CN115895011A - 一种生物可降解黑色地膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种新型生物可降解多功能黑色地膜的制备方法，具有保墒、保温、高韧性、抗紫外、抑制杂草生长等特色，属于农业领域。采用的技术方案是：将一定质量分数的羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇和木质素磺酸钠混合液通过流延法制备淡黄色地膜，室温环境下将地膜浸泡在一定浓度的铁盐溶液中，利用三价铁离子与木质素磺酸钠之间的氧化还原反应即可原位制备黑色地膜，铁离子还作为交联点能有效增强高分子链段间作用力。本发明能耗低，工艺流程简单，易于批量化、大面积生产，产品批次间重复性好，有效降低了水分子渗透率，增强了地膜保墒、保温、韧性等，具有良好的抑制杂草能力，有望在农业地膜领域得到广泛应用。
Description
技术领域
本发明属于农业地膜领域，尤其是涉及一种环保代塑的新型生物可降解黑色地膜的方法。
背景技术
黑色地膜通常在农业中用于控制杂草并减少灌溉水的消耗和蒸发过程，并且提高土壤温度，减少土壤侵蚀和提高作物产量，它还可以减少除草剂的使用，因为塑料覆盖物减少了作物和入侵植物之间的竞争。传统的黑色地膜是用低密度聚乙烯(LDPE)掺杂石墨、炭黑等黑色母粒生产的。考虑到废物物流到垃圾填埋场，使用这种材料的主要缺点在于依赖使用化石燃料有关的问题。制造过程中产生废物并随后释放有毒物质，种植季节后在农场燃烧塑料时产生有毒气体污染环境。根据文献报道，去除传统地膜每公顷大约需要16小时，成本超过每公顷2000元。当留在田间时，这些材料往往会碎裂并逐渐积聚在土壤中。可生物降解的聚合物在使用后将材料掺入土壤中，被认为是商业黑色地膜的重要替代品，在此背景下，开发生物可降解黑色地膜具有广阔的前景和巨大的研究价值。
纤维素和木质素都是天然的可降解聚合物，便宜、且易于获得。纤维素的衍生物羧甲基纤维素是一种良好的成膜材料，含有丰富的极性官能团(羧基和羟基)，导致羧甲基纤维素钠薄膜具有较差的机械性能，地膜破损后无法继续使用，会造成一定程度的资源浪费。土壤里水分如果蒸发过快会影响光合作用，影响植物的正常生长，薄膜的覆盖可以减少水分蒸发。此外，随着全球变暖的加剧，在庄稼生长中控制气温变得尤为重要。气温升高会导致作物生长速度过快和生长季节缩短。在炎热的生长季节，不断使用透明地膜会导致高温和根过早腐烂，而黑色地膜可以稳定温和地提高土壤温度。田间杂草的生长会与农作物争夺养分和水分，黑色地膜可以减少透光抑制杂草的生长。综上所述，在实际应用中，地膜往往同时需要较高的机械强度、保温性、阻水和抑制杂草生长，以达到促进农作物生长的目的。
目前关于绿色可降解生物基的地膜材料已经有报道，但通常需要在白色基底中额外添加石墨、腐殖质等黑色物质。这些黑色物质需要经过特殊方法合成，生产成本高，势必会增加黑色地膜市场价格，这严重限制了其在实际生活中的推广和应用。因此，利用资源丰富的可再生天然高分子开发新型廉价的生物可降解地膜材料对农产品领域具有重要应用意义。
发明内容
基于此，本发明的目的是提供一种新型环保代塑生物可降解黑色地膜材料的制备方法，该地膜材料具有保墒、保温、高韧性、抗紫外、抑制杂草生长等特色。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种制备生物可降解黑色地膜的方法，包括如下步骤：
1)将一定质量的羧甲基纤维素钠(CMC)、聚乙烯醇(PVA)、木质素磺酸钠混合溶液通过流延法制备淡黄色的羧甲基纤维素钠(CMC)基地膜；
2)将羧甲基纤维素钠基地膜放入50～60℃烘箱干燥50～60min后取出并浸泡在1～5wt％的氯化铁溶液进行交联处理，地膜颜色由淡黄色迅速转变成黑色，室温自然干燥，即可得到新型生物可降解黑色地膜。本发明利用三价铁离子与木质素磺酸钠之间的氧化还原反应即可原位制备黑色地膜，，铁离子还作为交联点能有效增强高分子链段间作用力。
基于以上技术方案，优选地，所述步骤(1)羧甲基纤维素钠的质量分数为1～8wt％，聚乙烯醇的质量分数为5～12wt％，木质素磺酸钠的质量分数为1～7wt％。
基于以上技术方案，优选地，所述聚乙烯醇的分子量为110000～130000g/mol，羧甲基纤维素钠的分子量为1800～10000g/mol。
基于以上技术方案，优选地，所述步骤(1)羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇、木质素磺酸钠混合溶液的配置方法为：将羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇、木质素磺酸钠分散在水中，搅拌均匀。
基于以上技术方案，优选地，所述步骤(1)羧甲基纤维素钠基地膜的厚度为70-110μm。
基于以上技术方案，优选地，所述铁盐为三氯化铁、硫酸铁、硝酸铁、溴化铁或碘化铁；所述铁盐溶液中含有醇类溶剂和水，所述醇类溶剂为甘油、已二醇、山梨醇等单一或者多种混合，即所述铁盐溶液为铁盐和醇类溶剂溶剂置换的混合水溶液，所述醇类溶剂的浓度为40～50wt％。
基于以上技术方案，优选地，所述步骤(2)交联处理的温度为20～30℃，交联处理的时间为10～20min。
本发明还涉及保护上述方法所制备的生物可降解黑色地膜。
本发明还涉及保护上述方法所制备地膜在农产品种植领域中的应用。
本发明所制备产品具有工艺流程简单，能耗低，易于批量化、大面积生产，产品批次间重复性好等优势，有效降低了水分子渗透率，有效保温保墒，增强了地膜机械强度，具有良好的抑制杂草能力，加快了农作物萌芽时间。
相对于现有技术，本发明所提供的制备方法具有以下优势：
1、本发明所制备黑色地膜具有优异机械强度、可循环拉伸、抗紫外线、保温保墒、抑制杂草生长等特色的多功能，与商业黑色地膜具有类似效果，有望在农业地膜领域具有广泛应用前景。
2、本发明所涉及制备黑色地膜生产工艺流程简单，成本低，能耗低，易于批量化、大面积生产，产品批次间重复性好等优势。
附图说明
图1为实施例1制备黑色地膜的拉伸循环曲线。
图2为实施例1制备黑色地膜、对比例和商业黑色地膜的保温性能。
图3为实施例1制备黑色地膜、对比例和商业黑色地膜的抗紫外性能。
图4为实施例1制备黑色地膜、对比例和商业黑色地膜促进菜籽发芽生长对比图。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件，均按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂。
实施例1
(1)准确称取1g羧甲基纤维素钠(粘度:800-1200mPa s)溶于50mL去离子水中，在60℃的磁力搅拌器中搅拌2h至CMC完全溶解。于此同时，将5g聚乙烯醇(110000～130000g/mol)溶于50mL去离子水中，在95℃的磁力搅拌器中搅拌3h至PVA完全溶解。将获得的两种溶液混匀，在60℃的磁力搅拌器中搅拌1h，使得两种溶液充分混匀。随后加入5g木质素磺酸钠在上述混合溶液中，60℃搅拌30min，将获得的膜液使用流延法获得地膜。
(2)将地膜放置到烘箱中，50℃干燥处理1h，随后在25℃室温下用氯化铁甘油水溶液(FeCl3:3wt％；甘油:46wt％)交联15min获得黑色水凝胶地膜材料，即掺杂木质素磺酸钠的羧甲基纤维素钠/聚乙烯醇地膜，记作CMC/PVA/FeCl3/木质素磺酸钠。
实施例2
1)准确称取2g羧甲基纤维素钠(粘度:800-1200mPa s)溶于50mL去离子水中，在60℃的磁力搅拌器中搅拌2h至CMC完全溶解。于此同时，将5g聚乙烯醇(110000～130000g/mol)溶于50mL去离子水中，在95℃的磁力搅拌器中搅拌3h至PVA完全溶解。将获得的两种溶液混匀，在60℃的磁力搅拌器中搅拌1h，使得两种溶液充分混匀。随后加入5g木质素磺酸钠在上述混合溶液中，60℃搅拌30min，将获得的膜液使用流延法获得地膜。
(2)将地膜放置到烘箱中，50℃干燥处理1h，随后在25℃室温下用氯化铁甘油水溶液(FeCl3:3wt％；甘油:46wt％)交联15min可获得黑色水凝胶地膜材料，即掺杂木质素磺酸钠的羧甲基纤维素钠/聚乙烯醇地膜。
实施例3
1)准确称取1g羧甲基纤维素钠(粘度:800-1200mPa s)溶于50mL去离子水中，在60℃的磁力搅拌器中搅拌2h至CMC完全溶解。于此同时，将6g聚乙烯醇(110000～130000g/mol)溶于50mL去离子水中，在95℃的磁力搅拌器中搅拌3h至PVA完全溶解。将获得的两种溶液混匀，在60℃的磁力搅拌器中搅拌1h，使得两种溶液充分混匀。随后加入5g木质素磺酸钠在上述混合溶液中，60℃搅拌30min，将获得的膜液使用流延法获得地膜。
(2)将地膜放置到烘箱中，50℃干燥处理1h，随后在25℃室温下用氯化铁甘油水溶液(FeCl3:3wt％；甘油:46wt％)交联15min可获得黑色水凝胶地膜材料，即掺杂木质素磺酸钠的羧甲基纤维素钠/聚乙烯醇地膜。
实施例4
1)准确称取2g羧甲基纤维素钠(粘度:800-1200mPa s)溶于50mL去离子水中，在60℃的磁力搅拌器中搅拌2h至CMC完全溶解。于此同时，将6g聚乙烯醇(110000～130000g/mol)溶于50mL去离子水中，在95℃的磁力搅拌器中搅拌3h至PVA完全溶解。将获得的两种溶液混匀，在60℃的磁力搅拌器中搅拌1h，使得两种溶液充分混匀。随后加入5g木质素磺酸钠在上述混合溶液中，60℃搅拌30min，将获得的膜液使用流延法获得地膜。
(2)将地膜放置到烘箱中，50℃干燥处理1h，随后在25℃室温下用氯化铁甘油水溶液(FeCl3:3wt％；甘油:46wt％)交联15min可获得黑色水凝胶地膜材料，即掺杂木质素磺酸钠的羧甲基纤维素钠/聚乙烯醇地膜。
实施例5
1)准确称取3g羧甲基纤维素钠(粘度:800-1200mPa s)溶于50mL去离子水中，在60℃的磁力搅拌器中搅拌2h至CMC完全溶解。于此同时，将5g聚乙烯醇(110000～130000g/mol)溶于50mL去离子水中，在95℃的磁力搅拌器中搅拌3h至PVA完全溶解。将获得的两种溶液混匀，在60℃的磁力搅拌器中搅拌1h，使得两种溶液充分混匀。随后加入5g木质素磺酸钠在上述混合溶液中，60℃搅拌30min，将获得的膜液使用流延法获得地膜。
(2)将地膜放置到烘箱中，50℃干燥处理1h，随后在25℃室温下用氯化铁甘油水溶液(Fecl3:3wt％；甘油:46wt％)交联15min可获得黑色水凝胶地膜材料，即掺杂木质素磺酸钠的羧甲基纤维素钠/聚乙烯醇地膜。
对比例
按照实施例1的方法制备，区别在于不添加木质素磺酸钠，最终得到地膜材料，即没有木质素磺酸钠掺杂的羧甲基纤维素钠/聚乙烯醇地膜，记作CMC/PVA/FeCl3。
羧甲基纤维素钠/聚乙烯醇地膜性能测试
1.气体阻隔性能
气体阻隔特性评价方法：
水蒸气渗透率(WVP)由水蒸气渗透测试仪(PERMEW3/010，LABTHINK，中国)在38±0.5℃和90±1％相对湿度下按照标准方法(ASTM E398)测定。
上述的实施例1和对比例制备的两种膜的效果比较，结果如表1。
表1实施例1和对比例的阻水效果比较
| 样品 | <![CDATA[WVP(×10<sup>-12</sup>g/cm*s*Pa)]]> | |
| 对比例 | <![CDATA[CMC/PVA/FeCl<sub>3</sub>]]> | 1688 |
| 实施例1 | <![CDATA[CMC/PVA/FeCl<sub>3</sub>/木质素磺酸钠]]> | 1219 |
由表1可见，实施例1中得到的复合地膜的水蒸气阻隔效果优于对比例。
同样地，实施例2-5制备的复合地膜具有良好的阻水特性。
2.机械强度
采用实施例1制备的复合地膜考察产品的机械强度特性，结果如图1所示。可以看到复合地膜在经过十次拉伸后仍保持较高的断裂伸长率。
同样地，实施例2-5所制备的地膜均具有良好的机械强度。
3.保温实验
测试方法：
升温实验：将地膜覆盖在装有土壤培养皿上让太阳光照射，用温度计测量土壤温度。
降温实验：将地膜覆盖在装有土壤的培养皿上，用烘箱加热到一定温度，拿出放到室温降温并测量温度。
采用实施例1和对比例制备的复合地膜考察产品的保温特性，结果如图2所示。
由图2可见，实施例1制备的产品具有良好的保温特性，符合农业地膜实际应用中保温性能需求。
同样地，实施例2-5所制备的地膜均具有良好的保温特性。
4.抗紫外性
采用实施例1和商业黑色地膜考查产品的抗紫外性，结果如图3所示。
由图3可见，实施例1制备的产品具有优异的抗紫外线特性(小于400nm波段)，与商业黑色地膜的抗紫外线能力相当。
同样地，实施例2-5所制备薄膜同样具备有良好的抗紫外线特性。
5.杂草抑制实验
测试方法：
将小白菜菜籽和杂草籽(糠稷、看麦娘、稗草、狗尾草混合草籽)各约40粒混合埋入土壤中，分别用商业PE膜和本发明的产品地膜进行覆盖，定期拍照观察种子发芽生长的变化。
采用实施例1制备的复合地膜、对比例和商业PE膜考察产品的育苗效果，结果如图4所示。
由图4可见，实施例1制备的产品具有良好的育苗效果，阻止杂草生长，符合农业地膜实际应用中抑制杂草需求。
同样地，实施例2-5所制备的地膜均具有良好的抑制杂草效果。
本发明提供的一种制备具有多功能特色的农业地膜材料的方法，属于农业地膜技术领域。实验结果表明，制备的多功能农用地膜材料的综合性能全面优于同类型产品，成本更低，易于批量大规模生产。
Claims (9)
1.一种制备生物可降解黑色地膜的方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)将羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇、木质素磺酸钠混合溶液通过流延法制备羧甲基纤维素钠基地膜；
2)将羧甲基纤维素钠基地膜放入50～60℃烘箱干燥50～60min后取出并浸泡在1～5wt％的铁盐溶液中进行交联处理，地膜颜色由淡黄色转变成黑色，室温自然干燥，即可得到生物可降解黑色地膜。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)羧甲基纤维素钠的质量分数为1～8wt％，聚乙烯醇的质量分数为5～12wt％，木质素磺酸钠的质量分数为1～7wt％。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述聚乙烯醇的分子量为110000～130000g/mol，羧甲基纤维素钠的分子量为1800～10000g/mol。
4.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇、木质素磺酸钠混合溶液的配置方法为：将羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇、木质素磺酸钠分散在水中，搅拌均匀。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)羧甲基纤维素钠基地膜的厚度为70-110μm。
6.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述铁盐为三氯化铁、硫酸铁、硝酸铁、溴化铁或碘化铁。
7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)交联处理的温度为20～30℃，交联处理的时间为10～20min。
8.一种权利要求1-7任一方法所制备获得的生物可降解黑色地膜。
9.一种权利要求8所述地膜在农产品种植领域中的应用。
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110227360A (zh) * | 2019-06-06 | 2019-09-13 | 太原理工大学 | 一种掺杂木质素磺酸盐的共混膜的制备方法及应用 |
| CN113817218A (zh) * | 2020-12-25 | 2021-12-21 | 北京蔚蓝天纳科技有限公司 | 一种生物聚合物复合膜及其制备方法 |
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110227360A (zh) * | 2019-06-06 | 2019-09-13 | 太原理工大学 | 一种掺杂木质素磺酸盐的共混膜的制备方法及应用 |
| CN113817218A (zh) * | 2020-12-25 | 2021-12-21 | 北京蔚蓝天纳科技有限公司 | 一种生物聚合物复合膜及其制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| ZHANG DA XIA ET.AL.: "Core/shell dual-responsive nanocarriers via iron-mineralized electrostatic self-assembly for precise pesticide delivery", 《ADV FUNCT MATER》, vol. 31, no. 34, pages 1 - 11 * |
| ZHOU, HUIMIN ET.AL.: "High-performance cellulose acetate-based gas barrier films via tailoring reduced graphene oxide nanosheets", 《INTERNATIONAL JOURNAL OF BIOLOGICAL MACROMOLECULES》, vol. 209, pages 1450 - 1456, XP087049969, DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2022.04.115 * |
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