TWI870880B - 農用奈米地膜及其製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明農用奈米地膜及其製造方法，為提供農用過程中，可依照降解層次岐分時程，依序漸進釋解或/及轉化植栽需求養分，並可避免雜草光合生長之地膜及其製造方法，取材具降解作用之脂化生成材料，混合具奈米尺度之乾式肥料乾粒與植物乾粒，經熱作淋膜，以生成內部上、下層次，均勻分佈有奈米肥料或/及奈米植纖之地膜，農用時由著地陰面往上依降解層面，岐分時程漸進釋出所含植栽養分予土壤。

Description

農用奈米地膜及其製造方法

本發明農用奈米地膜及其製造方法，為提供農用過程中，可依照降解層次岐分時程，依序漸進釋解或/及轉化植栽需求養分，並可避免雜草光合生長之地膜及其製造方法。

農業植栽為了避免雜草叢生，以在田股表面避開植栽位置覆蓋有地膜，地膜的作用除了避免雜草叢生之外，更具有土壤水分維持，以及避免昆蟲滋長。

傳統使用的地膜為利用高分子塑化材料吹製後切割成膜，由於該材料為塑化聚合物，使用後會對土壤造成塑化污染，新進採用具降解作用的材料所製成的地膜，可大幅改善對土壤的塑化污染，更有加入植物碎化材，期許在地膜降解過程中釋出，經轉化為植栽需求養分，該碎化材粒徑大明顯為肉眼可見，相對地膜的厚度為薄狀，因此該粒徑與地膜的厚度比例後粒徑為大，製成的地膜表面會形成有砂孔或植物纖維脫絮的狀況，所形成的缺陷造成張力弱點，大幅影響地膜的抗拉力，另釋放出植物纖維後，尚須經由細菌的侵蝕才能以分解轉化出養分元素。

有關習用地膜的製作，有採空氣壓力吹製，熱熔的基材受到空氣壓力擴張為薄化，經裁剪成膜如塑膠袋的製作方式，由於該植物碎粒相對地膜的厚度比較下為大粒徑，且該尺寸在約十分之一比上膜厚的情況 下，則因該植物纖維本體不具展流能力，與熱熔基材的接觸表面，會因變形率不同而發生剝離狀況，使該膜面破孔，即使該比例不足以發生破孔，但在成膜表面，也會有因該纖維本體結構外露，在收捲或鋪地的操作外力介入即脫絮，另若未達脫絮狀況，所凸伸膜面的纖維也會造成膜面粗糙。

另由於纖維粗大與膜厚比值小，所佔據在膜面的容積空間大，相對在膜層表體或內部皆因此而形成膜層結構缺陷，明顯造成基材分子間的鏈結。

該地膜的製作，料有採熱壓延成膜，以及熱淋膜方式成膜，其中以熱淋膜方便製造薄狀厚度，該方式為先前經淋膜作業或熱膜狀態中，藉由如圖1所示，由具夾壓的輾輪R實施熱輾以重整分子鍵結和更薄化定尺，軋壓過程中，熱膜狀態的地膜800內部所含植物碎粒21內部存在有空氣，經輾輪R輾壓後空氣會外流，並經壓力平衡作用及阻尼因素，常態上所擠出的氣泡22會被移轉到地膜800的表面，則在該氣泡22所屬地膜800的斷面形成肉厚的缺陷而產生張力弱點，不利於抗拉，失去張力強度。

如圖2所示，由於該植物碎粒21無論是以吹製或淋膜輾壓製作，所處位置常見會位居在地膜800的表面，因此由該植物碎粒21所佔據的地膜800斷面，也形成厚度的殘缺，而發生抗拉的弱點。

請再參閱圖3所示，在地膜800內部鄰近的二植物碎粒21，由於粒徑大佔據大的容積空間，則二植物碎粒21鄰靠區間，對位於地膜800水平斷面位置，相同形成地膜800的聚合缺陷，而產生一抗拉弱點，以及該植物碎粒21若為大量，在吹製過程中，也因上述的弱點存在而吹破，另植物碎粒21顆粒為大，等待地膜800降解接觸土壤後，尚需等候轉化時間才能獲 得需求滋養元素，但該時程可能延後過植栽熟成採收期。

本發明農用奈米地膜及其製造方法，為提供農用過程中，可依照降解層次岐分時程，依序漸進釋解或/及轉化植栽需求養分，並可避免雜草光合生長之地膜及其製造方法，一整備階段A將肥料乾粒與植物乾粒，經乾式氣動催化，使其粒徑形成奈米化，配合所備置的降解材料，經一造粒階段執行均勻混合，再經一熱熔擠製作業以生成母粒，利用一成膜階段將上述母粒以淋膜方式執行地膜成型，該地膜於農用時，具漸進釋出養分為其主要目的。

本發明再一目的為上述肥料乾粒的材料取用比例為3~8%，植物乾粒取用比例為1~8%，降解材料取用比例為50~75%，並混合有填充物，該填充物有滑石粉、奈米氧化鈣、以及大量奈米碳黑。

本發明第三目的為在混合操作的過程中，可追加有改散劑，如潤滑劑、分散劑或擴鏈劑。

本發明第四目的為上述各材料粒徑的均質為在45微米以下。

本發明第五目的為該整備階段所備置的奈米植纖之中，填充有2%以上的奈米竹碳，該竹碳粒徑為在45微米以下。

本發明第六目的為其中該降解材料取材為PBAT，以及肥料乾粒取材為磷酸鉀，植物乾粒取材為二氧化矽之植乾如稻穀。

本發明第七目的為在整備階段，另備置有奈米化的碳黑，經造粒階段、成膜階段成形後，具有光阻效應，避免地膜遮覆區間雜草光合 生長。

本發明第八目的為該乾式奈米催化作業，係利用高能流體及高速葉片，在一壓力缸內部產生高速攪動能量，以對加工物執行乾式奈米化之工程。

10:肥料乾粒

11:乾式奈米催化作業

12:積囤

13:調配操作

100:奈米肥料

101:第一降解層面

102:第二降解層面

103:第三降解層面

104:第四降解層面

20:植物乾粒

21:植物碎粒

22:氣泡

200:奈米植纖

30:降解材料

300:降解本材

40:植物碳碎粒

400:奈米碳纖

50:混合操作

60:熱熔擠製作業

61:冷卻

62:切粒操作

600:母粒

70:熱熔擠進操作

71:喂給機頭

80:淋膜作業

81:冷卻定型作業

82:淋膜押頭

83:移載單元

84:軋膜裝置

85:調整單元

86:冷卻裝置

87:捲收裝置

800:地膜

90:植土

A:整備階段

B:造粒階段

C:成膜階段

R:輾輪

201:奈米竹碳

圖1係為習用地膜的結構示意圖。

圖2係為習用地膜的結構示意圖之一。

圖3係為習用地膜的結構示意圖之二。

圖4係為本發明製作流程示意圖。

圖5係為本發明淋膜作業作業系統簡示圖。

圖6係為本發明製作流程示意圖之一。

圖7係為本發明地膜農用過程作用示意圖。

本發明農用奈米地膜及其製造方法，為提供農用過程中，可依照降解層次岐分時程，依序漸進釋解或/及轉化所內含植栽需求養分，並可避免雜草光合生長之地膜及其製造方法，有關本發明之地膜製作方式如圖4所示，主要分設有整備階段A、造粒階段B、成膜階段C，其中該整備階段A備置有肥料乾粒10、植物乾粒20與降解材料30，降解材料30取材PBAT進行積囤12，其中肥料乾粒10為乾狀的材料，植物乾粒20為植物乾料經碎化之碎粒，分別經由乾式奈米催化作業11，將之粒徑催化為奈米尺度，並分別形成奈米肥料100與奈米植纖200，該乾式奈米催化作業11為利用氣體高速撞擊方式所操作，完成後各別執行積囤12，上述各元素奈米化的程度為在 45微米以下。

造粒階段B為經由調配操作13，依比例分別分配上述階段所完成的乾式奈米肥料100，奈米植纖200，與降解材料30，從積囤12位置取得配置量之後集體進行混合操作50，其中該降解材料30取材容積比例為50~75%，奈米植纖200為取材1~8%，奈米肥料100取材為3~8%，經混合操作50充分混拌後，執行一熱熔擠製作業60，熱熔擠製作業60可利用雙管式的螺旋擠壓設備，將上述混合物擠出條狀物，該條狀物經冷卻61操作定型後執行切粒操作62，以生成母粒600。

一成膜階段C，取材上述完成之母粒600，經一熱熔擠進操作70操作後執行一淋膜作業80，淋膜作業80經一冷卻定型作業81後，形成地膜800。

上述造粒階段B的混合操作50程序中，複可追加同以乾式催化作業所完成的粉態奈米竹碳201，取材比例為2~20%，與前述各元素集體進行混合操作50及完成共構之母粒600。

該奈米竹碳201混合在母粒600的前置作業如上開所述在混合操作過程補入外，也可相仿奈米肥料100等的方式，完備在整備階段A的程序中，更由於奈米竹碳201不具化合活躍性，也可提前照比例乾式混入已完成積囤12的奈米肥料100或奈米植纖200之中。

取上述完備的母粒600執行成膜，在本發明中，由於混合生成物質為奈米化，除了成型過程中可得更佳展流能力外，也可提供製作更薄化的地膜800(在降解材料30本材成膜後張力許可的力度範圍內)，以及為了定型過程中，可讓各素材之間分子鍵結更緊實，以增加張力強度，因此 適合採用淋膜及軋輾方式製作地膜800，其中熱熔擠進操作70與淋膜作業80共構為一成膜設備，相關設備執行成膜的工序請參閱如後。

如圖5所示，該熱熔擠進操作70取得上述母粒600經由熱熔後，由一喂給機頭71產生壓力，執行淋膜作業80，淋膜作業80為利用一淋膜押頭82形成裸帶狀的地膜800粗胚，該粗胚經一移載單元83移送到一軋膜裝置84，該軋膜裝置84為利用輾壓方式，藉由調整單元85調整輾輪R的互對間隙，以將製程中的地膜800預先訂出厚度，後由一冷卻定型作業81完封，該冷卻定型作業81可利用該一冷卻裝置86以平衡溫度或吹拂熱質方式形成溫降的熱處理操作，也因此使經過的地膜800分子結構鏈結更穩定，最後由一捲收裝置87執行捲收，即形成本發明目的所完備的地膜800，其成形厚度為在0.05~1.2mm之間。

請再參閱圖6所示，在本發明製作方法的流程中，可追加混搭有植物碳黑，所應用的取材為植物碳碎粒40，同樣經由乾式流體催化的乾式奈米催化作業11將之奈米化為奈米碳纖400取用比例為3~20%，其尺寸相同或接近奈米肥料100與奈米植纖200，完成後進入一積囤12，在造粒階段B作業過程，經由所屬調配操作13調配約3~8%後與奈米肥料100，奈米植纖200與降解材料30如圖4中的比例集體進入混合操作50後，達成造粒階段B，所得母粒600如圖4中的成膜階段C之操作，執行熱熔擠進操作70和淋膜作業80，形成混合有植物碳碎粒40奈米化的地膜800，該植物碳碎粒40奈米化為奈米碳纖400，取材比例3~20%大量均勻分散在生成的地膜800內部產生抗折射功能，利用該奈米碳纖400可阻隔太陽光折射，使覆蓋在底面的土壤中雜草幼苗，難以進行光合作用，而可抑制雜草生成，並藉由該色澤為黑色， 而能作用為吸光劑的輔助吸收太陽熱能，使在地膜下方會受溫並保持暖溫以利植物生長，尤其在冬季或天冷的地域使用。

上述填充有大量比例的奈米碳纖400主要目的為提供阻隔太陽光以抑制所覆蓋地面的雜草生成，前提在圖4中所補給之奈米竹碳201所補入之比例為高的情況下，則藉奈米竹碳201本質類等為碳黑可具隔阻陽光折射能力，而可調降奈米碳纖400的用量比例。

請再參閱圖7所示，本發明所完成的地膜800於農用時，該陰面覆蓋接觸到植土90的表面，地膜800所含的降解本材300受到植土90內部所含納的細菌進入侵蝕，進行組織分化降解為水及二氧化碳。

該漸進的侵蝕定義為第一降解層面101、第二降解層面102、第三降解層面103、第四降解層面104。

地膜800本質由降解本材300含納多數分散的奈米植纖200與奈米肥料100，奈米植纖200與奈米肥料100依據地膜800的厚度，隨從降解層面所岐分的第一降解層面101、第二降解層面102、第三降解層面103、第四降解層面104……依序被解散，起先第一降解層面101所含納的奈米肥料100，即依據降解的過程被解散而釋放到土壤，此際第二降解層面102以上位於地膜800內部的奈米肥料100及奈米植纖200尚維持原位，當第一降解層面101依首段時程被降解消彌後即進入第二降解層面102，第二降解層面102內部所含的奈米肥料100及奈米植纖200相同被解釋而釋放到土壤，依序為第三降解層面103及第四降解層面104……，將各層次分別所含納的奈米肥料100與奈米植纖200依據岐分時程，一一釋放給植土90為植栽根部吸收，或經轉化為養分供給植栽滋長需求，於是本發明的地膜800，在提供農用的過程 中，會依據降解的層次及經過時程，依時程漸序層層發散奈米肥料100與奈米植纖200，提供地膜800農用植栽過程中，對於植土90無須額外施佈本發明所具肥料，以及內部在每一層次中所含納的奈米植纖200，也會依序的滲入植土90之中，經化合轉化為植栽養分，具體可看出本發明的地膜800會依農用植栽的時程，依層次降解的時間關係而間續釋放肥料及養素，在植栽培植生長到收成時程內的肥料施作必要，有相當正面的助益，並且該奈米肥料100、奈米植纖200或/及奈米碳纖400為經奈米化為微細的粒徑，侵入土讓中，容易親和在土壤的成分內部及快速轉化，和易於被植栽根部吸收，以及受到水液或水氣的帶動，可輕易發散流佈於土壤之中，且在地膜800的表面不會造成昔有的缺陷，影響地膜800的機械張力。

有關可降解材料主要利用聚對苯二甲酸丁酯(PBAT)為之，PBAT是生物可降解熱塑性化合物，經添加輔劑可以改善柔韌性和抗拉性，PBAT在有氧條件下尤其是空曠的田野，更具有充足陽光水氣及微生物，有利於全面降解或和合生質堆肥，適用於農用地膜實施。

其中植物乾粒20可採具二氧化矽之植乾，如稻穀、稻稈，本質二氧化矽微觀下，呈現有奈米毛絨微結構，可對昆蟲表體作針刺性的戳害或刺激，以得抑制性防蟲效果。

在圖4或圖6圖示中，程序在混合操作50中，執行有填充物補入，該填充物為奈米氧化鈣比例為0.1~3%，滑石粉15~25%，以及依成膜機械強度和淋膜作業環境和機具條件配合需求，可追加有改善劑，該改善劑為潤滑劑0.5~1%，分散劑0.04~1.2%，擴鏈劑0.5~3%。

在整備階段A的程序中，包含完備之乾式奈米竹碳，提供 混合操作50成序混入，其比例為2~20%，粒徑為在45微米以下。

本發明除了提供新進功能之地膜外，更在生產時，利用材料物質狀態，而配合乾式奈米化作業，可達快速材料備置及成膜過程可大幅降低熱熔材料流動阻尼，其中有關乾式奈米化作業為以乾式處理為奈米尺度之處理設備系統，為利用高速流體物理作用，加上機械動量的操作，將粒徑為可目視之粒狀物質，以高動能分化處理為奈米尺度。系統設有一工作之迴轉軸心線，依該迴轉軸心線設有一原動軸，原動軸往一壓力發生單元內部帶動一引流軸筒，引流軸筒一端設有汲入口迎接待加工微粒物質，該加工物質經由引流軸筒傳遞進入增壓葉輪的工作區間，引流軸筒徑向帶動一增壓葉輪，整體運轉於一剛性壓力缸體，壓力缸體工作徑向圓表，向外導通有一釋出口。

系統具體為利用動力元帶動壓力發生單元，該壓力發生單元內部依系統迴轉軸心線設有一圓艙形之壓力缸體，壓力缸體圓周一處對外導通有一釋出口，內部設有一中心線與迴轉軸心線重疊之引流軸筒，引流軸筒徑向結合有增壓葉輪，整體共軸就位於壓力缸體之中，引流軸筒一端設有一汲入口，汲入口外圓輻向經徑向開設之壓動槽口導通增壓葉輪空間，被加工物由汲入口受壓力缸體內部壓力作用汲引進入壓力缸體，藉由壓力缸體內部所發生的氣流高低壓力差，和高速氣流甚至為音速臨界狀態，及機械運轉所發生的動量，複合多種物理性的操作，作用在被加工之物質微粒，以將可目視微粒尺寸的待加工物質(原料)有效分化為奈米尺度，該物質為乾狀質地，為有機或無機之碎粒物。

本發明利用整備階段為將肥料乾粒與植物乾粒經乾式作業 奈米化處理，附加有植物碳碎粒的混入，使總體所形成的地膜具有吸熱阻光漸進釋放肥料元素的特殊功能，地膜的張力可精準維持，鋪設時可盡力拉掣平鋪，實為一創新的地膜製作程序，懇請 貴審查官明鑑並早日賜予專利為禱。

10:肥料乾粒

11:乾式奈米催化作業

12:積囤

13:調配操作

100:奈米肥料

20:植物乾粒

200:奈米植纖

201:奈米竹碳

30:降解材料

50:混合操作

60:熱熔擠製作業

61:冷卻

62:切粒操作

600:母粒

70:熱熔擠進操作

80:淋膜作業

81:冷卻定型作業

800:地膜

A:整備階段

B:造粒階段

C:成膜階段

Claims (7)

1. 一種農用奈米地膜製造方法，為提供農用過程中，可依解降層面，漸層釋出奈米養分之地膜製造方法，包含有：一整備階段，該整備階段進一步包含有：1.取材磷酸鉀肥料乾粒，經一乾式高速氣流奈米催化作業奈米化為乾狀粒徑為45微米以下之奈米肥料，之後進行一積囤；2.取材具有二氧化矽元素之植物乾粒，經一乾式高速氣流奈米催化作業奈米化為乾狀粒徑為45微米以下之奈米植纖，之後進行一積囤；3.取材竹碳，經一乾式高速氣流奈米催化作業，奈米化為乾狀粒徑為45微米以下之奈米竹碳，之後進行囤積；4.備置(PBAT)降解材料；一造粒階段，取材上述奈米肥料3~8%、奈米植纖1~8%、奈米竹碳2~20%、降解材料50~75%，分別調配比例後集合執行一混合操作，再經一熱熔擠製作業，條狀擠出後執行切粒操作以生成母粒；一成膜階段，取上述母粒經一熱熔擠進操作，末端執行一淋膜作業，經一軋膜及冷卻定型作業成型。
2. 如申請專利範圍第1項所述之農用奈米地膜製造方法，其中該混合操作同步混合有如下填充物：奈米氧化鈣0.1~3%；滑石粉15~25%。
3. 如申請專利範圍第1項所述之農用奈米地膜製造方法，其中該混合操作同步混合有如下追加改善劑： 潤滑劑0.5~1%；分散劑0.04~1.2%；擴鏈劑0.5~3%。
4. 如申請專利範圍第1項所述之農用奈米地膜製造方法，其中整備階段復追加搭配有植物碳碎粒，經乾式高速氣流奈米催化作業奈米化為乾狀粒徑為45微米以下之奈米碳纖，實施於造粒階段中之施配比例為3~20%。
5. 一種農用奈米地膜，為由申請專利範圍第1~4項之中任何一項所述之製法所製成之地膜。
6. 如申請專利範圍第5項所述之農用奈米地膜，其中該地膜之厚度為在0.05~1.2mm。
7. 如申請專利範圍第5項所述之農用奈米地膜，其中該地膜內部均勻分散有奈米化之奈米肥料與奈米植纖或/及植物奈米碳纖或/及奈米竹碳，各元素粒徑均值為在45微米以下。

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