淀粉基可降解农膜的性能研讨

淀粉基可降解农膜的性能研讨

摘要：以聚乙烯和可降解淀粉母料为原料共混在吹膜机中直接吹塑出淀粉可降解农膜。研究了复合农膜的力学性能、透光率及降解性能。结果表明可降解淀粉膜的横向抗张强度从4.5-6.5Mpa变化，而纵向抗张强度从6.5-13.0Mpa变化。膜的透光率随淀粉含量的增加而逐渐降低。生物降解性实验显示其在半

年降解率达30。关键词：淀粉降解农膜力学性能我国是一个农业大国，塑料地膜的消费量居世界第一位。由于农用地膜能有效控制土壤温度和湿度、防止杂草生长、减少水分和营养物流失，从而为作物生长创造有利的生态环境，使农作物的产量提高20～50，极大地促进了农业的发展，创造巨大的经济和社会效益。地膜覆盖技术在给农业增产增收带来巨大经济效益的同时，也给土地严重污染。传统的农用地膜的主要成分是聚乙烯、聚氯乙烯等合成高分子材料，废弃的农用地膜降解极为困难，越积越多的塑料碎片在土壤中形成阻隔层，降低土壤的透气性，劣化土壤，造成严重的白色污染。淀粉是一种可再生和可完全生物降解的高分子聚合物，在地球上储量丰富。将淀粉进行疏水改性后，与合成高分子材料直接共混生产出部分降解的塑料原料。本研究采用改性淀粉与低密度聚乙烯共混直接挤出吹塑成膜，工艺简单，成本低，同时农用地膜的力学性能和降解性满足使用要求。1.实验部分1.1材料低密度聚乙烯(LDPE)，广东茂名石化乙烯工业公司；可降解淀粉母料：市场购买。1.2仪器与设备SJ-65-1500型吹膜机及其控制箱，空气压缩机，福建省泉州市新泰机械有限公司。ZL-300A摆锤式抗张力实验机，长春市实验机厂厚度测试议，长春市实验机厂UV-2100型分光光度计，上海尤尼柯仪器有限公司；1.3实验方法将保存在干燥、通风处的可降解母料和PE按纯PE、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60的比例称取充分混合，经过SJ-45-600型挤出吹塑设备，设定成型温度依次为170℃、160℃、150℃、140℃、130℃，主机转速为160r/min、控制吹胀比和牵伸比，制备厚度在0.2-0.3mm的乳白色薄膜。薄膜抗张强度和断裂伸长率采用ZL-300A摆锤式抗张力实验机测试。薄膜的透光率UV-2100型分光光度计测定；降解性实验通过扫描电镜观察微生物在薄膜上的生长情况和半年农膜的失重率。2.结果与讨论2.1力学性能分析按照实验步骤将所准备的膜在测试仪上测定，并根据国家检验标准，分横向和纵向分别进行测量。结果如下图所示。从图1从可以看出：所有不同加量的淀粉－PE膜的抗张拉力(横向)都大于1.80N，比中华人民共和国GB13022号检验标准（≥1.60N）还要好。淀粉-PE膜的横向抗张强度基本上都在4.500-6.500Mpa之间，当淀粉含量为25时表现出最大值，达到6.823Mpa；最小值出现在淀粉含量为50时，也达到了4.547Mpa。所以可知，当淀粉含量从0-55变化时，所吹制的膜具有较好的抗张强度(横向)，而且变化也比较均匀，基本上保持在一条水平线上，与纯PE膜基本一致。通过表3及图2可以看出当淀粉含量从0-55变化时，单从抗张拉力(纵向)来看，其值也都在国家标准规定范围之内(GB13022)。抗张强度的变化幅度的6.500-13.000Mpa不等。其中最大值达到了12.916Mpa(淀粉含量为20时)，最小值也能达到6.612Mpa(淀粉含量为30时)。可以看出，所吹制的膜的纵向的抗张强度也表现良好，但是相比横向而言，它的变化幅度较大，不是很均匀。总体上来看，仍然和纯PE膜的表现基本一致。2.2透光率的测量按照实验方法将所制的膜在UV-2100型分光光度计上进行测量，测得的结果如下所示：本实验采用UV-2100型分光光度计测定薄膜的透光率，由于每次取样的厚度不可能都一样，而且，薄膜的厚度是影响其透光率的因素之一。所以本实验先将各样测其厚度和透光率，再以5的淀粉含量的淀粉-PE膜为标准，其它的以此进行换算后得到。图3可以清楚地看出：当淀粉含量从0-55变化时，淀粉-PE膜的透光率逐渐降低。当淀粉含量为5时，透光率达到96，和纯PE膜的透光率基本一致。然而当淀粉含量为55时，透光率只有9.96，其透光效果已经很不好，这与淀粉的性质是有关的。2．3淀粉薄膜的降解性能测试农用淀粉薄膜样品经过半年的野外自然降解实验，样品薄膜取出清洗干净并烘干到两次称量没有重量的减少，测量降解后的重量并计算失重率，测定样品降解前后的力学性能和微观形貌。由图4及图5对比可知，[NextPage]降解前共混薄膜中淀粉颗粒清晰，经过半年的使用，淀粉颗粒与聚乙烯界面变得模糊，薄膜的表面生长了许多细菌和霉菌。经过半年的野外降解实验，失重率测试结果如图6所示。由图可知，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较差，随淀粉母料含量的增加，共混物膜的降解性明显增加。3.结论通过实验，当淀粉含量从0-55变

化时，均能吹出外观上较光滑呈乳白色的膜。当淀粉含量在25-30时，各种性能基本能和纯PE膜的性能一致，能够用作农用地膜用。随淀粉含量的增加，薄膜的力学性能有所降低。当可降解淀粉-PE膜中淀粉含量超过55时，膜的横向的抗张强度已经很差。扫描电镜分析表明淀粉薄膜整体易于受到微生物的侵袭，能在规定的时间降解。参考文献[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]吴春华，安鑫南，刘应隆.可生物降解的耐水性塑料薄