一种用于好氧膜堆肥的排水复合膜及其制备方法与流程

本发明涉及复合膜，具体为一种用于好氧膜堆肥的排水复合膜及其制备方法。

背景技术：

1、膜式堆肥技术是膜覆盖、微压送风、堆肥监控三大部分组成的，采用功能膜作为有机废弃物好氧发酵处理覆盖物，是分子膜与静态好氧发酵的有机结合，能够有效克服低温发酵环境带来的负面影响。由于发酵堆常处于露天静态发酵，易受雨雪天气影响，覆膜上覆盖雨雪，容易因雨雪的重力而发生凹陷，会影响堆肥的发酵。因此，我们提出一种用于好氧膜堆肥的排水复合膜及其制备方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于好氧膜堆肥的排水复合膜及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种用于好氧膜堆肥的排水复合膜，包括支撑膜和覆膜，所述支撑膜设置于覆膜上表面，所述支撑膜内设置有空气通道，所述支撑膜通过鼓风机向空气通道内充气，所述覆膜的左右两端分别搭接于两组墙体相互背离的一侧。

3、进一步的，所述支撑膜粘附或缝制于覆膜上表面。

4、进一步的，所述支撑膜的材质为聚氯乙烯(pvc)，所述覆膜为聚四氟乙烯复合膜。

5、进一步的，所述支撑膜的两端分别设置有进风口和出风口，并利用鼓风机，通过进风口向空气通道内鼓气，出风口出气。

6、所述排水复合膜应用时，将其与发酵堆的墙体结合，覆盖在发酵堆的上方，将支撑膜的进风口与鼓风机的出风口连接，对其空气通道进行充气。

7、在上述技术方案中，本技术中的排水复合膜由支撑膜和覆膜组成。内层为覆膜，外层为支撑膜，支撑膜设置于覆膜上。支撑膜内设置有空气通道，由鼓风机鼓风通气，对支撑膜进行充气，起到支撑的作用，将覆膜抬升，能够避免覆膜在雨水环境中凹陷，避免水分的堆积，影响好养堆肥的正常进行。通过将支撑膜粘附或缝制于覆膜上表面，利用空气管道的支撑，可避免覆膜表面的雨水堆积。

8、进一步的，所述支撑膜由聚氯乙烯膜和纤维层组成，所述纤维层位于聚氯乙烯膜的上表面；

9、所述聚氯乙烯膜包括以下质量组分：75～100份聚氯乙烯、0～25份聚四氟乙烯、55～70份改性聚氯乙烯、10～25份填料、2.2～6.5份助剂。

10、进一步的，所述填料包括4～6份纳米二氧化硅、6～19份胶原纤维。

11、进一步的，所述助剂包括0.1～1.0份润滑剂、2～5份光稳定剂、0.1～0.5份抗氧剂；

12、润滑剂为硬脂酸钙；

13、光稳定剂为光稳定剂hpt；

14、抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧厚度为0.25～0.55mm。

15、进一步的，所述覆膜由上至下依次为：表层、功能层和内层；

16、所述表层为疏水性聚酯纤维层；所述功能层为聚四氟乙烯膜；所述内层为亲水性聚酯纤维层。

17、进一步的，所述覆膜通过将粘结剂涂覆于聚四氟乙烯膜的上表面和下表面，按照疏水性聚酯纤维层、聚四氟乙烯膜、亲水性聚酯纤维层的结构顺序放置，热复合得到。

18、进一步的，所述覆膜的厚度为0.8～1.0mm；功能层的厚度为8～25μm。

19、进一步的，所述覆膜的透气率为10～13mm/s，透湿性为3800～4700g/(m3·24h)。

20、一种用于好氧膜堆肥的排水复合膜的制备方法，包括以下工艺步骤：

21、步骤1、制备支撑膜：

22、将聚氯乙烯、聚四氟乙烯、填料、助剂混合，于双螺杆挤出机中挤出，水冷，造粒，得到复合料；吹塑成膜，形成聚氯乙烯膜；

23、在纤维层的表面涂布浆料，叠加聚氯乙烯膜，干燥；裁剪，缝制，热合，形成膜筒，得到支撑膜，其内部形成空气通道；

24、步骤2、制备排水复合膜：

25、将支撑膜粘附或缝制于覆膜的上表面，得到排水复合膜。

26、进一步的，步骤1中，挤出的工艺条件为：温度170～180℃，螺杆转速180～220r/min；

27、吹膜的工艺条件为：机头温度185～195℃，牵引速度5～8m/min。

28、进一步的，步骤1中，浆料的制备工艺如下：

29、聚氯乙烯、改性聚氯乙烯、丙烯酸类粘合剂、环己酮、甲苯混合，搅拌溶解；过滤，静置3～8h，得到浆料。

30、进一步的，浆料的涂布量为60～140g/m2。

31、进一步的，浆料包括以下质量组分：100份聚氯乙烯、55～70份改性聚氯乙烯、6～12份丙烯酸类粘合剂、2～5份环己酮、10～15份甲苯。

32、进一步的，干燥的工艺条件为：60～90℃干燥8～12h。

33、进一步的，所述改性聚氯乙烯由以下工艺制得：

34、将松香酸、二氯甲烷混合，于0～3℃温度下，缓慢加入草酰氯；升温至25～32℃，搅拌反应4～6h；减压蒸馏，得到松香酰氯；

35、将1,3-双(3-氨基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷、三乙胺，于甲苯中混合，于0～3℃温度下，缓慢加入松香酰氯，搅拌反应24h；过滤，洗涤，干燥，得到硅氧烷-松香酸化合物；

36、将三聚氯氰、甲苯混合，于0～3℃温度下，加入三乙胺，缓慢加入硅氧烷-松香酸衍生物，搅拌反应100～150min；升温至50～55℃，继续反应100～150min；加入1,3-双(3-氨基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷，升温至95～98℃，回流反应8～10h；冷却，过滤，洗涤，干燥，得到松香酸衍生物；

37、将聚氯乙烯、松香酸衍生物，于n，n-二甲基甲酰胺中混合，升温至80～85℃，搅拌反应120～150min；洗涤，干燥，得到改性聚氯乙烯。

38、进一步的，所述松香酸、二氯甲烷的比例为50g/100ml；

39、松香酸、草酰氯的摩尔比为1:(1.3～1.5)。

40、进一步的，所述松香酰氯(相对分子量为366.5)、1,3-双(3-氨基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷、三乙胺的摩尔比为1:(1.05～1.15):(1.1～1.2)；

41、1,3-双(3-氨基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷、甲苯的比例为15g/100ml。

42、进一步的，所述三聚氯氰、硅氧烷-松香酸衍生物(相对分子量578.5)、1,3-双(3-氨基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷、三乙胺的摩尔比为1:(2.0～2.1):(1.02～1.10):(3.3～3.6)；

43、三乙胺分三次加入，第二次和第三次在升温前加入，每次加入量相同；

44、三聚氯氰、甲苯的比例为10g/100ml。

45、进一步的，所述松香酸衍生物为聚氯乙烯质量的25％～100％；

46、聚氯乙烯、n，n-二甲基甲酰胺的比例为1.5g/100ml。

47、在上述技术方案中，支撑膜由聚氯乙烯膜和纤维层组成，并通过浆料的粘结与处理。在支撑膜和浆料中均添加有改性聚氯乙烯。改性聚氯乙烯的制备工艺如下：首先将松香酸酰氯化，然后与1,3-双(3-氨基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷中的一个氨基反应，得到具有氨基、硅氧键、松香结构的化合物，记为硅氧烷-松香酸化合物。将硅氧烷-松香酸化合物、1,3-双(3-氨基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷依次与三聚氯氰反应，得到松香酸衍生物，利用其结构中的氨基与聚氯乙烯接枝，从而得到具有松香氢化菲环、三嗪环的改性聚氯乙烯。将制得的具有大分子结构的改性聚氯乙烯引入支撑膜物料体系中，能够有效避免塑化改性剂改性聚氯乙烯的迁移。改性聚氯乙烯与聚氯乙烯的共混，使得聚氯乙烯分子链的自由度得到提高，促进了分子的无序排列，分子间距离变大，削弱了聚氯乙烯分子链间的相互作用，增加了分子活动性，从而提高了支撑膜的拉伸强度和弹性模量，降低了断裂伸长率，改善了支撑膜的柔韧性。另外，通过上述制备工艺，在改性聚氯乙烯的结构中引入了三嗪环、松香酸等具有大位阻的刚性结构和氮、硅等元素，能够限制分子链段在聚合物热分解中的运动和热分解行为，从而提高其耐热、抗变形能力，能够避免其好氧堆肥高温阶段发生变形，影响，支撑膜的支撑作用；并有助于所制支撑膜疏水、防水性能的改善。

48、进一步的，所述纳米二氧化硅经过改性，具体改性工艺为：

49、将偶联剂、纯醇水溶液混合，搅拌水解100～150min，利用三乙胺调节体系ph至8.8～9.3，加入纳米二氧化硅，超声分散30～45min；置于60～75℃温度下，回流反应4～5h；过滤，干燥，得到偶联改性填料；

50、将偶联改性二氧化硅、四氢呋喃混合，超声分散30～45min；加热至60～68℃，在氮气气氛保护下，加入甲基丙烯酸甲酯、烯丙基腰果酚、引发剂，恒温反应100～150min；过滤，干燥，气流粉碎，得到改性二氧化硅。

51、进一步的，所述纳米二氧化硅、偶联剂、纯醇水溶液的比例为10g:(3～5)g:100ml；

52、所述纯醇水溶液的浓度为95wt％；

53、所述偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种。

54、进一步的，偶联改性二氧化硅、四氢呋喃的比例为10g/100ml；

55、偶联改性二氧化硅、甲基丙烯酸甲酯、烯丙基松香酸、引发剂偶氮二异丁腈的质量比为10:(5～9):(1～5):(0.10～0.15)。

56、进一步的，所述烯丙基松香酸由以下工艺制得：

57、将松香酸、烯丙基缩水甘油醚、氢氧化钾混合，升温至100～130℃反应3～8h；洗涤，减压蒸馏，得到烯丙基松香酸。

58、进一步的，所述松香酸、烯丙基缩水甘油醚、氢氧化钾的摩尔比为1:(1.2～1.5):(0.07～0.09)。

59、在上述技术方案中，纳米二氧化硅具有强度高、比表面积大、表面活性、界面性质好的特点，能够对聚氯乙烯进行补强。松香酸中的羧基与烯丙基缩水甘油醚中的环氧基团反应，使得烯丙基引入松香酸结构中，将得到的产物记为烯丙基松香酸。利用含烯基偶联剂将纳米二氧化硅进行改性，得到表面不饱和功能化的偶联改性纳米二氧化硅。表面改性利用其表面硅羟基，接枝偶联剂，能够缓解纳米二氧化硅的团聚现象，增加纳米二氧化硅表面的空间位阻，减少了颗粒之间的团聚，使其能够在聚氯乙烯中均匀分散，增强所制支撑膜对外部载荷的承受能力，提高其抗冲击强度，改善支撑膜的力学性能。然后将甲基丙烯酸甲酯、制得的烯丙基腰果酚与偶联改性二氧化硅混合，并引发聚合，制得改性二氧化硅，能够良好地改善纳米二氧化硅与聚氯乙烯间的界面作用，对聚氯乙烯有着更为优异的增韧和增强作用。

60、进一步的，所述胶原纤维经过改性，具体改性工艺为：

61、将γ-氨丙基三乙氧基硅烷、纯醇水溶液混合，搅拌水解100～150min，利用三乙胺调节体系ph至8.8～9.3，加入胶原纤维，超声分散30～45min；置于60～75℃温度下，回流反应4～5h；过滤，干燥，得到改性填料。

62、进一步的，所述胶原纤维、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、纯醇水溶液的比例为10g:(3～5)g:100ml。

63、进一步的，所述纯醇水溶液的浓度为95wt％。

64、在上述技术方案中，胶原纤维是由具有三股螺旋结构的胶原分子依次组装成胶原微原纤维、胶原纤维和胶原纤维的超分子聚集体。具有三维多层级结构，能够实现对聚氯乙烯等聚合物的抗蠕变能力。但其侧链上含有大量的亲水性基团，如羧基、羟基、胺基，需要对其进行表面改性。偶联剂一端的硅氧键能够与胶原纤维表面的羟基反应，且不会对其多层级结构造成影响。利用偶联剂对胶原纤维进行表面改性，使其介于胶原纤维和聚氯乙烯之间，作为结合层存在，改善胶原纤维与聚氯乙烯间的界面相容性，从而能够更好地实现胶原纤维对聚氯乙烯抗蠕变能力的提高。

65、偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷，其氨基能够与聚氯乙烯中的c-cl键发生化学接枝，形成离子键，产生共价结合，增加了体系交联，进一步改善了所制聚氯乙烯膜的力学性能和热稳定性，发挥出更为优异的抗蠕变能力。

66、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

67、本发明的一种用于好氧膜堆肥的排水复合膜及其制备方法，通过支撑膜和覆膜组成排水复合膜。内层为覆膜，外层为支撑膜，支撑膜设置于覆膜上。支撑膜内设置有空气通道，由鼓风机鼓风通气，对支撑膜进行充气，起到支撑的作用，将覆膜抬升，能够避免覆膜在雨水环境中凹陷，避免水分的堆积，影响好养堆肥的正常进行。通过将支撑膜粘附或缝制于覆膜上表面，利用空气管道的支撑，可避免覆膜表面的雨水堆积。