CN105111761A - 一种木质素基环保地膜成膜液及其制备方法和地膜 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种木质素基环保地膜成膜液及其制备方法和地膜，属于木质素开发应用技术领域，该地膜成膜液的溶质由以下重量份的成分组成：木质素磺酸盐13-18份、PVA13-18份、环氧氯丙烷12-16份、无铁硫酸铝12-16份、40%（w/w）甲醛溶液20-25份、尿素13-18份、硼砂1-2份，该成膜液溶剂为水。所述地膜由所述成膜液稀释后喷洒于平面风干所得。本发明的木质素基环保地膜力学性能和耐水性能均较好，可以代替已有塑料地膜用于农业生产中，由于其具有可降解，降解后可利用的特性，可以解决由于塑料地膜的使用带来的土壤贫瘠和白色污染问题，有利于农作物的生产。
Description
技术领域
本发明属于木质素开发应用技术领域，具体涉及一种木质素基环保地膜成膜液及其制备方法和地膜。
背景技术
目前，在发展环境友好型的社会的趋势下，农用地膜的发展趋势是消除塑料地膜，开发可降解的抗水性较好的环保地膜。国内外广泛应用的是腐殖酸多功能可降解液态地膜，主要是以褐煤、风化煤或泥炭对造纸黑液、海藻废液、酿酒废液或淀粉废液进行改性，通过将木质素、纤维素和多糖在交联剂的作用下交联形成高分子结构，再与各种添加剂、硅肥、微量元素、农药和除草剂混合后制取获得。
木质素磺酸盐是木浆与二氯化硫水溶液和亚硫酸盐反应产物，具有C3-C6的疏水骨架、磺酸和其它亲水性基团结构，因而属阴离子表面活性剂。木质素磺酸盐有很强的分散性，能吸附在各种固体质点的表面上，可进行金属离子交换作用，也因为其组织结构上存在各种活性基团，因而能产生缩合作用或与其他化合物发生氢键作用。
PVA作为一种提高成膜液力学性能的基料，通常情况下直接用于与木质素的复配，这样形成的复合膜强度高而耐水性差，在《木质素基环保地膜的研究》（造纸科学与技术,2014,陈夫山,王帅）一文中，虽然先将PVA与戊二醛和领苯二甲酸甲酯反应，制成改性PVA胶液，但最终得到的地膜抗张强度为2.2KN/m2，吸水率为35.2%的结果不甚理想，因此，在此基础上，地膜的力学性能及吸水率有待进一步改进。
发明内容：
本发明为解决现有技术中存在的缺陷，提供一种木质素基环保地膜及其制备方法，在已有技术的基础上对其进行改进，通过改进后的木质素基环保地膜，力学性能良好，耐水性能更优，可实现在土壤中完全降解的环保特性。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种木质素基环保地膜成膜液，该成膜液的溶质由以下重量份的成分组成：木质素磺酸盐13-18份、PVA13-18份、环氧氯丙烷12-16份、无铁硫酸铝12-16份、甲醛溶液20-25份、尿素13-18份、硼砂1-2份，该成膜液的溶剂为水。
本发明还具有以下附加技术特征：
优选的，上述成膜液的溶质由以下重量份的成分组成：木质素磺酸盐15.8份、PVA15.8份、环氧氯丙烷14.4份、无铁硫酸铝14.4份、甲醛溶液22.6份、尿素15.8份、硼砂1.2份，该成膜液的溶剂为水。
优选的，所述的木质素磺酸盐为木素磺酸钠或木素磺酸钙。
优选的，所述甲醛溶液的质量分数为40%。
本发明还包括上述成膜液的制备方法：
上述木质素基环保地膜成膜液的制备方法，包括以下步骤：
1)在90℃水浴条件下，将上述重量份的PVA加入纯水中匀速搅拌40min，使之充分溶解均匀后，降温至80℃，加入环氧氯丙烷，匀速搅拌30min溶解均匀，之后加入无铁硫酸铝，并匀速搅拌30min，制得PVA胶液待用；
2)在80℃水浴条件下，向1）中将制得的PVA胶液中加入木质素磺酸盐后，再加入纯水并边加边匀速搅拌30min，使之混合均匀，制得木质素/PVA胶液待用；
3)在80℃水浴条件下，向2）中制得的木质素/PVA胶液中加入上述甲醛溶液，再次对胶液进行交联反应，匀速搅拌30min，使之充分反应；
4)在80℃水浴条件下，向3）中加入配制成溶液的尿素溶液，搅拌混合均匀后，进行保温反应1h；
5)在80℃水浴条件下，向4）中加入配制成溶液的硼砂溶液，匀速搅拌40min，使之混合均匀，即得。
优选的，上述步骤4）中所述尿素溶液为将称量好的尿素溶于10g纯水中所得。
优选的，上述步骤5）中所述硼砂溶液为将称量好的硼砂溶于10g纯水中所得。
优选的，上述甲醛溶液的质量分数为40%。
本发明的一种木质素基环保地膜，其特征在于，将上述木质素基环保地膜成膜液稀释后喷洒于平面风干所得。
优选的，所述稀释为向所述成膜液中加入该成膜液10-40体积的水。
本发明的优点和有益效果：
（1）本发明的木质素基环保地膜充分利用了制浆造纸废水黑液的废弃资源，既实现了废弃资源再次利用又保护了环境的目的。
（2）本发明的木质素基环保地膜力学性能和耐水性能均较好，可以代替已有塑料地膜用于农业生产中，彻底解决由于塑料地膜的使用带来的土壤贫瘠和白色污染问题。
（3）本发明的木质素基环保地膜为可降解地膜，在使用一段时间后可以逐步降解，降解后的木质素又可作为农田作物的养分，使土壤逐渐肥沃，有利于农作物的生长。
（4）本发明的木质素基环保地膜不仅从造纸废水废弃物利用角度减轻了环境压力而且从白色污染的防治角度保护了环境，达到一举两得的环保效果。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
具体实施方式
以下结合具体实例，对本发明进行详细说明。
实施例1
1)备料：
按照如下重量称取溶质原料：木质素磺酸盐7g、PVA7g、环氧氯丙烷6.4g、无铁硫酸铝6.4g、40%（w/w）甲醛溶液10g、尿素7g、硼砂0.5g；
配制溶液：将称量好的尿素和硼砂分别溶于10g纯水中，搅拌均匀配成溶液；
2)在90℃水浴条件下，将称量好的PVA加入到已升至设定温度的93g纯水中匀速搅拌40min，使之充分溶解均匀后，降温至80℃，加入称量好的环氧氯丙烷，匀速搅拌30min溶解均匀，之后加入称量好的无铁硫酸铝，并匀速搅拌30min，制得PVA胶液待用；
3)在80℃水浴条件下，向2）中将制得的PVA胶液中加入称量好的木质素磺酸钙后，加入50g纯水并边加边匀速搅拌30min，使之混合均匀，制得木质素/PVA胶液待用；
4)在80℃水浴条件下，向3）中制得的木质素/PVA胶液中加入称量好的甲醛溶液，再次对胶液进行交联反应，匀速搅拌30min，使之充分反应；
5)在80℃水浴条件下，向4）中加入配制成溶液的尿素溶液，搅拌混合均匀后，进行保温反应1h；
6)在80℃水浴条件下，向5）中加入配制成溶液的硼砂溶液，匀速搅拌40min，使之混合均匀，制得所述成膜液；
7)将6）中得到的成膜液从水浴中取出，自然冷却至20-25℃后，加入该成膜液20倍体积的纯水稀释，搅拌均匀后，用喷雾装置盛装并均匀喷洒于平整的有机玻璃上，自然风干后即得本发明的木质素基环保地膜。
性能测试：对所得的地膜进行力学测试和耐水性测试，薄膜抗张强度用TTM-500A型电脑抗张试验机，按GB/T13022-91标准测定；吸水率按GB/T1034-1998标准测定。测得本方法制备的地膜抗张强度为3.2KN/m2，吸水率为24.7%。
实施例2
1)备料：
按照如下重量称取溶质原料：木质素磺酸盐7.3g、PVA7.3g、环氧氯丙烷6.6g、无铁硫酸铝6.3g、40%（w/w）甲醛溶液10g、尿素7.2g、硼砂0.52g；
配制溶液：将称量好的尿素和硼砂分别溶于10g纯水中，搅拌均匀配成溶液；
2)在90℃水浴条件下，将称量好的PVA加入到已升至设定温度的95g纯水中匀速搅拌40min，使之充分溶解均匀后，降温至80℃，加入称量好的环氧氯丙烷，匀速搅拌30min溶解均匀，之后加入称量好的无铁硫酸铝，并匀速搅拌30min，制得PVA胶液待用；
3)在80℃水浴条件下，向2）中将制得的PVA胶液中加入称量好的木质素磺酸钠后，加入50g纯水并边加边匀速搅拌30min，使之混合均匀，制得木质素/PVA胶液待用；
4)在80℃水浴条件下，用滴液漏斗向3）中制得的木质素/PVA胶液中加入称量好的甲醛溶液，再次对胶液进行交联反应，匀速搅拌30min，使之充分反应；
5)在80℃水浴条件下，用滴液漏斗向4）中加入配制成溶液的尿素溶液，搅拌混合均匀后，进行保温反应1h；
6)在80℃水浴条件下，用滴液漏斗向5）中加入配制成溶液的硼砂溶液，匀速搅拌40min，使之混合均匀，制得所述成膜液；
7)将6）中得到的成膜液从水浴中取出，自然冷却至20-25℃后，加入该成膜液25倍体积的纯水稀释，搅拌均匀后，用喷雾装置盛装并均匀喷洒于平整的有机玻璃上，自然风干后即得本发明的木质素基环保地膜。
性能测试：对所得的地膜进行力学测试和耐水性测试，薄膜抗张强度用TTM-500A型电脑抗张试验机，按GB/T13022-91标准测定；吸水率按GB/T1034-1998标准测定。测得本方法制备的地膜抗张强度为3.0KN/m2，吸水率为25.3%。
实施例3
1)备料：
按照如下重量称取溶质原料：木质素磺酸盐6.8g、PVA7g、环氧氯丙烷6.3g、无铁硫酸铝6.6g、40%（w/w）甲醛溶液10.5g、尿素6.8g、硼砂0.48g；
配制溶液：将称量好的尿素和硼砂分别溶于10g纯水中，搅拌均匀配成溶液；
2)在90℃水浴条件下，将称量好的PVA加入到已升至设定温度的90g纯水中匀速搅拌40min，使之充分溶解均匀后，降温至80℃，加入称量好的环氧氯丙烷，匀速搅拌30min溶解均匀，之后加入称量好的无铁硫酸铝，并匀速搅拌30min，制得PVA胶液待用；
3)在80℃水浴条件下，向2）中将制得的PVA胶液中加入称量好的木质素磺酸钙后，加入50g纯水并边加边匀速搅拌30min，使之混合均匀，制得木质素/PVA胶液待用；
4)在80℃水浴条件下，向3）中制得的木质素/PVA胶液中加入称量好的甲醛溶液，再次对胶液进行交联反应，匀速搅拌30min，使之充分反应；
5)在80℃水浴条件下，用滴液漏斗向4）中加入配制成溶液的尿素溶液，搅拌混合均匀后，进行保温反应1h；
6)在80℃水浴条件下，用滴液漏斗向5）中加入配制成溶液的硼砂溶液，匀速搅拌40min，使之混合均匀，制得所述成膜液；
7)将6）中得到的成膜液从水浴中取出，自然冷却至20-25℃后，加入该成膜液30倍体积的纯水稀释，搅拌均匀后，用喷雾装置盛装并均匀喷洒于平整的有机玻璃上，自然风干后即得本发明的木质素基环保地膜。
性能测试：对所得的地膜进行力学测试和耐水性测试，薄膜抗张强度用TTM-500A型电脑抗张试验机，按GB/T13022-91标准测定；吸水率按GB/T1034-1998标准测定。测得本方法制备的地膜抗张强度为2.9KN/m2，吸水率为26.2%。
结论：根据以上实施例的方法所制得的本发明的环保地薄的抗张强度和吸水率均优于《木质素基环保底膜的研究》一文中所得到的抗张强度为2.2KN/m2，吸水率为35.2%的特性，可以更好的代替已有塑料地膜使用在农作物生产中。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种木质素基环保地膜成膜液，其特征在于，该成膜液的溶质由以下重量份的成分组成：木质素磺酸盐13-18份、PVA13-18份、环氧氯丙烷12-16份、无铁硫酸铝12-16份、甲醛溶液20-25份、尿素13-18份、硼砂1-2份，该成膜液的溶剂为水。
2.根据权利要求1所述的木质素基环保地膜成膜液，其特征在于，该成膜液的溶质由以下重量份的成分组成：木质素磺酸盐15.8份、PVA15.8份、环氧氯丙烷14.4份、无铁硫酸铝14.4份、甲醛溶液22.6份、尿素15.8份、硼砂1.2份，该成膜液的溶剂为水。
3.根据权利要求1或2所述的木质素基环保地膜成膜液，其特征在于，所述的木质素磺酸盐为木素磺酸钠或木素磺酸钙。
4.根据权利要求1或2所述的木质素基环保地膜成膜液，其特征在于，所述甲醛溶液的质量分数为40%。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的木质素基环保地膜成膜液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在90℃水浴条件下，将上述重量份的PVA加入纯水中匀速搅拌40min，使之充分溶解均匀后，降温至80℃，加入环氧氯丙烷，匀速搅拌30min溶解均匀，之后加入无铁硫酸铝，并匀速搅拌30min，制得PVA胶液待用；
在80℃水浴条件下，向1）中将制得的PVA胶液中加入木质素磺酸盐后，再加入纯水并边加边匀速搅拌30min，使之混合均匀，制得木质素/PVA胶液待用；
在80℃水浴条件下，向2）中制得的木质素/PVA胶液中加入上述甲醛溶液，再次对胶液进行交联反应，匀速搅拌30min，使之充分反应；
在80℃水浴条件下，向3）中加入配制成溶液的尿素溶液，搅拌混合均匀后，进行保温反应1h；
在80℃水浴条件下，向4）中加入配制成溶液的硼砂溶液，匀速搅拌40min，使之混合均匀，即得。
6.根据权利要求5所述的木质素基环保地膜成膜液的制备方法，其特征在于，步骤4）中所述尿素溶液为将称量好的尿素溶于10g纯水中所得。
7.根据权利要求5所述的木质素基环保地膜成膜液的制备方法，其特征在于，步骤5）中所述硼砂溶液为将称量好的硼砂溶于10g纯水中所得。
8.根据权利要求5所述的木质素基环保地膜成膜液的制备方法，其特征在于，所述甲醛溶液的质量分数为40%。
9.一种木质素基环保地膜，其特征在于，将权利要求1-4中任一项所述的木质素基环保地膜成膜液稀释后喷洒于平面风干所得。
10.根据权利要求9所述的木质素基环保地膜，其特征在于，所述稀释为向所述成膜液中加入该成膜液10-40体积的水。
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