一种不使用彩色颜料的生物可降解有色塑料地膜及其制备方法

本发明属于生物可降解有色塑料地膜，具体涉及一种不使用彩色颜料的生物可降解有色塑料地膜及其制备方法。

背景技术：

1、随着农用地膜带来“白色污染”的加剧，生物可降解地膜的研究切合农业生产和环境保护需求。同时，农业生产实践证明，有色塑料地膜可带来更有利的农用效果，如彩色透明塑料地膜可透过特定颜色的光波，吸收其互补色光波，植物就可选择地获得所需光波；完全不透光塑料地膜如黑色地膜的除草功能显著、银色地膜有驱蚜虫功能等。

2、目前有色塑料地膜的加工方法主要有两种：一种是在地膜表面用彩色颜料做涂层；一种是在地膜加工过程中加入色母粒(由颜料、载体树脂、分散剂和其它助剂造粒而成)，这是常用方法，如公告号为cn105028068b的专利文献公开了将黑色母粒添加到聚乙烯中制成黑色塑料地膜。由此可见，这两种加工方法都离不开彩色颜料，同时也使有色塑料地膜尤其是可降解有色塑料地膜面临着颜料毒性不可控、对土壤和作物有潜在毒性的风险。

3、然而，现在缺乏不使用彩色颜料的生物可降解有色塑料地膜的研究及相关的商品。

技术实现思路

1、基于目前有色塑料地膜技术研究现状，本发明的目的在于提供了一种不使用彩色颜料的生物可降解有色塑料地膜及其制备方法，该方法首先通过化学反应在天然纤维素上接枝-feooh基制得-feooh基天然纤维素，再以-feooh基天然纤维素为主材料，以低聚糖或氨基酸为增塑剂，在水中混溶后经过平衡、干燥、造粒、吹塑制得棕黄色的生物可降解有色塑料地膜。

2、本发明的创新点在于：(1)本发明不使用彩色颜料，利用官能团显色特性制得有色塑料地膜；(2)本发明制得的有色塑料地膜降解后释放到土壤中的铁氧化物不会显著改变土壤中有效铁含量，对土壤环境和作物无害。

3、本发明为实现上述目的采用如下技术方案：一种不使用彩色颜料的生物可降解有色塑料地膜，其特征在于：该生物可降解有色塑料地膜由以下质量配比的原料经过造粒和吹膜制成：-feooh基天然纤维素:增塑剂:水＝7～9:1～2:3～5，其中-feooh基天然纤维素通过化学反应在天然纤维素上接枝-feooh基制备而成，增塑剂为低聚糖或氨基酸中的一种或多种。

4、进一步地，所述低聚糖为蔗糖、麦芽糖、棉子糖或乳糖中的一种或多种；所述氨基酸为半胱氨酸、赖氨酸、天冬氨酸或组氨酸中的一种或多种。

5、进一步地，所述-feooh基天然纤维素的具体制备过程为：将天然纤维素加入到三价铁离子溶液中，加热至30～70℃搅拌反应，再加入氢氧化钠溶液直至反应体系的ph为12时停止反应，然后清洗、离心、干燥得到-feooh基天然纤维素。

6、化学反应过程如下(画出纤维素上一个羟基的反应作为示意)：

7、

8、进一步地，所述天然纤维素为秸秆纤维素或木纤维素，所述三价铁离子溶液为氯化铁或硫酸铁的水溶液。

9、进一步地，所述天然纤维素与三价铁离子溶液的投料配比(g:l)为1:2～1:3，三价铁离子溶液浓度为0.5～5m，氢氧化钠溶液的浓度为0.1～3m。

10、本发明所述的不使用彩色颜料的生物可降解有色塑料地膜的制备方法，其特征在于具体步骤为：将-feooh基天然纤维素、增塑剂和水按照以下质量配比进行混合：-feooh基天然纤维素:增塑剂:水＝7～9:1～2:3～5，充分混合均匀后加入丙三醇，将混合物料先于常温搅拌反应30～60min，再升温至60～90℃继续搅拌反应30～60min，最后静置10～18h，将平衡干燥后的混合物进行造粒和吹膜制得不使用彩色颜料的生物可降解有色塑料地膜。

11、进一步地，所述造粒时造粒机各段的加热温度依次为70±5℃，90±5℃，120±5℃，140±5℃，130±5℃，120±5℃；吹膜时吹膜机各区温度依次为120±10℃，130±10℃，150±10℃。

12、本发明与现有技术相比具有以下优点和有益效果：

13、(1)本发明原料中天然纤维素是植物成分、低聚糖或氨基酸可食用或是生命体必需成分，对土壤和植物无害，由它们制成的塑料地膜可完全降解，且能够增加覆膜土壤中有机质含量，具增肥能力；(2)本发明制得地膜降解后释放到土壤中的铁氧化物，对土壤环境和作物基本无害；(3)本发明天然纤维素利用率高，是实现秸秆等资源化安全高效利用的新途径；(4)本发明原料价廉、易得，在保证地膜性能优良、性质稳定的同时，成本不高，能够解决目前可降解地膜因成本高而推广难的问题；(5)本发明所述的生物可降解有色塑料地膜的颜色为棕黄色，着色均匀、牢固，机械性能优良，水蒸气阻隔性能好，生物可降解性能好，降解后覆膜土壤中有机质含量增加、具增肥能力，杂草抑制率达99％～100％，覆膜叶菜生物量提高110％～130％，降解后释放到土壤中的铁氧化物不会显著改变土壤中有效铁含量；(6)本发明制备方法简单、易控，环境友好，不涉及高温高压等复杂工艺流程，容易实现放大生产。

技术特征：

1.一种不使用彩色颜料的生物可降解有色塑料地膜，其特征在于：该生物可降解有色塑料地膜由以下质量配比的原料经过造粒和吹膜制成：-feooh基天然纤维素:增塑剂:水=7~9:1~2:3~5，其中-feooh基天然纤维素通过化学反应在天然纤维素上接枝-feooh基制备而成，增塑剂为低聚糖或氨基酸中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的不使用彩色颜料的生物可降解有色塑料地膜，其特征在于：所述低聚糖为蔗糖、麦芽糖、棉子糖或乳糖中的一种或多种；所述氨基酸为半胱氨酸、赖氨酸、天冬氨酸或组氨酸中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的不使用彩色颜料的生物可降解有色塑料地膜，其特征在于所述-feooh基天然纤维素的具体制备过程为：将天然纤维素加入到三价铁离子溶液中，加热至30~70℃搅拌反应，再加入氢氧化钠溶液直至反应体系的ph为12时停止反应，然后清洗、离心、干燥得到-feooh基天然纤维素。

4.根据权利要求3所述的不使用彩色颜料的生物可降解有色塑料地膜，其特征在于：所述天然纤维素为秸秆纤维素或木纤维素，所述三价铁离子溶液为氯化铁或硫酸铁的水溶液。

5.根据权利要求3所述的不使用彩色颜料的生物可降解有色塑料地膜，其特征在于：所述天然纤维素与三价铁离子溶液的投料配比（g:l）为1:2~1:3，三价铁离子溶液浓度为0.5~5m，氢氧化钠溶液的浓度为0.1~3m。

6.一种权利要求1或2所述的不使用彩色颜料的生物可降解有色塑料地膜的制备方法，其特征在于具体步骤为：将-feooh基天然纤维素、增塑剂和水按照以下质量配比进行混合：-feooh基天然纤维素:增塑剂:水=7~9:1~2:3~5，充分混合均匀后加入丙三醇，将混合物料先于常温搅拌反应30~60min，再升温至60~90℃继续搅拌反应30~60min，最后静置10~18h，将平衡干燥后的混合物进行造粒和吹膜制得不使用彩色颜料的生物可降解有色塑料地膜。

7.根据权利要求6所述的不使用彩色颜料的生物可降解有色塑料地膜的制备方法，其特征在于：所述造粒时造粒机各段的加热温度依次为70±5℃，90±5℃，120±5℃，140±5℃，130±5℃，120±5℃；吹膜时吹膜机各区温度依次为120±10℃，130±10℃，150±10℃。

技术总结本发明公开了一种不使用彩色颜料的生物可降解有色塑料地膜及其制备方法，该方法首先通过化学反应在天然纤维素上接枝‑FeOOH制得‑FeOOH基天然纤维素，再以‑FeOOH基天然纤维素为主材料，以低聚糖或氨基酸为增塑剂，在水中混溶后经过平衡、干燥、造粒、吹塑制得棕黄色的生物可降解有色塑料地膜，其中各原料的质量配比为‑FeOOH基天然纤维素:增塑剂:水=7~9:1~2:3~5。本发明制备方法简单、易控，环境友好，不涉及高温高压等复杂工艺流程，容易实现放大生产。技术研发人员：张小转,史西保,邢雨琪,李书粉,苏现伐,冯榆雯,张彦灼,张雨桐,王佩杰,陈豪,王珂琦,卫孟露,周旭,普利斯科·塔提亚娜,谢宗丽受保护的技术使用者：河南师范大学技术研发日：技术公布日：2024/11/18