CN107936304A - 一种利用玉米秸秆制备的地膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种利用玉米秸秆制备的地膜及其制备方法，涉及农作物秸秆利用领域。本发明的地膜按照重量百分比包括以下组分：玉米秸秆纤维60～80％，废弃棉纤维10～30％，生物有机肥1～3％，聚乙烯醇3～10％，玉米淀粉1～5％、甘油1～3％、山梨醇脂肪酸酯1～3％，交联剂0.05～0.5％。制备方法包括以下步骤：玉米秸秆纤维制备、废弃棉纤维处理、非织造成网和粘结固化。该地膜具有较好的强度和透气性，且可降解，降解后大量的纤维素可以起到改善土壤的作用，提高利用价值。

Description

一种利用玉米秸秆制备的地膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及农作物秸秆利用领域，具体涉及一种利用玉米秸秆制备的地膜及其制备方法。
背景技术
秸秆是成熟农作物茎叶(穗)部分的总称。通常指小麦、水稻、玉米、薯类、油料、棉花、甘蔗和其它农作物在收获籽实后的剩余部分。是一种具有多用途的可再生的生物资源，人们现在对秸秆处理方式最直接的印象就是在田里大量焚烧，每年夏收、秋收之后，田野里火光冲天，浓烟笼罩，有时滚滚浓烟几乎使人窒息，由于焚烧秸秆而造成的机场停运、高速公路封闭的情况时有发生，损失难以计数
我国每年产生大量的玉米秸秆，大部分的玉米秸秆被随意丢弃和焚烧，造成极大的环境污染，影响农民的生活质量，也造成资源的极大浪费。如何解决农村随意丢弃、焚烧玉米秸秆带来的环境问题、提高农民生活质量，已成为新农村建设的一项重要课题。
近年来，用价格低廉且可再生的农作物秸秆制造可降解的植物纤维地膜已开始研发。但是，植物纤维地膜在宏观上表现出刚性较大的特征，如易破、脆、质地硬等，给机械铺设地膜带来诸多不便，同时脆性大易破的地膜不能与地表紧密贴合，保温效果不明显，破损的地方也会有杂草滋生。上述技术性问题急需通过深入研究加以解决，以促进玉米秸秆纤维地膜在农业生产中得到广泛推广应用。
申请号为200710123114.5的发明专利公开了一种用农作物秸秆制作农用全降解纸地膜方法，可以自然降解，降低了成本，促进了秸秆的利用。但是地膜的强度和韧性较差，在使用时，容易破裂，极大地影响了地膜的大面积使用。
发明内容
本发明的发明目之一的是，针对上述问题，提供一种利用玉米秸秆制备的地膜，制备的地膜具有较好的强度和透气性，且可降解，降解后大量的纤维素可以起到改善土壤的作用，提高利用价值。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种利用玉米秸秆制备的地膜，按照重量百分比包括以下组分：
玉米秸秆纤维60～80％，废弃棉纤维10～30％，生物有机肥1～3％，聚乙烯醇3～10％，玉米淀粉1～5％、甘油1～3％、山梨醇脂肪酸酯1～3％，交联剂0.05～0.5％。。
优选的，还包括杀虫剂,0.5～3％。
优选的，所述杀虫剂为新烟碱类杀虫剂。
优选的，所述玉米秸秆纤维的制备方法包括以下步骤：
S1.秸秆预处理:
将玉米秸秆洗净切碎成2～5cm长的短茎，然后加入乙醇水溶液中预处理0.5～3h,处理温度为150～200℃，然后干燥；
S2.纤维素溶解：
将1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐离子液体在90℃条件下完全融化，然后加入预处理后的玉米秸秆，继续加热并保温溶解，保温溶解的温度为85～95℃，时间4～8h；最后离心除去未溶解的玉米秸秆得到纤维素离子液体溶液；
S3.玉米秸秆纤维再生：
向纤维素离子液体溶液加入两倍体积的无水乙醇，使纤维素沉淀并抽滤，然后继续用无水乙醇沉降、抽滤重复1～3次，烘干得玉米秸秆纤维。
本发明的另一发明目是，针对上述问题，提供一种利用玉米秸秆制备的地膜的制备方法，整个过程无污染物排放，不会造成环境污染，且纤维素利用率比较高，制得的地膜具有较好的力学性能。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种利用玉米秸秆制备的地膜的制备方法，包括以下步骤：
S1.玉米秸秆纤维制备:
1)秸秆预处理:
将玉米秸秆洗净切碎成2～5cm长的短茎，然后加入乙醇水溶液中预处理0.5～3h,处理温度为150～200℃，然后干燥；
2)纤维素溶解：
将1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐离子液体在90℃条件下完全融化，然后加入预处理后的玉米秸秆，继续加热并保温溶解，保温溶解的温度为85～95℃，时间4～8h；最后离心除去未溶解的玉米秸秆得到纤维素离子液体溶液；
3)玉米秸秆纤维再生：
向纤维素离子液体溶液加入两倍体积的无水乙醇，使纤维素沉淀并抽滤，然后继续用无水乙醇沉降、抽滤重复1～3次，烘干得玉米秸秆纤维；
S2.废弃棉纤维处理：
将废弃棉纤维开散，加入温度为5～10℃的去离子水浸没，搅拌10～15min后过滤，再用温度为20～25℃的去离子水冲洗2～3次，然后将其自然风干或烘干；
S3.非织造成网：
将纤维放入搅拌机，搅拌打浆使纤维均匀地分散在水中，将均匀混合之后的浆料注入湿法成网装备进行成网并初步脱水，然后经水刺加固后烘干，制成非织造纤维层；
S4.粘结固化：
先将淀粉和甘油混合，并加热糊化，制得糊化淀粉待用；将聚乙烯醇加水并加热溶解，然后加入糊化淀粉、生物有机肥、山梨醇脂肪酸酯和矿物质，继续搅拌混合均匀制得粘合剂；将所述粘结剂均匀喷洒在所述非织造纤维层表面，轧压并加热固化制成地膜。
优选的，步骤S1中，所述乙醇水溶液中乙醇浓度为50～70％。
优选的，步骤S4中，所述加热糊化过程为在85～100℃下加热15～30min。
由于采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：
1.本发明的利用玉米秸秆制备的地膜，利用玉米秸秆纤维和废弃棉纤维非织造成网，然后喷洒粘结剂固化成型，改善地膜的力学性能，并保证一定的透气性。该地膜可自然降解，降解后，玉米秸秆和棉纤维中大量的纤维素可以增加土壤的含氮量和含钾量，改善土壤的结构，提高肥力。
利用废弃棉纤维，不仅可以改善地膜的力学性能，还可以废物利用，节约能源和减少环境污染。
聚乙烯醇具有较好的粘结性和成膜性，与纤维素的氢键结合，可以提高复合膜的力学性能。玉米淀粉可以提高混合溶液的成膜性，并可增加复合膜的密实度，降低孔隙率，满足不同生产需求。甘油进入复合膜的分子链之间，使膜的分子链被打开，从而导致膜的结构疏松，亲水性增加，复合膜的透湿性增加。山梨醇脂肪酸酯可以改善地膜的韧性。生物有机肥的添加，可以使地膜降解后，为植物生长提供矿物质和肥料，增加利用价值。
用本发明的地膜其取代塑料地膜种植蔬菜，能遮光、保暖、保湿，杂草因遮不能进行光合作用无法生成，可有效防除瓜、菜、豆等蔬菜根部附近的杂草，用其打孔进行水稻定穴栽培，稻田早期不会生长杂草，待其腐烂时，水稻已长得高大，地面杂草生出后已无法长大，可取消稻田早期必须进行的化学除草，免除化学除草带来的费用和危害。
2.本发明的利用玉米秸秆制备的地膜，玉米秸秆纤维的制备过程，先利用乙醇水溶液进行预处理，去除木质素和半纤维素，然后采用离子液体溶解纤维素得到纤维素离子液体溶液，最后制模得到纤维素膜。整个过程无污染物排放，不会造成环境污染，且纤维素利用率比较高。
利用离子液体溶解纤维素，践行了绿色化学的两条原则：利用环境友好的溶剂和生物可再生原料。1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐离子液体中高浓度和高活性的Cl-有效地破坏了纤维素中的氢键体系，使纤维素溶解于离子液体。另一方面，离子液体可以利用水化的羟基和自身电荷提供电子给体受体配合物从而破坏纤维素的氢键体系，达到快速溶解的目的。
3.本发明利用玉米秸秆制备的地膜得制备方法，采用非织造工艺制造纤维网，然后喷洒喷洒粘结剂固化成型，可以改善地膜的力学性能。本制备方法，工艺简单，效果明显，易于工业化生产，具有良好的市场前景。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种利用玉米秸秆制备的地膜，按照重量百分比包括以下组分：
玉米秸秆纤维70％，废弃棉纤维18％，生物有机肥1％，聚乙烯醇6％，玉米淀粉2％、甘油1％、山梨醇脂肪酸酯1％，交联剂0.2％。
所述交联剂为乙二醛。
一种利用玉米秸秆制备的地膜的制备方法，包括以下步骤：
S1.玉米秸秆纤维制备:
1)秸秆预处理:
将玉米秸秆洗净切碎成2～5cm长的短茎，然后加入乙醇水溶液中预处理2h,处理温度为180℃，然后干燥；所述乙醇水溶液中乙醇浓度为60％。
2)纤维素溶解：
将1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐离子液体在90℃条件下完全融化，然后加入预处理后的玉米秸秆，继续加热并保温溶解，保温溶解的温度为90℃，时间6h；最后离心除去未溶解的玉米秸秆得到纤维素离子液体溶液；
3)玉米秸秆纤维再生：
向纤维素离子液体溶液加入两倍体积的无水乙醇，使纤维素沉淀并抽滤，然后继续用无水乙醇沉降、抽滤重复2次，烘干得玉米秸秆纤维；
S2.废弃棉纤维处理：
将废弃棉纤维开散，加入温度为10℃的去离子水浸没，搅拌10min后过滤，再用温度为20℃的去离子水冲洗3次，然后将其烘干；
S3.非织造成网：
将纤维放入搅拌机，搅拌打浆使纤维均匀地分散在水中，将均匀混合之后的浆料注入湿法成网装备进行成网并初步脱水，然后经水刺加固后烘干，制成非织造纤维层；
S4.粘结固化：
先将淀粉和甘油混合，并加热糊化，所述加热糊化过程为在90℃下加热20min，制得糊化淀粉待用；将聚乙烯醇加水并加热溶解，然后加入糊化淀粉、生物有机肥、山梨醇脂肪酸酯和矿物质，继续搅拌混合均匀制得粘合剂；将所述粘结剂均匀喷洒在所述非织造纤维层表面，轧压并加热固化制成地膜。
实施例2
一种利用玉米秸秆制备的地膜，按照重量百分比包括以下组分：
玉米秸秆纤维70％，废弃棉纤维18％，生物有机肥1％，聚乙烯醇6.8％，玉米淀粉2％、甘油1％、山梨醇脂肪酸酯1％，交联剂0.2％，杀虫剂0.8％。
所述杀虫剂为新烟碱类杀虫剂。
制备方法同实施例1。
实施例3
一种利用玉米秸秆制备的地膜，按照重量百分比包括以下组分：
玉米秸秆纤维70％，废弃棉纤维18％，生物有机肥1％，聚乙烯醇7％，玉米淀粉1.5％、甘油1％、山梨醇脂肪酸酯1％，交联剂0.5％。
制备方法同实施例1。
实施例4
一种利用玉米秸秆制备的地膜，按照重量百分比包括以下组分：
玉米秸秆纤维65％，废弃棉纤维23％，生物有机肥1％，聚乙烯醇6％，玉米淀粉2％、甘油1％、山梨醇脂肪酸酯1％，交联剂0.2％。
制备方法同实施例1。
实施例5
一种利用玉米秸秆制备的地膜，按照重量百分比包括以下组分：
玉米秸秆纤维75％，废弃棉纤维13％，生物有机肥1％，聚乙烯醇6％，玉米淀粉2％、甘油1％、山梨醇脂肪酸酯1％，交联剂0.2％。
所述矿物质为地下深层水的干燥粉末；干燥粉末是在260℃下通过对地下深层水加热10分钟，使水分蒸发制得。
制备方法同实施例1。
对比例
一种利用玉米秸秆制备的地膜，采用申请号为200710123114.5的发明专利公开的方法制备，原料采用玉米秸秆。
对实施例1-5和对比例进行测试，测试横向断裂强度和纵向断裂强度，结果如下表1所示。
表1实施例1-5和对比例5测试结果对比
从实施例1-5和对比例的数据结合表1的数据可以看出，本发明制备的地膜的力学性能得到极大地改善，横向断裂强度和纵向断裂强度均有较大程度的提高，从而可以改善地膜使用过程中的断裂现象，便于大面积使用，尤其是机械化生产。
上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围。凡本发明所提示的技术构思下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

Claims (7)

1.一种利用玉米秸秆制备的地膜，其特征在于，按照重量百分比包括以下组分：
玉米秸秆纤维60～80％，废弃棉纤维10～30％，生物有机肥1～3％，聚乙烯醇3～10％，玉米淀粉1～5％、甘油1～3％、山梨醇脂肪酸酯1～3％，交联剂0.05～0.5％。
2.根据权利要求1所述的利用玉米秸秆制备的地膜，其特征在于，还包括杀虫剂0.5～3％。
3.根据权利要求2所述的利用玉米秸秆制备的地膜，其特征在于，所述杀虫剂为新烟碱类杀虫剂。
4.根据权利要求1所述的利用玉米秸秆制备的地膜，其特征在于，所述玉米秸秆纤维的制备方法包括以下步骤：
S1.秸秆预处理:
将玉米秸秆洗净切碎成2～5cm长的短茎，然后加入乙醇水溶液中预处理0.5～3h,处理温度为150～200℃，然后干燥；
S2.纤维素溶解：
将1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐离子液体在90℃条件下完全融化，然后加入预处理后的玉米秸秆，继续加热并保温溶解，保温溶解的温度为85～95℃，时间4～8h；最后离心除去未溶解的玉米秸秆得到纤维素离子液体溶液；
S3.玉米秸秆纤维再生：
向纤维素离子液体溶液加入两倍体积的无水乙醇，使纤维素沉淀并抽滤，然后继续用无水乙醇沉降、抽滤重复1～3次，烘干得玉米秸秆纤维。
5.根据权利要求1-4所述的利用玉米秸秆制备的地膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.玉米秸秆纤维制备:
1)秸秆预处理:
将玉米秸秆洗净切碎成2～5cm长的短茎，然后加入乙醇水溶液中预处理0.5～3h,处理温度为150～200℃，然后干燥；
2)纤维素溶解：
将1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐离子液体在90℃条件下完全融化，然后加入预处理后的玉米秸秆，继续加热并保温溶解，保温溶解的温度为85～95℃，时间4～8h；最后离心除去未溶解的玉米秸秆得到纤维素离子液体溶液；
3)玉米秸秆纤维再生：
向纤维素离子液体溶液加入两倍体积的无水乙醇，使纤维素沉淀并抽滤，然后继续用无水乙醇沉降、抽滤重复1～3次，烘干得玉米秸秆纤维；
S2.废弃棉纤维处理：
将废弃棉纤维开散，加入温度为5～10℃的去离子水浸没，搅拌10～15min后过滤，再用温度为20～25℃的去离子水冲洗2～3次，然后将其自然风干或烘干；
S3.非织造成网：
将纤维放入搅拌机，搅拌打浆使纤维均匀地分散在水中，将均匀混合之后的浆料注入湿法成网装备进行成网并初步脱水，然后经水刺加固后烘干，制成非织造纤维层；
S4.粘结固化：
先将淀粉和甘油混合，并加热糊化，制得糊化淀粉待用；将聚乙烯醇加水并加热溶解，然后加入糊化淀粉、生物有机肥、山梨醇脂肪酸酯和矿物质，继续搅拌混合均匀制得粘合剂；将所述粘结剂均匀喷洒在所述非织造纤维层表面，轧压并加热固化制成地膜。
6.根据权利要求5所述的利用玉米秸秆制备的地膜，其特征在于，步骤S1中，所述乙醇水溶液中乙醇浓度为50～70％。
7.根据权利要求5所述的利用玉米秸秆制备的地膜，其特征在于，步骤S4中，所述加热糊化过程为在85～100℃下加热15～30min。
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