CN115181301A - 一种蒜渣-淀粉基液体地膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种蒜渣‑淀粉基液体地膜及其制备方法，该地膜的制备采用了蒜渣浆料、预糊化淀粉和丙烯酸单体混合物为主要原料，反应过程涉及预氧化过程、预乳化过程和引发剂作用下的乳液自由基聚合过程；反应后所得乳液不易分层具有稳定性、适宜的粘度和可喷涂性；与未覆盖地膜的裸土相比，蒜渣基地膜能提高土壤中的含水量和土壤温度，也能提高小白菜的产量。这种蒜渣基液体地膜还能抵抗小菜蛾虫对小白菜的侵食。本发明充分利用了蒜渣这一农作物废弃资源，成本低，涉及生产环节少，操作容易，适于推广应用。

Description

一种蒜渣-淀粉基液体地膜的制备方法
技术领域：
本发明提供一种蒜渣-淀粉基液体地膜，同时提供该液体地膜的制备方法，属于农业地膜技术领域。
背景技术：
中国是世界上生产大蒜的主要国家，大蒜在中国种植历史可追溯到两千年前，我国的大蒜栽培不仅历史悠久，且栽培面积大、产量高。和其它农作物相比，大蒜中富含蒜氨酸，蒜氨酸本以稳定无臭的形式存在，但大蒜在切片或破碎后，其中的蒜氨酸酶被激活，蒜氨酸在蒜氨酸酶的催化下形成无色油状物大蒜素。大蒜素具有多方面的生物活性，如防治心血管疾病、抗肿瘤及抗病原微生物等，长期食用大蒜素可起到防病保健作用。蒜渣是通过蒸馏法等从大蒜中提取大蒜素油后所剩余的残渣，这种提取大蒜素后所剩余的蒜渣约占大蒜总重量的99.5％，这些蒜渣目前很少被利用，绝大多数被遗弃掉。近些年来国内外对大蒜素油的需求不断上升，这也相应产生了大量的蒜渣废弃物，这不仅造成了大蒜农作物自然资源的极大浪费，且由于蒜渣具有较强的刺激性臭味，其进一步腐败会严重污染周边环境，因此急需开发能有效利用蒜渣的新产品。
已证实地膜覆盖技术可以通过阻碍农业土壤中的水份和热量向大气中的散失率，从而起到对土壤保温、保湿的作用，进而能够产生农作物增产效果。目前传统的农用地膜主要是单存的以聚乙烯或聚氯乙烯为材质的塑料地膜。这种传统塑料地膜是已成型的地膜，即需事先通过专门的设备制成薄膜，然后将薄膜包装成卷，再运输到田间，将整块的薄膜铺在农田的土壤表面。这种传统的塑料地膜有如下缺点：(1)不可生物降解，会对农业土壤的生态环境产生破坏作用；(2)功能单一，如果遇到农田土壤中病虫害发生，就需要在薄膜上破出洞(有时也需将地膜整块掀起)，从破出的洞口处施加能抑制土壤中有害病菌或害虫生长的农药等，但这样已被破洞的地膜对土壤的保水、保温作用就被严重削弱。因此研发具有一定抗病虫功能的地膜产品是有重要意义的。
目前国内外正在开发一种可喷洒式液体地膜，这种液体地膜使用前是液体，使用时均匀喷洒在地表，风干后在土壤表面所形成的膜具有保温和保湿作用。与传统塑料地膜相比，液体地膜生产过程涉及环节较少，地表成膜工艺简单，大大节省了地膜的使用成本，而且液体地膜所用的原料主要来自腐殖酸、木质素、胶原蛋白等可降解天然高分子材料，对生态环境影响小，可有效解决传统塑料地膜污染土壤问题。目前液体地膜已可以在很多领域(如农业和园艺业)中替代传统塑料地膜。目前将蒜渣制成液体地膜的产品还没见报道。有些所谓的液体地膜其实并不能在土壤表面真正成膜，而是在施加在土壤上后，这些液体会渗入土壤中，将土壤中的一些颗粒粘结在一起形成更大的土壤团粒，通过改变土壤结构来达到一定的对土壤保水和保温的效果，但这种作用不能完全封堵土壤颗粒之间的空隙，对土壤的保温、保水效果有限。
发明内容：
本发明的目的旨在提供一种以蒜渣为原料的液体地膜制备方法，该制备方法简单，原料易得，成本低，易于市场推广应用。
本发明还提供一种蒜渣基液体地膜，该液体地膜具有对土壤的保湿和保温效果，同时还具有使小白菜抵抗小菜蛾虫侵害的效果。
本发明的具体技术方案如下：
一种蒜渣基液体地膜制备步骤如下：
(1)将蒜渣用粉碎机粉碎成蒜渣浆料，得到的蒜渣浆料再用筛网过滤，使得过滤后的蒜渣浆料中的蒜渣颗粒尺寸小于10目；
(2)将预糊化淀粉和水在25-35℃下混合成淀粉浆状物，其中预糊化淀粉和水的二者之间质量比为(0.15-0.21)：1；
(3)将步骤(1)得到的蒜渣浆料与步骤(2)得到的淀粉浆状物混合，并在25-35℃下搅拌1-5h,搅拌速度为200-3000r/min,得到蒜渣-淀粉浆状物,其中蒜渣浆料和淀粉浆状物的两者之间的质量比为(0.09-0.6)：1；
(4)将步骤(3)得到的蒜渣-淀粉浆状物加入到配有搅拌器，温度计和冷凝管的反应容器中,然后在80-90℃下边搅拌边向反应容器内加入氧化剂水溶液，搅拌速度为200-1500r/min，搅拌时间为1-3h，然后得到预氧化的蒜渣-淀粉浆状物，其中步骤(3)得到的蒜渣-淀粉浆状物与氧化剂水溶液的两者之间质量比为(3.5-5.8)：1；
(5)将步骤(4)得到的预氧化的蒜渣-淀粉浆状物与丙烯酸单体混合物、乳化剂和水混合，所得混合物在45-60℃和200-5000r/min的搅拌速度下预乳化30-120min得到预乳化混合物，其中步骤(4)得到的预氧化的蒜渣-淀粉浆状物、丙烯酸单体混合物、乳化剂和水的四者之间的质量比为(14-21)：(5-11)：1：(13-27)；
(6)将步骤(5)得到的预乳化混合物温度升高至75-90℃，在恒定温度下边搅拌边以0.05-0.3mL/min的滴速向预乳化混合物中逐滴加入引发剂水溶液，其中步骤(5)得到的预乳化混合物和引发剂水溶液两者之间的质量比是(4.8-5.6):1；引发剂滴加完成后，反应在75-90℃和搅拌速度为250-500r/min条件下继续进行2-8h，然后将反应体系冷却至室温后，再用氨水调节体系的pH至7.0-9.0，即得到可作为蒜渣基液体地膜的乳液。
本发明的进一步设计在于：
步骤(4)中所述的氧化剂水溶液为过硫酸钾或过硫酸铵水溶液，其中过硫酸钾或过硫酸铵的质量百分比浓度为6-12％。
步骤(5)中所述的丙烯酸单体混合物包括丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸，其中三者之间的质量比为(5.5-6.5)：(2.5-3.5)：1。
步骤(5)中所述的乳化剂为反应型乳化剂和辛基酚聚氧乙烯醚(10)的混合物，其中两者之间的质量比为1：(2.5-3.5)，反应型乳化剂的型号为LRS-10。
步骤(6)中所述的氨水的质量百分比浓度为25％。
步骤(6)中所述的引发剂水溶液为过硫酸钾或过硫酸铵水溶液，其中过硫酸钾或过硫酸铵的质量百分比浓度为2.2-3.1％。
步骤(2)-(6)中所用到的水为去离子水。
本发明还提供由上述制备方法制得的以蒜渣为原料的液体地膜，以及该液体地膜在农业地膜方面的应用。
相比现有技术，本发明具有如下优点：
本发明利用了农业废弃物蒜渣制备了液体地膜，这充分地回收利用了蒜渣资源，实现蒜渣变废为宝的效果。不同于传统的石油基塑料地膜(如聚乙烯基地膜)，本发明制备的蒜渣基液体地膜，使用前是一种乳液状液体，具有可喷涂性，可以喷涂在土壤表面形成液体膜层，液体膜层可自行风干，起到阻碍土壤中的水份和热量向外散失的作用。效果实施例试验结果说明，本发明所制备的蒜渣基液体地膜确实具有保水和保温效果，同时该液体地膜具有提高小白菜的产量，及降低小菜蛾虫破坏小白菜生长的效果。
本发明的工作原理分析如下：
1、本发明步骤(1)是将蒜渣用粉碎机粉碎成蒜渣浆料，并将得到的蒜渣浆料用筛网过滤，使得过滤后的蒜渣浆料中的蒜渣颗粒尺寸小于10目。将蒜渣颗粒变小，这可以使本发明制备的乳液能够顺利被喷涂，不会发生乳液中有大颗粒堵塞喷枪的喷嘴现象发生。
2、本发明步骤(2)和(3)是制备蒜渣-淀粉浆状物的过程，制备过程中采用了预糊化淀粉。预糊化淀粉是淀粉粒在适当温度下(一般60-80℃)在水中溶胀、分裂、形成均匀糊状溶液，再将新鲜制备的糊化淀粉浆脱水干燥制得。预糊化淀粉易分散于凉水，并可调成糊状的胶体。淀粉属于多聚葡萄糖分子，分子结构中含有大量的亲水羟基，蒜渣中也富含纤维素等亲水分子，因此淀粉分子和蒜渣颗粒间可以通过氢键等相互作用复合在一起。这使得蒜渣浆料中的蒜渣颗粒可悬浮在预糊化淀粉形成的胶体中，不易发生沉降，进而使蒜渣颗粒在蒜渣-淀粉浆状物中分布更为均匀，也使得本发明制得的地膜乳液更为匀质，不易因蒜渣颗粒之间的凝聚和分层现象而影响乳液的可喷涂性。
3、本发明步骤(4)是制备预氧化的蒜渣-淀粉浆状物的过程，过硫酸钾或过硫酸铵作为氧化剂，蒜渣和淀粉中存在大量的羟基，氧化剂可以将蒜渣和淀粉中部分羟基氧化成羧基，这可一定程度上降低体系分子之间由氢键产生的缔合作用，有助于降低体系的粘度，调控本发明制得的地膜乳液具有更适合的流动性，有利于乳液适合后续的喷涂作业。
4、本发明步骤(5)是将步骤(4)得到的预氧化的蒜渣-淀粉浆状物与丙烯酸单体混合物、乳化剂和水混合，并制得预乳化混合物，为下一步的乳液聚合反应做准备。在适合的温度和搅拌条件下，一定用量的乳化剂能将预氧化的蒜渣-淀粉浆状物和丙烯酸单体混合物形成水包油型的匀质液滴组成的乳液体系，每个微小液滴形成的空间都是一个微反应器，在这个微反应器内蒜渣、淀粉和丙烯酸单体分子充分接触，为下一步引发它们之间高效的乳液自由基聚合反应提供条件。
5、本发明步骤(6)是向步骤5得到的预乳化混合物中滴加引发剂，在一定的条件下，引发剂可触发自由基聚合反应，使得蒜渣中的纤维素、蛋白质等分子及淀粉分子可与丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸接枝成高分子链，这些高分子链能以液滴形式存在于乳液中，当所制备的乳液喷涂到土壤表面，随着乳液中的水份不断增发，其中的高分子链之间交联程度不断增大，最终形成较为致密的薄膜覆盖在土壤表面，这层薄膜可起到阻碍土壤中的水份和热量向外散失的作用。
6、本发明制备的蒜渣基地膜中分布着均匀的蒜渣，蒜渣中含有大蒜素，大蒜素是一种有机硫化合物，学名为二烯丙基硫代亚磺酸酯，化学式为C6H10OS2，大蒜素具有挥发性，散发出浓烈的大蒜气味。已证实大蒜素有很强的抗菌作用，能对霉菌、病毒、原虫、蛲虫、蚜虫等小虫有很好的驱赶效果。因此农业上大蒜素也被用作杀灭能伤害农作物的害虫和病菌的天然生物制剂。本发明制备的蒜渣基地膜中的大蒜素能够散发出来起到驱虫的效果，而且大蒜素也需经过地膜中高分子链彼此缠绕形成的致密三维网络向外挥发，这降低了大蒜素的散发速率，起到了对大蒜素的缓释作用，有利于发挥本发明地膜的长效防虫效果。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。
图1是本发明制备蒜渣基液体地膜的工艺流程图。
具体实施方式
以下结合实施例，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。以下各实施例中所使用的化学原料均为市售，化学纯试剂；
丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸的纯度皆为99％和浓度为25％氨水皆购于大茂化学试剂有限公司(中国天津)。
纯度为99％反应型乳化剂(型号为LRS-10)和纯度为99％的辛基酚聚氧乙烯醚(10)(OP-10)购自齐晨化学试剂有限公司(中国江苏)。
纯度为99.5％的过硫酸钾和过硫酸铵购自凌峰化学试剂有限公司(中国上海)。
预糊化淀粉，食品级，采购自浙江宏怡生物科技有限公司(浙江金华)。
实施例1
(1)将蒜渣用粉碎机粉碎成蒜渣浆料，得到的蒜渣浆料再用筛网过滤，使得过滤后的蒜渣浆料中的蒜渣颗粒尺寸小于10目；
(2)将预糊化淀粉和水在28℃下混合成淀粉浆状物，其中预糊化淀粉和水的二者之间质量比为0.15：1；
(3)将步骤(1)得到的蒜渣浆料与步骤(2)得到的淀粉浆状物混合，并在35℃下搅拌1h,搅拌速度为200r/min,得到蒜渣-淀粉浆状物,其中蒜渣浆料和淀粉浆状物的两者之间的质量比为0.09：1；
(4)将步骤(3)得到的蒜渣-淀粉浆状物加入到配有搅拌器，温度计和冷凝管的三口烧瓶中，然后在80℃下边搅拌边向烧瓶内加入氧化剂水溶液，搅拌速度为1500r/min，搅拌时间为1h，然后得到预氧化的蒜渣-淀粉浆状物，其中步骤(3)得到的蒜渣-淀粉浆状物与氧化剂水溶液的两者之间质量比为3.5：1；
(5)将步骤(4)得到的预氧化的蒜渣-淀粉浆状物与丙烯酸单体混合物、乳化剂和水混合，所得混合物在45℃和200r/min的搅拌速度下预乳化60min得到预乳化混合物，其中步骤(4)得到的预氧化的蒜渣-淀粉浆状物、丙烯酸单体混合物、乳化剂和水的四者之间的质量比为14：5：1：13；
(6)将步骤(5)得到的预乳化混合物温度升高至75℃，在此温度下边搅拌边以0.05mL/min的滴速向预乳化混合物中逐滴加入引发剂水溶液，其中步骤(5)得到的预乳化混合物和引发剂水溶液两者之间的质量比是4.8:1；引发剂滴加完成后，反应在75℃和搅拌速度为250r/min条件下继续进行2h，然后将反应体系冷却至室温后，再用氨水调节体系的pH至7.0，即得到可作为蒜渣基液体地膜的乳液。
其中，步骤(4)中所述的氧化剂水溶液为过硫酸铵水溶液，其中过硫酸铵的质量百分比浓度为6％。步骤(5)中所述的丙烯酸单体混合物包括丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸，其中三者之间的质量比为5.5:3.5:1。步骤(5)中所述的乳化剂为反应型乳化剂和辛基酚聚氧乙烯醚(10)的混合物，其中两者之间的质量比为1:2.5，反应型乳化剂的型号为LRS-10。步骤(6)中所述的氨水的质量百分比浓度为25％。步骤(6)中所述的引发剂水溶液为过硫酸铵水溶液，其中过硫酸铵的质量百分比浓度为2.2％。步骤(2)-(6)中所用到的水为去离子水。
经由步骤(1)-(6)即可得到实施例1的一种蒜渣基液体地膜，其外观呈均匀稳定的乳液状，静置30天内无分层现象。
实施例2
(1)将蒜渣用粉碎机粉碎成蒜渣浆料，得到的蒜渣浆料再用筛网过滤，使得过滤后的蒜渣浆料中的蒜渣颗粒尺寸小于10目；
(2)将预糊化淀粉和水在32℃下混合成淀粉浆状物，其中预糊化淀粉和水的二者之间质量比为0.2：1；
(3)将步骤(1)得到的蒜渣浆料与步骤(2)得到的淀粉浆状物混合，并在28℃下搅拌2h,搅拌速度为1000r/min,得到蒜渣-淀粉浆状物,其中蒜渣浆料和淀粉浆状物的两者之间的质量比为0.5：1；
(4)将步骤(3)得到的蒜渣-淀粉浆状物加入到配有搅拌器，温度计和冷凝管的三口烧瓶中，然后在88℃下边搅拌边向烧瓶内加入氧化剂水溶液，搅拌速度为1000r/min，搅拌时间为3h，然后得到预氧化的蒜渣-淀粉浆状物，其中步骤(3)得到的蒜渣-淀粉浆状物与氧化剂水溶液的两者之间质量比为5.4：1；
(5)将步骤(4)得到的预氧化的蒜渣-淀粉浆状物与丙烯酸单体混合物、乳化剂和水混合，所得混合物在55℃和3000r/min的搅拌速度下预乳化90min得到预乳化混合物，其中步骤(4)得到的预氧化的蒜渣-淀粉浆状物、丙烯酸单体混合物、乳化剂和水的四者之间的质量比为19：10：1：17；
(6)将步骤(5)得到的预乳化混合物温度升高至85℃，在此温度下边搅拌边以0.22mL/min的滴速向预乳化混合物中逐滴加入引发剂水溶液，其中步骤(5)得到的预乳化混合物和引发剂水溶液两者之间的质量比是5.0:1；引发剂滴加完成后，反应在85℃和搅拌速度为420r/min条件下继续进行4h，然后将反应体系冷却至室温后，再用氨水调节体系的pH至8.0，即得到可作为蒜渣基液体地膜的乳液。
其中，步骤(4)中所述的氧化剂水溶液为过硫酸钾水溶液，其中过硫酸钾的质量百分比浓度为8％。步骤(5)中所述的丙烯酸单体混合物包括丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸，其中三者之间的质量比为5.8:3.3:1。步骤(5)中所述的乳化剂为反应型乳化剂和辛基酚聚氧乙烯醚(10)的混合物，其中两者之间的质量比为1:3.3，反应型乳化剂的型号为LRS-10。步骤(6)中所述的氨水的质量百分比浓度为25％。步骤(6)中所述的引发剂水溶液为过硫酸钾水溶液，其中过硫酸钾的质量百分比浓度为2.5％。步骤(2)-(6)中所用到的水为去离子水。
经由步骤(1)-(6)即可得到实施例2的一种蒜渣基液体地膜，其外观呈均匀稳定的乳液状，静置30天内无分层现象。
实施例3
(1)将蒜渣用粉碎机粉碎成蒜渣浆料，得到的蒜渣浆料再用筛网过滤，使得过滤后的蒜渣浆料中的蒜渣颗粒尺寸小于10目；
(2)将预糊化淀粉和水在25℃下混合成淀粉浆状物，其中预糊化淀粉和水的二者之间质量比为0.18：1；
(3)将步骤(1)得到的蒜渣浆料与步骤(2)得到的淀粉浆状物混合，并在25℃下搅拌3h,搅拌速度为2000r/min,得到蒜渣-淀粉浆状物,其中蒜渣浆料和淀粉浆状物的两者之间的质量比为0.3：1；
(4)将步骤(3)得到的蒜渣-淀粉浆状物加入到配有搅拌器，温度计和冷凝管的三口烧瓶中，然后在85℃下边搅拌边向烧瓶内加入氧化剂水溶液，搅拌速度为500r/min，搅拌时间为1h，然后得到预氧化的蒜渣-淀粉浆状物，其中步骤(3)得到的蒜渣-淀粉浆状物与氧化剂水溶液的两者之间质量比为4.7：1；
(5)将步骤(4)得到的预氧化的蒜渣-淀粉浆状物与丙烯酸单体混合物、乳化剂和水混合，所得混合物在50℃和1500r/min的搅拌速度下预乳化30min得到预乳化混合物，其中步骤(4)得到的预氧化的蒜渣-淀粉浆状物、丙烯酸单体混合物、乳化剂和水的四者之间的质量比为17：8：1：27；
(6)将步骤(5)得到的预乳化混合物温度升高至80℃，在此温度下边搅拌边以0.12mL/min的滴速向预乳化混合物中逐滴加入引发剂水溶液，其中步骤(5)得到的预乳化混合物和引发剂水溶液两者之间的质量比是5.23:1；引发剂滴加完成后，反应在80℃和搅拌速度为350r/min条件下继续进行5h，然后将反应体系冷却至室温后，再用氨水调节体系的pH至7.0，即得到可作为蒜渣基液体地膜的乳液。
其中，步骤(4)中所述的氧化剂水溶液为过硫酸铵水溶液，其中过硫酸铵的质量百分比浓度为10％。步骤(5)中所述的丙烯酸单体混合物包括丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸，其中三者之间的质量比为6:3:1。步骤(5)中所述的乳化剂为反应型乳化剂和辛基酚聚氧乙烯醚(10)的混合物，其中两者之间的质量比为1:3，反应型乳化剂的型号为LRS-10。步骤(6)中所述的氨水的质量百分比浓度为25％。步骤(6)中所述的引发剂水溶液为过硫酸铵水溶液，其中过硫酸铵的质量百分比浓度为2.8％。步骤(2)-(6)中所用到的水为去离子水。
经由步骤(1)-(6)即可得到实施例3的一种蒜渣基液体地膜，其外观呈均匀稳定的乳液状，30天内无分层现象。
实施例4
(1)将蒜渣用粉碎机粉碎成蒜渣浆料，得到的蒜渣浆料再用筛网过滤，使得过滤后的蒜渣浆料中的蒜渣颗粒尺寸小于10目；
(2)将预糊化淀粉和水在35℃下混合成淀粉浆状物，其中预糊化淀粉和水的二者之间质量比为0.21：1；
(3)将步骤(1)得到的蒜渣浆料与步骤(2)得到的淀粉浆状物混合，并在25℃下搅拌5h,搅拌速度为3000r/min,得到蒜渣-淀粉浆状物,其中蒜渣浆料和淀粉浆状物的两者之间的质量比为0.6：1；
(4)将步骤(3)得到的蒜渣-淀粉浆状物加入到配有搅拌器，温度计和冷凝管的三口烧瓶中，然后在90℃下边搅拌边向烧瓶内加入氧化剂水溶液，搅拌速度为200r/min，搅拌时间为2h，然后得到预氧化的蒜渣-淀粉浆状物，其中步骤(3)得到的蒜渣-淀粉浆状物与氧化剂水溶液的两者之间质量比为5.8：1；
(5)将步骤(4)得到的预氧化的蒜渣-淀粉浆状物与丙烯酸单体混合物、乳化剂和水混合，所得混合物在60℃和5000r/min的搅拌速度下预乳化120min得到预乳化混合物，其中步骤(4)得到的预氧化的蒜渣-淀粉浆状物、丙烯酸单体混合物、乳化剂和水的四者之间的质量比为21：11：1：21；
(6)将步骤(5)得到的预乳化混合物温度升高至90℃，在此温度下边搅拌边以0.3mL/min的滴速向预乳化混合物中逐滴加入引发剂水溶液，其中步骤(5)得到的预乳化混合物和引发剂水溶液两者之间的质量比是5.6:1；引发剂滴加完成后，反应在90℃和搅拌速度为500r/min条件下继续进行8h，然后将反应体系冷却至室温后，再用氨水调节体系的pH至9.0，即得到可作为蒜渣基液体地膜的乳液。
其中，步骤(4)中所述的氧化剂水溶液为过硫酸钾水溶液，其中过硫酸钾的质量百分比浓度为12％。步骤(5)中所述的丙烯酸单体混合物包括丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸，其中三者之间的质量比为6.5:2.5:1。步骤(5)中所述的乳化剂为反应型乳化剂和辛基酚聚氧乙烯醚(10)的混合物，其中两者之间的质量比为1:3.5，反应型乳化剂的型号为LRS-10。步骤(6)中所述的氨水的质量百分比浓度为25％。步骤(6)中所述的引发剂水溶液为过硫酸钾水溶液，其中过硫酸钾的质量百分比浓度为3.1％。步骤(2)-(6)中所用到的水为去离子水。
经由步骤(1)-(6)即可得到实施例4的一种蒜渣基液体地膜，其外观呈均匀稳定的乳液状，静置30天内无分层现象。
对比实施例5
本实施例是根据实施例3所述步骤制备液体地膜，本实施例与实施例3的区别在于，步骤(3)中的蒜渣浆料和淀粉浆状物的两者之间的质量比为0.65(或为0.3：0.46)，该质量比大于本发明权利要求书所述的范围(0.09-0.6)：1之外，即对比实施例5中淀粉浆状物用量偏小。其它的制备步骤和试剂用量与实施例3相同。
对比实施例6
本实施例是根据实施例3所述步骤制备液体地膜，本实施例与实施例3的区别在于，步骤(3)中的蒜渣浆料和淀粉浆状物用量的两者之间的质量比值为0.06(或为0.06：1)，该质量比在本发明权利要求书所述的范围(0.09-0.6)：1之外，即对比实施例6中蒜渣浆料用量偏小。其它的制备步骤和试剂用量与实施例3相同。
对比实施例7
本实施例是根据实施例3所述步骤制备液体地膜，本实施例与实施例3的区别在于，步骤(4)中没有加入氧化剂水溶液。其它的制备步骤和试剂用量与实施例3相同。具体试验步骤如下：
本实施例制备步骤(1)-(3)与实施例3的步骤(1)-(3)相同。
(4)将步骤(3)得到的蒜渣-淀粉浆状物加入到配有搅拌器，温度计和冷凝管的三口烧瓶中。然后在85℃下搅拌蒜渣-淀粉浆状物，搅拌速度为500r/min，搅拌时间为1h，然后得到非预氧化的蒜渣-淀粉浆状物；
(5)将步骤(4)得到的非预氧化的蒜渣-淀粉浆状物与丙烯酸单体混合物、乳化剂和水混合，所得混合物在50℃和1500r/min的搅拌速度下预乳化30min得到预乳化混合物，其中步骤(4)得到的非预氧化的蒜渣-淀粉浆状物、丙烯酸单体混合物、乳化剂和水的四者之间的质量比为17：8：1：27；
本实施例其余制备步骤与实施例3的制备步骤(6)相同。
其中，步骤(5)中所述的丙烯酸单体混合物包括丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸，其中三者之间的质量比为6:3:1。步骤(5)中所述的乳化剂为反应型乳化剂和辛基酚聚氧乙烯醚(10)的混合物，其中两者之间的质量比为1:3，反应型乳化剂的型号为LRS-10。步骤(6)中所述的氨水的质量百分比浓度为25％。步骤(6)中所述的引发剂水溶液为过硫酸铵水溶液，其中过硫酸铵的质量百分比浓度为2.8％。步骤(2)-(6)中所用到的水为去离子水。
对比实施例8
本实施例是根据实施例3所述步骤制备液体地膜，本实施例与实施例3的区别在于，步骤(5)中的预氧化的蒜渣-淀粉浆状物、丙烯酸单体混合物、乳化剂和水的四者之间的质量比为17：3：1：27，该质量比在本发明权利要求书所述的范围(14-21)：(5-11)：1：(13-27)之外，即丙烯酸单体混合物用量偏少。其它的制备步骤和试剂用量与实施例3相同。
对比实施例9
本实施例是根据实施例3所述步骤制备液体地膜，本实施例与实施例3的区别在于步骤(5)中的预氧化的蒜渣-淀粉浆状物、丙烯酸单体混合物、乳化剂和水的四者之间的质量比为12：8：1：27，该质量比在本发明权利要求书所述的范围(14-21)：(5-11)：1：(13-27)之外，即预氧化的蒜渣-淀粉浆状物用量偏少。其它的制备步骤和试剂用量与实施例3相同。
应用实施例10
本实施例将实施例1-4得到的蒜渣基液体地膜乳液喷洒到土壤表面作农业液体地膜使用，具体试验步骤如下：
(1)选取一蔬菜种植田地，地点是东经：118.98385532736967°和北纬：32.06034538505579°，在该田地种植小白菜；
(2)于2020年9月，在该田地划分大小为0.5m×0.5m的田地5块，每块田地间隔0.1m；向每块田地均匀播种30粒小白菜种子；然后向其中的4块田地以0.58kg/m2的用量分别均匀喷洒实施例1-4得到的蒜渣基液体地膜乳液，第5块田地是没有喷洒任何乳液的田地作为对照组。
效果实施例
本实施例对实施例1-4制备的蒜渣基地膜乳液和对比实施例5-9制备的液体分别进行如下性能测试。
1、乳液稳定性测试
观察样品在30天内是否会发生分层，若样品不发生分层，则说明乳液具有稳定性，可以进行后面的测试；若发生分层现象，则说明该样品不稳定，不适合作为液体地膜乳液使用，该样品也不进入后面的测试环节。
2、粘度测试
使用NDJ-1旋转粘度计(中国上海尼润智能科技有限公司)测量液体的粘度。试验期间每个样品的温度保持在30℃，转速控制在60r/min。粘度值以mPa.s记录。
3、可喷涂性测试
使用手持式喷枪测试液体样品的可喷涂性能。喷枪内径为2.5mm，使用喷枪喷涂液体时气压为0.3MPa，如果在此条件下乳液的喷涂距离能大于200mm时，就认为该乳液具备可喷涂性，否则该乳液不具有可喷涂性。
4、土壤温度和湿度测试
土壤温度的测试：使用曲管地温表(北京鼎盛荣和科技有限公司，中国)分别测量应用实施例10中的每块田地土壤深度为5cm处的温度，测试时间为每天14:00-16:00，测试持续30天，以这一测试期间内的平均温度为报告值。
土壤含水量的测试：在测量土壤温度的同时也取每块田地土层深度为5cm处的土壤5克，采用烘干法测量土壤的含水量，即将所取的5克土壤在80℃下烘干，然后根据公式计算：土壤含水量＝[(5-烘干后的土壤质量)/5]×100％，每隔2天测试一次，测试持续30天，以这一测试期间内的土壤平均含水量为报告值。
5、小白菜产量测试
当应用实施例10中每块田地中的小白菜一个生长期结束后(2个月)，将小白菜连同它们的根部一起从田地中取出，用刷子轻轻扫去根上附着的土壤。然后，分别称量每块田地产出的全部小白菜的重量，以每块田地的小白菜的产量来评价蒜渣基液体地膜对小白菜产量的影响。
6、抗小菜蛾虫实验
抗小菜蛾虫实验测试在温室环境(25℃，35％湿度)中进行，以小菜蛾虫对小白菜幼苗干重的影响来表示。小菜蛾虫收集自农场中，所收集的小菜蛾虫先用新鲜的小白菜饲养两天，以消除幼虫中原有的食物储备对后续实验的影响，然后选择体型相近的幼虫30只，分成3组，每组10只。
将重量和外观相近的小白菜幼苗移植到的4个相同的花盆中。每个花盆直径10cm，深5cm，并装有过5目筛网得到的土壤粉末200g；每个花盆中包括4棵小白菜幼苗。然后将实施例3、对比实施例6、对比实施例9对应的乳液分别均匀喷涂在每个花盆的土壤表面，3个花盆被放置在同一个温室中，在每个花盆里放置一组(10只)小菜蛾虫，并使用白色尼龙纱网(100目)分别将每个花盆和花盆中的小白菜幼苗整体罩住，这是为防止小菜蛾虫在不同花盆中的小白菜幼苗之间移动而影响实验结果。在第10天后，观察小白菜幼苗叶片的破损情况，然后分别将小白菜连同根部一起从每个花盆中取出，用刷子轻轻地除去小白菜根上附着的土壤，并在80℃下烘干48h，称量每个花盆中干燥的小白菜幼苗。
7、从表1中可以看出，实施例1-4制备的乳液皆在30天内均未出现分层现象，这说明实施例1-4制备的乳液是稳定的。另外，对比实施例6、7和9制备的乳液也没有出现乳液分层现象，说明这些实施例制备的乳液也是稳定的。而对比实施例5制备的样品在第10天时出现分层现象，这说明该样品不稳定；对此解释如下：因为淀粉浆状物有一定的粘度和悬浮作用，有助于使蒜渣颗粒悬浮在淀粉胶体中，并与淀粉分子链均匀混合在一起，使得蒜渣不易沉降出现分层现象；但是对比实施例5中的淀粉浆状物用量小于权利要求书的范围，造成对比实施例5中的淀粉胶体难以发挥悬浮和阻止蒜渣颗粒沉降的作用。对比实施例8制备的液体样品也在第4天时出现分层现象，这说明该实施例液体样品也不稳定；这是因为丙烯酸单体混合物中包括丙烯酸丁酯，甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸，它们都是具有碳碳双键的单体，可以在引发剂作用下发生自由基聚合反应，在聚合反应中这些丙烯酸单体可以与蒜渣和淀粉分子键合在一起，形成分子量更大的聚合物，这种聚合物的形成能将蒜渣颗粒固定在三维高分子链形成的网络中，使蒜渣颗粒更易悬浮在液体体系中，阻止蒜渣颗粒沉降，防止液体出现分层现象；而对比实施例8中的丙烯酸单体混合物用量少，这造成了其没有形成足量的高分子链网络去阻碍蒜渣颗粒的聚集和沉降。总之，对比实施例5和对比实施例8制备的样品都易分层，这种不匀质的液体若用于喷涂作业会现堵塞喷嘴现象，同时也不能在土壤表面形成组分均匀分布的液体地膜，因此对比实施例5和对比实施例8的样品不能作为液体地膜产品使用，它们也无需进入后面的测试环节。
从表2中可以看出，实施例1-4和对比实施例6和对比实施例9的乳液皆具有可喷涂性，这与它们乳液的粘度(粘度范围在392-500mPa·s)较低有关；粘度低的乳液，则乳液中各分子链间的缔合作用较小，因此在一定的气压作用下，乳液中各成份可以顺利地通过喷枪的喷嘴，且乳液液滴易分散开，并形成雾状方式向前以较高速度运动，这样可以使乳液以更大的喷洒面积和更均匀地方式分布在土壤表面形成均匀的液体地膜。而对比实施例7的液体粘度(1327mPa·s)远大于其它实施例样品粘度，且不具有可喷涂性，这是因为对比实施例7的液体制备步骤中没有经过加入氧化剂的预氧化步骤，氧化剂可以将蒜渣和淀粉中部分羟基氧化成羧基，这可一定程度上降低体系分子之间由氢键产生的缔合作用，有助于降低体系的粘度，因此没有经过预氧化的对比实施例7的液体粘度较大，这是由于对比实施例7的液体中各分子链间的缔合作用较大所引起，粘度大的液体通过喷枪的喷嘴时遇到阻力也较大，喷射距离不远，及液体液滴不易分散成雾状方式向前运动，因此对比实施例7的样品也不适合作为液体地膜使用。
表3结果显示出，在应用实施例10中，分别喷施实施例1-4乳液的田地土壤温度比未喷施任何乳液的田地的土壤温度高2.32-2.47℃；同时，前者对应的土层深度为5cm的土壤含水量比后者的土壤含水量高7.28-9.39％；实施例1-4对应的小白菜产量比未喷施任何乳液的小白菜产量高34.3-57.9％。这说明在权利要求书范围内的实施例1-4制备的液体地膜具有对农业土壤有较好的保温、保湿和提高小白菜产量的效果。
表4的结果显示在抗小菜蛾虫实验中，实施例3对应的花盆中小白菜的产量为0.17Kg，而对比实施例6和对比实施例9对应的花盆中小白菜产量比实施例3的产量分别低了64.7％和35.3％。实施例3中的液体地膜含有适量的蒜渣，正如前所述，蒜渣中的大蒜素是杀灭能伤害农作物的害虫和病菌的天然生物制剂，因此实施例3的田地中小菜蛾虫的活动受到了抑制，即小菜蛾虫对小白菜侵食很小。而对比实施例6中步骤(3)的蒜渣浆料和淀粉浆状物的两者之间的质量比值仅为0.06(或为0.06：1)，该重量比在本发明权利要求书所述的范围(0.09-0.6)：1之外，即对比实施例6中蒜渣浆料用量很小。对比实施例9的步骤(5)中预氧化的蒜渣-淀粉浆状物、丙烯酸单体混合物、乳化剂和水的四者之间的质量比为12：8：1：27，该重量比在本发明权利要求书所述的范围(14-21)：(5-11)：1：(13-27)之外，即预氧化的蒜渣-淀粉浆状物用量偏少。由于对比实施例6和对比实施例9都是减少了蒜渣在液体地膜产品中的含量，相应也减少了能驱虫的大蒜素在产品中的含量，导致产品抑制小菜蛾虫的活动能力下降，因此对比实施例6和对比实施例9对应的小白菜幼苗也被小菜蛾虫侵食较多，小白菜产量也相应减少较多。
表1实施例1-4和对比实施例5-9得到的乳液稳定性，通过记录乳液是否在30天内出现分层现象来评估。
Figure BDA0003751682450000181
表2实施例1-4和对比实施例6、7、9所制备的乳液的粘度和可喷涂性。
Figure BDA0003751682450000182
Figure BDA0003751682450000191
表3应用实施例10中，分别喷施实施例1-4液体地膜乳液和未喷施任何乳液的各块田地的土壤平均温度、土壤平均含水量和小白菜的产量。
Figure BDA0003751682450000192
表4效果实施例中实施例3、对比实施例6、对比实施例9对抗小菜蛾虫实验，以每个实施例对应的花盆中干燥的小白菜幼苗的重量来评价。
Figure BDA0003751682450000201

Claims (5)

1.一种蒜渣-淀粉基液体地膜的制备方法，其特征在于，蒜渣基液体地膜是由以下主要原料制备：蒜渣浆料、预糊化淀粉和丙烯酸单体混合物，其制备步骤如下：
(1)将蒜渣用粉碎机粉碎成蒜渣浆料，得到的蒜渣浆料再用筛网过滤，使得过滤后的蒜渣浆料中的蒜渣颗粒尺寸小于10目；
(2)将预糊化淀粉和水在25-35℃下混合成淀粉浆状物，其中预糊化淀粉和水的质量比为(0.15-0.21)：1；
(3)蒜渣-淀粉浆状物由以下制备方法制得的：将步骤(1)得到的蒜渣浆料与步骤(2)得到的淀粉浆状物混合，并在25-28℃下搅拌2-5h,搅拌速度为1000-3000r/min,得到蒜渣-淀粉浆状物,其中蒜渣浆料和淀粉浆状物的质量比为(0.3-0.6)：1；
(4)将步骤(3)得到的蒜渣-淀粉浆状物加入到配有搅拌器，温度计和冷凝管的反应容器中,然后在80-90℃下边搅拌边向反应容器内加入氧化剂水溶液，搅拌速度为200-1500r/min，搅拌时间为1-3h，然后得到预氧化的蒜渣-淀粉浆状物，其中步骤(3)得到的蒜渣-淀粉浆状物与氧化剂水溶液的质量比为(3.5-5.8)：1；
(5)将步骤(4)得到的预氧化的蒜渣-淀粉浆状物与丙烯酸单体混合物、乳化剂和水混合，所得混合物在45-60℃和200-5000r/min的搅拌速度下预乳化30-120min得到预乳化混合物，其中步骤(4)得到的预氧化的蒜渣-淀粉浆状物、丙烯酸单体混合物、乳化剂和水的质量比为(14-21)：(5-11)：1：(13-27)；
(6)将步骤(5)得到的预乳化混合物温度升高至75-90℃，在恒定温度下边搅拌边以0.05-0.3mL/min的滴速向预乳化混合物中逐滴加入引发剂水溶液，其中步骤(5)得到的预乳化混合物和引发剂水溶液的质量比是(4.8-5.6):1；引发剂滴加完成后，反应在75-90℃和搅拌速度为250-500r/min条件下继续进行2-8h，然后将反应体系冷却至室温后，再用质量百分比浓度为25％的氨水调节体系的pH至7.0-9.0，即得到可作为蒜渣基液体地膜的乳液，其中步骤(5)中所述的丙烯酸单体混合物包括丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸，三者质量比为(5.5-6.5)：(2.5-3.5)：1。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤(4)中所述的氧化剂水溶液为过硫酸钾或过硫酸铵水溶液，其中过硫酸钾或过硫酸铵的质量百分比浓度为6-12％。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤(5)中所述的乳化剂是质量比为1：(2.5-3.5)的反应型乳化剂和辛基酚聚氧乙烯醚(10)的混合物，反应型乳化剂的型号为LRS-10。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤(6)中所述的引发剂水溶液为过硫酸钾或过硫酸铵水溶液，其中过硫酸钾或过硫酸铵的质量百分比浓度为2.2-3.1％。
5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其中，所用到的水为去离子水。
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L MAIRIZA ET.AL.: "The effect of starch-garlic powder ratio on degradation rate of Gadung starch bioplastic", 《MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING》, vol. 334, pages 1 - 4 *

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