不同類(lèi)型降解地膜的熱解特性及熱動(dòng)力學(xué)研究

第24卷第2期環(huán)境科學(xué)學(xué)報Vol 24. No. 22004年3月ACTA SCIENTIAE CIRCUMSTANTIAEMar.,2004文章編號:0253-2468(2004)02-0366-03中圖分類(lèi)號:X783.2文獻標識碼:A不同類(lèi)型降解地膜的熱解特性及熱動(dòng)力學(xué)研究王星,呂家瓏,張一平(西北農林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,楊凌7100摘要:采用差熱分析(DTA)法分析1種普通地膜和3種可降解地膜的組成,并對地膜的熱解過(guò)程進(jìn)行熱動(dòng)力學(xué)研究.結果表明,4種地膜的差熱曲線(xiàn)有許多相似,但也略有差異,說(shuō)明降解膜與普通膜的基本組分相同,而添加組分不同.各地膜熱解的反應級數約為0.93各地膜熱解活化能和指前因子的大小順序均為:普通膜>光降解膜>光鈣型降解膜>生物降解膜.關(guān)鍵詞:可降解地膜;差熱分析;熱解;熱動(dòng)力學(xué)Study on pyrolysis characteristics and thermal kinetics of different degradable filmsWANG Xing, LO Jialong, ZHANG Yiping College of Resource and Environment, Northwest Sci-Tech University of AgricultureAbstract: The components of one ordinary film and three types of degradable films were analysized by differential thermal analysis(DTA)technique, and the processes thermal kinetics of the films were studied. The results showed that the DTA curves of different films had much similarity, which meant that degradable films had similar components as ordinary film, but their added components were different. Pyrolysis reation orders for each film were about 0. 93. The order of pyrolysis activation energies and anaphoric factors of each film was as follows: ordinaryable film> photo-calciumdegradable film> biodKeywords: degradable film; differential thermal analysis; pyrolysis; thermal kinetics地膜覆蓋是當今農業(yè)增產(chǎn)的一項重要技術(shù);同時(shí)也產(chǎn)生了嚴重的“白色污染”問(wèn)題.發(fā)展可降解地膜能夠較好的解決地膜污染.差熱分析(DTA)是用于聚合物鑒定、熱解研究的有效方法21.熱分析動(dòng)力學(xué)可以研究高聚物的聚合、固化、結晶、降解諸多過(guò)程的機理和變化速率,本實(shí)驗采用差熱分析法,對我國現常用且已有部分降解性能試驗結論的幾種可降解地膜進(jìn)行熱解特性研究,并探討其與降解性能的關(guān)系1材料與方法1.1材料地膜種類(lèi):(1)普通膜:迎太牌,山西運城迎太塑料有限公司生產(chǎn),主要成分是聚乙稀.(2)生物降解膜:中綠牌,西安中綠降解塑料有限公司生產(chǎn),由聚乙稀加淀粉等制成.(3)光降解膜:銀光牌,河南銀光塑料制品有限公司生產(chǎn),由聚乙稀加光敏劑等制成.(4)光鈣型降解膜:秦豐牌,陜西秦豐技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司生產(chǎn),由聚乙稀加光敏劑和碳酸鈣等制成使用日本島津DT30B分析儀,氣氛為高純氮氣(含量99.99%),流速為30 mL. min,試樣量5mg,空坩堝作參比,升溫速率分別為5,10,15,20K·min1,始溫為室溫,終溫為700℃2結果與分析2.1地膜差熱曲線(xiàn)的特征和地膜組分的分析中國煤化工CNMHG收稿日期:2003-01-20;修訂日期:200308-11基金項目:陜西省中綠基團橫向基金;西北農林科技大學(xué)專(zhuān)項基金作者簡(jiǎn)介:王星(1978—),男,碩士生2期王星等:不同類(lèi)型降解地膜的熱解特性及熱動(dòng)力學(xué)研究367圖1是4種地膜在升溫速率為10Kmin時(shí)的差熱曲線(xiàn)從圖1可以看出,4種地膜的差熱曲線(xiàn)總體上相似,表明供試地膜的主要成分相同,均由低密度聚乙烯(LDPE)制成,其所出現的差異與地膜添加的不同組分的性狀有關(guān).光降解膜與普通膜的差熱曲線(xiàn)最相近,生物降解膜和光鈣型降解與普通膜的差熱曲線(xiàn)差別較大圖1顯示光降解膜與普通膜的差熱曲線(xiàn)基本相同,表明光敏劑對地膜的熱效應影響不大圖2是生物降解膜與普通膜和淀粉的差熱曲線(xiàn)比較從圖2可以看出,生物降解膜的差熱曲線(xiàn)實(shí)際是由低密度聚乙烯(LDPE)和淀粉各自熱效應的疊加作用產(chǎn)生.圖3是光鈣型降解膜與普通膜和碳酸鈣的差熱曲線(xiàn)比較,從圖3可以看出,光鈣型降解膜差熱曲線(xiàn)實(shí)際是由低密度聚乙烯(LDPE)和碳酸鈣各自熱效應的疊加作用產(chǎn)生.由上述可見(jiàn),降解膜的熱解特性與降解膜中添加的物質(zhì)組分類(lèi)別有密切關(guān)系生物降解膜和光鈣型降解膜的差熱曲線(xiàn)具有較明顯特征峰,可作為這兩類(lèi)降解膜定性鑒定的標志普通膜普通膜生物降解淀粉碳酸鈣光鈣型降解膜生物降解膜光鈣型降解膜圖3光鈣型降解膜與蒈通膜和圖2生物降解膜與普通膜和碳酸鈣的差熱曲線(xiàn)比較Fig- 3 Comparion of DTA curves .圖1供試地膜的差熱曲線(xiàn)淀粉的差熱曲線(xiàn)比較photo-calciumdegradable fiiFig 1 DtA curves of tested filmsFig 2 DTA curves of bordinarynd calciumfilm ordinary film and starchcarbonate2.2地膜熱解的動(dòng)力學(xué)分析圖4(a~d)分別是普通膜、生物降解膜、光降解膜和光鈣型降解膜在不同升溫速率下的差熱曲線(xiàn)各地膜在45~476℃有一個(gè)較大吸熱峰,是樣品熱解時(shí)熔融吸熱產(chǎn)生的,稱(chēng)之為極大熔融吸熱峰.根據κisiηger的峰形指數法,計算各地膜在不同升溫速率下極大熔融吸熱峰處的反應級數,如表1所示低密度聚乙烯熱解的反應級數為14.地膜在不同升溫速率下極大熔融吸熱峰處的反應級數約為093,這與低密度聚乙烯熱解的反應級數相近5K- min-l10K. min-110K.-minl15K. minI 4915K. minl20K.min(a)普通膜(b)生物降解膜OK15K.mil15K- minI20K.min20K min](c)光降解膜TH中國煤化工CNMHG圖4幾種膜在不同升溫速率下的差熱曲線(xiàn)Fig 4 DTA curves of ordinary film, biodegradable fiem and photo degradable film at different heating rate368環(huán)境科學(xué)學(xué)報釆用 Kissinger法對地膜差熱曲線(xiàn)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析,求地膜在極大熔融吸熱峰處的表觀(guān)活化能和指前因子因,結果見(jiàn)表2低密度聚乙烯的活化能為(284±20)kmol-1.普通膜的活化能與低密度聚乙烯最接近可降解地膜的活化能比低密度聚乙烯稍低一些這說(shuō)明可降解地膜中的添加物質(zhì)能起到降低聚乙烯熱解活化能的作用.淀粉的這種作用最強,其次是碳酸鈣加光敏劑,而單獨加光敏劑時(shí)這種作用較弱.各地膜的活化能和指前因子的大小順序均為:普通膜>光降解膜≯光鈣型降解膜≯生物降解膜,這說(shuō)明可降解地膜比普通膜更容易熱解,而從田間試驗的結果也可看出,在自然條件下降解地膜比普通膜更容易降解,其降解順序為:降解膜>光鈣型降解膜>光降解膜表1各地膜的反應級數表2各地膜的活化能和指前因子Table 1 Reaction orders of each filmTable 2 Activation energies and anaphoric of each film地膜種類(lèi)反應級數n地膜種類(lèi)活化能E/(kmo1)指前因子A/s1普通膜普通膜265.895245×1013生物降解膜0.9365生物降解膜214.519612x103光降解膜0.9375光降解膜6.320×104光鈣型降解膜0.9244光鈣型降解膜241.437,243×103參考文獻:[1]唐賽珍淺論我國可降解塑料發(fā)展前景及對策[J]中國包裝,1998,18(1):33-35[2]波普MI,尤德MD(王世華,楊紅征,譯)差熱分析(DTA)技術(shù)及其應用[M].北京:北京師范大學(xué)出版社,1981:1353]胡榮祖,史啟禎.熱分析動(dòng)力學(xué)[M].北京:科學(xué)出版社,2001:110-111[4]艾侖NS,等(張培堯,陳用烈,譯)聚烯烴的降解與穩定[M].北京:北京烴加工出版社,1988:80-855]肖玲,李崗,王箐震.可降解地膜的實(shí)用性能研究初報[J].干早地區農業(yè)研究,200,18(專(zhuān)輯):47-49·≈·@合···合~中日環(huán)境化學(xué)學(xué)術(shù)大會(huì )通知ina-Japan Joint Sympos i um on Environmental Chemistry(2004.10.21-23)北京第一輪通知由中國化學(xué)會(huì )環(huán)境化學(xué)專(zhuān)業(yè)委員會(huì )、中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì )二嗯英專(zhuān)業(yè)委員會(huì )、日本環(huán)境化學(xué)會(huì )共同主辦的“中日環(huán)境化學(xué)學(xué)術(shù)大會(huì )”定于2004年10月21-23日在北京舉行。會(huì )議由中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心、中日友好環(huán)境保護中心承力會(huì )議議題:1.化學(xué)物質(zhì)的污染現狀及在環(huán)境介質(zhì)中的遷移轉化規律2.化學(xué)物質(zhì)的檢測新方法、新技術(shù)及食品和日用品中的污染水平分析3.化學(xué)物質(zhì)的毒理效應及區域風(fēng)險評價(jià):4.化學(xué)物質(zhì)削減技術(shù)及有毒化學(xué)品管理戰5.其他以化學(xué)物質(zhì)為中心的環(huán)境化學(xué)研中國煤化工大會(huì )秘書(shū)處:中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心環(huán)境水質(zhì)CNMHG海淀區雙清路18號,郵編:100085;TEL:010-62923541;FAX:010-62923543;Emalskleac(@mail.rceesaccn)聯(lián)系人:鞏玉華女士