CN107322957A - 一种含增强结构的土壤覆盖膜 - Google Patents

Abstract

本发明针对现有技术的不足，提供了一种低成本的膜，本发明不需要复杂的溶剂体系，不需要复杂的制备工序，可以直接采用容易获得的秸秆、木屑作为生产原料，采用简单的设备便可以制备。相对于普通的可降解地膜，具有简单便捷、快速、成本低、无污染、功能全的特点。

Description

一种含增强结构的土壤覆盖膜

技术领域

本发明涉及一种土壤覆盖膜，特别涉及一种直接使用农业秸秆、木屑直接制作的土壤覆盖膜的简便方法。

背景技术

已有的技术中，土壤覆盖膜包括了液态膜和普通地膜，液态膜往往采用复杂的制备工艺制备而成，而且一般都是在土壤表面形成薄层，难以起到大量施肥的目的。普通地膜使用的 PE等塑料制备，而PE膜是不可降解塑料，而且PE膜在使用过程中会一定程度的破碎和讲解，很难实现回收和集中处理，大量使用不可降解塑料会造成严重的白色污染。即使现有技术中已经有一些全降解的薄膜，如聚乳酸地膜，但其制备方法同样复杂，聚乳酸薄膜的制备需要经历发酵、单体提纯、聚合、后处理、造粒、挤出、吹塑等等工艺步骤，从原料到产品经历了漫长生产工艺，其总体的成本是非常高，薄膜的价格昂贵，其中的能源消耗也非常大，不利于环保。同时，此种的可降解地膜厚度非常薄，很难添加其他的添加剂以及肥料等包裹物，其自身也不具有很强的施肥能力。虽然，在其他的领域中有一些使用天然纤维素制备的薄膜材料，但是，无论其采用玻璃纸法的工艺制备，还是普通的溶解再流延成膜的工艺，其都必须经过原料的打浆、过滤、磺化、沉淀、清洗等诸多步骤，生产过程中使用了大量的化合物、溶剂，造成了大量的污染。同时，制备的过程十分复杂，成本也十分的昂贵。同时这些处理过程中也使得大量的对土壤能起到肥沃作用的有机物(如木质素)以及大量的植物需要的无机盐也随着处理过程流失，既污染环境、又造成高昂的成本，同时也使得天然纤维素原料中的其他有益物质流失。

发明内容

本发明本发明针对现有技术的不足，提供了一种低成本的膜，本发明不需要复杂的溶剂体系，不需要复杂的制备工序，可以直接采用容易获得的秸秆、木屑作为生产原料，采用简单的设备便可以制备。相对于普通的可降解地膜，具有如下的优势：相比于聚乳酸等可降解薄膜，采用了农业废弃秸秆，直接制成薄膜，成本低。普通的可降解膜本身很薄，不能大规模的掺入肥料，因而很难实现大量施肥的技术效果，本发明的覆盖膜本身具有相对较大的厚度，自身降解产物也是土壤的肥料。相对于造纸法、玻璃纸法等采用纤维素制膜的工艺，免除了前期的碱处理、磺化、沉淀等步骤，免除了使用大量的溶剂带来的污染以及复杂工艺程序带来的高成本，同时本发明的土壤覆盖膜中带有大量的纤维素、木质素、无机盐等物质，降解产物是优良的有机肥。而且普通的造纸工艺采用了大量的碱，不利于保持土壤的酸碱平衡。本发明所制备的膜除了用于土壤中，还可以用于其他的领域，如用作遮盖物。

本发明提供了一种制备土壤覆盖膜的方法，包含如下步骤：

(1)将包含纤维素的原料干燥、粉碎，得到粉末1；

(2)粉末1与可溶胀或溶解纤维素的溶剂混合；

(3)加入交联剂；

(4)使交联剂与原料反应，得到产物1；

(5)将增强层与产物1一起成膜。

进一步地，所述的干燥是指将原料的水分含量降低到20％以下，进一步地，低于10％，进一步地，低于5％。

进一步地，所述的干燥是指在太阳下暴晒2天以上，或者在鼓风干燥机种，70℃下干燥 5h。

进一步的，步骤(1)中所述的原料为包含纤维素的物质，优选的，为木屑，小麦、水稻、玉米、薯类、油菜、棉花、麻类、甘蔗秸秆，以及其他的秸秆来源。

在步骤(2)之后，将溶剂与粉末1混合之后，放置12h以上；或者，将溶剂、粉末1 混合物置于力学反应器中，使用力学反应器破坏粉末1中的结晶结构。

进一步地，步骤(2)中所述的能溶胀或溶解纤维素的溶剂是指不含或仅含有微量强碱物质的溶剂。所述的微量是指在添加到薄膜中之后，在后续的使用中不会使得土壤中的酸碱失衡的含量。进一步的，是指使土壤的ph出于5.5-8.5之间的碱添加量。

优选的，所述的溶剂体系是指硫脲/水溶剂体系、胺类、液氨。硫脲/水溶剂体系中硫脲的含量低于20wt％，进一步优选的，为5-15wt％。

进一步地，所述溶剂的添加量为粉末1的0.1-20倍重量，进一步地，为0.5-10倍，进一步地为0.8-5倍，进一步地为1-2倍。

进一步地，所述的力学反应器是指开炼机、密炼机、双螺杆挤出机、捏合机，以及其他的力学反应器。

进一步地，步骤(3)中的交联剂的添加量为粉末1添加量的重量的0.01-50％，进一步地，为的0.1-30％，进一步的，为1-20％，进一步地为10％以下。

进一步地，所述的交联剂为包含能与羟基反应的物质、能引入自由基的物质或者其组合。

进一步的，所述的交联剂为包含可以与纤维素上的羟基反应并起到交联作用的化合物。优选的，交联剂为多羧基化合物、多酰基化合物，多醛基化合物，环氧化合物、碳二亚胺化合物、喹啉化合物，进一步地，为乙二醛、丙二醛、丁二醛、戊二醛、己二醛、壬二醛、癸二醛及其他的二官能团及二官能团以上的多醛；马来酸酐、均苯四甲酸酐及其他的多官能团酸酐；环氧氯丙烷、二环己基碳二亚胺等。所述的交联剂的添加量为粉末1的重量的1-20％，进一步地为2-15％，进一步地，为5-10％。

进一步地，所述的交联剂还可以为能在纤维素、木质素、类纤维素中引入自由基并引发交联的物质，进一步地，为AIBN、安息香及其衍生物、苯乙酮衍生物、芳香酮类化合物、过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰、异丙苯过氧化氢、叔丁基过氧化氢、过氧化二叔丁基、过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化叔戊酸叔丁基酯、过氧化二碳酸二异丙酯、过氧化二碳酸二环己酯。所述的交联剂的添加量为粉末1的重量的0.001％-10％。

进一步地，所述的交联剂还可以为含与羟基反应的官能团以及双键、三键的化合物1，或者其组合与自由基引发剂的组合，其添加方式为先添加化合物1或者其组合，使其混合均匀，最好是与羟基反应之后，再添加引发剂。

进一步地，所述的交联剂为包含一个或多个双键/三建的化合物2或者其组合(如丁二烯、戊二烯)与自由基引发剂，其添加方式为先添加自由基引发剂，与粉末1反应，在粉末 1中的高分子化合物中引入自由基，再加入化合物2或者其组合，反应。

进一步地，所述的步骤(4)中的反应也在力学反应器中进行。

进一步地，还可以在制造过程中添加添加剂，所述的填料包括但不限于：复合肥、化肥、生物肥、农药、遮光剂、增强纤维、无机粒子。

进一步地，所述的成膜是指将步骤(4)的产物1与增强层加工成薄膜或者厚膜，甚至厚度大于1cm、甚至大于5cm的厚片状膜。

进一步地，步骤(5)中的成膜是指所述的增强层与物料1一起压延成膜，所述的物料 1形成可将阶层(如图1所示)。或者，所述的所述的物料1流延到增强层上成膜。或者，所述的物料1成膜后，再与增强层复合，所述的复合方法包括但不限于挤压复合。

所述的增强层为薄膜、无纺布、网、编织布。进一步地，所述的增强层为可降解材料制造而成的，如纤维素、聚乳酸、聚琥珀酸丁二酯、醇酸树脂、聚乙烯醇、聚乙二醇等。所述的增强层可以为一层或者多层，增强层可以在可降解层中，或者在可将阶层一侧或者两侧，或者增强层与可将阶层形成多层结构。

进一步地，还可以在成膜后添加烘干步骤，除去覆盖膜中的部分溶剂。

本发明还涉及一种可降解薄膜，其厚度大于0.5mm，除去水分之后，纤维素的重量含量低于90％。且采用包含纤维素的原料在不去除木质素和/或半纤维素的情况下制备得到。

进一步地，其厚度大于2mm，进一步地，大于5mm，进一步地，厚度大于1cm。

进一步，所述的可降解薄膜是土壤覆盖膜。

本发明所得的薄膜中，除去水分以后，其干燥物质中，纤维素的重量含量低于90％，进一步地，低于80％，进一步地，低于60％。

进一步地，其中还包含半纤维素。

进一步地，还包含木质素。

进一步地，还包含无机盐。

进一步地，半纤维素、木质素、无机盐的总量大于10％。

进一步地，本发明的薄膜中还包括交联结构。

进一步地，还包括添加剂，所述的填料包括但不限于：复合肥、化肥、生物肥、农药、遮光剂、增强纤维、无机粒子。

本发明的优点在于(1)对于原料不需要进行很复杂的预处理，比如打浆、碱化、磺化等。(2)厚度较大，能添加各种助剂。(3)制备方法简单，从原料到产品的流程短，效率高，产品成本底。(4)产品本身在不加肥料的情况下，也具有很强的施肥能力。

附图说明

图1土壤覆盖膜的一种实施方式的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明的各实施方式进行详细的阐述。所举实例只用于解释本发明，并非用于限制本发明的范围。

实施例1

将玉米秸秆洗净、在太阳下暴晒2天干燥，取干燥的玉米秸秆10kg，使用粉碎机粉碎。取硫脲/水溶液15Kg(其中，硫脲的含量为10wt％)，将玉米秸秆与溶液混合均匀，并置于密炼机中密炼30分钟(温度70摄氏度)，加入环氧氯丙烷50g，密炼5分钟，将密炼产物1置于压延机辊上(如图1所示)，通过辊1和辊2压延，同时在辊2和辊3之间引入无纺布，将无纺布与物料在辊2和辊3之间压合成厚度为5mm的带有增强层的覆盖膜。

实施例2

将玉米秸秆洗净、在太阳下暴晒2天干燥，取干燥的玉米秸秆10kg，使用粉碎机粉碎。取硫脲/水溶液20Kg(其中，硫脲的含量为10wt％)，将玉米秸秆与溶液混合均匀，并置于密炼机中密炼30分钟(温度70摄氏度)，加入环氧氯丙烷100g，密炼5分钟，加入 500g炭黑，密炼5分钟，将密炼产物1置于压延机辊上(如图1所示，将图1中的无纺布替换为粘胶纤维网)，通过辊1和辊2压延，同时在辊2和辊3之间引入粘胶纤维网，将粘胶纤维网与物料在辊2和辊3之间压合成厚度为2mm的带有增强层的覆盖膜。

上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包含相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种制备膜的方法，其特征在于包含如下步骤：

(1)将包含纤维素的原料干燥、粉碎，得到粉末1；

(2)粉末1与可溶胀或溶解纤维素的溶剂混合；

(3)加入交联剂；

(4)使交联剂与原料反应，得到产物1；

(5)将增强层与产物1一起成膜。

2.如权利要求1-2中任一项所述的制备方法，其特征在于：在步骤(2)之后，将溶剂与粉末1混合之后，放置12h以上；或者，将溶剂、粉末1混合物置于力学反应器中，使用力学反应器破坏粉末1中的结晶结构。

3.如权利要求1-2中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述的交联剂为包含能与羟基反应的物质、能引入自由基的物质或者其组合；步骤(2)中所述的能溶胀或溶解纤维素的溶剂是指不含或仅含有微量强碱物质的溶剂。

4.如权利要求2中所述的制备方法，其特征在于：所述的力学反应器是指开炼机、密炼机、双螺杆挤出机、捏合机，以及其他的力学反应器。

5.如权利要求1-4中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述的溶剂体系是指硫脲/水溶剂体系、胺类、液氨。

6.如权利要求1-4中任一项所述的制备方法，其特征在于：步骤(5)中的成膜是指所述的增强层与物料1一起压延成膜，或者，所述的物料1流延到增强层上成膜，或者，所述的物料1成膜后与增强层复合。

7.一种膜，其特征在于包含增强层以及可降解层；其中可降解层厚度大于0.5mm，除去水分之后，纤维素的重量含量低于90％。

8.如权利要求7中所述的膜，其特征在于，此可降解层中还包含半纤维素、木质素、无机盐。

9.如权利要求7中所述的膜，其特征在于，所述的增强层为所述的增强层为薄膜、无纺布、网、编织布。

10.如权利要求8中所述的膜，其特征在于，采用如权利要求1-7中任一项的制备方法制备得到。