CN106832430B - 秸秆复合液体地膜的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明秸秆复合液体地膜的生产方法是：首先将作物秸秆加工成纤维素溶液，再通过添加醚化剂一氯乙酸、引发剂过硫酸钾、交联剂丙烯酸丁酯，并在70℃和搅拌条件下使纤维素发生醚化、交联化反应，使之成为纤维素交联液；然后在纤维素交联液中加入具有协同作用的、能提高塑性及柔韧性的天然高分子壳聚糖‑明胶共混液。壳聚糖‑明胶共混液是通过配位交联反应形成的聚两极电解质，具有优良的成膜性与成膜强度。之后再添加一定量的微肥、除草剂、杀虫剂，即为本发明的秸秆复合液体地膜，该地膜不仅可以用于农业节水生产，也可用于固沙造林、盐碱地改造治理，且变废为利、成本低廉。

Description

秸秆复合液体地膜的生产方法
技术领域
本发明属于农业生产应用领域，同时涉及环境保护领域，是一种以作物秸秆为原料的复合液体地膜的生产方法。
背景技术
随着农业现代化进程的不断推进，地膜覆盖技术已成为确保农业高产、稳产的重要手段，其保水、保肥、保湿，能有效延长作物的生长期，确保农作物产量的提高。然而，塑料地膜属于高分子化合物，极难降解，长期使用会降低土壤肥力水平，引起地下水难以下渗、土壤次生盐碱化，最终导致土壤质量和作物产量下降，也造成严重的白色污染。
近年来，对可降解地膜产品的开发和应用，一直是农用地膜研究的重要课题。国内外对可降解农用地膜的研究，主要经历了生物降解、光降解、液态喷洒等薄膜产品。生物降解地膜大都存在加工困难、力学性能和耐水性能差等问题，难以推广使用。光降解地膜由于降解速度很难控制，降解速度快，再加上该地膜埋在土里部分不能降解，污染土壤的问题未得到根本解决，成本也较高，因此限制了它的使用。因此，可降解、无污染、施用简便的液体地膜应运而生。
液体地膜材料主要分为石油及副产品类、化学高分子降解材料及天然高分子降解材料等。天然高分子材料由于来源广泛、溶解性好、吸水性强、无污染,易与化学高分子材料交联增强成膜的机械强度,膜失效后可增加土壤的有机质含量,改善土壤团粒结构,固定表土等优点，逐渐成为研究热点。例如申请号为200810249639.8的专利申请公开了“一种可降解液体地膜及其制造方法”，该专利以作物秸秆为主要原料，在成膜添加剂腐植酸、亚硫酸钠、尿素、乌洛托品、密胺等的作用下，经过磺化、交联、共聚反应，制得可降解液体地膜。该发明制得浆液喷施成膜后呈黑褐色，虽然能吸收更多的太阳热量，但也影响了透光率，不利于作物生长。申请号为02117933.6的专利申请公开了一种“多功能可降解黑色液态地膜”该发明也以秸秆为主要原料，加入煤、成膜剂、表面活性剂、植物生长所需要的化肥和微肥、农药、除草剂等物料合成。该地膜也具有上述地膜透光率差的缺点，另上述的2个地膜由于是非均相交联合成，所以膜韧性和拉伸性能也较差，实际应用效果不理想，无法大规模推广应用。
发明内容
本发明的目的是针对现有液体地膜存在的技术问题，提供一种成膜性能好、透光率高、增温、保墒、保水、改善土质的农作物秸秆复合液体地膜。
秸秆复合液体地膜的生产方法是：首先将作物秸秆加工成纤维素溶液，再通过添加醚化剂一氯乙酸、引发剂过硫酸钾、交联剂丙烯酸丁酯，并在70℃和搅拌条件下使纤维素发生醚化、交联化反应，使之成为纤维素交联液；然后在纤维素交联液中加入具有协同作用的、能提高塑性及柔韧性的天然高分子壳聚糖-明胶共混液。壳聚糖-明胶共混液是通过配位交联反应形成的聚两极电解质，具有优良的成膜性与成膜强度。之后再添加一定量的微肥、除草剂、杀虫剂，即为本发明的秸秆复合液体地膜。
为了完成本申请的发明目的，本申请采用以下技术方案：
本发明的一种秸秆复合液体地膜的生产方法，它包括以下步骤：
(1)秸秆的预处理：
①秸秆煮沸处理：将秸秆用铰刀切成5cm-6cm长的小段，然后将秸秆送入沸水锅中煮沸1h；
②秸秆的干燥和粉碎处理：将步骤①中煮沸1h后的秸秆捞出，然后进行干燥，使秸秆的含水量小于20％，干燥处理后的秸秆送入粉碎机中进行粉碎，得到粒径小于40目的秸秆粉末；
(2)高压蒸煮提取纤维素：取步骤②中预处理后的粒径小于40目的秸秆粉末放入到高压蒸煮锅中，然后加入质量浓度为12％的氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液的体积与秸秆粉末的质量比为6:1(L/kg)，在压力为1.6Mpa和温度150℃下蒸煮0.5h后，停止加热，待高压蒸煮锅的压力降为大气压，温度低于40℃后，进行固液分离，分离出的固体为纤维素，进入步骤(3)进行处理，液体返回高压蒸煮锅中进行再次利用；
(3)纤维素的溶解：在-12℃的冷库中，将步骤(2)中分离出的纤维素加入溶解缸中，然后在溶解缸中加入预冷至-12℃的氢氧化钠和尿素的混合溶液，质量浓度为12％的氢氧化钠溶液与质量浓度为20％的尿素溶液，以体积比为1:1的比例混合后得到的混合溶液，混合溶液的体积与纤维素的质量比为10:1(L/kg)，在-12℃的环境条件下搅拌15min—30min，使纤维素溶解在氢氧化钠和尿素的混合溶液中，纤维素溶解后进行固液分离,分离后的纤维素溶液用盐酸溶液调节PH值至7.5～8.0，分离出的固体残渣送入固废处理站进行无害化处理；
(4)纤维素溶液的醚化、交联反应：加热步骤(3)的溶解缸中的纤维素溶液至70℃，然后将一氯乙酸固体缓缓加入纤维素溶液中，纤维素溶液的体积与一氯乙酸固体的质量比为1:0.06(L/kg)，反应2h后，再分别加入质量浓度为1‰的过硫酸钾溶液的和质量浓度为9‰的丙烯酸丁酯，纤维素溶液的体积与过硫酸钾溶液的体积比为1:0.02(L/L),纤维素溶液的体积与丙烯酸丁酯的体积比为1:0.02(L/L)，在温度为70℃和搅拌速度为60r/min的条件下进行交联聚合反应1h，使之成为交联液；
(5)壳聚糖溶液的制备：将5.0kg壳聚糖溶于95L质量浓度比为2％的乙酸溶液中，搅拌均匀即成壳聚糖溶液；
(6)明胶溶液的制备：将8kg－12kg工业明胶溶于88L－92L清水中，在50℃温度的恒温下搅拌溶解即成明胶溶液；
(7)壳聚糖-明胶共混液的制备：将步骤(6)制备的明胶溶液缓慢加入步骤(5)制备的壳聚糖溶液中，搅拌均匀，使之成为混合液，用质量浓度为20％碳酸氢钠调节混合液的pH至5.0—6.0，然后在搅拌条件下缓缓加入15kg甘油，搅拌成粘稠且透明均匀的液体后，停止搅拌，静置脱气后即为壳聚糖-明胶共混液；
(8)复合液体地膜的制备：在搅拌条件下，将步骤(7)中的壳聚糖-明胶共混液加入到步骤(4)中的交联液中，形成地膜混合液，其中壳聚糖-明胶共混液的质量与交联液的质量比为1:2-3,在地膜混合液中加入占地膜混合液质量为0.2％—0.3％的脂肪酸甲酯硫酸钠、1％—2％的硝酸锰或磷酸二氢钾、1％—3％的烟碱和0.1％—1％的2-4D丁酯或乙草胺或丁草胺，搅拌1h后即得到秸秆复合液体地膜；
本发明的秸秆复合液体地膜，其中：所述秸秆是稻秸、麦秸、玉米秸、豆秸及其它农作物秸秆中的一种或两种；
本发明的秸秆复合液体地膜，其中：在步骤(1)中，所述秸秆通过板链输送机输送至旋转窑中进行干燥处理，旋转窑的温度为100℃—130℃；
本发明的秸秆复合液体地膜，其中：所述板链输送机的输送带是由长10cm，宽5cm的不锈钢板组成的，板与板之间留有0.2cm的空隙，秸秆在输送过程中，秸秆表面的水分通过此空隙和板链输送带下方的水道流回沸水锅中再次利用；
本发明的秸秆复合液体地膜，其中：在步骤(3)中，所述的-12℃的环境为带有温度控制的活动冷库或固定冷库；
本发明的秸秆复合液体地膜，其中：在步骤(2)和(3)中，所述的固液分离是用离心机进行的，离心机的转速为3500r/min；
本发明的秸秆复合液体地膜，其中：所述的脂肪酸甲酯硫酸钠为分散剂，硝酸锰或磷酸二氢钾为微肥，烟碱为杀虫剂，2-4D丁酯或乙草胺或丁草胺为除草剂。
本发明液体地膜具有以下的有益效果：
1、以氢氧化钠溶液和尿素溶液将作物秸秆中的纤维素溶解，添加醚化剂、引发剂、交联剂进行均相交联反应，将其制备成交联液，在交联液中，辅以生物制剂壳聚糖-明胶共混液。由于纤维素、壳聚糖和明胶都是可再生、储量丰富的天然高分子，在其重复单元中都含有羟基，所以，它们具有相互协同作用，能够生成成膜性能好、韧性和拉伸性能强、且呈半透明状、透光率较高，吸水、保水、保温、保墒性能好的液体地膜；
2、壳聚糖具有抑制植物病毒和类病毒的作用，添加到液体地膜中，用以保护植株不受病毒侵染；
3、液体地膜中的主要原料来自于大自然和生物界，所以液体地膜降解后成为优质的有机肥料可供农作物吸收；
4、液体地膜中添加有微肥、杀虫剂和除草剂，所以液体地膜具有一定的肥效和灭草、除虫性能；
5、液体地膜中含有助剂甘油，地膜在干态时不易破裂；
6、在田间直接喷洒成膜，方便使用；
7、植物幼苗长出时，可自行将膜顶破，和塑料膜相比，可以节省大量的劳动力；
8、液体地膜不仅可以用于农业节水生产，也可用于固沙造林、盐碱地改造治理，且变废为利、成本低廉。
具体实施方式
实施例1
(1)秸秆的预处理：
①秸秆煮沸处理：取稻秸110kg，用铰刀将稻秸切成5cm长的稻秸段，送沸水锅中煮沸1h；
②秸秆的干燥和粉碎处理：将步骤①中煮沸1h后的稻秸段捞出，通过板链输送机输送至温度控制在110℃的旋转窑中进行干燥处理，干燥处理后的稻秸段含水率为15％，将含水率为15％的稻秸段送入粉碎机中进行粉碎，得到粒径小于40目的稻秸粉末100kg；
(2)高压蒸煮提取固体纤维素：取步骤②中预处理后的稻秸粉末100kg，加入到高压蒸煮锅中，在高压蒸煮锅中加入600L质量浓度为12％的氢氧化钠溶液，蒸煮0.5h，高压蒸煮锅的温度为150℃，压力为1.6MPa；待蒸煮锅的压力降为大气压，温度低于40℃后，用离心机进行固液分离，离心机的转速为3500r/min，分离后得到45kg固体纤维素，送入下步处理，液体返回高压蒸煮锅进行再次利用；
(3)纤维素的溶解：在-12℃的冷库中，将步骤(2)中分离后的45kg纤维素加入溶解缸中，然后加入225L提前预冷至-12℃的质量浓度为12％的氢氧化钠溶液和225L质量浓度为20％的尿素溶液的混合溶液，并搅拌15min—30min，使纤维素溶解；然后用转速为3500r/min的离心机进行固液分离,分离后的纤维素溶液用盐酸溶液调节PH值至7.5—8.0；分离后的残渣送入固废处理站另行处理，如送炭化炉进行炭化，调节PH值后送堆肥车间进行堆肥化处理；
(4)纤维素溶液的醚化、交联反应：加热步骤(3)溶解缸中的纤维素溶液至70℃，然后将一氯乙酸固体缓缓加入纤维素溶液中，纤维素溶液的体积与一氯乙酸固体的质量比为1:0.06(L/kg)，反应2h后，再按照与纤维素溶液体积比0.02：1的比例分别加入质量浓度为1‰的过硫酸钾溶液和质量浓度为9‰的丙烯酸丁酯溶液，继续在70℃、搅拌速度为60r/min的搅拌条件下进行交联聚合反应1h，使之成为交联液；
(5)壳聚糖溶液的制备：称取5.0kg壳聚糖，溶于95L质量比为2％的乙酸溶液中，搅拌均匀即成壳聚糖溶液；
(6)明胶溶液的制备：称取8kg工业明胶，溶于92L清水中，在50℃恒温下搅拌溶解即成明胶溶液；
(7)壳聚糖-明胶共混液的制备：在搅拌条件下，将步骤(6)制备的明胶溶液缓慢加入到步骤(5)制备的壳聚糖溶液中，搅拌均匀，使之成为混合液，用20％碳酸氢钠调节混合液的pH至5.0—6.0，然后在搅拌条件下缓缓加入15kg甘油，搅拌成粘稠且透明的均匀液体后，停止搅拌，静置脱气后即为壳聚糖-明胶共混液；
(8)液体地膜的制备：在搅拌条件下，将步骤(7)中的壳聚糖-明胶共混液加入到步骤(4)中的交联液中，其中壳聚糖-明胶共混液的质量与交联液的质量比为1:2.5形成地膜混合液，然后在地膜混合液中加入占地膜混合液质量比为0.3％的分散剂脂肪酸甲酯硫酸钠、占地膜混合液质量比为1.5％的微肥磷酸二氢钾、占地膜混合液质量比为2％的杀虫剂烟碱、占地膜混合液质量比为0.5％的除草剂2-4D丁酯，搅拌1h即为秸秆复合液体地膜。
实施例2
(1)秸秆的预处理：
①秸秆煮沸处理：取麦秸106kg，用铰刀将麦秸切成5cm长的麦秸段，送沸水锅中煮沸1h；
②秸秆的干燥和粉碎处理：将步骤①中煮沸1h后的麦秸段捞出，通过板连输送进温度控制在120℃的旋转窑中进行干燥处理，干燥处理后的麦秸段含水率为15％，将含水率为15％的麦秸段送入粉碎机中进行粉碎，得到粒径小于40目的麦秸粉末100kg；
(2)高压蒸煮提取固体纤维素：取步骤②中预处理后的麦秸粉末100kg，加入到高压蒸煮锅中，在高压蒸煮锅中加入600L质量浓度为12％的氢氧化钠溶液，蒸煮0.5h，高压蒸煮锅的温度为150℃，压力为1.6MPa；待蒸煮锅的压力降为大气压，温度低于40℃后，用转速为3500r/min的离心机进行固液分离，分离后得到50kg固体纤维素，送入下步处理，液体返回高压蒸煮锅进行再次利用；
(3)纤维素的溶解：在-12℃的冷库中，将步骤(2)中分离出的50kg纤维素加入溶解缸中，然后在溶解缸中加入到提前预冷至-12℃的250L、质量浓度为12％的氢氧化钠溶液和250L、质量浓度为20％的尿素溶液的混合液中，并搅拌15min—30min，使纤维素溶解；再用转速为3500转/min的离心机进行固液分离,分离后的纤维素溶液用盐酸溶液调节PH值至7.5—8.0；分离出的残渣送固废处理站进行无害化处理，如送炭化炉进行炭化，调节PH值后送堆肥车间进行堆肥化处理；
(4)纤维素溶液的醚化、交联反应：加热步骤(3)的溶解缸中的纤维素溶液至70℃，然后将一氯乙酸固体缓缓加入纤维素溶液中，纤维素溶液的体积与一氯乙酸固体的质量比为1:0.06(L/kg)，反应2h后，再按照与纤维素溶液体积比0.02:1的比例分别加入质量浓度为1‰的过硫酸钾溶液和质量浓度为9‰的丙烯酸丁酯溶液，继续在70℃、搅拌速度为60r/min的搅拌条件下进行交联聚合反应1h，使之成为交联液；
(5)壳聚糖溶液的制备：称取5.0kg壳聚糖，溶于95L质量比为2％的乙酸溶液中，搅拌均匀即成壳聚糖溶液；
(6)明胶溶液的制备：称取12kg工业明胶，溶于88L清水中，在50℃恒温下搅拌溶解即成明胶溶液；
(7)壳聚糖-明胶共混液的制备：在搅拌条件下，将(6)制备的明胶溶液缓慢加入(5)制备的壳聚糖溶液中，搅拌均匀，使之成为混合液，用20％碳酸氢钠调节混合液的pH至5.0—6.0，然后在搅拌条件下缓缓加入15kg甘油，搅拌成粘稠且透明均匀的液体后，停止搅拌，静置脱气后即为壳聚糖-明胶共混液；
(8)液体地膜的制备：在搅拌条件下，将步骤(7)中的壳聚糖-明胶共混液加入步骤(4)中的交联液中，其中壳聚糖-明胶共混液的质量与交联液的质量比为1:2.4形成地膜混合液，然后在地膜混合液中加入占地膜混合液质量比为0.2％的分散剂脂肪酸甲酯硫酸钠、占地膜混合液质量比为2％的微肥磷酸二氢钾、占地膜混合液质量比为1％的杀虫剂烟碱和占地膜混合液质量比为0.5％的除草剂2-4D丁酯，搅拌1h即为秸秆复合液体地膜。
使用方法：取本发明秸秆复合液体地膜用清水稀释5倍—20倍，然后用喷雾器均匀喷施于作物播种带上。667m2的面积喷洒稀释液100kg—400kg，水分蒸发后形成一层致密的固体地膜。应注意播种前遇干旱要灌溉，平整地面后再播种喷膜，播种后应做到表土细碎压平，无大土块，确保液体地膜的喷施效果。
上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在不违背本发明的精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改。

Claims (7)

1.一种秸秆复合液体地膜的生产方法，它包括以下步骤：
(1)秸秆的预处理：
①秸秆煮沸处理：将秸秆用铰刀切成5cm-6cm长的小段，然后将秸秆送入沸水锅中煮沸1h；
②秸秆的干燥和粉碎处理：将步骤①中煮沸1h后的秸秆捞出，然后进行干燥，使秸秆的含水量小于20％，干燥处理后的秸秆送入粉碎机中进行粉碎，得到粒径小于40目的秸秆粉末；
(2)高压蒸煮提取纤维素：取步骤②中预处理后的粒径小于40目的秸秆粉末放入高压蒸煮锅中，然后加入质量浓度为12％的氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液的体积与秸秆粉末的质量比为6:1(L/kg)，在压力为1.6MPa和温度150℃下蒸煮0.5h后，停止加热，待高压蒸煮锅的压力降为大气压，温度低于40℃后，进行固液分离，分离出的固体为纤维素，进入步骤(3)进行处理，液体返回高压蒸煮锅中进行再次利用；
(3)纤维素的溶解：在-12℃的冷库中，将步骤(2)中分离出的纤维素加入溶解缸中，然后在溶解缸中加入预冷至-12℃的氢氧化钠和尿素的混合溶液，质量浓度为12％的氢氧化钠溶液与质量浓度为20％的尿素溶液，以体积比为1:1的比例混合后得到的混合溶液，混合溶液的体积与纤维素的质量比为10:1(L/kg)，在-12℃的环境条件下搅拌15min—30min，使纤维素溶解在氢氧化钠和尿素的混合溶液中，纤维素溶解后进行固液分离,分离后的纤维素溶液用盐酸溶液调节pH 值至7.5～8.0，分离出的固体残渣送入固废处理站进行无害化处理；
(4)纤维素溶液的醚化、交联反应：加热步骤(3)的溶解缸中的纤维素溶液至70℃，然后将一氯乙酸固体缓缓加入纤维素溶液中，纤维素溶液的体积与一氯乙酸固体的质量比为1:0.06(L/kg)，反应2h后，再分别加入质量浓度为1‰的过硫酸钾溶液的和质量浓度为9‰的丙烯酸丁酯溶液，纤维素溶液的体积与过硫酸钾溶液的体积比1:0.02(L/L),纤维素溶液的体积与丙烯酸丁酯的体积比为1:0.02(L/L)，在温度为70℃和搅拌速度为60r/min的条件下进行交联聚合反应1h，使之成为交联液；
(5)壳聚糖溶液的制备：将5.0kg壳聚糖溶于95L质量浓度比为2％的乙酸溶液中，搅拌均匀即成壳聚糖溶液；
(6)明胶溶液的制备：将8kg－12kg工业明胶溶于88L－92L清水中，在50℃温度的恒温下搅拌溶解即成明胶溶液；
(7)壳聚糖-明胶共混液的制备：将步骤(6)制备的明胶溶液缓慢加入步骤(5)制备的壳聚糖溶液中，搅拌均匀，使之成为混合液，用质量浓度为20％碳酸氢钠调节混合液的pH至5.0—6.0，然后在搅拌条件下缓缓加入15kg甘油，搅拌成粘稠且透明均匀的液体后，停止搅拌，静置脱气后即为壳聚糖-明胶共混液；
(8)复合液体地膜的制备：在搅拌条件下，将步骤(7)中的壳聚糖-明胶共混液加入到步骤(4)中的交联液中，形成地膜混合液，其中壳聚糖-明胶共混液的质量与交联液的质量比为1:2-3，在地膜混合液中加入占地膜混合液质量为0.2％—0.3％的脂肪酸甲酯硫酸钠、1％—2％的硝酸锰或磷酸二氢钾、1％—3％的烟碱和0.1％—1％的2-4D丁酯或乙草胺或丁草胺，搅拌1h后即得到秸秆复合液体地膜。
2.如权利要求1所述的秸秆复合液体地膜的生产方法，其特征在于：所述秸秆是稻秸、麦秸、玉米秸、豆秸及其它农作物秸秆中的一种或两种。
3.如权利要求1所述的秸秆复合液体地膜的生产方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述秸秆通过板链输送机输送至旋转窑中进行干燥处理，旋转窑的温度为100℃—130℃。
4.如权利要求3所述的秸秆复合液体地膜的生产方法，其特征在于：所述板链输送机的输送带是由长10cm，宽5cm的不锈钢板组成的，板与板之间留有0.2cm的空隙，秸秆在输送过程中，秸秆表面的水分通过此空隙和板链输送带下方的水道流回沸水锅中再次利用。
5.如权利要求1所述的秸秆复合液体地膜的生产方法，其特征在于：在步骤(3)中，所述的-12℃的环境为带有温度控制的活动冷库或固定冷库。
6.如权利要求1所述的秸秆复合液体地膜的生产方法，其特征在于：在步骤(2)和(3)中，所述的固液分离是用离心机进行的，离心机的转速为3500r/min。
7.如权利要求1所述的秸秆复合液体地膜的生产方法，其中：所述的脂肪酸甲酯硫酸钠为分散剂，硝酸锰或磷酸二氢钾为微肥，烟碱为杀虫剂，2-4D丁酯或乙草胺或丁草胺为除草剂。
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