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全回收高强度农用地膜制备技术应用

  • 领域:

    种植业

  • 来源:

    地方政府计划

  • 单位:

    广东星联科技有限公司

  • 地址:

    广东 佛山市 南海区 桂城街道长江路18号

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    单位简介

    广东星联科技有限公司(以下简称“星联科技”)成立于2015年,注册资金6000万元,是一家从事高分子智能装备研发制造的高科技企业,致力于新型聚合物成型装备研发、制造及销售。公司位于广东省佛山市南海区三山新城,地处粤港澳大湾区内,毗邻广州南站,是南海区首批品牌企业之一。 公司拥有近50多人的研发团队,其中包括中国工程院院士1人,博士研究生学历7人,硕士研究生学历4人,拥有24项发明专利,主持或参与了国家、省部、市级项目五项。公司与华南理工大学合作,于2017年成立了“聚合物新型成型装备国家工程研究中心分中心” 及“广东省高分子产品智造技术研究院分院”。 公司拥有中国工程院院士瞿金平发明的 “拉伸流变的高分子材料塑化输送方法及设备”等十多项专利的独占许可授权,以院士团队为技术支撑,成功研发了具有国际领先水平的新一代非螺杆的“ERE-高分子拉伸流变挤出设备",并实现批量生产及销售;该技术荣获“2015 年度国家技术发明二等奖”、“2014年中国发明专利金奖”等多项荣誉,得到了中国、美国、欧洲、日本等十多个国家或地区的专利授权,并通过国家权威部门鉴定,技术成果属国际首创、国际领先。 ERE核心技术“拉伸流变挤出技术”颠覆了百年来高分子材料以螺杆为标志的发展模式,打破传统加工原理、技术、装备及理论的限制,开发出全新的基于拉伸流变高分子材料塑化输运新方法和新装备。该技术有效解决了高分材料在加工过程中的分子量降解,及极端流变行为材料加工难的世界难题,尤其在超高熔体粘度材料挤出成型、聚合物非相容合金改性、橡胶连续密炼加工、多相无机材料共混挤出等方面具有突破性技术优势,极大的拓宽了高分子材料的应用领域,将催生一大批具有特殊功能的新型高分子材料和产品的诞生。 公司与行业龙头中石化、广汽集团、亨通集团、金发科技等企业建立了良好的战略合作关系。2019年,公司将动工建设ERE产业集群孵化园项目,该项目以“三个中心、四个平台”为核心,即人才培训中心、技术研发中心、检测中心和研发制造平台、应用开发平台、设备生产制造平台、新材料制品生产平台,通过共性的资源、技术、人才等功能要素的集中建设与共享,助推拉伸流变技术在各应用领域迅速产业化,至2025年ERE产业年产值有望超百亿元,并带动相关产业技术升级撬动过千亿的增值空间。 公司将以产业集群孵化的形式完成“推广普及拉伸流变技术,以不断开创高分子材料应用的新领域”的企业使命,结合自身的发展,聚集各领域的科技人才,持续创造出新的科技成果,为企业注入创新活力。展开
    项目图片
    项目介绍

    成果项目的功能、性能、型号、用途和适用范围

    利用ERE拉伸流变塑化挤出技术生产的全回收高强度农用地膜,能够达到在棉花收获后能使用机械进行一次性全量回收,有效解决地膜使用后长期困绕农民增产增收的残膜白色污染问题。同时生产的地膜,具有保温保墒性能更好的功能,用在新疆棉花种植试验时,棉花的生产节点可以提前2周,棉花平均株高提高8cm,产量可以提高5%以上。 利用该技术生产的地膜,因有效地保护了分子量结构,同样厚度的地膜强度更高、有更好的耐候性、高透亮度、耐刺穿性优异等性能。 目前,已开发ERE-46机型(“ERE高强度全回收农用地膜”专用加工设备),已处于产品中试阶段。后续开发ERE-60、ERE-80等大型设备。 成果项目是通过自主创新,研究开发基于“拉伸流变技术”的全回收农用地膜制造成套技术装备,是一项具有国际领先水平的新技术,具有广阔的推广应用前景。 成果项目是制备薄膜的成套技术装备,主要应用在多层复合薄膜制造以及特定功能薄膜制备上,其生产的薄膜制品具有突出的物理性能,能够实现全回收,有效提升薄膜产品的综合性能,可应用农业覆膜种植领域,有效解决残膜污染问题。

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    主要技术创新点

    高强度农用地膜能够实现100%全回收再利用功能,主要得益于由华南理工大学瞿金平院士发明的“基于拉伸流变的高分子材料塑化输运技术”的发明专利技术。该专利技术在2015年以独占许可的方式授权给广东星联科技有限公司(简称“星联科技”)使用,同时由星联科技负责技术产业化落地工作。经过星联科技4年多的研发工作,已成功研发并生产制造“ERE高强度全回收农用地膜”专用加工设备(简称“专用设备”),与东莞市正新包装有限公司合作生产高强度全回收农用地膜。 专用设备利用ERE拉伸流变塑化挤出的特性,在高分子材料加工过程中,对原材料本身性能破坏低,且能够实现高分子量乃至超高分子量聚乙烯薄膜的吹膜成型加工。高分子量聚乙烯具有机械强度高、耐候性好、耐刺穿性优异等特点,利用ERE高效混合分散特点,将各种功能性添加剂和难以加工却具有良好耐刺穿性的茂金属聚乙烯掺混到基础树脂中,优化配方设计及工艺调整能够获得综合性能优良的高强度全回收地膜,实现100%回收再利用农用地膜的生产,新型地膜高于现有的78.6%地膜回收率。该技术其主要创新点体现在: 1、完全正位移体积输运方式 率先利用物料加工体积连续周期性变化,实现了超高分子量材料完全正位移特性的体积输运过程,具有输运效率高、不依赖物料自身特性等特性,有效实现新型地膜高性能化、低能耗、短流程制造。 2、弱剪切,大幅度降低分子量损失 拉伸流变塑化挤出设备加工的产品因材料加工热历程短,弱剪切,相对传统的“剪切流变”而言,高分子材料分子链不易断裂,分子量下降少,有利于保持物料的完整性,材料的性能保持完好。 3、突破性创新制造共混新材料 拉伸流变塑化挤出设备加工过程中,不同物料之间塑化受拉伸形变支配,能有效打开纳米粒子团聚,实现纳米粒子在聚合物基体中的分散,有利于不同体系的材料混合均匀,相互渗透铰链,形成高强度的新材料。

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    产品及质量检测情况

    利用ERE拉伸流变塑化挤出技术生产的全回收高强度农用地膜,制备新膜厚度10μm,纵向拉伸力7.4/N,横向拉伸力4.6/N,纵向撕裂力1.39/N,横向撕裂力1.04/N。新膜使用前,相同厚度下,对比国标,横纵向拉伸力、撕裂力均优于国家标准。 新膜在棉地覆膜使用180天后,通过钉辊机械回收,实现残膜全回收。经检测,残膜的纵向拉伸力3.6/N,横向拉伸力1.9/N,纵向撕裂力1.36/N,横向撕裂力1.02/N。经过180天的使用后,利用ERE拉伸流变塑化挤出技术生产的全回收高强度农用地膜虽然拉伸强度下降,但是仍远远高于国标要求(国标1.7/N);撕裂强度基本没有变化。 其原因在于使用过程中的薄膜的大分子量(超过10万)聚乙烯先断链降解,由于材料中的大分子量聚乙烯对薄膜的拉伸强度影响较大,所以随着大分子量聚乙烯的降解,薄膜的拉伸性能随着降低;但是由于该材料的耐老化性能比较好,在180天的使用期限内,决定材料韧性的分子量较低的聚乙烯降解很少,薄膜的撕裂性能得以保持。

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    产品使用的技术标准

    “ERE高强度全回收农用地膜”专用生产设备使用的技术标准是由星联科技制定的茂金属聚乙烯拉伸流变挤出机(Q/XLKJ1-2019);设备生产的高强度产薄膜,主要对比参考《聚乙烯吹塑农用地膜覆盖薄膜标准》(GB 1373-2017),所有数据均高于国标。

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    成果项目的技术成熟程度、产品市场接受度和市场竞争力等情况

    (一)成果项目技术成熟程度方面 自2017年开始,星联科技联合华工、新疆农垦科学院、东莞正新包装开展高强度全回收农用地膜的田间覆膜试验,在新疆覆膜棉花地500亩进行首次试验,基本解决了地膜普遍存在破损严重、强度低、延展性差等问题,当年秋天使用周期结束后进行地膜回收,效果良好且回收后地膜强度如下:纵向拉伸力≥3N,横向拉伸力≥2.5N,直角撕裂力≥1N,断裂伸长率≥300%,满足高强度回收地膜的性能要求。 2018年4月,在新疆覆膜棉花地4000亩进行第二次试验。取得了全回收的理想效果。“ERE高强度全回收农用地膜”专用设备研发已取得阶段性成果,成功完成产量100Kg/h地膜专用ERE-46机型的试验试制工作,项目进入了中试阶段。后续,将根据地膜加工的特点,进行中大ERE机型的研发试制,计划2年内完成500Kg/h产量ERE地膜设备的中试工作,有效提高产能,降低生产成本,为高强度全回收农用地膜的大规模生产作技术上的准备。 (二)市场接受程度 目前,因为设备投入致使新型地膜直接使用成本高于普通地膜,而节省的成本及增加的收入用户没有亲身体会,因此农户没有使用高强度地膜的积极性。高强度地膜的推广,需要相关部门进行示范性推广补贴。高强度地膜使用的直接成本虽然高于普通地膜,但是其使用后棉花增产、棉花品质提升、农机使用费下降、薄膜回收分离费用降低、回收的地膜价值比较高等优势,完全能够补偿该成本,甚至实现增收,市场接受需要一个过程,以及政策的引导。 (三)市场优势 当前,地膜多以LLDPE为原料,厚度小于0.01mm,使用后容易老化变成碎片,造成回收困难。多年持续使用地膜而未重视回收,致使农田地膜残留量累积,造成严重的“白色污染”。残膜污染已成为影响农田生态环境和农业可持续发展的重要因子,对优势农业和区域经济的发展构成威胁,迫切需要对其进行有效治理。本项目成果能够实现农用地膜全回收,直击残膜回收难、再利用率低的行业痛点,填补农用领域内的多项空白,提升我国在农用薄膜应用领域的市场竞争力。与国内外企业相关技术产品对比,有较大优势,主要表现为: 1、成型装备技术优势:完全自主知识产权生产专用设备,采用的新技术具有国际领先水平,是塑料加工领域的重大创新,能部分替代现有传统设备实现技术升级,也能被用于特定功能薄膜的生产,具有极大的市场竞争优势。 2、产品性能、使用成本优势:利用“ERE高强度全回收农用地膜”专用设备生产的薄膜具有较完整的分子链结构,赋予薄膜良好的横向性能,实现薄膜的自增强。在满足薄膜使用要求的条件下降低薄膜的厚度。由于薄膜厚度降低,一方面将减少了塑料材料的用量,从而在源头上节能降;另一方面,减少的塑料用量将为终端客户带来巨大的成本节约,提高相关产品的市场竞争力。

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