CN111269517A - 保水型液态地膜及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

一种喷施后能在物体表面形成一层疏水薄膜的液态地膜的制备方法及应用。该液体地膜由按重量份为1～35份的聚合物乳液和0.1～2份的成膜佐剂等功能助剂制成。其中，所含聚合物的玻璃化温度在‑50℃～+50℃，乳液粒径分布为50纳米～600纳米。本发明提供的液态地膜，喷洒后能在物体(如：土壤、沙地、路面等)表面快速形成与现有地膜一样疏水(具有大于90℃的接触角)、不透水、能够阻断物体水分挥发的薄膜，起到保水保湿、保温作用，用于农业生产等应用。

Description

保水型液态地膜及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种乳液，尤其涉及以疏水性高分子或低分子量齐聚物乳液为主的液体组合物，喷洒于土壤等表面后能形成致密的疏水性薄膜、阻断水分的挥发，起到保水保温的作用。该液体地膜使用后不形成大块状薄膜碎片，避免了常用农膜的污染问题。

背景技术

农用地膜是覆盖在土壤上面的一层薄膜，能够阻断土壤中水分挥发从而发挥保水保墒的作用，这对干旱地区农业生产尤为重要，成为现代农业不可或缺的生产资料。但是，目前大量广泛使用的地膜是由不可降解的乙烯基高分子塑料制造，在自然环境中难以分解。这些塑料薄膜由于机械强度低，使用后容易碎片化、难以回收，飘散的碎片有可能污染农产品(如：棉花)，影响产品的质量。尤其是塑料薄膜在连年使用后大量地残留在土壤中破坏了土壤结构，也造成了严重的环境问题——“白色污染”。因此，农业生产中不可降解塑料地膜的残留、污染等问题急需得到治理。

目前，在传统的塑料薄膜领域大力提倡采用聚乳酸等聚酯材料取代乙烯基难降解材料，但是这项技术需要克服聚酯材料生产成本高(聚酯分子需要达到满足挤出、拉伸的分子量)、成膜难以及降解不均匀等瓶颈。

近些年，直接将一些材料喷洒在土壤表面形成一层膜，即液体地膜技术，来满足传统农膜保墒、保温的属性特征，解决传统地膜残留碎片等环境问题。同时，液体地膜可将作物所需要的除草剂掺混到液膜中一起喷施，比人工覆膜大大降低劳动强度，提高劳动效率；喷施后，作物可以自然出苗，不需要人工引苗放苗，节省劳动力，且对地形地貌适应能力强。

文献CN1232857A、CN1415698A和CN101255275A等均公开了一种沥青为原料生产的液态地膜。由于含有大量沥青，该液体地膜使用后会造成二次污染，而且沥青成本高，难以推广。其次，对应的液膜产品遇硬水容易乳化使得喷施工作性能和成膜性能降低。

文献CN1332198A公开了一种多功能水解地膜液的配制，其组成为聚乙烯醇、聚丙烯酸、羟丙基淀粉、山梨醇、乙二醇和硬脂酸镁等。但是，该液膜的主要组成为亲水性的高分子，所形成的膜为亲水性，因此水分可透过该亲水膜而挥发，保水性能差；而且液膜配制工序繁琐，涉及到6个温区的加热过程，使得生产效率低且成本比较高。

文献CN1445275A公开了一种基于聚乙烯醇改性物的液态地膜的制备方法，采用聚乙烯醇、羧甲基纤维素和醋酸乙烯酯等在水存在下反应制备喷洒后可固结成膜的液体混合物的制备。该物质具有一定的成膜性，因其成膜成分中亲水基较多，导致耐水能力较差，且需要用戊二醛交联，工序繁多且成本高。文献CN1459471A和CN101007903A提出的可降解黑色液态地膜，是一种基于腐植酸为膜材生产的可降解液态地膜。腐植酸具有很好的亲水性，因此形成的地膜保水性能差，且存在成膜性能以及膜的强度不够，雨水冲刷容易破裂。文献CN1935878A公开了由聚乙烯醇、丙烯酸、淀粉的混合溶液组成的一种多功能可降解地膜。该液体地膜采用所用高分子材料分子都是亲水性的，使得所形成地膜的透水而保水性能差。

文献CN1021154016A公开了一种液体地膜及其生产和成膜方法。液膜原料由聚乙烯醇、发泡剂、成膜剂、醋酸乙烯、木质素、苯甲酸钠、骨胶、纤维素钠等组成，其主要成分为亲水的聚乙烯醇，也存在保水性能差的缺点。

文献CN102477304A和CN101343383A均提到采用天然高分子材料：淀粉、壳聚糖、纤维素(羧甲基纤维素钠等)作为可降解材料来制备液体地膜，但是这些天然高分子含有大量极性基团(羟基、羧基)，具有很强的亲水性甚至具有水溶性，因此所形成的薄膜不能发挥阻水保墒特性；同时，这些天然高分子材料昂贵、成膜性差，而采取接枝改性、添加成膜佐剂等方法又使得生产成本增加。

分析已有的液体地膜配方组成可以看到，它们的主要成膜材料为天然糖基高分子、聚乙烯醇等亲水性材料，所形成膜具有亲水性，因此，土壤中的水分子到达这种亲水膜后会被其吸收，然后在膜上层挥发掉，因此不能很好地发挥保水作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液态地膜，以疏水性高分子或低分子量齐聚物为主要组分，施用于土壤等物质表面后形成疏水薄膜，达到保水和保温的效果。

本发明的又一个目的在于提供一种液态地膜，在固沙造林、盐碱地改良、植树种草、保持水土、道路护坡等方面的应用。

本发明的又一个目的在于提供一种液态地膜的制备方法。

本发明提供的一种液态地膜，按重量份，其组成包括1～35聚合物乳液和0.1～2成膜佐剂、1～5份成膜补强填料及少量助剂。喷洒后能在物体表面形成接触角大于90°的疏水膜。

聚合物乳液是含有直接聚合准备或者组装制备而得到的聚合物乳胶颗粒的液体。本发明中聚合物乳液的乳胶颗粒具有50纳米～600纳米的粒径，优先选择粒径为90纳米～200纳米的乳液。

为具有良好的成膜性能，乳胶颗粒所含聚合物的玻璃化温度在-50℃～+50℃之间，如：但不限于聚丙烯酸酯、聚醋酸乙烯酯和醋酸乙烯酯-乙烯共聚物等，这些聚合物单独或组合应用于本发明，数均分子量(Mn)为5,000～500,000的疏水性高分子或低分子量齐聚物。

成膜佐剂用于促进高分子乳液形成膜状物，如：但不仅限于聚乙烯醇，分子量为2,000～150,000等。成膜佐剂也通过降低聚合物的玻璃化温度来促进聚合物的成膜，该类佐剂如：但不限于十二碳醇酯和乙二醇丁醚等。这些物料单独或组合应用于本发明。

本发明提供的液态地膜，还包括1～5重量份的成膜补强填料，如：但不限于浓度为20wt％～50wt％水玻璃、滑石粉、碳酸钙和高岭土等，这些物料单独或组合应用于本发明。

根据液态地膜所以用土壤的需求，还可能需要加入0.01～0.5重量份稳定剂、0.01～0.5重量份保护剂、0.01～0.5重量份消泡剂、0.01～0.5重量份增色剂和0.01～0.5重量份理化调节剂等一种或几种。

稳定剂如：但不仅限于包括离子型表面活性剂(如：十二烷基磺酸钠和十二烷基硫酸钠等)及非离子表面活性剂(如：烷基酚聚氧乙烯基醚OP)等常用的一种或几种。

保护剂如：但不限于水性膨润土、抗氧化剂、抗菌剂和水解抑制剂等，这些物料单独或组合应用于本发明。

增色剂如：但不仅限于炭黑、纳米木粉和黄腐酸钾等有色填料，这些物料单独或组合应用于本发明。

理化调节剂如：但不限于用于pH调节的盐酸、氢氧化钠和氢氧化钾等，以及(改性)纤维素醚和(改性)淀粉醚等，这些物料单独或组合应用于本发明。

消泡剂如：但不限于乳化硅油、聚二甲硅氧烷和聚氧乙烯甘油醚等，这些物料单独或组合应用于本发明。

根据液态地膜所以用土壤的需求，还使用0～5重量份生化添加剂，如：但不限于与液体地膜体系相容的植物生长促进剂(化肥、微肥、生长调节剂)、除草剂和杀虫剂等，这些物料单独或组合应用于本发明。

根据施用物体的具体情况，将本发明提供的乳液、成膜佐剂、成膜补强填料、稳定剂、增色剂、理化调节剂、消泡剂，以及生化添加剂加入溶剂(如：水)中混合搅拌即得。一种制取本发明液态地膜的方法，包括：

先向盛放溶剂的容器内，加入乳液，并搅拌；

然后，添加成膜佐剂，并搅拌；

最后，加入补强填充材料、稳定剂、增色剂、理化调节剂和消泡剂等一种或几种，并搅拌而得。

根据施用物体(如：土壤种植的农作物)的具体情况，向制取的液态地膜中酌情添加生化添加剂，比如：在施用前加入，通过农用喷雾器或机械喷施设备(如：洒水车)或直升机等喷洒于物体(如：土壤)上。

本发明液态地膜应用领域广泛，除应用于农业生产外，还可以在如：但不限于固沙造林、盐碱地改良、植树种草、保持水土、道路护坡和矿业防尘等生态防护领域发挥其独特作用。

本发明液体地膜还便于和化肥、微肥、生长调节剂、杀虫剂、除草剂等一并施用，以赋予液体地膜多功能，避免重复劳动，节省人工。

本发明技术方案实现的有益效果：

本发明利用疏水性聚合物的纳米乳液和成膜佐剂(降低硬质乳液的成膜温度和利于液体地膜的生物降解)开发出具有保水功能的液体地膜。其主要特点是喷洒后能在物体(如：但不限于土壤、沙地、路面等)表面快速形成与现有地膜一样不透水、能够阻断物体水分挥发的膜，起到保水保湿、保温作用。

通过对液膜材料用量、纳米乳液粒径的调控生产出的液体地膜，相较于已有液体地膜，具有优良的户外成膜性能、阻水性能以及喷施工作性能。土壤试验发现本发明液态地膜具备以下特点：

1)喷施性能好，能满足常见器械(如：喷雾器、洒水车等)流畅作业，不存在堵塞喷头、喷施不连续等现象；

5)喷施后迅速在土壤表面形成胶结薄膜，将土粒联结成理想的团聚体，降低土壤容重，增大土壤孔隙度，防止土壤雨后板结。

2)基于纳米乳液成膜技术，该液态地膜均匀，具有弹性；

3)施用液态地膜后，显著增加农田土壤的含水量，能够长效保水，阻止土壤水分蒸发。如：遇降雨，由于阻水作用，液态地膜能够有效抑制雨水在土壤中的下渗，防止农肥的淋溶损失；

4)在防止土壤降温方面表现较为显著，能够提高土壤温度约0.5℃～3℃；

6)液体地膜材料能够自行分解，在工作期内保持保水增温的作用，后期自行分，不会形成类似于塑料碎屑一样的土壤污染物。

7)本发明液态地膜经动物毒性试验表明为无毒产品，对植物、动物和人体无毒副作用，对环境也无任何危害。

附图说明

图1为应用于本发明液态地膜的乳液的粒径分布图；

图2为本发明液态地膜施用于物体后的防水情况比对拍摄图；其中，PVA系现有技术所成膜，VAE-707膜系本发明液态地膜所成膜；

图3为本发明液态地膜接触角对比试验拍摄图；其中，左图为本发明液态地膜接触角94°，右图为现有技术液体地膜接触角56°；

图4为本发明液态地膜改善土壤阻水和团粒结构对比试验拍摄图；其中，空白组表示未使用本发明液态地膜的土壤状态，液膜组表示使用本发明液态地膜的土壤状态；

图5为本发明液态地膜对促进作物(棉花)早发的对比试验统计图；其中，空白组表示未使用本发明液态地膜的土壤上的出苗数量，液膜组表示使用本发明液态地膜的土壤上的出苗数量；

图6为本发明液态地膜对保持土壤水分的对比试验统计图；其中，空白组表示未使用本发明液态地膜的土壤湿度，液膜组表示使用本发明液态地膜的土壤湿度；

图7为本发明液态地膜对保持土壤温度的对比试验统计图；其中，空白组表示未使用本发明液态地膜的土壤温度，液膜组表示使用本发明液态地膜的土壤温度；

图8为本发明液态地膜作为抑尘剂用于露天煤场抑尘试验现场拍摄图。

具体实施方式

以下结合附图详细描述本发明的技术方案。本发明实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

实施例1液体地膜的制取

按照如下表1至5所列的组分和用量制备液态地膜，组合物以1000重量份计，余量为溶剂水。其中，高分子纳米乳液具有粒径为50纳米～600纳米的乳胶颗粒(参见图1)，固含量为50w/w％。依次将物料投料于搅拌装置中，制取液态地膜。着重考察了液态地膜的喷施工作性能、成膜效果，并在黄黏土、沙质土大田中进行田间试验(作物为小白菜、棉花等)；也在江苏镇江、安徽芜湖/淮南港口煤场、矿山做了煤区抑尘试验。

表1液态地膜F1配方组成

物料	用量(重量份)
		聚丙烯酸酯乳液	40
聚乙烯醇	3
		纤维素醚	2
淀粉醚	1
		水玻璃(40％)	30
水性炭黑	0.5
		消泡剂	0.2
水	余量

表2液态地膜F2配方组成

表3液态地膜F3配方组成

物料	用量(重量份)
		聚丙烯酸酯乳液	30
低分子量聚乳酸	10
		淀粉醚	2
水玻璃(40％)	25
		水性炭黑	0.5
消泡剂	0.2
		水	余量

表4液态地膜F4配方组成

物料	用量(重量份)
		聚丙烯酸酯乳液	40
低分子量聚己内酯	8
		淀粉醚	2
水玻璃(40％)	25
		水性炭黑	0.5
消泡剂	0.2
		水	余量

表5液态地膜F5配方组成

以普通滤纸为基底，喷洒普通聚乙烯醇(PVA)液体地膜、以及本实施例的液态地膜。在形成的干膜上滴加水，可以发现聚乙烯醇(PVA)液体地膜由于材料的亲水性使得水珠很快渗透贯穿液膜，而本实施例的液态地膜在施以水后的5分钟才发生，表明具有较好的阻水功能，详见图2。

通过接触角实验来定量比较现有技术的液体地膜与本实施例的液态地膜的耐水性能情况(一般，接触角＜90°表明材料亲水；接触角＞90°表明材料疏水)。如图3左侧所示，本实施例液态地膜接触角94°，表明具有疏水特性，图3右侧为现有技术液体地膜接触角56°，表明具有亲水特性。

将本实施例的液态地膜施用于土壤，通过观察雨前/后的地表土壤结构性状。如图4所示，空白组表示未使用本实施例液态地膜的土壤状态，液膜组表示使用本实施例液态地膜的土壤状态。通过对比可以发现，喷施本实施例液态地膜起到阻水作用，土表和土里团粒结构明显，比较疏松透气；而未使用本实施例液态地膜的土表表现得干燥板结，不利于农作物生长。

统计本实施例液态地膜对棉花植株出苗情况的改善，空白组为未使用本发明液态地膜的土壤，埋种87株，液膜组表示使用本发明液态地膜的土壤，埋种93株。图5为本发明液态地膜对促进作物(棉花)早发的对比试验统计图，如图5所示，在使用本实施例液态地膜最初的4天内，液膜组的出苗数量显著高于空白组的出苗数量约50％以上，具有促进作物生长的作用。

在户外露天状态下，连续晴朗天气，将本实施例液态地膜对改善土壤湿度情况进行测试，记录一周土壤湿度情况(土壤深度为7厘米，各组取多个测试点，数据整理为“平均值±标准差”)。参见图6空白组表示未使用本发明液态地膜的土壤湿度，液膜组表示使用本发明液态地膜的土壤湿度，随着测试时间的增加，使用本实施例液态地膜的土壤湿度与未使用本实施例液态地膜的土壤湿度的差值不断扩大，在第6天时(即观察第7天)湿度相差约为80％，本实施例液态地膜对土壤具有显著的保湿作用。

考察施用本实施例液态地膜的土壤在一周内的温度变化情况(土壤深度为7厘米，各组取多个测试点，数据整理为“平均值±标准差”)。如图7所示，空白组表示未使用本实施例液态地膜的土壤温度，液膜组表示使用本实施例液态地膜的土壤温度。使用本实施例液态地膜的土壤温度与未使用本实施例液态地膜的土壤温度的差值不断扩大，自第2天时(即观察第3天)土壤温度均有提高，本实施例液态地膜对土壤具有显著的保温作用。

考察本实施例液态地膜对抑制煤场抑尘中的作用。如图8所示，本实施例液态地膜作为抑尘剂用于露天煤场抑尘试验，较小的煤粉颗粒组成较大的团粒，显著抑制了粉煤起尘。

Claims (12)

1.一种液态地膜，喷洒后能在物体表面形成与水的接触角大于90°的疏水薄膜。

2.根据权利要求1所述的液态地膜，其特征在于，按重量份，其组成包括1～35份聚合物乳液和0.1～2份成膜佐剂、1～5份成膜补强填料及少量助剂；所述乳液含有的聚合物乳胶颗粒的粒径分布为50纳米～600纳米。

3.根据权利要求2所述的液态地膜，其特征在于所述的聚合物为数均分子量为5,000～500,000的疏水性的高分子或低分子量齐聚物的一种或多种的组合。

4.根据权利要求3所述的液态地膜，所述的聚合物优选为数均分子量为5,000～500,000的聚丙烯酸酯、聚醋酸乙烯酯，醋酸乙烯酯-乙烯共聚物。

5.根据权利要求3所述的液态地膜，其特征在于所述的聚合物的玻璃化温度在-50℃～+50℃之间。

6.根据权利要求2所述的液态地膜，其特征在于所述的成膜佐剂为分子量2,000～150,000聚乙烯醇。

7.根据权利要求2所述的液态地膜，其特征在于所述的成膜佐剂也可以为能够降低聚合物玻璃化稳定的小分子化合物，包括十二碳醇酯和乙二醇丁醚之一种或几种。

8.根据权利要求2所述的液态地膜，其特征在于所述的成膜补强填料选自于20wt％～50wt％水玻璃、滑石粉、碳酸钙、高岭土等无机填料之一种或几种。

9.根据权利要求2所述的液态地膜，其特征在于所加助剂包括0.01～0.5重量份稳定剂、0.01～0.5重量份保护剂、0.01～0.5重量份消泡剂、0.01～0.5重量份增色剂和0.01～0.5重量份理化调节剂等一种或几种。

10.根据权利要求1～9之一所述的液态地膜在农业生产中的应用，提高土壤的保水、保温和植株的出苗率。

11.根据权利要求1～9之一所述的液态地膜可以在固沙造林、盐碱地改良、植树种草、保持水土、道路护坡等方面应用。

12.根据权利要求1～9之一所述的液态地膜可以和化肥、微肥、生长调节剂、杀虫剂、除草剂之一种或几种一并施用。

Images