CN110878487A - 一种利用羧甲基纤维素制备耐水环保型麻地膜的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用羧甲基纤维素制备耐水环保型麻地膜的方法，所述麻地膜以麻纺厂废弃落麻纤维为原料，以CMC作为成膜剂、分散剂，采用混合抄造的方法制备环保型麻地膜，再经过酸化和热烘焙处理，并在膜表面作防水整理，即得。本发明所得麻地膜具有孔隙小、保熵性好、抗张强度各向同性的优点。

Description

一种利用羧甲基纤维素制备耐水环保型麻地膜的方法
技术领域
本发明属于功能性麻地膜的制备领域，特别涉及一种利用羧甲基纤维素制备耐水环保型麻地膜的方法。
背景技术
地膜覆盖技术发展迅速，对作物的生长、增产具有良好的促进作用。目前塑料地膜的使用量仍占较高比例，塑料地膜价格便宜，保温、防虫、增产效果明显，但塑料地膜不易被生物降解，残留在土壤里易造成严重的土壤板结、土壤生物量和土壤肥力损失，会影响作物的生长发育和产量。
近年来，针对塑料地膜不易降解的缺点，国内外出现了多种可降解地膜，主要有光降解地膜、生物降解地膜、光/生物双降解地膜、植物纤维地膜等，但都存在一定的缺陷。例如，光降解地膜受到外部环境影响大，埋于土壤中的部分难以被降解；生物降解地膜加工困难成本较高，难以大范围推广；植物纤维地膜耐水性差，有待改善。因此，一种低成本、易加工、具备一定耐水性的可降解型地膜是当前要开发的方向之一。
我国麻类资源丰富，麻纤维也在越来越多的领域加以应用，麻类纺织品的种类也不断增多，随之产生的废麻纤维也较多。利用麻纺废料制备可降解型麻地膜，有利于降低制造成本，推动麻类资源的可持续发展。
公开号为CN1559176A的发明专利“环保型麻地膜及其制造工艺”，采用梳理成网和气流成网二次成网，化学粘合固结而成，最后进行防水处理、轧光整理而成，短纤维无法使用该方法制备麻地膜。传统非织造法所制备的麻地膜孔隙较大，透气性好但保温性较差，纤维排列具有方向性，纵横向强力不同。且所用的粘合剂是聚醋酸乙烯酯，俗称白胶水，降解困难，而防水用有机氟涂层，在麻降解后的残留物质会对农作物、人体产生危害。
公开号为CN110004771A的发明专利“一种高湿强餐巾纸的制浆工艺”，采用长纤维和短纤维分开碎浆、磨浆，再配浆的制浆工艺，并在浆液中加入适量的打浆酶、液碱和湿强剂，制备一种高湿强的餐巾纸。这种湿法抄纸的制浆工艺，需要将长短纤维分级，再将其分开碎浆和磨浆，操作不便。且需加入打浆酶和液碱，虽然这能够改善磨浆性能，但也提高了成本。采用加入湿强剂来提高餐巾纸的湿强，所用的湿强剂是乙二醛聚丙烯酰胺树脂和聚胺环氧氯丙烷树脂(PAE)，两者配合使用可以达到较高的湿强度，但PAE固化后不易降解，有机氯含量高，不利于环保。
桂林理工大学发表了关于“CMC高强耐水纸张的制备及性能研究”的文章，采用乙酸对CMC预酸化，再溶解一定浓度的CMC溶液与滤纸混合制备均匀的浆液，成膜后通过高温处理的方法进一步改善CMC纸张的强度和耐水性。这种方法无需其他化学助剂就有效提高了纸张的耐水性，但先用乙酸溶解CMC粉末进行预酸化，再用乙醇沉淀、洗涤、抽滤和干燥，这个预酸化过程繁琐、操作不便，且有可能由于乙酸用量不足、洗涤不充分等原因，造成CMC粉末的损失和酸化效果不佳。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种利用羧甲基纤维素制备耐水环保型麻地膜的方法，克服现有技术操作过程繁琐、操作不便及效果不佳等缺陷，同时本发明利用CMC膜良好的致密性，改善麻地膜的保熵性，克服非织造麻地膜孔隙大、通透性高、保温性差和抗张强度各向异性的缺陷。并通过乙醇-盐酸溶液酸化处理和热烘焙方法，提高了亲水性纤维素膜的耐水性，使麻地膜具备一定的湿强。
本发明的一种麻地膜的制备方法，包括：
(1)落麻纤维、成膜剂、水混合，得到浆液；
(2)将上述浆液抄造涂布成膜，干燥，然后浸渍酸化溶液，干燥，热焙烘，防水整理，得到麻地膜。
上述制备方法的优选方式如下：
所述步骤(1)中落麻纤维是工厂纺织过程中产生的废料。
所述步骤(1)中落麻纤维为粉碎后的落麻纤维，粉碎时间20s～60s，粉碎后的落麻纤维长度1.4mm～10.0mm。
所述步骤(1)中成膜剂为羧甲基纤维素CMC，是一种亲水、可降解无污染的高分子聚合物，分子量大小为263.20。
所述步骤(1)中浆液中落麻纤维的浓度为20％～70％w/w；成膜剂的浓度为30％～80％w/w。
所述步骤(2)中抄造涂布成膜为在成膜板上抄造涂布成膜。
所述步骤(2)中酸化溶液为乙醇-盐酸混合溶液；其中混合溶液中盐酸浓度为0.5％～1.5％v/v，无水乙醇的浓度为10％～70％v/v。
所述步骤(2)中干燥温度均为55℃。
所述步骤(2)中热焙烘温度120℃～150℃，热烘焙时间为20min～50min。
所述步骤(2)中防水整理采用的防水剂为无氟碳氢化合物防水剂，浓度为35g/L～85g/L。
本发明提供一种所述方法制备的麻地膜。
本发明提供一种所述麻地膜的应用。
有益效果
(1)本发明所使用的原料是麻纺厂废弃落麻，成本低且符合资源循环利用的绿色可持续发展观；来源广泛，能够降低成本、实现麻类资源的循环再利用，又解决了塑料地膜难降解的问题；CMC作为成膜剂可以提高膜表面的致密性，有效解决非织造麻地膜孔隙大、保温性差的问题；采用酸化和热烘焙后处理工艺解决了湿法抄造纸基地膜的湿强低、耐水性差的问题；
(2)由于落麻纤维长度参差不齐，分级工序繁琐，且长纤维梳理成网、铺网所制备的非织造麻地膜孔隙大而保温性较差。本发明采用常用的成膜剂、分散剂CMC与统一粉碎的落麻纤维混合制浆抄造成膜，利用成膜剂CMC良好的致密性和均匀分散性，制备孔隙小、保熵性好、抗张强度各向同性的麻地膜；孔隙小由测试透气量、透湿率可知；保熵性是指保水性和保温性，分别由麻地膜的透气量和透湿率来体现；由于本发明制备麻地膜采用湿法抄造的方法，不具有类似非织造麻地膜梳理成网而纤维排列具有方向性的特点(以至于麻地膜纵横向抗张强度不同)；例如，实施例2中克重为50g/m2的CMC/黄麻地膜的纵向抗张强度为415N/m，横向抗张强度为408N/m，纵横向抗张强度相近，而按照文献(环保型麻地膜的试制)中工艺制备的相同克重的市售苎麻/棉地膜的纵向抗张强度为637N/m，横向抗张强度仅为259N/m，纵横向抗张强度相差较大。
(3)本发明采用浸渍酸化的方法，利用乙醇的脱水作用和盐酸的酸化作用，得到酸化麻地膜，再通过热烘焙手段，进而制备得到耐水环保型麻地膜，本发明通过大量试验，采用了先成膜后酸化的工艺。桂林理工大学在文献“CMC高强耐水纸张的制备及性能研究”中，采用先将CMC粉末预酸化再抄造成膜的工艺，研制的高强纸的湿强为12～14MPa。本发明的先成膜再酸化工艺只需涂布成膜和浸渍酸化工序，比上述先酸化再成膜工艺的流程更简短、操作更方便；而且，本发明还能显著提高麻地膜的湿强，例如，将11份CMC与9份黄麻纤维在400份水中混合成膜，再经过酸化处理，并在140℃温度下处理50min，所制备的CMC/黄麻地膜的湿强高达38.69MPa，而用相同原料按上述文献的先酸化再成膜的工艺制备的CMC/黄麻地膜，湿强仅为12.81MPa。由此可知，先成膜后酸化不仅能缩短流程，简单操作，还能够更加有效地提高麻地膜的湿强。
(4)本发明所使用的防水剂为碳氢化合物无氟防水剂，对环境无害，可降解，又可以使麻地膜表面具有良好的防水性能。
附图说明
图1为透湿杯及其附件。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
具体实施例中，原料麻纤维由湖南郴州湘南麻业有限公司提供；羧甲基纤维素(CMC)的分子量为263.20，粘度为300～800mPa·s，由国药集团化学试剂有限公司生产；所用防水剂为碳氢化合物无氟防水剂Techfit AP-FS，由华奥化工有限公司提供。
具体实施例中，抗张强度的测试标准为GB/T 3923.1-2013《纺织品织物拉伸性能第1部分断裂强力和断裂伸长率的测定(条样法)》，湿抗张强度测试：将干态试样在湿度为65％，温度为20℃的恒温恒湿室中预调湿24h，湿润试样放在20℃水中浸渍1h，取出用吸水纸吸走多余的水分，设置隔距长度为100mm，拉伸速度为100mm/min，预加张力为2N，试验次数3次，取平均值；干抗张强度的测试参数设置隔距长度为100mm，拉伸速度为100mm/min，预加张力为2N，试验次数3次，取平均值；透气量的测试标准为GB/T 5453-1997《纺织品织物透气性的测定》，测试面积为20cm2，压强为200Pa，试验次数10次，取平均值；透湿率的测试标准为GB/T 12704-1991《织物透湿量测定方法透湿杯法》，具体方法如下：取34mL蒸馏水加入透湿杯中，并将试样固定如图1所示的一定面积S的透湿杯上方，将试验组合体放入透湿仪中，测试温度设置为38℃，测试湿度为50％，1小时平衡后称量组合体的重量m，随后，再放入透湿仪中1小时后称重m1，由式(1)计算得透湿率(WVT)；
Figure BDA0002287165910000041
实施例1
采用羧甲基纤维素(CMC)作为成膜剂制备耐水环保型麻地膜的方法如下：
将麻纺厂落麻纤维粉碎30s，得到纤维长度约为5.7mm的碎纤维；将4份CMC与1份落麻纤维在100份水中均匀混合，在成膜板上抄造涂布成膜，制备出1mm厚度的湿膜，并在55℃干燥区干燥；将干膜置于乙醇浓度为50％(v/v)、盐酸浓度为0.5％(v/v)的乙醇-盐酸溶液中浸渍酸化，并在55℃干燥区干燥得到酸化膜；再将酸化膜置于140℃烘焙装置中处理35min，得到耐水麻地膜；最后将浓度为35g/L的Techfit AP-FS防水剂喷涂于地膜表面，得到成品地膜。
耐水麻地膜的克重为34g/m2，纵向干态抗张强度为579N/m，横向为553N/m，纵向湿抗张强度为98N/m，横向为107N/m，透气量为2.81mm/s，透湿率为121.673g/(m2·h)。
实施例2
将麻纺厂落麻纤维粉碎20s，得到纤维长度约为7.2mm的碎纤维；将3份CMC与7份落麻纤维在200份水中均匀混合，在成膜板上抄造涂布成膜，制备出3mm厚度的湿膜，并在55℃干燥区干燥；将干膜置于乙醇浓度为10％(v/v)、盐酸浓度为1％(v/v)的乙醇-盐酸溶液中浸渍酸化，并在55℃干燥区干燥得到酸化膜；再将酸化膜置于150℃烘焙装置中处理10min，得到耐水麻地膜；最后将浓度为85g/L的Techfit AP-FS防水剂喷涂于地膜表面，得到成品地膜。
耐水麻地膜的克重为50g/m2，纵向干态抗张强度为415N/m，横向为408N/m，纵向湿抗张强度为142N/m，横向为144N/m，透气量为10.45mm/s，透湿率为166.440g/(m2·h)。
实施例3
将麻纺厂的落麻纤维粉碎60s，得到纤维长度约为1.4mm的碎纤维；将11份CMC与9份落麻纤维在400份水中均匀混合，在成膜板上抄造涂布成膜，制备出2mm厚度的湿膜，并在55℃干燥区干燥；将干膜置于乙醇浓度为70％(v/v)、盐酸浓度为1.5％(v/v)的乙醇-盐酸溶液中浸渍酸化，并在55℃干燥区干燥得到酸化膜；再将酸化膜置于120℃烘焙装置中处理50min，得到耐水麻地膜；最后将浓度为55g/L的Techfit AP-FS防水剂喷涂于地膜表面，得到成品地膜。
耐水麻地膜的克重为37g/m2，纵向干态抗张强度为490N/m，横向为473N/m，纵向湿抗张强度为147N/m，横向为142N/m，透气量为2.82mm/s，透湿率为132.391g/(m2·h)。
对比例1
为了说明浸渍酸化和热烘焙处理能够有效改善成品麻地膜的耐水性，提高湿强，采用羧甲基纤维素(CMC)作为成膜剂制备环保型麻地膜，但不经过浸渍酸化和热烘焙处理，测试成品麻地膜的克重、抗张强度、透气量和透湿率，并与实施例3对比。
其制备方法如下：将麻纺厂落麻纤维粉碎60s，得到纤维长度约为1.4mm的碎纤维；将11份CMC与9份落麻纤维在400份水中均匀混合，在成膜板上抄造涂布成膜，制备出2mm厚度的湿膜，并在55℃干燥区干燥，得到成品麻地膜。
成品麻地膜的克重为39g/m2，纵向干态抗张强度为1120N/m，横向为1123N/m，透气量为2.18mm/s，透湿率为231.241g/(m2·h)，由于未经酸化和热烘焙处理的麻地膜耐水性差，湿强太小而无法测量。
对比例2
将麻纺厂的落麻纤维粉碎30s，得到纤维长度约为5.7mm的碎纤维；将11份CMC与9份落麻纤维在400份水中均匀混合，在成膜板上抄造涂布成膜，制备出2mm厚度的湿膜，并在55℃干燥区干燥；将干膜置于乙醇浓度为50％(v/v)、盐酸浓度为1％(v/v)的乙醇-盐酸溶液中浸渍酸化，并在55℃干燥区干燥得到酸化膜；再将酸化膜置于140℃烘焙装置中处理50min，得到耐水麻地膜；最后将浓度为45g/L的Techfit AP-FS防水剂喷涂于地膜表面，得到成品地膜，所制备的CMC/黄麻地膜的湿强高达38.69MPa。
而用相同原料按上述文献(CMC高强耐水纸张的制备及性能研究)的先酸化再成膜的工艺制备的CMC/黄麻地膜，具体过程为：将CMC加水溶解，用1％(v/v)盐酸进行酸化后，经过50％(v/v)乙醇沉淀、洗涤、抽滤，在80℃下干燥得到酸化CMC；再将麻纺厂的落麻纤维粉碎30s，得到纤维长度约为5.7mm的碎纤维；将11份酸化CMC与9份落麻纤维在400份水中均匀混合，在成膜板上抄造涂布成膜，制备出2mm厚度的湿膜，并在55℃干燥区干燥；然后将膜置于140℃烘焙装置中处理50min；最后将浓度为45g/L的Techfit AP-FS防水剂喷涂于地膜表面，得到成品地膜，湿强仅为12.81MPa。
由此可知，先成膜后酸化不仅能缩短流程，简单操作，还能够更加有效地提高麻地膜的湿强。注：这里的湿强是指湿抗张强度，由于文献(CMC高强耐水纸张的制备及性能研究)中所用的单位为MPa，为了便于两者比较，故进行单位换算。强度是指在单位横截面积S上所受到的强力F，抗张强度是指在单位宽度A上受到的强力。因此，断裂强度单位换算时需要测试横截面的厚度D，即试样测试宽度A与厚度D的乘积为横截面积S。

Claims (10)

1.一种麻地膜的制备方法，包括：
(1)落麻纤维、成膜剂、水混合，得到浆液；
(2)将上述浆液抄造涂布成膜，干燥，然后浸渍酸化溶液，干燥，热焙烘，防水整理，得到麻地膜。
2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中落麻纤维为粉碎后的落麻纤维，粉碎时间20s～60s，粉碎后的落麻纤维长度1.4mm～10.0mm。
3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中成膜剂为羧甲基纤维素CMC。
4.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中浆液中落麻纤维的浓度为20％～70％w/w；成膜剂的浓度为30％～80％w/w。
5.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中酸化溶液为乙醇-盐酸混合溶液；其中混合溶液中盐酸浓度为0.5％～1.5％v/v，无水乙醇的浓度为10％～70％v/v。
6.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中干燥温度均为55℃。
7.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中热焙烘温度120℃～150℃，热烘焙时间为20min～50min。
8.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中防水整理采用的防水剂为无氟碳氢化合物防水剂，浓度为35g/L～85g/L。
9.一种权利要求1所述方法制备的麻地膜。
10.一种权利要求9所述麻地膜的应用。
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