CN107815050B - 一种生物可降解薄膜、其制备方法和包含其的地膜 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的生物可降解薄膜以聚乙烯醇和稻壳为原料，其中稻壳能够抑制农田中的杂草生长，降低杂草的竞争能力，从而有利于农作物吸收更多的营养物质，快速生长；由于稻壳的存在，薄膜具有遮光性，阻止杂草进行光合作用从而达到更好的除草效果；由于稻壳是微孔性片状材料，具有一定的透气性能，且在成膜过程中，不规则排布的稻壳碎片通过聚乙烯醇胶联易形成孔隙，因此本发明提供的薄膜的透气和透水物理性适中，对土壤必备的含氧量及后期给水性不影响，并能有效的对土壤保水保肥；本发明提供的生物可降解薄膜能够在3‑5个月开始降解，最终降解为对土壤无污染的有机质，松疏土壤，增加土壤肥力，绿色环保。

Description

一种生物可降解薄膜、其制备方法和包含其的地膜
技术领域
本发明属于农业生产领域，具体涉及一种生物可降解薄膜、其制备方法和包含其的地膜。
背景技术
地膜覆盖是一种农业栽培技术，具有增温、保水、保肥、改善土壤理化性质，提高土壤肥力，抑制杂草生长，减轻病害的作用，在连续降雨的情况下还有降低湿度的功能，从而促进植株生长发育，提早开花结果，增加产量、减少劳动力成本等作用。
由于地膜覆盖有增温保湿的作用，因此有利于土壤微生物的增殖，加速腐殖质转化成无机盐的速度加快，有利作物吸收。据测定，覆盖地膜后速效性氮可增加30-50％，钾增加10-20％，磷增加20-30％。地膜覆盖后可减少养分的淋溶、流失、挥发，可提高养分的利用率。用地膜除草效果明显，可减少生产成本及减少农药对农作物的药害作用。地膜覆盖可以避免因灌溉或雨水冲刷而造成的土壤板结现象，可以减少中耕的劳力，并能使土壤疏松，通透性好；能增加土壤的总孔隙度1-10％；可增加土壤的稳性团粒1.5％；使土壤中的肥、水、气、热条件得到协调；同时可防止返碱现象发生，减轻盐渍危害。但是地膜覆盖栽培中相应产生一些不良影响，如为后期土壤补水过程造成不便，再者多年覆盖地膜，残膜清除不净，造成土壤污染。且目前农业生产中常用的除草功能地膜有保水性好但透水性差的黑色塑料膜和透水性好但价格成本高的无纺布膜，其两者均有自然降解速度慢，极易形成环境污染。因此目前急需一种除草膜既能够在作物生长过程中具有一定的增温保水作用，又具有一定的透气及透水性能，且能在作物成熟之后降解为无污染的有机质的薄膜来作为地膜使用。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明提供一种以生物材料稻壳和聚乙烯醇为原料制备得到的具有良好的增温、保水、透气、除草作用，并且能够在农作物成熟之后被微生物降解为无污染的有机质，改良土壤，绿色环保的生物可降解薄膜。
本发明的目的是提供一种生物可降解薄膜。
本发明的另一目的是提供一种生物可降解薄膜的制备方法。
本发明的再一目地是提供一种包含生物可降解薄膜的地膜。
根据本发明具体实施方式所述的生物可降解薄膜，所述薄膜由包括以下原料制备：稻壳和聚乙烯醇，所述薄膜的厚度为0.3-1mm，每平方米所述薄膜中稻壳的用量为150-500g。
本发明提供的生物可降解薄膜以自然界常见的稻壳为其中一种主要原料，利用稻壳具有有效抑制杂草生长的特点，抑制农田中的杂草生长，降低杂草的竞争能力，从而有利于农作物吸收更多的营养物质，快速生长。此外稻壳来源广泛，价格低廉，降解之后还能够改善土壤，对土壤无污染，绿色环保。
根据本发明具体实施方式所述的生物可降解薄膜，优选地，所述聚乙烯醇为经过改性剂处理得到的改性聚乙烯醇。
根据本发明具体实施方式所述的生物可降解薄膜，优选地，所述改性剂为环氧树脂。
根据本发明具体实施方式所述的生物可降解薄膜，优选地，所述改性剂为顺丁烯二酸。
经本发明人研究发现使用未改性的聚乙烯醇与稻壳粉制备得到的生物可降解薄膜降解速度快，能够在1个月之后开始降解，从而减弱了抑制杂草生长的效果，因此本发明人对聚乙烯醇进行改性，增加聚乙烯醇的耐水性和粘联强度来延长生物可降解薄膜的降解周期，使得生物可降解薄膜在3-5个月开始降解，提高其使用性能。
根据本发明具体实施方式所述的生物可降解薄膜的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)取稻壳，干燥，粉碎，过筛，得到稻壳粉；
(2)将水加热至40-50℃，加入聚乙烯醇并搅拌，继续加温至70-90℃并搅拌至溶解，然后待其冷却至40-65℃加入改性剂，保温并搅拌0.5-2h，得到改性聚乙烯醇溶液，所述改性聚乙烯醇溶液的浓度为8-14％；
(3)将步骤(1)中得到的稻壳粉加入到步骤(2)得到的改性聚乙烯醇溶液中，所述稻壳粉与所述改性聚乙烯醇溶液的质量比为1:20-35，搅拌，混合均匀，得到混合溶液；
(4)将步骤(3)得到的混合溶液均匀铺设在丝网上，所述丝网的孔径为80-150目，经干燥碾压，得到所述生物可降解薄膜。
本发明提供的生物可降解薄膜的生产方法，将聚乙烯醇改性与农业废料稻壳进行复合，经过改性的聚乙烯醇与稻壳粉形成混合溶液，经过目数为80-150目的丝网之后，大部分浓度为8-14％的改性聚乙烯醇的溶液分离，而部分改性聚乙烯醇溶液残留于稻壳上，经干燥固化后与稻壳碎片在丝网上形成均匀稳定的薄膜。本发明提供的薄膜的孔隙率为15％-35％，具有良好的透气性能，能够保证土壤必备的气体交换过程且能够保证后期植物良好生长的给水过程。
根据本发明具体实施方式所述的生物可降解薄膜的制备方法，优选地，步骤(1)中，取稻壳，在60-100℃干燥至稻壳中的含水量低于15％。为了便于对稻壳进行粉碎，本发明在粉碎之前对稻壳进行干燥，干燥至稻壳中的水分含量低于15％。
根据本发明具体实施方式所述的生物可降解薄膜的制备方法，优选地，步骤(1)中，所述所述稻壳粉的粒径为0.5-1.2mm。
为了让稻壳能够在聚乙烯醇中均匀分散，且具有阻挡光线的作用，本发明人研究发现最佳的稻壳粉粒径为0.5-1.2mm。
根据本发明具体实施方式所述的生物可降解薄膜的制备方法，优选地，步骤(2)中，将水加热至40-50℃，加入聚乙烯醇并搅拌，继续加温到70-90℃并搅拌至溶解，然后待其冷却至40-65℃加入聚乙烯醇质量的2-6％的改性剂，保温并以40-60r/min的速率搅拌0.5-2h。反应的温度和搅拌的速率都会对改性产生影响，为了保证改性效果，发明人研究发现，在40-65℃的温度下，搅拌速率为40-60r/min时，最终得到的改性聚乙烯醇与稻壳粉制备得到的生物可降解薄膜开始降解的时间为3-5个月左右，基本满足的农作物的生长需要。
根据本发明具体实施方式所述的生物可降解薄膜的制备方法，优选地，步骤(4)中，所述干燥碾压的过程为，先在60-80℃干燥至含水量为25-30％，然后在压力为0.2-0.5kg/cm2下碾压，最后在60-80℃干燥至含水量为8-15％，得到所述生物可降解薄膜。
根据本发明具体实施方式所述的地膜，所述地膜的材料为上述生物可降解薄膜。
本发明的有益效果为：
1.本发明提供的生物可降解薄膜以聚乙烯醇和稻壳为原料，经过处理之后铺设成膜，其中稻壳具有有效抑制杂草生长的特点，能够抑制农田中的杂草生长，降低杂草的竞争能力，从而有利于农作物吸收更多的营养物质，快速生长；由于稻壳的存在，薄膜具有遮光性，阻止杂草进行光合作用从而能够达到更好的除草效果。
2.由于稻壳是微孔性片状材料，具有一定的透气性能，且在成膜过程中稻不规则排布的稻壳碎片通过聚乙烯醇胶联易形成孔隙，本发明提供的薄膜的有效孔隙率在15％-35％，因此本发明提供的薄膜具有适中的透气和透水物理性，对土壤必备的含氧量及后期给水性不影响，并能有效的对土壤保水保肥。
3.本发明提供的生物可降解薄膜在降解之后，稻壳粉能够被微生物分解为农作物生长所需的营养物质；本发明提供的生物可降解薄膜能够在3-5个月开始降解，最终降解为对土壤无污染的有机质，改良土壤，增加土壤肥力，绿色环保。
4.本发明提供的生物可降解薄膜的制备方法简单，原料易得，生产成本低，成品膜在农业生产中为一次性材料，减少了二次回收及收纳的人力成本。
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，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
实施例1
生物可降解薄膜，所述薄膜由包括以下原料制备：稻壳和聚乙烯醇，所述薄膜的厚度为0.3mm，每平方米所述薄膜中稻壳的用量为150g。
上述生物可降解薄膜的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)取稻壳，干燥，粉碎，过筛，得到稻壳粉；
(2)将水加热至50℃，加入聚乙烯醇并搅拌，继续加温至80℃并搅拌至溶解，得到聚乙烯醇溶液，所述聚乙烯醇溶液的浓度为8％；
(3)将步骤(1)中得到的稻壳粉加入到步骤(2)得到的聚乙烯醇溶液中，所述稻壳粉与所述聚乙烯醇溶液的质量比为1:25，搅拌，混合均匀，得到混合溶液；
(4)将步骤(3)得到的混合溶液均匀铺设在丝网上，所述丝网的孔径为80目，经干燥碾压，得到所述生物可降解薄膜。
上述生物可降解薄膜能够作为地膜用于培育蔬菜或果树苗木。
实施例2
生物可降解薄膜，所述薄膜由包括以下原料制备：稻壳和聚乙烯醇，所述薄膜的厚度为1mm，每平方米所述薄膜中稻壳的用量为500g。
上述生物可降解薄膜的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)取稻壳，干燥，粉碎，过筛，得到稻壳粉；
(2)将水加热至40℃，加入聚乙烯醇并搅拌，继续加温至90℃并搅拌至溶解，得到聚乙烯醇溶液，所述聚乙烯醇溶液的浓度为14％；
(3)将步骤(1)中得到的稻壳粉加入到步骤(2)得到的聚乙烯醇溶液中，所述稻壳粉与所述聚乙烯醇溶液的质量比为1:35，搅拌，混合均匀，得到混合溶液；
(4)将步骤(3)得到的混合溶液均匀铺设在丝网上，所述丝网的孔径为150目，经干燥碾压，得到所述生物可降解薄膜。
上述生物可降解薄膜能够作为地膜用于培育蔬菜或者果树苗木。
实施例3
生物可降解薄膜，所述薄膜由包括以下原料制备：稻壳和改性聚乙烯醇，所述改性聚乙烯醇的改性剂为环氧树脂，所述薄膜的厚度为0.7mm，每平方米所述薄膜中稻壳的用量为400g。
上述生物可降解薄膜的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)取稻壳，在60℃干燥至稻壳中的含水量为14.8％，粉碎，过筛，得到稻壳粉，所述稻壳粉的粒径为0.5mm；
(2)将水加热至45℃，加入聚乙烯醇并搅拌，继续加温至85℃并搅拌至溶解，待其冷却至65℃时加入聚乙烯醇重量2％的环氧树脂，65℃保温，以40r/min的速率搅拌2h，得到环氧树脂改性聚乙烯醇溶液，所述环氧树脂改性聚乙烯醇溶液的浓度为12.5％；
(3)将步骤(1)中得到的稻壳粉加入到步骤(2)得到的环氧树脂改性聚乙烯醇溶液中，所述稻壳粉与所述改性聚乙烯醇溶液的质量比为1:30，搅拌，混合均匀，得到混合溶液；
(4)将步骤(3)得到的混合溶液均匀铺设在丝网上，所述丝网的孔径为120目，先在60℃干燥至含水量为28％，然后在压力为0.2kg/cm2下碾压，最后在60℃干燥至含水量为10％，得到所述生物可降解薄膜。
上述生物可降解薄膜能够作为地膜用于培育蔬菜或者果树苗木。
实施例4
生物可降解薄膜，所述薄膜由包括以下原料制备：稻壳和改性聚乙烯醇，所述改性聚乙烯醇的改性剂为顺丁烯二酸，所述薄膜的厚度为0.8mm，每平方米所述薄膜中稻壳的用量为450g。
上述生物可降解薄膜的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)取稻壳，在100℃干燥至稻壳中的含水量为13.5％，粉碎，过筛，得到稻壳粉，所述稻壳粉的粒径为1.2mm；
(2)将水加热至50℃，加入聚乙烯醇并搅拌，继续加温至70℃并搅拌至溶解，然后待冷却到40℃加入聚乙烯醇重量的6％的顺丁烯二酸，40℃保温，以60r/min的速率搅拌0.5h，得到顺丁烯二酸改性聚乙烯醇溶液，所述顺丁烯二酸改性聚乙烯醇溶液的浓度为12％；
(3)将步骤(1)中得到的稻壳粉加入到步骤(2)得到的改性聚乙烯醇溶液中，所述稻壳粉与所述改性聚乙烯醇溶液的质量比为1:20，搅拌，混合均匀，得到混合溶液；
(4)将步骤(3)得到的混合溶液均匀铺设在丝网上，所述丝网的孔径为150目，先在80℃干燥至含水量为30％，然后在压力为0.5kg/cm2下碾压，最后在80℃干燥至含水量为15％，得到所述生物可降解薄膜。。
上述生物可降解薄膜能够作为地膜用于培育蔬菜或者果树苗木。
实施例5
生物可降解薄膜，所述薄膜由包括以下原料制备：稻壳和改性聚乙烯醇，所述改性聚乙烯醇的改性剂为顺丁烯二酸，所述薄膜的厚度为0.5mm，每平方米所述薄膜中稻壳的用量为280g。
上述生物可降解薄膜的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)取稻壳，在58℃干燥至稻壳中的含水量为12％，粉碎，过筛，得到稻壳粉，所述稻壳粉的粒径为1mm；
(2)将水加热至45℃，加入聚乙烯醇并搅拌，继续加温至90℃并搅拌至溶解，然后待冷却至50℃加入聚乙烯醇重量的5％的顺丁烯二酸，50℃保温，以60r/min的速率搅拌0.6h，得到顺丁烯二酸改性聚乙烯醇溶液，所述顺丁烯二酸改性聚乙烯醇溶液的浓度为12％；
(3)将步骤(1)中得到的稻壳粉加入到步骤(2)得到的改性聚乙烯醇溶液中，所述稻壳粉与所述改性聚乙烯醇溶液的质量比为1:22，搅拌，混合均匀，得到混合溶液；
(4)将步骤(3)得到的混合溶液均匀铺设在丝网上，所述丝网的孔径为120目，先在70℃干燥至含水量为25％，然后在压力为0.3kg/cm2下碾压，最后在70℃干燥至含水量为8％，得到所述生物可降解薄膜。
上述生物可降解薄膜能够作为地膜用于培育蔬菜或者果树苗木。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种生物可降解薄膜，其特征在于，所述薄膜由包括以下原料制备：稻壳和改性聚乙烯醇，改性剂为环氧树脂或顺丁烯二酸，所述改性剂的用量为聚乙烯醇质量的2-6％，所述薄膜的厚度为0.3-1mm，每平方米所述薄膜中稻壳的用量为150-500g；
上述可降解生物薄膜的制备方法包括以下步骤:
(1)取稻壳，干燥，粉碎，过筛，得到稻壳粉，所述稻壳粉的粒径为0.5-1.2mm；
(2)将水加热至40-50℃，加入聚乙烯醇并搅拌，继续加温至70-90℃并搅拌至溶解，待其冷却至40-65℃后加入改性剂，保温并搅拌0.5-2h，得到改性聚乙烯醇溶液，所述改性聚乙烯醇溶液的浓度为8-14％；
(3)将步骤(1)中得到的稻壳粉加入到步骤(2)得到的改性聚乙烯醇溶液中，所述稻壳粉与所述改性聚乙烯醇溶液的质量比为1:20-35，搅拌，混合均匀，得到混合溶液；
(4)将步骤(3)得到的混合溶液均匀铺设在丝网上，所述丝网的孔径为80-150目，经干燥碾压，得到所述生物可降解薄膜。
2.权利要求1所述的生物可降解薄膜的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)取稻壳，干燥，粉碎，过筛，得到稻壳粉；
(2)将水加热至40-50℃，加入聚乙烯醇并搅拌，继续加温至70-90℃并搅拌至溶解，待其冷却至40-65℃后加入改性剂，保温并搅拌0.5-2h，得到改性聚乙烯醇溶液，所述改性聚乙烯醇溶液的浓度为8-14％；
(3)将步骤(1)中得到的稻壳粉加入到步骤(2)得到的改性聚乙烯醇溶液中，所述稻壳粉与所述改性聚乙烯醇溶液的质量比为1:20-35，搅拌，混合均匀，得到混合溶液；
(4)将步骤(3)得到的混合溶液均匀铺设在丝网上，所述丝网的孔径为80-150目，经干燥碾压，得到所述生物可降解薄膜。
3.根据权利要求2所述的生物可降解薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，取稻壳，在60-100℃干燥至稻壳中的含水量低于15％。
4.根据权利要求2所述的生物可降解薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述所述稻壳粉的粒径为0.5-1.2mm。
5.根据权利要求2所述的生物可降解薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述干燥碾压的过程为，先在60-80℃干燥至含水量为25-30％，然后在压力为0.2-0.5kg/cm2下碾压，最后在60-80℃干燥至含水量为8-15％，得到所述生物可降解薄膜。
6.一种地膜，其特征在于，所述地膜的材料为包括权利要求1所述的生物可降解薄膜。
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