CN110551399A - 一种降解型蛋白基液体地膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种降解型蛋白基液体地膜的制备方法，具体包括如下步骤：步骤1，制备角蛋白水解液；步骤2，根据步骤1制备的角蛋白水解液制备共混液；步骤3，将步骤2制得的共混液调节为中性，得到液体地膜。本发明制得的地膜解决了现有农用液体地膜制膜成本高、过程复杂、降解不完全的问题。
Description
技术领域
本发明属于农业技术领域，涉及一种降解型蛋白基液体地膜的制备方法。
背景技术
随着我国农业的发展，农业种植技术也在不断进步。地膜的覆盖栽培是农业种植的重要方法之一，合理的使用地膜覆盖栽培技术，可以使得农作物早熟高产。由于普通的塑料地膜是由聚乙烯、聚氯乙烯等不可降解的材料制成，大量塑料地膜的使用导致“白色污染”的日益加剧。为了减轻“白色污染”的危害，液体地膜是土壤化学覆盖研发出的新技术。液态地膜是由多种天然高分子材料经特殊加工制成的一种乳状悬浊液，经喷施后在土壤表层形成一层网状胶体薄膜，封闭土壤表面孔隙，阻隔和抑制土壤水分蒸发，但不影响外界水分的渗入。液体地膜拥有保墒、增温、固土和良好的通气透水功能，改善农作物的生长环境，促进农作物增产、增收。相比普通地膜的人工覆盖，液体地膜的使用则大大减轻了劳动强度并提高了劳动效率，而且降低了使用的材料成本。
造纸黑液的主要成分是木质素，除此之外含有聚戊糖、纤维素、半纤维素，有机物等，若黑液处理不当而直接排放或浓缩后烧掉，不仅会污染环境，而且会造成大量资源的浪费。黑液的主要成分木质素，是植物纤维原料中，仅次于纤维素的天然可再生资源，含有多种活性基团，具有离子交换和螯合性能，可作为制备缓释肥料和有机复合肥的原料，且在土壤中能缓慢降解为腐殖质，有利于农作物的生长。
制革废弃牛毛的处置也是我们面临的一个重要问题。在牛皮制革过程中，保毛脱毛技术的应用减少了废水氨氮含量，但回收的制革废弃牛毛在自然状态下不易降解，大多采用填埋的方法，会对环境造成一定的污染。废弃牛毛是一种丰富的可再生角蛋白资源，拥有较好的热稳定性和生物降解性，主要富含C、O、N、H、S五种元素，其中硫元素和氮元素，可作为硫肥和氮肥补充农作物的营养。
发明内容
本发明的目的是提供一种降解型蛋白基液体地膜的制备方法，该方法制得的地膜解决了现有农用液体地膜制膜成本高、过程复杂、降解不完全的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种降解型蛋白基液体地膜的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤1，制备角蛋白水解液；
步骤2，根据步骤1制备的角蛋白水解液制备共混液；
步骤3，将步骤2制得的共混液调节为中性，得到液体地膜。
本发明的特点还在于：
步骤1的具体过程为：分别取采用玉米秸秆碱法蒸煮后的黑液与制革废弃牛毛1:1～5加入反应容器中，再向反应容器中加入相对于制革废弃牛毛质量的12％～16％的KOH，加热反应30min～60min后，然后向反应容器中加入相对于制革废弃牛毛质量的10％～14％H2O2，在85～95℃下保温搅拌3～5h，停止加热，冷却，出料，制得角蛋白水解液。
步骤1中的黑液是采用氢氧化钾和蒽醌对玉米秸秆进行蒸煮所得。
步骤2的具体步骤为：分别取角蛋白水解液10～50份、水10～50份、相对于角蛋白水解液质量0.2％～2％的丙三醇、相对于角蛋白水解液质量0.04％～0.1％的N，N-亚甲基双丙烯酰胺、相对于角蛋白水解液质量4％～10％的聚乙烯醇、相对于角蛋白水解液质量0.1％～0.5％的聚丙烯酰胺加入反应容器中，在90℃～95℃的温度下搅拌0.5～2h，制得共混液。
步骤3的具体过程为：采用过磷酸钾水解液调节共混液的pH至共混液为中性，得到液体地膜。
本发明的有益效果是，本发明提供的全降解型蛋白基液体地膜，实现农业与经济的可持续性地绿色发展。具有与固体地膜相同的应用效果(保水、保温，增湿)，由于含有天然蛋白质和木质素，同时木素是腐殖质的前驱体，所以所制得的地膜具有良好的生物降解性，降解后变成腐殖酸肥料，可以改善土壤的理化性质，促进农作物生长等性能。这无疑是一种解决制革废弃固体蛋白资源化利用难题，也可为造纸黑液的综合利用开辟新的途径，还可节约资源，降低成本，同时解决目前使用农用地膜“白色污染”问题。
附图说明
图1为本发明一种降解型蛋白基液体地膜的制备方法实施例2所制备的角蛋白水解液和制膜共混液经干燥后的红外光谱分析图；
图2为喷过本发明一种降解型蛋白基液体地膜的制备方法制备出的液体地膜与未喷液体地膜土壤的保水性能测试；
图3为本发明一种降解型蛋白基液体地膜的制备方法实施例2所制备出的液体地膜的降解实验。
具体实施方式
本发明一种降解型蛋白基液体地膜的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤1，分别取采用玉米秸秆碱法蒸煮后的黑液(氢氧化钾+蒽醌)与制革废弃牛毛1:1～5(按体积L/mL与质量kg/g比)加入反应容器中，再向反应容器中加入(相对于制革废弃牛毛质量的)12％～16％的KOH，加热反应30min～60min后，然后向反应容器中加入(相对于制革废弃牛毛质量的)10％～14％H2O2，在85～95℃下保温搅拌3～5h，停止加热，冷却，出料，制得角蛋白水解液；
步骤2，分别取角蛋白水解液10～50份、水10～50份(角蛋白水解液与水的份数按照体积比取)、丙三醇(相对于角蛋白水解液)0.2％～2％、N，N-亚甲基双丙烯酰胺0.04％～0.1％(相对于角蛋白水解液)、聚乙烯醇(相对于角蛋白水解液)4％～10％、聚丙烯酰胺(相对于角蛋白水解液)0.1％～0.5％加入反应容器中，在90℃～95℃的温度下搅拌0.5～2h，制得共混液；
步骤3，采用过磷酸钾水解液调节共混液的pH至共混液为中性，得到液体地膜。
实施例1
步骤1、分别取玉米秸秆碱法蒸煮黑液(氢氧化钾+蒽醌)、制革废弃牛毛1:1(按体积L/mL与质量kg/g比)于反应容器中，加热反应30min后，再向反应容器中分别加入相对于制革废弃牛毛质量12％的KOH、相对于制革废弃牛毛质量10％的H2O2，在85℃下保温搅拌3h，停止加热，冷却，出料，制得角蛋白水解液。
步骤2、分别取角蛋白水解液10份、水10份、相对于角蛋白水解液质量0.2％的丙三醇、相对于角蛋白水解液质量0.04％的N，N-亚甲基双丙烯酰胺、相对于角蛋白水解液质量4％的聚乙烯醇、相对于角蛋白水解液质量0.1％的聚丙烯酰胺加入反应容器中，在90℃的温度下搅拌0.5h，制得共混液。
步骤3、采用过磷酸钾水解液调节共混液的pH至共混液为中性，得到液体地膜。
实施例2
步骤1，分别取玉米秸秆碱法蒸煮黑液(氢氧化钾+蒽醌)、制革废弃牛毛1:5(按体积L/mL与质量kg/g比)于反应容器中，加热反应60min后，再向反应容器中分别加入相对于制革废弃牛毛质量16％的KOH、相对于制革废弃牛毛质量14％的H2O2，温度为95℃下保温搅拌5h，停止加热，冷却，出料，制得角蛋白水解液；
步骤2、分别取角蛋白水解液50份、水50份、相对于角蛋白水解液质量2％的丙三醇、相对于角蛋白水解液质量0.1％的N，N-亚甲基双丙烯酰胺、相对于角蛋白水解液质量10％的聚乙烯醇、相对于角蛋白水解液质量0.5％的聚丙烯酰胺加入反应容器中，在95℃温度下搅拌2h，制得共混液。
步骤3、采用过磷酸钾水解液调节共混液的pH至共混液为中性，得到液体地膜。
实施例3
步骤1、分别取玉米秸秆碱法蒸煮黑液(氢氧化钾+蒽醌)、制革废弃牛毛1:3(按体积L/mL与质量kg/g比)于反应容器中，加热反应40min后，再向反应容器中分别加入相对于制革废弃牛毛质量15％的KOH、相对于制革废弃牛毛质量12％的H2O2，在90℃温度下保温搅拌4h，停止加热，冷却，出料，制得角蛋白水解液。
步骤2、分别取角蛋白水解液20份、水20份、相对于角蛋白水解液质量0.8％的丙三醇、相对于角蛋白水解液质量0.03％的N，N-亚甲基双丙烯酰胺、相对于角蛋白水解液质量6％的聚乙烯醇、相对于角蛋白水解液质量0.3％的聚丙烯酰胺加入反应容器中，在93℃的温度下搅拌1h，制得共混液。
步骤3、采用过磷酸钾水解液调节共混液的pH至共混液为中性，得到液体地膜。
性能分析测试
如下表1为实例1～3制备的共混液倒入培养皿中，在自然条件下干燥、揭膜。浸水后溶胀率性能的测试。干燥的膜浸水后溶胀率可达280％左右，说明制得的液体地膜吸水性能极好，在实际应用中对农作物的生长发育能够起到非常好的促进作用。
表1
图1为实例2所制备的角蛋白水解液和制膜共混液经干燥后的红外光谱分析。木素的特征吸收峰分别为：1610cm-1和1514cm-1处为木素芳香核的特征吸收，1329cm-1处为紫丁香核的吸收带。1610cm-1和1514cm-1处分别是酰胺I谱带和酰胺Ⅱ谱带的强特征吸收。对水解液来说，羟基的吸收峰在3400cm-1左右的位置没有变化，但是比角蛋白和木素的峰变宽了，这说明在水解过程中木素与角蛋白之间形成了氢键。其次酰胺Ⅱ谱带中的吸收变弱，进一步说明牛毛在黑液中得到溶解。在共混液中，3268cm-1处的吸收峰是由氢键导致的羟基伸缩振动而引起的，且吸收峰变尖，向低波数移动，说明发生了接枝共聚反应，由于交联反应，1591cm-1和1396cm-1的吸收峰移动到1565cm-1和1313cm-1，1094cm-1处为PVA中C-O的伸缩振动，说明PVA聚合物成功互穿在PLMF的三维网络中。
图2为喷了本发明实施例2所制得的液体地膜与未喷液体地膜土壤的保水性能测试。未喷洒液体地膜的培养皿在实验进行的前两天便挥发了大量的水分挥发速率极快，而喷洒液体地膜的培养皿中水分挥发较少，挥发速率较慢，而且实验进行的后期培养皿中土壤仍然残留有少量水分。因此，可以发现制备的液体地膜的保水性能良好，在实际应用中，对土壤的保水持续时间较长，保水效果较好，可以有效地抗旱节水。
图3为实例2所制备的液体地膜的降解实验。根据STMG21-70规定，以微生物在膜片上生长的面积所占比例表示降解情况：0级为看不见微生物生长；1级为微生物微量生长(<10％)；2级为微生物轻度生长(10％～30％)；3级为微生物中度生长(30％～60％)；4级为微生物大量生长(60％或者全表面覆盖)。所制备的液体地膜是完全脱离化石资源，基于可再生的动植物资源的大分子聚合物，本身就具有完全降解的性能。而由图3可知，微生物菌落在一周内的生长情况达到了三级程度，即微生物中度生长。因此，可以推断，在一定的条件下，微生物能够在地膜的表面生长繁殖，从而侵蚀分解地膜，使喷洒在土壤表层的液体地膜在一定的时间内降解，实现绿色无污染的环保目标。
Claims (5)
1.一种降解型蛋白基液体地膜的制备方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
步骤1，制备角蛋白水解液；
步骤2，根据步骤1制备的角蛋白水解液制备共混液；
步骤3，将步骤2制得的共混液调节为中性，得到液体地膜。
2.根据权利要求1所述的一种降解型蛋白基液体地膜的制备方法，其特征在于：所述步骤1的具体过程为：分别取采用玉米秸秆碱法蒸煮后的黑液与制革废弃牛毛1:1～5加入反应容器中，再向反应容器中加入相对于制革废弃牛毛质量的12％～16％的KOH，加热反应30min～60min后，然后向反应容器中加入相对于制革废弃牛毛质量的10％～14％H2O2，在85～95℃下保温搅拌3～5h，停止加热，冷却，出料，制得角蛋白水解液。
3.根据权利要求2所述的一种降解型蛋白基液体地膜的制备方法，其特征在于：所述步骤1中的黑液是采用氢氧化钾和蒽醌对玉米秸秆进行蒸煮所得。
4.根据权利要求1所述的一种降解型蛋白基液体地膜的制备方法，其特征在于：所述步骤2的具体步骤为：分别取角蛋白水解液10～50份、水10～50份、相对于角蛋白水解液质量0.2％～2％的丙三醇、相对于角蛋白水解液质量0.04％～0.1％的N，N-亚甲基双丙烯酰胺、相对于角蛋白水解液质量4％～10％的聚乙烯醇、相对于角蛋白水解液质量0.1％～0.5％的聚丙烯酰胺加入反应容器中，在90℃～95℃的温度下搅拌0.5～2h，制得共混液。
5.根据权利要求1所述的一种降解型蛋白基液体地膜的制备方法，其特征在于：所述步骤3的具体过程为：采用过磷酸钾水解液调节共混液的pH至共混液为中性，得到液体地膜。
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