CN110229364A - 一种甲壳素生物液态可降解地膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种甲壳素生物液态可降解地膜及其制备方法，该方法可以包括向定容稀释罐中投放3‑3.5重量份的甲壳素聚糖、90‑95重量份的40～45度的钠滤水，静置4‑6分钟后倒入搅拌罐内；启动所述搅拌罐的搅拌功能以2000转/分钟转速搅拌5‑8分钟，期间边搅拌边加入1.5‑2重量份的冰醋酸溶液；搅拌3‑5分钟后向所述搅拌罐内注入2.5‑3重量份额的乙醇继续；搅拌1分钟后向所述搅拌罐内注入2‑3重量份的甘油醇和海藻酸钠的混合液继续搅拌。本申请提供的方案中添加的甘油醇和海藻酸钠可以使成膜拉力强度增加30%，抗高温干旱。在固沙护土的目标下，更相对有利于延长土表固化期限，可持续90～100天方能降解，特别对风沙地区，风蚀带地区，具有强力保护作用。

Description

一种甲壳素生物液态可降解地膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及地膜制备技术领域，特别是涉及一种甲壳素生物液态可降解地膜及其制备方法。
背景技术
地膜即地面覆盖薄膜，通常是透明或黑色PE薄膜，也有绿、银色薄膜，用于地面覆盖，以提高土壤温度，保持土壤水分，维持土壤结构，防止害虫侵袭作物和某些微生物引起的病害等，促进植物生长的功能。农用地膜为农业生产的丰产丰收曾经起到了决定性作用。随着应用年限的延后推移，在为了克服栽培条件的障碍同时，也带来了许多负面问题。常规化学乙烯地膜对土壤耕层造成隔离，上茬作物或植物收获后的地膜残碎片物虽经耕层翻耕，仍残留于耕层30厘米范围内造成无定位隔离，作物根系不能顺利下扎，致秧苗不能完全下扎发育。对土壤微环境气态污染，主要是由于乙烯地膜在土壤中难以降解，但是在高温、高湿条件下自有的乙烯气体挥发，经多年应用而蓄积，被土壤所吸附，使作物根系提早促成革质化衰老，回缩生育采收期，直接影响作物整株发育和经济产量。对作物茎基伤害，地膜的穴口位置，边缘（在露地生产)地膜经变温所松驰，风动。给秧苗茎基部磨损破皮，及至侵染病害。覆盖期外成本高，鉴于乙烯地膜对农业生产构成污染威胁，土地白色污染成灾，造成《清洁生产法》难以落实。
甲壳素生物液体地膜的出现很好的解决了上述问题，但是现有技术中的甲壳素生物液体地膜存在抗拉轻度低、降解速度快不适于在风沙地区以及风蚀地区使用。同时，现有技术中的甲壳素生物液体地膜在喷洒使用过程中容易出现堵塞喷洒头。
发明内容
本发明提供了一种甲壳素生物液态可降解地膜及其制备方法。
本发明提供了如下方案：
一种甲壳素生物液态可降解地膜的制备方法，包括：
向定容稀释罐中投放3-3.5重量份的甲壳素聚糖、90-95重量份的40～45度的钠滤水，静置4-6分钟后倒入搅拌罐内；
启动所述搅拌罐的搅拌功能以2000转/分钟转速搅拌5-8分钟，期间边搅拌边加入1.5-2重量份的冰醋酸溶液；搅拌3-5分钟后向所述搅拌罐内注入2.5-3重量份额的乙醇继续；
搅拌1分钟后向所述搅拌罐内注入2-3重量份的甘油醇和海藻酸钠的混合液继续搅拌；所述混合液为采用射流混匀设备混合均匀的混合液；
搅拌3-5分钟后关闭所述搅拌罐的搅拌功能并静置15分钟；
待所述搅拌罐内的物质温度降至10-15摄氏度后将其转移至过滤式离心机内离心处理获得离心后液态物质，将所述离心后液态物质进行均质，将均质后的离心后液态物质进行超滤处理既得所述甲壳素生物液态可降解地膜产品。
优选的：所述射流混匀设备包括气旋射流罐，所述气旋射流罐的罐壁上沿其切向设置有进气口，所述气旋射流罐的上部开设有甘油醇投料口以及海藻酸钠投料口，所述气旋射流罐底部开设有出液口。
优选的：所述甘油醇投料口以及所述海藻酸钠投料口分别连接有甘油醇投料管以及海藻酸钠投料管，所述甘油醇投料管以及所述海藻酸钠投料管呈V字型布置且各自位于所述气旋射流罐内部一端的延长线汇聚于所述气旋射流罐的内侧罐壁的同一点。
优选的：所述甘油醇投料管以及所述海藻酸钠投料管各自位于所述气旋射流罐外侧一端分别连接有甘油醇投料罐以及海藻酸钠投料罐。
优选的：所述超滤处理中使用的超滤设备的超滤膜的孔径在0.07 um–1.5nm之间，操作压力为0.2–0.7Mpa。
优选的：所述甘油醇和海藻酸钠的混合液中甘油醇与海藻酸钠的质量比为2.5-3.5:4.5-5.5。
优选的：所述甘油醇和海藻酸钠的混合液中甘油醇与海藻酸钠的质量比为3:5。
一种所述方法制备获得的甲壳素生物液态可降解地膜。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
通过本发明，可以实现一种甲壳素生物液态可降解地膜及其制备方法，在一种实现方式下，该方法可以包括向定容稀释罐中投放3-3.5重量份的甲壳素聚糖、90-95重量份的40～45度的钠滤水，静置4-6分钟后倒入搅拌罐内；启动所述搅拌罐的搅拌功能以2000转/分钟转速搅拌5-8分钟，期间边搅拌边加入1.5-2重量份的冰醋酸溶液；搅拌3-5分钟后向所述搅拌罐内注入2.5-3重量份额的乙醇继续；搅拌1分钟后向所述搅拌罐内注入2-3重量份的甘油醇和海藻酸钠的混合液继续搅拌；所述混合液为采用射流混匀设备混合均匀的混合液；搅拌3-5分钟后关闭所述搅拌罐的搅拌功能并静置15分钟； 待所述搅拌罐内的物质温度降至10-15摄氏度后将其转移至过滤式离心机内离心处理获得离心后液态物质，将所述离心后液态物质进行均质，将均质后的离心后液态物质进行超滤处理既得所述甲壳素生物液态可降解地膜产品。本申请提供的方案中添加的甘油醇和海藻酸钠可以使成膜拉力强度增加30%，抗高温干旱。在固沙护土的目标下，更相对有利于延长土表固化期限，可持续90～100天方能降解，特别对风沙地区，风蚀带地区，具有强力保护作用。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种甲壳素生物液态可降解地膜制备方法，该方法包括向定容稀释罐中投放3-3.5重量份的甲壳素聚糖、90-95重量份的40～45度的钠滤水，静置4-6分钟后倒入搅拌罐内；本申请提供的纳滤水是纳米技术与过滤技术交叉渗透而开发的介于超滤与反渗透之间的新品类，它的分离性能依赖于其活性分离层中的纳米级微孔结构。在饮用水净化处理中，根据原水水质及净水要求的不同，有多种不同性能的纳滤可供选择。与其他膜分离过程比较，纳滤的一个优点是能截留透过超滤膜的小分子量的有机物及二价离子（包括重金属），又能透析反渗透所截留的无机盐。
启动所述搅拌罐的搅拌功能以2000转/分钟转速搅拌5-8分钟，期间边搅拌边加入1.5-2重量份的冰醋酸溶液；搅拌3-5分钟后向所述搅拌罐内注入2.5-3重量份额的乙醇继续；
搅拌1分钟后向所述搅拌罐内注入2-3重量份的甘油醇和海藻酸钠的混合液继续搅拌；所述混合液为采用射流混匀设备混合均匀的混合液；本申请提供的所述甘油醇和海藻酸钠的混合液中甘油醇与海藻酸钠的质量比为2.5-3.5:7.5-8.5。进一步的，所述甘油醇和海藻酸钠的混合液中甘油醇与海藻酸钠的质量比为3:8。在实际生产过程中，由于海藻酸钠难以溶解，为了能够保证海藻酸钠可以与甘油醇充分溶解，本申请实施例可以提供所述射流混匀设备包括气旋射流罐，所述气旋射流罐的罐壁上沿其切向设置有进气口，所述气旋射流罐的上部开设有甘油醇投料口以及海藻酸钠投料口，所述气旋射流罐底部开设有出液口。所述甘油醇投料口以及所述海藻酸钠投料口分别连接有甘油醇投料管以及海藻酸钠投料管，所述甘油醇投料管以及所述海藻酸钠投料管呈V字型布置且各自位于所述气旋射流罐内部一端的延长线汇聚于所述气旋射流罐的内侧罐壁的同一点。所述甘油醇投料管以及所述海藻酸钠投料管各自位于所述气旋射流罐外侧一端分别连接有甘油醇投料罐以及海藻酸钠投料罐。
甘油醇与海藻酸钠分别在气旋射流罐（高165厘米×直径110厘米）的上方稳固两个投料罐，罐的下方设出液管口。不加任何压力，两罐的溶液自动出流到气旋射流罐，被射流混匀该系统将甘油醇料罐和海藻酸钠料罐（一步稀释液）分别置于气旋射流罐上沿，以倒人字型汇于气旋射流罐沿内。通过本申请提供的射流混匀设备可以使先气旋射流冲击，气旋射流冲击技术是一种高效的强化表面对流换热的技术途径，在强化传热领域应用广泛，在本申请提供的方案中，甘油醇和海藻酸钠在进入气旋射流罐内会后，在切向高压气体的作用下沿着气旋射流罐的内侧罐壁高速旋转，在高速旋转过程中，使得甘油醇和海藻酸钠的温度升高，温度升高后可以有效的加速溶解速度以及提高溶解效率。该设备通过物理方法增加了海藻酸钠的溶解效率以及提高了综合溶解性能。
搅拌3-5分钟后关闭所述搅拌罐的搅拌功能并静置15分钟；
待所述搅拌罐内的物质温度降至10-15摄氏度后将其转移至过滤式离心机内离心处理获得离心后液态物质，将所述离心后液态物质进行均质，将均质后的离心后液态物质进行超滤处理既得所述甲壳素生物液态可降解地膜产品。进一步的，所述超滤处理中使用的超滤设备的超滤膜的孔径在0.07 um–1.5 nm之间，操作压力为0.2–0.7Mpa。本申请提供的方案中，经过离心后的液态物质经过均质后进行超滤处理，可以使得最终获得产物中颗粒物粒径更小。这样可以防止液态物质长时间防止出现的分层现象不会出现沉淀。同时在具体喷洒使用时，由于颗粒物较小，可以有效的防止喷洒设备的喷洒头出现堵塞的现象。
本申请提供的海藻酸钠可以作为增稠剂使用，是从褐藻类的海带或马尾藻中提取碘和甘露醇之后的副产物，其分子由β-D-甘露糖醛酸（β-D-mannuronic，M）和α-L-古洛糖醛酸（α-L-guluronic，G）按（1→4）键连接而成，是一种天然多糖，具有药物制剂辅料所需的稳定性、溶解性、粘性和安全性。海藻酸钠为白色或淡黄色粉末，几乎无臭无味。海藻酸钠溶于水，不溶于乙醇、乙醚、氯仿等有机溶剂。溶于水成粘稠状液体，1%水溶液pH值为6-8。当pH=6-9时粘性稳定，加热至80 ℃以上时则粘性降低。海藻酸钠无毒，LD50>5000mg/kg。螯合剂对海藻酸钠溶液性质的影响螯合剂可以络合体系中的二价离子，使得海藻酸钠能稳定于体系中。在本申请中使用甘油醇作为溶剂首先将海藻酸钠溶解后加入地膜制备系统中，配合本申请提供的射流混匀设备既可以保证溶剂充分，同时甘油醇还可以起到增塑和保湿作用。
一种采用所述方法制备的甲壳素生物液态可降解地膜。
本申请提供的制备方法的原理为利用甲壳素聚糖加水，混合后经一定温度软化颗粒和吸水作用，具备一定物理活性，通过冰醋酸溶解形成多糖长链胶体物，由于乙醇、甘油醇稳定、抗降解作用，维持喷到地表脱水的多糖链阶段性不变形。该甲壳素生物液态可降解地膜可以维持膜功能90-10天，其后降解于土壤颗粒中，地表无残留。省工省时，喷膜是覆膜的三倍功效。促进和改善土壤微环境，每年降解于土壤中甲壳素寡糖又是剌激土壤耕层中有益微生物区系扩大的主因。可以完成作物，食物 > 植物>土壤>肥料的甲壳素健康循环生物链。维护地表、地下的生态平衡，从免疫角度实现农业生产新时期“双增”，”双减“，经济用肥，优质、高效的生态生产模式。
本申请提供的甲壳素生物液态立体降解地膜由于生态性可降解特点，无挥发性有害气体，在应用于任何植物、作物，都有抗病、抗虫、抗逆性强，优化该地大气环境和自然环境。经年复一年喷覆、土地翻耕后，所降解的甲壳素膜质不断地被耕层土壤吸附，又不断被几丁质酶分解，相对又增加了土壤中几丁质酶的含有量，降解了大量对植物根系有害的气体、水溶性、抑制性呼吸底物、植物废酸等障碍因子。使土壤中水、肥、有机及无机物质相对得到调节，以最大限度降低生理危害，保持农作物较正常生长发育。甲壳素膜降解后，翻入土壤，可促进有益微生物活性，扩大有益微生物区系（沈阳农业大学孙军德教授曾做甲壳素聚糖对微生物放线菌区系试验 :比ck扩大30倍）作用。由于有益微生物之代谢物含有多种抑菌酶、激素、降解酶等，对上茬作物根系所代谢的植物脲酸，起到降解作用，对下茬同种植物、作物清除了抑制性毒素。使之可多年连作重茬栽培。并有效、间接的实现农业生物化可持续生态生产。由于为立体喷覆覆盖，相对附着成膜，固定土表2～3毫米，膜液对土表块状体裸露部分全覆盖，因此不存在成膜部位与土表块状体之间气体膨胀和收缩等物理垂直动态，因此，抗风蚀性非常理想。另外，甲壳素地膜与化学地膜相比，不反光，对土壤及农作物吸光吸热有益。
本申请提供的甲壳素采用海洋生物虾蟹壳提取物，属纯生物源--甲壳素原料。以喷雾形式覆盖，以随土表凹凸面无空间覆盖。立体覆盖抗风，避免植株穴口膜边磨损秧苗茎基。无味，预期分解。降解后成为土壤无形免疫物质，随栽培年限延长，而积累的免疫物质（几丁质酶）越多。有利多年连作重茬栽培。
经山东省栆庄市台儿庄区农业站测定，本申请提供的生物液态立体可降解地膜与常规化学地膜相比，喷雾比铺化学地膜省工时33%，喷后第15天，10厘米深度相对比化学地膜高2.4度。按马铃薯块茎相比，可降解地膜薯块均匀一致，产量比化学地膜高14.5%。马铃薯疮痂病发病率降低21%。减少农业面源白色污染，可节省化学清膜费用30元/667m2。
为了进一步说明本申请获得的地膜的性能，下面通过对比试验进行详细说明。
实施例1
向定容稀释罐中投放3重量份的甲壳素聚糖、90重量份的40度的钠滤水，静置4分钟后倒入搅拌罐内；
启动所述搅拌罐的搅拌功能以2000转/分钟转速搅拌5分钟，期间边搅拌边加入1.5重量份的冰醋酸溶液；搅拌3分钟后向所述搅拌罐内注入2.5重量份额的乙醇继续；
搅拌1分钟后向所述搅拌罐内注入2重量份的甘油醇和海藻酸钠的混合液继续搅拌；所述混合液为采用射流混匀设备混合均匀的混合液；
搅拌3-5分钟后关闭所述搅拌罐的搅拌功能并静置15分钟；
待所述搅拌罐内的物质温度降至10摄氏度后将其转移至过滤式离心机内离心处理获得离心后液态物质，将所述离心后液态物质进行均质，将均质后的离心后液态物质进行超滤处理既得所述甲壳素生物液态可降解地膜产品。
实施例2
相对于实施例1的区别为搅拌1分钟后向所述搅拌罐内注入3重量份的甘油醇和海藻酸钠的混合液继续搅拌；所述混合液为采用射流混匀设备混合均匀的混合液。
实施例3
相对于实施例1的区别为待所述搅拌罐内的物质温度降至10摄氏度后将其转移至过滤式离心机内离心处理获得离心后液态物质，不经过超滤处理即得所述甲壳素生物液态可降解地膜产品。
实施例4
相对于实施例1的区别为未添加甘油醇和海藻酸钠。
实施例5
相对于实施例1的区别为未添加甘油醇和海藻酸钠。同时为经过超滤处理。
分别取实施例1-5获得甲壳素生物液态可降解地膜产品2.5公斤，喷涂于667m2的土质上进行成膜，分别对获得的膜的理化指标进行统计，如表1所示。
表1
总砷（以As计） mg/kg 铅（以Pb计） mg/kg 降解时间/（天） 粘度mpa·s 20℃ 固含量（%） pH 成膜时间 （h） 膜厚度 （mm）
实施例1 ≤3.0 ≤5.0 90-100 ≥65 ≥3.0 4.0-8.0 7 0.005
实施例2 ≤3.0 ≤5.0 95-105 ≥65 ≥3.0 4.0-8.0 7 0.006
实施例3 ≤3.0 ≤5.0 90-100 ≥65 ≥4.0 4.0-8.0 8 0.006
实施例4 ≤3.0 ≤5.0 60-80 ≥60 ≥3.0 4.0-8.0 8 0.004
实施例5 ≤3.0 ≤5.0 60-80 ≥60 ≥4.0 4.0-8.0 8 0.004
注：降解时间测定方法：将玻璃板（规格为40mm×60mm）洗净干燥后称重，再将加1倍冷水稀释制备好的试样用玻璃棒均匀抹在玻璃板上，水平放置于30℃电热恒温箱烘干2h,再进行称重。将成膜玻璃板埋在土下50mm处，每隔3d浇水1次，使土壤保持一定的温度以模拟种植实际条件；每周将成膜玻璃板从土里取出，在流水下将上面的泥土和微生物清洗掉，在30℃电热恒温箱烘干2h，再进行称重；记录每次测定的质量减少率及对应的降解时间。
成膜条件：空气湿度35-55%之间，测定成膜：在处理完7-8小时后的土壤，留出最上表土层，在其下横向掏空，伸进5-10厘米，表土呈一薄壳悬空，该薄壳即为本产品凝结膜。
通过上述实验结果可知，本申请提供的方案中添加的甘油醇和海藻酸钠可以使成膜拉力强度增加30%，抗高温干旱。在固沙护土的目标下，更相对有利于延长土表固化期限，可持续90～100天方能降解，特别对风沙地区，风蚀带地区，具有强力保护作用。还可以增加塑性和亮度，在同一个地表上显示出亮度差异，提高本膜液对土表土壤颗粒的粘结强度。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种甲壳素生物液态可降解地膜制备方法，其特征在于，所述方法包括：
向定容稀释罐中投放3-3.5重量份的甲壳素聚糖、90-95重量份的40～45度的钠滤水，静置4-6分钟后倒入搅拌罐内；
启动所述搅拌罐的搅拌功能以2000转/分钟转速搅拌5-8分钟，期间边搅拌边加入1.5-2重量份的冰醋酸溶液；搅拌3-5分钟后向所述搅拌罐内注入2.5-3重量份额的乙醇继续；
搅拌1分钟后向所述搅拌罐内注入2-3重量份的甘油醇和海藻酸钠的混合液继续搅拌；所述混合液为采用射流混匀设备混合均匀的混合液；
搅拌3-5分钟后关闭所述搅拌罐的搅拌功能并静置15分钟；
待所述搅拌罐内的物质温度降至10-15摄氏度后将其转移至过滤式离心机内离心处理获得离心后液态物质，将所述离心后液态物质进行均质，将均质后的离心后液态物质进行超滤处理既得所述甲壳素生物液态可降解地膜产品。
2.根据权利要求1所述的甲壳素生物液态可降解地膜制备方法，其特征在于，所述射流混匀设备包括气旋射流罐，所述气旋射流罐的罐壁上沿其切向设置有进气口，所述气旋射流罐的上部开设有甘油醇投料口以及海藻酸钠投料口，所述气旋射流罐底部开设有出液口。
3.根据权利要求2所述的甲壳素生物液态可降解地膜制备方法，其特征在于，所述甘油醇投料口以及所述海藻酸钠投料口分别连接有甘油醇投料管以及海藻酸钠投料管，所述甘油醇投料管以及所述海藻酸钠投料管呈V字型布置且各自位于所述气旋射流罐内部一端的延长线汇聚于所述气旋射流罐的内侧罐壁的同一点。
4.根据权利要求3所述的甲壳素生物液态可降解地膜制备方法，其特征在于，所述甘油醇投料管以及所述海藻酸钠投料管各自位于所述气旋射流罐外侧一端分别连接有甘油醇投料罐以及海藻酸钠投料罐。
5.根据权利要求1所述的甲壳素生物液态可降解地膜制备方法，其特征在于，所述超滤处理中使用的超滤设备的超滤膜的孔径在0.07 um–1.5 nm之间，操作压力为0.2–0.7Mpa。
6.根据权利要求1所述的甲壳素生物液态可降解地膜制备方法，其特征在于，所述甘油醇和海藻酸钠的混合液中甘油醇与海藻酸钠的质量比为2.5-3.5:4.5-5.5。
7.根据权利要求6所述的甲壳素生物液态可降解地膜制备方法，其特征在于，所述甘油醇和海藻酸钠的混合液中甘油醇与海藻酸钠的质量比为3:5。
8.一种采用权利要求1至7任一项所述方法制备获得的甲壳素生物液态可降解地膜。
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