CN112876793B

CN112876793B - 一种复合液膜剂及其制备方法与应用

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Publication number: CN112876793B
Application number: CN202110231508.2A
Authority: CN
Inventors: 蒋建新; 韩明会; 唐蒙; 朱莉伟
Original assignee: Beijing Forestry University
Current assignee: Beijing Forestry University
Priority date: 2021-03-02
Filing date: 2021-03-02
Publication date: 2022-08-12
Anticipated expiration: 2041-03-02
Also published as: CN112876793A

Abstract

本发明涉及一种液体覆盖材料，尤其涉及一种复合液膜剂及其制备方法与应用。所述复合液膜剂由包含如下重量份的原料制成：罗望子复合粉0.5～5份、粘结剂0.1～2份、表面活性剂0.1～2份、塑化剂0.1～2份；其中，所述罗望子复合粉由质量比为1～3：0.1～2的罗望子种仁粉和碳化种皮粉组成；所述碳化种皮粉由罗望子种皮粉经碳化处理制得。将所述复合液膜剂喷洒于土壤表面获得农业用复合多糖液膜，该液膜不仅具备常规石油基塑料地膜的所有优点，还具备环境友好性，可完全降解；此外，该液膜还可促进土壤聚集、改善土壤结构，可降低光合有效辐射以抑制杂草生长，具备抑菌作用，可保水保温，促进幼苗生长。

Description

一种复合液膜剂及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及一种液体覆盖材料，尤其涉及一种复合液膜剂及其制备方法与应用。

背景技术

塑料制品一般是由化石原料制成的，如聚苯乙烯、聚乙烯和聚丙烯等，目前使用最广泛的是用低密度聚乙烯(LDPE)制成的塑料薄膜。由于塑料薄膜不透水，因此可以有效减少土壤水分的流失，这一特性使其广泛应用于农业种植中，如覆盖土壤的薄膜和育苗盆等。但塑料的大量使用导致了大量塑料废物的产生，而全世界每年至少使用100万吨塑料薄膜用于农业覆盖，也就是说，塑料地膜的大规模使用给环境带来巨大负担；其中，石油基塑料地膜的广泛使用所带来的环境问题尤其引起了人们的关注。比如，在种植结束后，难以降解的地膜会污染土壤，且它们的回收和清洁过于费时费力，这对农民来说是不可承受的成本；此外，甚至还有大量农业用覆盖地膜被焚烧，随后释放出有毒物质，积累在大气和土壤中。由此可见，塑料地膜对环境造成了巨大的影响，对人体健康产生了严重的危害。

为了克服石油基塑料地膜对环境的有害影响，研究人员已经把研发重点放在了基于可再生聚合物的可生物降解材料上，目前市面上大部分可降解的地膜都是利用热塑性加工技术制备的淀粉基薄膜，然而，淀粉基薄膜的保水性较差，容易造成土壤水分的流失。

近几年来，一种新型农业用覆盖物形成方法—喷雾法已经引起研究人员的关注，即以天然高分子为基础的水溶液，如多糖基水溶液，喷洒在土壤上，水溶剂蒸发后即可形成保护性的地膜覆盖；然而，该地膜的机械强度、弹性和遮盖效果较差。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明针对上述技术缺陷，提出了一种复合液膜剂，将该复合液膜剂均匀喷洒于土壤表面静置后成膜，可代替塑料地膜。

本发明的第一个目的在于提出一种复合液膜剂，所述复合液膜剂由包含如下重量份的原料制成：罗望子复合粉0.5～5份、粘结剂0.1～2份、表面活性剂0.1～2份、塑化剂0.1～2份；

其中，所述罗望子复合粉由质量比为1～3∶0.1～2的罗望子种仁粉和碳化种皮粉组成；所述碳化种皮粉由罗望子种皮粉经碳化处理制得。

本发明意外发现，将罗望子种仁粉和碳化后的罗望子种皮粉按照特定比例混合后再与其他添加剂复配，制得的复合液膜剂喷涂在土壤上时，自然成膜，该膜不仅具有传统塑料地膜所具备的锁水保温作用，还可显著降低光合有效辐射，同时还具有良好的土壤/沙土促聚集作用。

现有技术中，多采用炭黑为填充物以提高干燥后形成的膜的机械强度和遮盖效果；而本发明发现，选用经碳化处理的罗望子种皮粉(即碳化种皮粉)替代炭黑，在与其他原料复配后，不仅具备炭黑所具备的效果，还可以显著降低光合有效辐射(PAR)，进而抑制杂草生长；而当所述碳化处理在250～350℃下进行1.5～3h时，所得碳化种皮粉的效果最佳。

为了进一步提高复合液膜剂的各方面功能，本发明还对粘结剂、表面活性剂、塑化剂的具体选择进行了探究，具体如下：

作为优选，所述粘结剂为聚乙烯醇；

作为优选，所述表面活性剂为油茶皂苷；

作为优选，所述塑化剂为甘油。

本发明中，当粘结剂、表面活性剂、塑化剂选择如上时，所得复合液膜剂具有更加优异的流变性、成膜性和疏水性，且具有更加优异的土壤促聚集效果，可改善土壤结构并促进土壤健康。

作为优选，所述原料还包括水；按g/mL计，其他原料：水＝3～4：100；当复合液膜剂的含水量在上述范围内时，更加有利于均匀成膜。

作为本发明的较佳技术方案，所述复合液膜剂由包含如下重量份的原料制成：罗望子种仁粉1～2份、碳化种皮粉0.2～1份、聚乙烯醇0.5～1份、油茶皂苷0.5～1份、甘油0.5～1份；

其中，所述原料还包括水；按g/mL计，其他原料：水＝3～4：100。

作为上述技术方案的优选，所述罗望子种仁粉中木葡聚糖含量为64～65％、蛋白质含量为17～18％、油脂含量为6～7％、酸不溶物含量为1～2％。

本发明还发现，当罗望子种仁粉中的木葡聚糖、蛋白质、油脂、酸不溶物含量在上述范围内时，效果更佳。具体而言，木葡聚糖的流变性和成膜性较佳，且木葡聚糖还具有卓越的土壤促聚集效果；蛋白质正是理想的土壤天然氮元素来源；油脂一定程度上可增加液膜的疏水性。

如此，本发明通过筛选得到全新的复合液膜剂原料配方，所得液膜集多重优点，如：不仅可显著提高幼苗发芽率，还表现出比除草剂更有效抑制杂草的功能等。

另外，罗望子资源丰富、价廉易得，本发明实现了罗望子种子的高值化全组分利用，拓宽罗望子种子的应用范围，切实为农业覆盖物提供更优的选择。

本发明的第二个目的在于提出上述复合液膜剂的制备方法，包括：将罗望子种仁粉、碳化种皮粉、聚乙烯醇、油茶皂苷、甘油溶解于水中。

作为优选，所述溶解在70～90℃下进行0.5～1.5h。

本发明的第三个目的在于提出上述复合液膜剂在农业种植中的应用。

本发明的第四个目的在于提出一种复合液膜剂的使用方法，包括：将所述的复合液膜剂均匀喷洒于土壤表面，静置成膜。

作为优选，所述复合液膜剂的喷洒量为每平方米1.5～3.0L；采用上述用量使用复合液膜剂，有利于形成具有适宜水蒸气透过率的液膜，且种子发芽生长无明显阻力。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明以罗望子种仁粉为主体成分，复配表面活性剂油茶皂苷、塑化剂甘油、粘合剂聚乙烯醇和碳化种皮粉，所得复合液膜剂喷洒于土壤表面获得农业用复合多糖液膜，该液膜不仅具备常规石油基塑料地膜的所有优点，还具备环境友好性，可完全降解；此外，该液膜还具备以下优点：①可促进土壤聚集，改善土壤结构；②液膜本身即是土壤的天然肥料；③可降低光合有效辐射以抑制杂草生长；④具备抑菌作用；⑤保水保温，促进幼苗生长；⑥喷施易操作，减少劳力；⑦成本低廉。

(2)本发明所述复合液膜剂的制备工艺简单，能耗低。

(3)充分利用罗望子资源，实现罗望子种子的高值化全组分利用。

附图说明

图1为本发明中复合液膜剂的制备工艺流程图。

图2为实施例1、对比例1的复合液膜剂所制得膜的扫描电子显微图；其中，(a)为对比例1的复合液膜剂所制得膜的扫描电子显微图，(b)为实施例1的复合液膜剂所制得膜的扫描电子显微图。

图3为实施例1、对比例1的复合液膜剂所制得膜的实物图；其中，(a)为对比例1的复合液膜剂所制得膜的实物图，(b)为实施例1的复合液膜剂所制得膜的实物图。

图4为实施例1的复合液膜剂所制得膜的保水性测定曲线图。

图5为SEM图，其中，(a)为实施例1的复合液膜剂与沙土混合后的SEM图，(b)为水与沙土混合后的SEM图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。

实施例1

本实施例提供一种复合液膜剂，由包含如下重量份的原料制成：罗望子种仁粉2g、碳化种皮粉0.2g、聚乙烯醇0.5g、油茶皂苷0.5g、甘油0.5g；

其中，所述罗望子种仁粉中木葡聚糖含量为64.9％、蛋白质含量为17.5％、油脂含量为6.8％、酸不溶物含量为1.2％；

所述碳化种皮粉由罗望子种皮粉在马弗炉中300℃灼烧2小时制得。

本实施例同时提供上述复合液膜剂的制备方法，如图1所示，包括如下步骤：

(1)粉碎罗望子种子：将罗望子种子洗净烘干后用粉碎机粉碎，过筛100目分离得到罗望子种仁粉和罗望子种皮粉；

(2)碳化种皮粉：将棕色罗望子种皮粉在马弗炉中300℃灼烧2小时后取出黑色碳化种皮粉，研磨保存备用；

(3)混合溶解：将罗望子种仁粉2g、碳化种皮粉0.2g、聚乙烯醇0.5g、油茶皂苷0.5g、甘油0.5g在80℃条件下溶解于100mL水中，并恒温搅拌1h，即得。

对比例1

本对比例提供一种复合液膜剂，与实施例1的区别仅在于：不添加碳化种皮粉。

试验例1

本试验例针对实施例1、对比例1的复合液膜剂进行性能测试，具体如下：

(1)光合有效辐射测试

①操作方法：将实施例1、对比例1的复合液膜剂分别转移到培养皿中，并在50℃的培养箱中放置48h干燥，将干燥后的膜从培养皿表面揭下，并在室温(23±2℃)下保存在含有饱和氯化镁溶液的干燥器中恒湿，用于后续实验测试；

其中，实施例1的复合液膜剂所制得的膜命名为TKP-PVA_0.5-GLY_0.5-CB_0.2，对比例1的复合液膜剂所制得的膜命名为TKP-PVA_0.5-GLY_0.5。

②测试结果：如图2和图3所示，测得TKP-PVA_0.5-GLY_0.5-CB_0.2膜厚0.20mm，拉伸强度14.1MPa，断裂伸长率24.6％；太阳能透射率5.80％，光合有效辐射透过率3.79％，长波红外线辐射透过率0.005％；测得TKP-PVA_0.5-GLY_0.5膜厚0.20mm，拉伸强度19.8MPa，断裂伸长率14.7％，太阳能透射率7.28％，光合有效辐射透过率9.67％，长波红外线辐射透过率0.005％。由此可见，本发明的复合液膜剂可显著降低光合有效辐射。

(2)水蒸气透过率测试

①操作方法：将实施例1的复合液膜剂转移到培养皿中，并在50℃的培养箱中放置48h干燥，将干燥后的膜从培养皿表面揭下，并在室温(23±2℃)下保存在含有饱和氯化镁溶液的干燥器中恒湿，用于后续实验测试；

②测试结果：实施例1的复合液膜剂所制得的膜，水蒸气透过率为0.62g·mm m^-2h^-1kPa^-1，对照样品聚乙烯膜水蒸气透过率为0.002g·mm m^-2h^-1kPa^-1，极低的水蒸气透过率易造成烧苗现象。由此可见，本发明的复合液膜剂的水蒸气透过率十分理想。

(3)保水能力测试

①操作方法：将实施例1的复合液膜剂和水分别喷洒在土壤上；其中，实施例1的复合液膜剂的喷洒量为每平方米2L，水的喷洒量等于复合液膜剂的用量；

其中，实施例1的复合液膜剂所制得的膜命名为TKP-PVA_0.5-GLY_0.5-CB_0.2。

②测试结果：如图4所示，TKP-PVA_0.5-GLY_0.5-CB_0.2的水分蒸发速度显著降低。

(4)土壤/沙土促聚集作用测试

①操作方法：将实施例1的复合液膜剂与沙土(土壤中掺杂30％沙子)混合(m_{多糖干物质}/m_沙土约为0.3％)，再将水与上述沙土混合，并分别进行SEM分析。

②测试结果：如图5所示，水与上述沙土混合物由表面较平滑的颗粒组成；实施例1的复合液膜剂与沙土的混合物表面可见不规则物质，即多糖复合物，这些物质被认为是粘结土壤颗粒，具备促进土壤聚集的作用。

虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims

1.一种复合液膜剂，其特征在于，由包含如下重量份的原料制成：罗望子复合粉0.5～5份、粘结剂0.1～2份、表面活性剂0.1～2份、塑化剂0.1～2份；

其中，所述罗望子复合粉由质量比为1～3：0.1～2的罗望子种仁粉和碳化种皮粉组成；所述碳化种皮粉由罗望子种皮粉经碳化处理制得；所述碳化处理在250～350℃下进行1.5～3h；

所述粘结剂为聚乙烯醇；所述表面活性剂为油茶皂苷；所述塑化剂为甘油；所述原料还包括水；按g/mL计，其他原料：水＝3～4：100。

2.根据权利要求1所述的复合液膜剂，其特征在于，由包含如下重量份的原料制成：罗望子种仁粉1～2份、碳化种皮粉0.2～1份、聚乙烯醇0.5～1份、油茶皂苷0.5～1份、甘油0.5～1份；

3.根据权利要求2所述的复合液膜剂，其特征在于，所述罗望子种仁粉中木葡聚糖含量为64～65％、蛋白质含量为17～18％、油脂含量为6～7％、酸不溶物含量为1～2％。

4.权利要求1～3任一项所述的复合液膜剂的制备方法，其特征在于，包括：将罗望子种仁粉、碳化种皮粉、聚乙烯醇、油茶皂苷、甘油溶解于水中。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述溶解在70～90℃下进行0.5～1.5h。

6.权利要求1～3任一项所述的复合液膜剂在农业种植中的应用。

7.一种复合液膜剂的使用方法，其特征在于，包括：将权利要求1～3任一项所述的复合液膜剂均匀喷洒于土壤表面，静置成膜。

8.根据权利要求7所述的使用方法，其特征在于，所述复合液膜剂的喷洒量为每平方米1.5～3.0L。