其在半

年降解率達(dá)30。關(guān)鍵詞：淀粉降解農(nóng)膜力學(xué)性能我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，塑料地膜的消費(fèi)量居世界第一位。由于農(nóng)用地膜能有效控制土壤溫度和濕度、防止雜草生長(zhǎng)、減少水分和營(yíng)養(yǎng)物流失，從而為作物生長(zhǎng)創(chuàng)造有利的生態(tài)環(huán)境，使農(nóng)作物的產(chǎn)量提高20～50，極大地促進(jìn)了農(nóng)業(yè)的發(fā)展，創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。地膜覆蓋技術(shù)在給農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收帶來巨大經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也給土地嚴(yán)重污染。傳統(tǒng)的農(nóng)用地膜的主要成分是聚乙烯、聚氯乙烯等合成高分子材料，廢棄的農(nóng)用地膜降解極為困難，越積越多的塑料碎片在土壤中形成阻隔層，降低土壤的透氣性，劣化土壤，造成嚴(yán)重的白色污染。淀粉是一種可再生和可完全生物降解的高分子聚合物，在地球上儲(chǔ)量豐富。將淀粉進(jìn)行疏水改性后，與合成高分子材料直接共混生產(chǎn)出部分降解的塑料原料。本研究采用改性淀粉與低密度聚乙烯共混直接擠出吹塑成膜，工藝簡(jiǎn)單，成本低，同時(shí)農(nóng)用地膜的力學(xué)性能和降解性滿足使用要求。1.實(shí)驗(yàn)部分1.1材料低密度聚乙烯(LDPE)，廣東茂名石化乙烯工業(yè)公司；可降解淀粉母料：市場(chǎng)購(gòu)買。1.2儀器與設(shè)備SJ-65-1500型吹膜機(jī)及其控制箱，空氣壓縮機(jī)，福建省泉州市新泰機(jī)械有限公司。ZL-300A擺錘式抗張力實(shí)驗(yàn)機(jī)，長(zhǎng)春市實(shí)驗(yàn)機(jī)廠厚度測(cè)試議，長(zhǎng)春市實(shí)驗(yàn)機(jī)廠UV-2100型分光光度計(jì)，上海尤尼柯儀器有限公司；1.3實(shí)驗(yàn)方法將保存在干燥、通風(fēng)處的可降解母料和PE按純PE、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60的比例稱取充分混合，經(jīng)過SJ-45-600型擠出吹塑設(shè)備，設(shè)定成型溫度依次為170℃、160℃、150℃、140℃、130℃，主機(jī)轉(zhuǎn)速為160r/min、控制吹脹比和牽伸比，制備厚度在0.2-0.3mm的乳白色薄膜。薄膜抗張強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率采用ZL-300A擺錘式抗張力實(shí)驗(yàn)機(jī)測(cè)試。薄膜的透光率UV-2100型分光光度計(jì)測(cè)定；降解性實(shí)驗(yàn)通過掃描電鏡觀察微生物在薄膜上的生長(zhǎng)情況和半年農(nóng)膜的失重率。2.結(jié)果與討論2.1力學(xué)性能分析按照實(shí)驗(yàn)步驟將所準(zhǔn)備的膜在測(cè)試儀上測(cè)定，并根據(jù)國(guó)家檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，分橫向和縱向分別進(jìn)行測(cè)量。結(jié)果如下圖所示。從圖1從可以看出：所有不同加量的淀粉－PE膜的抗張拉力(橫向)都大于1.80N，比中華人民共和國(guó)GB13022號(hào)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)（≥1.60N）還要好。淀粉-PE膜的橫向抗張強(qiáng)度基本上都在4.500-6.500Mpa之間，當(dāng)?shù)矸酆繛?5時(shí)表現(xiàn)出最大值，達(dá)到6.823Mpa；最小值出現(xiàn)在淀粉含量為50時(shí)，也達(dá)到了4.547Mpa。所以可知，當(dāng)?shù)矸酆繌?-55變化時(shí)，所吹制的膜具有較好的抗張強(qiáng)度(橫向)，而且變化也比較均勻，基本上保持在一條水平線上，與純PE膜基本一致。通過表3及圖2可以看出當(dāng)?shù)矸酆繌?-55變化時(shí)，單從抗張拉力(縱向)來看，其值也都在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍之內(nèi)(GB13022)?？箯垙?qiáng)度的變化幅度的6.500-13.000Mpa不等。其中最大值達(dá)到了12.916Mpa(淀粉含量為20時(shí))，最小值也能達(dá)到6.612Mpa(淀粉含量為30時(shí))?？梢钥闯?，所吹制的膜的縱向的抗張強(qiáng)度也表現(xiàn)良好，但是相比橫向而言，它的變化幅度較大，不是很均勻?？傮w上來看，仍然和純PE膜的表現(xiàn)基本一致。2.2透光率的測(cè)量按照實(shí)驗(yàn)方法將所制的膜在UV-2100型分光光度計(jì)上進(jìn)行測(cè)量，測(cè)得的結(jié)果如下所示：本實(shí)驗(yàn)采用UV-2100型分光光度計(jì)測(cè)定薄膜的透光率，由于每次取樣的厚度不可能都一樣，而且，薄膜的厚度是影響其透光率的因素之一。所以本實(shí)驗(yàn)先將各樣測(cè)其厚度和透光率，再以5的淀粉含量的淀粉-PE膜為標(biāo)準(zhǔn)，其它的以此進(jìn)行換算后得到。圖3可以清楚地看出：當(dāng)?shù)矸酆繌?-55變化時(shí)，淀粉-PE膜的透光率逐漸降低。當(dāng)?shù)矸酆繛?時(shí)，透光率達(dá)到96，和純PE膜的透光率基本一致。然而當(dāng)?shù)矸酆繛?5時(shí)，透光率只有9.96，其透光效果已經(jīng)很不好，這與淀粉的性質(zhì)是有關(guān)的。2．3淀粉薄膜的降解性能測(cè)試農(nóng)用淀粉薄膜樣品經(jīng)過半年的野外自然降解實(shí)驗(yàn)，樣品薄膜取出清洗干凈并烘干到兩次稱量沒有重量的減少，測(cè)量降解后的重量并計(jì)算失重率，測(cè)定樣品降解前后的力學(xué)性能和微觀形貌。由圖4及圖5對(duì)比可知，[NextPage]降解前共混薄膜中淀粉顆粒清晰，經(jīng)過半年的使用，淀粉顆粒與聚乙烯界面變得模糊，薄膜的表面生長(zhǎng)了許多細(xì)菌和霉菌。經(jīng)過半年的野外降解實(shí)驗(yàn)，失重率測(cè)試結(jié)果如圖6所示。由圖可知，未添加淀粉母料的聚乙烯的薄膜不降解，在低含量淀粉母料的降解性也較差，隨淀粉母料含量的增加，共混物膜的降解性明顯增加。3.結(jié)論通過實(shí)驗(yàn)，當(dāng)?shù)矸酆繌?-55變

化時(shí)，均能吹出外觀上較光滑呈乳白色的膜。當(dāng)?shù)矸酆吭?5-30時(shí)，各種性能基本能和純PE膜的性能一致，能夠用作農(nóng)用地膜用。隨淀粉含量的增加，薄膜的力學(xué)性能有所降低。當(dāng)可降解淀粉-PE膜中淀粉含量超過55時(shí)，膜的橫向的抗張強(qiáng)度已經(jīng)很差。掃描電鏡分析表明淀粉薄膜整體易于受到微生物的侵襲，能在規(guī)定的時(shí)間降解。參考文獻(xiàn)[1]Tokiwa,Yutaka;Iwamoto,Akira;Koyama,Masatoshi,Developmentofbiodegradableplasticscontainingpolycaprolactoneand/orstarch,PolymericMaterialsScienceandEngineering,1990(63):p742-746[2]vanSoest,JeroenJ.G.;Vliegenthart,JohannesF.G.,Crystallinityinstarchplastics:consequencesformaterialproperties,TrendsinBiotechnology,1997,15(6):208-213[3]吳春華，安鑫南，劉應(yīng)隆.可生物降解的耐水性塑料薄