64.超薄增韌全生物降解地膜技術和裝備創新與應用

一、技術名稱

指技術推廣過程中使用的名稱

    超薄增韌全生物降解地膜技術和裝備創新與應用

二、技術概述（概述應簡明扼要，可附2-3張照片、視頻）

（一）技術類別：單項技術、共性技術、技術體系、技術規程、政策建議、規劃方案。

技術體系

（二）技術類型：品種、技術服務、產品、裝備、模式、其它請注明。

  產品、技術服務

（三）技術基本情況：指技術研發推廣背景、能夠解決的主要問題等。

“超薄增韌全生物降解地膜技術和裝備創新與應用”是在十三五國家重點研發計劃重點基礎材料技術提升與產業化專項“功能與壽命可調控的農用覆蓋材料低成本制造技術與產業化”項目課題3（2016YFB0302403）和課題5（2016YFB0302405）以及山東省農業重大應用技術創新項目“作物專用超薄生物降解地膜的創制與配套應用技術研究”支持下，以山東農業大學為主持單位，華中科技大學、山東新甫冠龍塑料機械有限公司、山東清田塑工有限公司、黑龍江省農業科學院耕作栽培研究所為協作單位，從滿足作物對地膜的功能需求出發，以超薄、增韌、環保、低成本、高效為目標，經過項目組課題間的協同創新及全體成員的共同努力，已圓滿完成了任務書規定的各項指標。山東農業大學與協作單位圍繞生物降解地膜增強、增韌、超薄化、降解周期調控及配套加工技術與裝備等研究目標，不斷探索，取得了系列成果，全生物降解地膜整體技術達到國際先進水平。該系列成果對解決普通聚乙烯地膜帶來的土壤白色污染問題，推動我國農膜產業技術升級和節能減排，有推廣應用價值，將產生良好的經濟、社會效益。

（四）技術示范推廣情況：技術成熟度,技術示范展示或較大范圍推廣應用情況。

項目獲授權專利14件，其中國際發明專利1件、中國發明專利9件；建立了全生物降解農用地膜應用技術規程5項。超薄生物降解地膜成果已經在我國山東、甘肅、河北、黑龍江、湖北、浙江、河南、海南等10多個省市自治區，大蒜、花生、馬鈴薯、玉米、棉花、西瓜、芋頭、草莓、煙草、水稻、蘆筍等16種作物上示范應用，累計推廣逾11萬畝。經專家鑒定超薄增韌全生物降解地膜技術和裝備創新與應用項目整體技術達到國際先進水平，其中超薄型降解地膜增強增韌技術達到國際領先水平。

（五）提質增效情況：指技術試驗、示范或推廣過程中節約成本、提升品質、增加效益等情況。

超薄生物降解地膜技術已推廣到山東清田、山東天野、山東中藝等公司產業化應用。近5年來，項目成果在山東、河北、海南、甘肅、陜西、黑龍江、遼寧、內蒙古、北京等10多個省區推廣面積11萬多畝，較同等厚度PE地膜基本平產或略有增產，最高增產5-10%。經濟、社會和生態效益顯著（詳見其他評價—示范應用證明、測產報告）。

山東清田塑工有限公司近三年采用山東農業大學提供的“一種超薄超透明全生物降解薄膜吹膜級材料及其制備方法”專利技術，生產新型超薄全生物降解地膜221.3噸、膜厚6-10μm（2018年71.0噸，2019年73.3噸，2020年77.0噸，出廠均價3.0萬元/噸左右，利稅10%左右。）。新型地膜產品在山東、甘肅、黑龍江、海南等進行了推廣應用，應用作物包括了大蒜、水稻、花生、馬鈴薯等，應用面積超6萬畝，取得了良好的經濟和社會生態效益。

山東天野塑化有限公司采用山東農業大學提供的“一種可機械覆膜的超薄超強超透明全生物降解地膜及其制備方法”專利技術，生產超薄全生物降解地膜約250 噸。新型地膜產品在山東、黑龍江等進行了推廣應用，應用作物包括了大蒜、水稻、花生、馬鈴薯等，應用面積5 萬畝，取得了良好的經濟和社會生態效益。

（六）獲獎情況：以該技術為核心的科技成果獲得科技獎勵等情況（選填）。

三、技術要點

指核心技術及其配套技術主要內容（文字應簡明扼要,要點應有實際內容、可操作性強）。

1：開發超薄（厚度≤0.006mm）全生物降解地膜納米增強增韌技術，創制出超薄全生物降解薄膜專用增強增韌增透母粒和超薄超透明全生物降解薄膜吹膜級材料，為新型專用生物降解地膜創制提供了支撐。

采用含有-NH2和環氧基團的有機助劑對無機納米粒子進行有機化改性處理，通過與PBAT、分散劑進行熔融共混擠出造粒，研制出超薄全生物降解薄膜專用增強增韌增透母粒，揭示了納米材料與PBAT增強增韌機理為：表面改性納米無機粒子均勻分散、促進樹脂微晶形成，從而改善力學性能。優化增強增韌增透母粒與PBAT、PLA的配方，明確了母料含量最佳為4%，創制了全生物降解薄膜吹塑級專用料，采用專用料吹制的6μm厚度薄膜，吹塑膜泡穩定且開口順滑，薄膜透光率90-91%，拉伸強度28-30Mpa，橫向斷裂伸長率650-800%、直角撕裂強度117-146Mpa。解決了生物降解地膜強度低、透光率差等問題。

圖1 無機納米粒子在母粒中分散TEM圖（左上），母粒和吹膜專用料照片（右上），吹膜專用料SEM圖（下）

2：創新超薄生物降解地膜加工工藝與裝備，創新設計降解薄膜專用螺桿、保溫結構，改進模口間隙，研發出生物降解地膜專用吹塑機組。

探明了加工條件對PBAT、PLA等生物降解聚酯地膜強度、韌性、耐候性的影響規律，研發了專用螺桿、成型模具、保溫穩泡裝置，創新設計了地膜機組全自動化收卷裝置，研制成功年產能超過千噸的三層共擠生物降解地膜專用吹塑機組，制品厚度0.005-0.020mm可調，加工效率顯著提高，0.006mm厚度地膜單機年產能達到1069噸，節能15%。

圖2 生物降解地膜專用擠出吹塑螺桿（左上）、螺旋壓縮機頭（右上）示意圖，機頭保溫罩（左下）、專用吹塑機組（右下）照片

3：研制出功能期30-180天可調且可機械覆膜的超薄全生物降解地膜新產品5種（超透明、高霧度、黑色、配色、黑白雙面）

探明了吹脹比>2.0、模口間隙<1.2mm、分段塑化溫度135-170oC生物降解地膜薄型吹塑工藝參數，創制出作物專用生物降解地膜配方與工藝。采用納米增強增韌技術，提高地膜機械強度，產品拉伸強度≥23Mpa，斷裂伸長率≥800%；引入耐候技術，研制出功能期可調（30-180天）、可堆肥降解的多功能（透明、高霧度、黑色、配色、黑白雙面）地膜，滿足了農業生產耐候、調溫、保墑、機械覆膜、除草、差異降解等需求，為治理“白色污染”提供了有效路徑。

超透明               高霧度            黑色            黑白雙面

多條帶配色

圖3全生物降解地膜新產品照片

4：制訂新型專用生物降解地膜產品標準，集成應用技術規程，構建高效推廣模式，提升了生物降解地膜產品的標準化生產和應用水平。

依據農藝需求、集成農膜新材料、新工藝和新裝備，制訂了企業產品標準4項，實現了全生物降解母料、黑色降解地膜、黑白相間配色降解地膜、全生物降解農用地面覆蓋薄膜的標準化生產。集成主要作物全生物降解農用地面覆蓋薄膜應用技術規程5項、制訂大豆行間覆蓋生物降解地膜、應用全生物降解地膜種植有機水稻技術生產技術規程2項，實現了標準化應用。集成全生物降解農用地面覆蓋薄膜土壤環境安全監測技術規程1項，形成生物降解地膜強度評價系統、降解速率評價系統2件，實現了生物降解地膜的標準化評價和安全監測技術應用。

四、適宜區域

指技術適宜推廣應用的區域。

相關技術可以推廣至全國塑料母粒加工、農膜生產廠家、農技推廣部門。

五、注意事項

指技術使用過程中需特別注意的環節。

生物降解地膜產品應避光保存，三個月內使用。

六、聯系人信息

徐靜  化學與材料科學學院

電話：15953820213

郵箱：jiaxu@sdau.edu.cn

項目來源：山東農業大學