一种可降解保水地膜的制备方法

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本发明公开了一种可降解保水地膜的制备方法，属于环保材料技术领域。本发明中将秸秆和新鲜牛粪混合进行堆腐处理后，通过炭化处理制备出复合生物炭作为基体，结合聚乙烯醇和其它助剂制备出具有极好的拉伸强度、降解率和保水性的可降解保水地膜；可降解保水地膜中含有大量的碳元素，经微生物分解后，碳源为微生物带来充足营养，加快微生物的繁殖生长，大量微生物又加速液体地膜的降解，这些微生物会使大分子分解成为更加稳定的水和二氧化碳；可降解保水地膜主要成分是纤维素以及聚乙烯醇，其中含有大量的羟基，而当水分进入地膜内部之后，溶解了其中的亲水基团，使得地膜内部结构发生了变化，其稳定性遭到了破坏，因而加快了地膜的降解程度。

1.一种可降解保水地膜的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：（1）将秸秆洗净、干燥并粉碎处理，即得粉碎的秸秆，按质量比1∶1将粉碎的秸秆和新鲜牛粪混合均匀，在自然环境条件下堆腐处理，即得复合物，将复合物干燥、研磨并过筛处理，即得复合粉末，将复合粉末置于马弗炉中，高温炭化处理，冷却至室温，即得炭化物，研磨并过筛处理，即得炭化物粉末；（2）按重量份数计，分别称取50～68份炭化物粉末、20～26份质量分数为10%聚乙烯醇溶液、1～10份质量分数为20%戊二醛水溶液、1～5份丙三醇、1～6份三乙醇胺、2～4份邻苯二甲酸二甲酯、80～100份去离子水，将炭化物粉末和去离子水混合，保温搅拌处理，得浆料，加入质量分数为10%聚乙烯醇溶液，继续搅拌30～50min，得复合浆料，依次加入质量分数为20%戊二醛水溶液、三乙醇胺、丙三醇和邻苯二甲酸二甲酯继续搅拌2～4h，冷却至室温，即得可降解保水地膜。 2.根据权利要求1所述的一种可降解保水地膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的洗净、干燥并粉碎处理为用去离子水洗净并置于50～60℃的烘箱中干燥至恒重，冷却至室温并粉碎，过80～100目筛。 3.根据权利要求1所述的一种可降解保水地膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的堆腐时间为1～2周。 4.根据权利要求1所述的一种可降解保水地膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的干燥、研磨并过筛处理为置于60～80℃的烘箱中风干至恒重，并用搅拌5.机打碎后研磨至均匀，过16～20目筛。 5.根据权利要求1所述的一种可降解保水地膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的高温炭化处理为在温度为350～400℃和氮气气氛下高温炭化4～6h。 6.根据权利要求1所述的一种可降解保水地膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的研磨并过筛处理为研磨并过100～140目筛。 7.根据权利要求1所述的一种可降解保水地膜的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的保温搅拌处理为在温度为90～100℃，转速为60～80r/min下搅拌20～30min。 8.根据权利要求1所述的一种可降解保水地膜的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的制备的可降解保水地膜为液体地膜。

技术领域

本发明涉及一种可降解保水地膜的制备方法，属于环保材料技术领域。

背景技术

近年来，人们越来越重视对环境的保护，在我国的农业生产中，为了节水、保水、保温，农膜被大量使用，如：在育苗时，苗床需要覆盖地膜以达到保温、保湿的目的；部分旱作作物，需要在地膜上打孔栽种，如西瓜、烟草等；还有的温室种植为了保水保温也需要覆膜种植。但是在育苗时一旦种子发芽出苗，要及时的揭掉地膜，否则，很容易高温烫伤种苗。而在作物成熟收获后农膜也就失去了作用，随之而来的就是农膜废弃物污染的问题。而如今市面上常用的是以聚乙烯、聚丙烯等化学物质制成的农用地膜，除了具有保温、除草等功能外，还存在着耐用性差、强度不高、降解难度大时间久等问题。由于其很难降解，且不能回收二次使用，大量地膜碎片会残留在土壤中，不仅会破坏土壤结构，影响作物生长而导致减产，还会造成严重环境污染。目前也有很多关于可降解地膜的研究，大多是关注农膜的可降解性、提高降解速度，以及使用不同的化学物质配比提高农膜的拉伸强度、透光度和厚度等情况研究，对于农膜的降解后对土壤的影响等方面没有更好的研究。

因此，当前急需改进地膜的生产技术和应用方法，地膜材料应选用具有地膜作用，且在使用后可降解的材料，同时降解后成分无毒、无害、不污染环境，且有利于改良土壤、耕作和种植。如何合理利用土壤水资源，开发研制可降解保水地膜，解决农业用膜污染，有效增加土壤水分保持，改良土壤，提高农业水资源的利用效率等问题，将是发展现代节水农业和解决我国农业用膜及废弃物污染的有效途径。

农业地膜是一项成熟的栽培技术，可保持土壤水分、提高水分利用率，缓解干旱半干旱地区土壤缺水问题，同时改善农作物生长环境，有利于作物生长发育，提高作物产量及农业效益，确保了农作物产量的提高，缓解了因干旱缺水制约中国农业生产的问题。

然而，目前使用的农业地膜多用高分子PE、PVC聚合物，在土壤中既不受微生物侵蚀，也不能自行分解，不仅会造成严重的“白色污染”，而且会造成土壤板结、通透性变差、根系生长受阻，后茬作物减产。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对现有普通农用PE地膜难以降解的问题，提供了一种可降解保水地膜的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

（1）将秸秆洗净、干燥并粉碎处理，即得粉碎的秸秆，按质量比1∶1将粉碎的秸秆和新鲜牛粪混合均匀，在自然环境条件下堆腐处理，即得复合物，将复合物干燥、研磨并过筛处理，即得复合粉末，将复合粉末置于马弗炉中，高温炭化处理，冷却至室温，即得炭化物，研磨并过筛处理，即得炭化物粉末；

（2）按重量份数计，分别称取50～68份炭化物粉末、20～26份质量分数为10%聚乙烯醇溶液、1～10份质量分数为20%戊二醛水溶液、1～5份丙三醇、1～6份三乙醇胺、2～4份邻苯二甲酸二甲酯、80～100份去离子水，将炭化物粉末和去离子水混合，保温搅拌处理，得浆料，加入质量分数为10%聚乙烯醇溶液，继续搅拌30～50min，得复合浆料，依次加入质量分数为20%戊二醛水溶液、三乙醇胺、丙三醇和邻苯二甲酸二甲酯继续搅拌2～4h，冷却至室温，即得可降解保水地膜。

步骤（1）所述的洗净、干燥并粉碎处理为用去离子水洗净并置于50～60℃的烘箱中干燥至恒重，冷却至室温并粉碎，过80～100目筛。

步骤（1）所述的堆腐时间为7～14天。

步骤（1）所述的干燥、研磨并过筛处理为置于60～80℃的烘箱中风干至恒重，并用搅拌5.机打碎后研磨至均匀，过16～20目筛。

步骤（1）所述的高温炭化处理为在温度为350～400℃和氮气气氛下高温炭化4～6h。

步骤（1）所述的研磨并过筛处理为研磨并过100～140目筛。

步骤（2）所述的保温搅拌处理为在温度为90～100℃，转速为60～80r/min下搅拌20～30min。

步骤（2）所述的制备的可降解保水地膜为液体地膜。

本发明与其他方法相比，有益技术效果是：

（1）本发明中将秸秆和新鲜牛粪混合进行堆腐处理后，通过炭化处理制备出复和生物炭作为可降解保水地膜的基体，结合聚乙烯醇和其它助剂制备出具有极好的拉伸强度、降解率和保水性的可降解保水地膜，可降解保水地膜覆盖可提高了土壤有机质和氮、磷、钾养分含量，也提高土壤持水能力，促进降雨淋盐，抑制地表返盐，还可改善土壤结构，增加土壤有机质，可降解保水地膜覆盖不仅改善了土壤水热状况，且对土壤有机质和养分的补偿作用可为微生物的生命活动提供充足的能量物质和营养物质，使得地膜覆盖土壤微生物数量增加；

（2）本发明所制备的可降解保水地膜中含有大量的碳元素，经微生物分解以后，这些碳源会为微生物带来充足的营养，加快微生物的繁殖生长，大量微生物又加速液体地膜的降解，这些微生物会使大分子分解成为更加稳定的水和二氧化碳；可降解保水地膜主要成分是纤维素以及聚乙烯醇，其中含有大量的羟基，而当水分进入地膜内部之后，溶解了其中的亲水基团，使得地膜内部结构发生了变化，其稳定性遭到了破坏，因而加快了地膜的降解程度。

具体实施方式

将秸秆用去离子水洗净并置于50～60℃的烘箱中干燥至恒重，冷却至室温并粉碎，过80～100目筛，即得粉碎的秸秆，按质量比1∶1将粉碎的秸秆和新鲜牛粪混合均匀，在自然环境条件下堆腐7～14天，即得复合物，将复合物置于60～80℃的烘箱中风干至恒重，并用搅拌机打碎后研磨至均匀，过16～20目筛，即得复合粉末，将复合粉末置于马弗炉中，在温度为350～400℃和氮气气氛下高温炭化4～6h，冷却至室温，即得炭化物，研磨并过100～140目筛，即得炭化物粉末；按重量份数计，分别称取50～68份炭化物粉末、20～26份质量分数为10%聚乙烯醇溶液、1～10份质量分数为20%戊二醛水溶液、1～5份丙三醇、1～6份三乙醇胺、2～4份邻苯二甲酸二甲酯、80～100份去离子水，将炭化物粉末和去离子水混合，在温度为90～100℃，转速为60～80r/min下搅拌20～30min，得浆料，加入质量分数为10%聚乙烯醇溶液，继续搅拌30～50min，得复合浆料，依次加入质量分数为20%戊二醛水溶液、三乙醇胺、丙三醇和邻苯二甲酸二甲酯继续搅拌2～4h，冷却至室温，即得可降解保水地膜。

将秸秆用去离子水洗净并置于50℃的烘箱中干燥至恒重，冷却至室温并粉碎，过80目筛，即得粉碎的秸秆，按质量比1∶1将粉碎的秸秆和新鲜牛粪混合均匀，在自然环境条件下堆腐7天，即得复合物，将复合物置于60℃的烘箱中风干至恒重，并用搅拌机打碎后研磨至均匀，过16目筛，即得复合粉末，将复合粉末置于马弗炉中，在温度为350℃和氮气气氛下高温炭化4h，冷却至室温，即得炭化物，研磨并过100目筛，即得炭化物粉末；按重量份数计，分别称取50份炭化物粉末、20份质量分数为10%聚乙烯醇溶液、1份质量分数为20%戊二醛水溶液、1份丙三醇、1份三乙醇胺、2份邻苯二甲酸二甲酯、80份去离子水，将炭化物粉末和去离子水混合，在温度为90℃，转速为60r/min下搅拌20min，得浆料，加入质量分数为10%聚乙烯醇溶液，继续搅拌30min，得复合浆料，依次加入质量分数为20%戊二醛水溶液、三乙醇胺、丙三醇和邻苯二甲酸二甲酯继续搅拌2h，冷却至室温，即得可降解保水地膜。

将秸秆用去离子水洗净并置于55℃的烘箱中干燥至恒重，冷却至室温并粉碎，过90目筛，即得粉碎的秸秆，按质量比1∶1将粉碎的秸秆和新鲜牛粪混合均匀，在自然环境条件下堆腐10天，即得复合物，将复合物置于70℃的烘箱中风干至恒重，并用搅拌机打碎后研磨至均匀，过18目筛，即得复合粉末，将复合粉末置于马弗炉中，在温度为375℃和氮气气氛下高温炭化5h，冷却至室温，即得炭化物，研磨并过120目筛，即得炭化物粉末；按重量份数计，分别称取59份炭化物粉末、23份质量分数为10%聚乙烯醇溶液、5份质量分数为20%戊二醛水溶液、2份丙三醇、3份三乙醇胺、3份邻苯二甲酸二甲酯、90份去离子水，将炭化物粉末和去离子水混合，在温度为95℃，转速为70r/min下搅拌25min，得浆料，加入质量分数为10%聚乙烯醇溶液，继续搅拌40min，得复合浆料，依次加入质量分数为20%戊二醛水溶液、三乙醇胺、丙三醇和邻苯二甲酸二甲酯继续搅拌3h，冷却至室温，即得可降解保水地膜。

将秸秆用去离子水洗净并置于60℃的烘箱中干燥至恒重，冷却至室温并粉碎，过100目筛，即得粉碎的秸秆，按质量比1∶1将粉碎的秸秆和新鲜牛粪混合均匀，在自然环境条件下堆腐14天，即得复合物，将复合物置于80℃的烘箱中风干至恒重，并用搅拌机打碎后研磨至均匀，过20目筛，即得复合粉末，将复合粉末置于马弗炉中，在温度为400℃和氮气气氛下高温炭化6h，冷却至室温，即得炭化物，研磨并过140目筛，即得炭化物粉末；按重量份数计，分别称取68份炭化物粉末、26份质量分数为10%聚乙烯醇溶液、10份质量分数为20%戊二醛水溶液、5份丙三醇、6份三乙醇胺、4份邻苯二甲酸二甲酯、100份去离子水，将炭化物粉末和去离子水混合，在温度为100℃，转速为80r/min下搅拌30min，得浆料，加入质量分数为10%聚乙烯醇溶液，继续搅拌30～50min，得复合浆料，依次加入质量分数为20%戊二醛水溶液、三乙醇胺、丙三醇和邻苯二甲酸二甲酯继续搅拌4h，冷却至室温，即得可降解保水地膜。

将本发明制备的可降解保水地膜及市售的淀粉保水地膜进行检测，具体检测如下：

膜拉伸强度和断裂伸长率的测定：

按国标GB1040-79标准进行，拉伸速度为3cm/min，样品厚度为100μm，预先在75%相对湿度下平衡3～4天。每个样品测定3个纵向、3个横向，取平均值。

膜吸水率的测定：

按国标GB1034-70标准进行，取10cm×10cm方块薄膜，于105℃下烘干至恒重（W0），然后置于室温下（25℃左右）的蒸馏水中，定期取出，用滤纸吸干表面水分，称重（W1），计算吸水率。每个样品取3块膜条为一组，取平均值。

吸水率（%）＝[(W1-W0)/W1]×100

具体测试结果如表1。

表1性能表征对比表

项目 实例1 实例2 实例3 对照例 拉伸强度（MPa） 33.61 34.12 33.95 28.17 断裂伸长率（%） 288 289 287 255 吸水率（%） 21.48 21.56 21.88 20.85 降解状况（覆膜100天） 裂口纵横交织 裂口纵横交织 裂口纵横交织 无明显破洞

由表1可知本发明制备的可降解保水地膜，具有极好的拉伸强度和降解率，且保水性能好，本发明具有广阔的市场价值和应用前景。

本文标签： 水地制备方法可降解