可降解聚乳酸膜的研究开发

王中珍，丁 帅，杨 琳

(1.山东省纺织科学研究院, 山东 青岛 266032 ；2.山东省特种纺织品加工技术重点实验室, 山东 青岛 266032)

可降解聚乳酸膜的研究开发

王中珍1，2，丁 帅1，2，杨 琳1，2

(1.山东省纺织科学研究院, 山东 青岛 266032 ；2.山东省特种纺织品加工技术重点实验室, 山东 青岛 266032)

文章介绍了聚乳酸可降解膜的原料性能，阐述了其生产工艺流程，并对产品性能进行检测。通过分析检测结果及应用实验，证明聚乳酸膜可达到与普通地膜同等的功效，并且能够保护生态环境，促进可持续发展。

聚乳酸；地膜；可降解

1 前言

我国是农业大国，农用地膜的使用，有效地控制了土壤的温度和湿度，减少了水分和营养物的流失，促进了农作物的高产和稳产，从而增加了农业生产效益。但与此同时，由于地膜的一次性使用，每年都会有大量的残膜留在土壤里。塑料地膜多为分子量数万至数十万的聚乙烯，它们在自然界中很难降解。这些地膜碎片可在土壤中形成阴隔层，使土壤中的水、气、肥等流动受阻，造成土壤结构板结，严重危害生态环境，造成白色污染。而我国农业用地逐年减少，解决残膜污染土壤问题已成为地膜覆盖栽培技术的当务之急。可降解型地膜的开发利用关系到人类在地球上是否能安全、舒适地生存。因此开发环保化、生态化的农用地膜材料是当务之急，农用非织造布的开发、应用机遇巨大。

非织造材料具有形状保持性好、透光、透气、减湿、保温、易降解等特点，符合农业生产的需求，被广泛应用于温室覆盖、水稻育苗和水果保鲜等方面。目前，农用非织造布已在我国多种农作物生产上应用推广，是当今农业生产资料的重要组成部分。我们开发的聚乳酸膜产品，可满足农业生产环保化、生态化的需求。

2 原料简介

聚乳酸(PLA)，也称为丙交酯，是一种可生物降解的新型高分子材料，是以木薯、玉米、小麦等淀粉作为原料，经过酶分解和乳酸菌发酵变成乳酸，最后经过化学合成的热塑性降解塑料。聚乳酸原料来源充分而且可以再生，生产过程无污染，而且产品可以生物降解，实现在自然界中的循环，因此是理想的绿色高分子材料。由聚乳酸制成的产品除能生物降解外，生物相容性、光泽度、透明性、手感和耐热性好，还具有一定的耐菌性、阻燃性和抗紫外线性能。它是以可再生的生物资源而非石油资源为原料的生物基高分子，摆脱了人类对石油资源的过分依赖。

PLA具有良好的生物降解性能和生物相容性能。但纯PLA存在硬而脆，热变形温度较低，撕裂强度过低、耐冲击强度偏低的缺点，难以单独加工和使用，需进行改性处理。PBAT(聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯)是己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物，属于热塑性生物降解塑料，既有较好的延展性和断裂伸长率，也有较好的耐热性和抗冲击性能；此外，还具有优良的生物降解性，是目前生物降解塑料研究中非常活跃和市场应用最好的降解材料之一。该项目采用PLA与PBAT共混改性树脂，生产出兼具加工性、韧性、强度、高性价比的可生物降解膜。PLA与PBAT共混改型树脂性能见表1。

表1 PLA/PBAT共混改性树脂性能

3 产品规格及特点

该产品单位面积质量为17g/m2；厚度：0.02mm；幅宽：1100mm。

该产品在有氧及微生物存在的条件下，3～6个月可以接近百分之百的生物降解；进入生物体内可以降解成乳酸，通过代谢，排出体外，具有很好的生物相容性。材料透明性及表面光泽度较好，机械强度较高，收缩性较低。

4 工艺流程

其生产工艺流程如图1所示：

图1 PLA改性树脂直接成网工艺流程

5 生产工艺

将PLA与PBAT共混树脂于85℃温度下烘干4小时，投入加料机吹膜。挤出设定螺杆转速30 rpm，熔体温度为165℃，吹胀比3.5。薄膜规格为宽度1100mm，单位面积质量17g/m2，厚度0.02mm。

6 性能测试及结果分析

6.1 测试方案

山东省纺织产品质量监督检验测试中心对复合植生材料的物理性能指标进行测试，测试依据标准GB/T 24218.3—2010《纺织品 非织造布试验方法 第3部分：断裂强力和断裂伸长率的测定》、GB/T 13763—2010《土工合成材料 梯形法撕破强力的测定》、GB/T 14800—2010《土工合成材料 静态顶破试验(CBR法)》、GB/T 21655.1—2008《纺织品 吸湿速干性的评定 第1部分：单项组合试验法》、GB/T 24218.1—2009《纺织品 非织造布试验方法 第1部分：单位面积质量的测定》、GB/T 24218.2—2009《纺织品 非织造布试验方法 第2部分：厚度的测定》、GB/T 19979.1—2005《土木合成材料 防渗性能 第1部分: 耐静水压的测定》。青岛科标化工分析检测有限公司依据PyGCMS裂解气相色谱质谱联用仪、DSC差示扫描量热分析仪进行聚乳酸膜主成分定性分析。

6.2 测试结果

经青岛科标化工分析检测有限公司检测，产品主成分分析为聚乳酸。

为比较聚乳酸共混膜与普通塑料地膜的性能，将相近单位面积质量的聚乳酸共混膜与普通塑料地膜的性能进行测试，测试结果如表2所示。

6.3 产品性能分析

由表2中测试数据可见，相近单位面积质量的聚乳酸膜较普通塑料地膜厚度更薄，断裂强力、断裂伸长率、撕破强力、顶破强力低，因此出苗后，聚乳酸膜容易破裂。聚乳酸膜不透湿，因此可以保水保墒，对植物生长有积极的影响。聚乳酸膜既可自然降解也可堆肥降解，利用自然微生物三个月左右可100%进行分解，最后转化成水与二氧化碳，无环境污染现象，可帮助提高土壤质量，减少耕地损失[1]。

6.4 应用实验

为更好地比较材料的应用效果，应用聚乳酸膜进行土壤试验，测试对比材料的保水性及保温性。具体试验过程如下：

6.4.1 保水性能分析

表2 聚乳酸共混膜与普通塑料地膜的物理性能测试指标

覆盖聚乳酸膜与未覆盖的土壤含水情况如表3所示。

表3 对土壤保湿性的影响

注：土壤基础含水率26.5%。

由表3可知，聚乳酸膜覆盖土壤后，能有效减少水分蒸发量，起到保水保墒作用。

6.4.2 保温性能分析

覆盖聚乳酸膜与未覆盖的保温效果测试进行了三次，分别在9月3日和9月18日为晴天，9月23日为雨转阴的天气，测试覆盖土壤后地表的温度。测试结果如表4所示。

表4 对土壤的保温效果的测试

从表4的实验结果可以看出，覆盖聚乳酸膜后的增温效果非常明显。从天气情况来看，晴天的增温效果要好于阴天，13时的增温效果要好于早晨和傍晚，即温度越高，覆盖材料的增温效果越好。9月3日13时的温度达到25.7℃，是所测这三天中温度最高的时刻，聚乳酸膜的增温更是达到6.4℃，比其它时刻增温的幅度都大，9月23日这一天，由于下雨的原因，土壤湿度变大，温度相应降低，地膜的升温效果随着温度的降低而变差，这是由于阴天太阳辐射减弱，转化为热能的光能较少，因而阴天的增温幅度小于晴天。

7 结语

地膜技术的引进促进了传统农业向现代化农业转变，然而随之带来的白色污染又破坏了人们的生存环境。在白色污染日渐严重的今天，解决白色污染势在必行，可降解材料已成为人们研究的重点。以自然降解的聚乳酸为原料，将天然纤维的优良性能和非织造加工技术相结合，制造出可自然降解的环保农业地膜材料，经实验证明可达到与普通地膜有同等的功效，并且能够保护生态环境，促进可持续发展。

[1] 王中珍，周镭，丁帅，等.非织造布复合植生材料的研究与应用分析[J].山东纺织科技，2016，57(2)：4—7.

Research and Development of Biodegradable Polylactic Acid Membrane

WangZhongzhen1,2,DingShuai1,2,YangLin1,2

(1.Shandong Textile Science & Research Institute ,Qingdao 266032；2.Shandong ProvinceKey Laboratory of Special Textile Process Technology ,Qingdao 266032)

The material property of polylactic acid membrane was introduced. The production process was expounded, and the product performance was detected. Through experiment and analysis of test results and application, it proved that polylactic acid membrane could achieve effect equal to those of ordinary film, and had the ability to protect the ecological environment and promote sustainable development.

polylactic acid; membrane; biodegradable

2016-05-27

山东省2013年度农业重大应用技术创新项目

王中珍(1970—)，女，湖北武汉人，高级工程师。

TS174.8+2

B

1009-3028(2006)03-0020-03