一种木质素基生物可降解膜材料及其制备方法和应用

本发明涉及可降解材料，尤其涉及一种木质素基生物可降解膜材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、生物降解塑料既有较好的力学性能，又有较高的延展性和断裂伸长率，还具有优良的生物降解性，在使用后能够在环境中被微生物利用而分解成二氧化碳和水，可有效避免环境污染。因此，生物降解塑料被当作替代传统塑料聚乙烯和聚苯乙烯的理想材料并成为材料领域的研究热点。

2、地膜在增加农作物产量、提高作物品质、丰富农产品供给结构等方面发挥了重要作用。由于地膜长时间暴露在户外，历经日晒雨淋，极易发生老化而变脆，导致其断裂伸长率急剧下降，在外观变化上主要表现为破洞、开裂而失效，无法满足农作物种植期的使用寿命要求，也无法达到其预期功能效果。生物降解地膜的预期使用寿命一般是1～6个月，如果不进行抗紫外老化和抗氧化预防，其在种植期内就会破裂失效，对地膜的力学、阻隔、保温等性能造成很大影响。

3、紫外稳定剂的应用可有效缓解生物降解材料在使用过程中发生老化而过早降解的问题，现有技术主要是添加无机紫外稳定剂(大多是金属氧化物或陶瓷粉末，如纳米tio2、zno等)及添加有机紫外稳定剂(包括苯并三唑类、受阻胺类、二苯甲酮类、苯甲酸酯类等有机化合物)，有时也会辅以抗氧剂(胺类、酚类、硫代酯和亚磷酸酯类等)。例如，专利公开号为cn114851672a的中国专利、公开号为cn114149667a的中国专利及公开号为cn115386210a的中国专利。但是，现有技术中的无机紫外稳定剂在制备过程中容易团聚和变色，严重影响了紫外线吸收效果；有机紫外稳定剂无法做到全光谱防晒，且有些有机小分子会存在有毒、热稳定性差、易迁移、易分解等问题，并不能很好解决生物降解材料过早降解的问题。并且，因为生物降解材料会在使用过程中发生降解，例如生物降解地膜会在农田土壤环境中发生原位降解，添加剂会释放到土壤中造成环境风险。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种木质素基生物可降解膜材料及其制备方法和应用。本发明提供的木质素基生物可降解膜材料环保安全，且耐老化、易降解。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种木质素基生物可降解膜材料，包括以下质量份数的组分：

4、以木质素计，木质素材料0.001～30份，生物降解聚酯60～99.998份，相容剂0～2份，增塑剂0～2份，扩链剂0～2份，开口剂0.001～2份，偶联剂0～2份，分散剂0～2份，热稳定剂0～2份，色母0～8份。

5、优选地，所述木质素材料包括纯木质素、木质素载体复合材料和木质素微囊材料；所述纯木质素包括酸水解木质素、碱木质素和预水解液木质素中的一种或多种；所述木质素载体复合材料中的载体包括活性炭、二氧化硅、蒙脱土、生物炭和凹凸棒土中的一种或多种；所述木质素微囊材料的制备原料包括纯木质素和成囊材料，所述成囊材料包括壳聚糖、玉米醇溶蛋白、纤维素、改性纤维素、海藻酸钠、脂质体和天然多糖中的一种或多种。

6、优选地，所述生物降解聚酯包括聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯(pbat)、聚丁二酸丁二醇酯(pbs)、聚乳酸(pla)、聚碳酸亚丙酯(ppc)、聚羟基烷酸酯(pha)、聚ε-己内酯(pcl)、聚乙烯醇(pva)、聚β-羟基丁酸(phb)、聚羟基戊酸酯(phv)、聚羟基丁酸戊酸共聚酯(phbv)和聚乙醇酸(pga)中的一种或多种。

7、优选地，所述相容剂为非反应型相容剂或反应型相容剂，所述非反应型相容剂包括乙烯丙烯酸共聚物(eaa)、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(eea)和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(eva)中的一种，所述反应型相容剂包括酸酐类相容剂、环氧类相容剂、亚胺类相容剂、羧酸类相容剂、恶唑啉型相容剂和异氰酸酯型相容剂中的一种或多种。

8、优选地，所述增塑剂包括柠檬酸酯类、环氧类、偏苯三酸三辛酯、邻苯二甲酸二(2-丙基庚)酯增塑剂的一种或多种；所述柠檬酸酯类包括柠檬酸三丁酯、乙酰柠檬酸三丁酯和乙酰柠檬酸三辛酯中的一种或多种；所述环氧类包括环氧大豆油和/或9,10-环氧硬脂酸辛酯。

9、优选地，所述扩链剂包括对苯二酚二羟乙基醚、间苯二酚二羟乙基醚、双酚a、乙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇和一缩乙二醇中的一种或多种。

10、优选地，所述开口剂包括脂肪酸酰胺类、脂肪酸酯类、双硬脂酰胺(ebs)衍生物、烷烃类、硅氧烷类润滑剂、滑石粉、硅藻土和二氧化硅的一种或多种；所述脂肪酸酰胺类包括芥酸酰胺和/或油酸酰胺；所述烷烃类包括石蜡；

11、所述偶联剂包括硅烷偶联剂kh550、硅烷偶联剂kh560、硅烷偶联剂kh570和硅烷偶联剂kh590中的一种或多种；

12、所述分散剂包括硬脂酸、油酸和钛酸酯中的一种或多种；

13、所述热稳定剂包括顺丁烯二酸酐和/或环氧大豆油。

14、本发明还提供了上述技术方案所述的木质素基生物可降解膜材料的制备方法，包括以下步骤：

15、将生物降解聚酯、木质素材料、相容剂、增塑剂、扩链剂、开口剂、偶联剂、分散剂、热稳定剂和色母混合，得到的混料依次经挤塑造粒和吹塑成膜，得到所述木质素基生物可降解膜材料；所述挤塑造粒和吹塑成膜的温度独立地为130℃～195℃。

16、本发明还提供了上述技术方案所述的木质素基生物可降解膜材料的制备方法，包括以下步骤：

17、将部分生物降解聚酯、木质素材料、相容剂、增塑剂、扩链剂、开口剂、偶联剂、分散剂、热稳定剂和色母混合，得到的混料经挤塑造粒，得到生物降解聚酯母粒；

18、所述生物降解聚酯母粒和余量生物降解聚酯混合，经吹塑成膜，得到所述木质素基生物可降解膜材料；

19、所述挤塑造粒和吹塑成膜的温度独立地为130℃～195℃。

20、本发明还提供了上述技术方案所述的木质素基生物可降解膜材料或上述技术方案所述的制备方法制得的木质素基生物可降解膜材料作为地膜的应用。

21、本发明提供了一种木质素基生物可降解膜材料，包括以下质量份数的组分：以木质素计，木质素材料0.001～30份，生物降解聚酯60～99.998份，相容剂0～2份，增塑剂0～2份，扩链剂0～2份，开口剂0.001～2份，偶联剂0～2份，分散剂0～2份，热稳定剂0～2份，色母0～8份。

22、本发明以木质素材料作为添加剂用于制备生物可降解膜材料，木质素材料中的木质素是从植物中提取的一种活性物质，具有安全、无污染和副作用小等优点；其分子中的共轭体系、氢键及其结构中含有的大量苯环、酮基和酚羟基等官能团可赋予木质素全波段紫外防护性能和较好的抗氧化活性；即木质素材料具有抗紫外和抗氧化的作用，可作为紫外稳定剂和抗氧剂，可延缓生物可降解膜材料的降解速度，满足作物功能期覆盖需求。

技术特征：

1.一种木质素基生物可降解膜材料，其特征在于，包括以下质量份数的组分：

2.根据权利要求1所述的木质素基生物可降解膜材料，其特征在于，所述木质素材料包括纯木质素、木质素载体复合材料和木质素微囊材料；所述纯木质素包括酸水解木质素、碱木质素和预水解液木质素中的一种或多种；所述木质素载体复合材料中的载体包括活性炭、二氧化硅、蒙脱土、生物炭和凹凸棒土中的一种或多种；所述木质素微囊材料的制备原料包括纯木质素和成囊材料，所述成囊材料包括壳聚糖、玉米醇溶蛋白、纤维素、改性纤维素、海藻酸钠、脂质体和天然多糖中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的木质素基生物可降解膜材料，其特征在于，所述生物降解聚酯包括聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚乳酸、聚碳酸亚丙酯、聚羟基烷酸酯、聚ε-己内酯、聚乙烯醇、聚β-羟基丁酸、聚羟基戊酸酯、聚羟基丁酸戊酸共聚酯和聚乙醇酸中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的木质素基生物可降解膜材料，其特征在于，所述相容剂为非反应型相容剂或反应型相容剂，所述非反应型相容剂包括乙烯丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中的一种或多种；所述反应型相容剂包括酸酐类相容剂、环氧类相容剂、亚胺类相容剂、羧酸类相容剂、恶唑啉型相容剂和异氰酸酯型相容剂中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的木质素基生物可降解膜材料，其特征在于，所述增塑剂包括柠檬酸酯类、环氧类、偏苯三酸三辛酯、邻苯二甲酸二(2-丙基庚)酯增塑剂的一种或多种；所述柠檬酸酯类包括柠檬酸三丁酯、乙酰柠檬酸三丁酯和乙酰柠檬酸三辛酯中的一种或多种；所述环氧类包括环氧大豆油和/或9,10-环氧硬脂酸辛酯。

6.根据权利要求1所述的木质素基生物可降解膜材料，其特征在于，所述扩链剂包括对苯二酚二羟乙基醚、间苯二酚二羟乙基醚、双酚a、乙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇和一缩乙二醇中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的木质素基生物可降解膜材料，其特征在于，所述开口剂包括脂肪酸酰胺类、脂肪酸酯类、双硬脂酰胺衍生物、烷烃类、硅氧烷类润滑剂、滑石粉、硅藻土和二氧化硅的一种或多种；所述脂肪酸酰胺类包括芥酸酰胺和/或油酸酰胺；所述烷烃类包括石蜡；

8.权利要求1～7任一项所述的木质素基生物可降解膜材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.权利要求1～7任一项所述的木质素基生物可降解膜材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.权利要求1～7任一项所述的木质素基生物可降解膜材料或权利要求8～9任一项所述的制备方法制得的木质素基生物可降解膜材料作为地膜的应用。

技术总结本发明属于可降解材料技术领域，提供了一种木质素基生物可降解膜材料及其制备方法和应用。本发明的木质素基生物可降解膜材料，包括木质素材料、生物降解聚酯、相容剂、增塑剂、扩链剂、开口剂、偶联剂、分散剂、热稳定剂和色母。本发明以木质素材料作为添加剂用于制备生物可降解膜材料，木质素材料中的木质素是从植物中提取的一种活性物质，具有安全、无污染和副作用小等优点；其分子中的共轭体系、氢键及其结构中含有的大量苯环、酮基和酚羟基等官能团可赋予木质素全波段紫外防护性能和较好的抗氧化活性；即木质素材料具有抗紫外和抗氧化的作用，可作为紫外稳定剂和抗氧剂，可延缓生物可降解膜材料的降解速度，满足作物功能期覆盖需求。技术研发人员：董闫闫,刘琪,何文清受保护的技术使用者：中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/18