[发明专利]一种高拒水性高透光性生物降解棉质农用薄膜

说明书

技术领域

本发明涉及降解农膜产品及其制备技术领域，具体讲是一种高拒水性高透光性生物降解棉质农用地膜及其制备方法。

背景技术

塑料农膜的广泛应用对提高农作物产量、质量，解决高寒地区提前育苗、栽种，以及种植反季节性蔬菜、瓜果等起着非常重要的作用，由于其自然降解时间长达200～300年，必须将残膜予以回收，现实是回收工作严重滞后，已给生态环境造成触目惊心的“白色污染”，土壤板结地力下降成为普遍现象。另外，塑料农膜的大量使用，增加了有限且不可再生的石油资源的消耗。因此，近30年来国内外广泛开展了可降解农用薄膜的研究工作，已开发出淀粉添加型生物降解地膜、光降解地膜、光/生物降解地膜、植物纤维地膜和液态喷洒膜等。其中淀粉添加型生物降解地膜及光降解地膜采用的主要原料仍然是塑料和化纤，无法完全根除“白色污染”问题；植物纤维地膜主要是纸地膜，国内以农科院麻类研究所研制的环保型麻地膜为代表，国外以日本等国利用植物纤维如针叶木、阔叶木、麻、苇等开发出一系列的纸地膜为代表，纸地膜存在抗风雨能力差、易破碎，不适宜机械铺膜等问题。可降解液态地膜以褐煤、风化煤或泥炭对造纸黑液等废液进行改性，通过木质素、纤维素和多糖在交联剂的作用下形成高分子，再与各种添加剂、硅肥、微量元素、农药和除草剂混合制取获得，这类地膜的保温保墒效果较差。

另据统计，我国每年产生的棉、麻等废弃天然纤维超过50万吨，并逐年增加，这些废弃物不仅危害环境，而且造成很大的资源浪费。如将这些废弃天然纤维制成农用膜，则可以替代常规高分子农膜使用总量的6％～9％左右。

发明内容

本发明是提出利用废弃棉短绒、废旧棉衣物等棉纤维制造一种可用于农业生产的纸基棉质降解地膜及其制备工艺。

纸基棉质降解地膜的制备工艺为：采用蒸漂一体的制浆方式，用碱蒸煮棉浆料。氢氧化钠是蒸煮液的主要成分，双氧水为漂白剂，其中用碱量为3～7％，双氧水用量为6～9％，十二烷基磺酸钠用量1～3％，双氰胺用量0.1～0.3％，乙二胺四乙酸(EDTA)用量0.05～0.1％，蒽醌用量0.02～0.05％等，液比为1∶5。为了增加棉质地膜的干、湿强度，棉质薄膜制备过程中需添加一些助剂，如湿强剂聚酰胺环氧氯丙烷树脂(PAE)，用量为绝干浆质量分数的0.8～1.5％；增塑剂缩水甘油醚环氧树脂，用量为绝干浆质量分数的0.5～1.0％；促降解剂纤维素酶用量为绝干浆质量分数的1～5％。蒸煮过程中第一次升温时间50min，尽量保持匀速升温，温度达到105～110℃时保温95min。第二次升温时间5min，温度达到118±2℃时，保温20min，结束后立即放汽。将蒸煮过的棉纤维冲洗，洗去浮色，将一定的棉纤维放入打浆机进行打浆，打浆度控制在30～500SR，将打好的棉浆烘干以定棉质地膜的克重，再称量一定克重的棉纤维放入纤维解离器中进行稀释解离制得纤维浆的悬浮液，将此液倒入抄纸器中，滤除水分得到湿纤维网，经油压机挤压出其中的水分和空气，放入烘干机中烘干2min，细心剥取即可得到纸基棉质地膜小样半成品。最后将其浸渍在2～8％的聚乙烯醇(PVA)施胶液中，采用二浸二轧工艺进行轧液整理，将整理后的样品置于一定温度的烘箱内，预烘一定时间，使胶液充分黏合在棉质地膜小样表面，然后在室温下晾干即得到棉质地膜。环境温度控制在20℃左右，相对湿度在30％～60％。

表1给出经测试得到的普通PE地膜和可降解棉质地膜的性能。可以看出：可降解棉质地膜的厚度比普通PE地膜大，面密度比PE地膜大0.8倍；可降解地膜干、湿态下的强力(因为是圆形成网，没有纵横向对比)比PE地膜的强力分别高出1.8和0.74倍；但是可降解地膜的断裂伸长率不及PE地膜，干态下只有PE地膜的2.3％，湿态下为PE地膜的3.3％；棉质地膜的撕裂度和普通PE地膜的撕裂度基本相同，耐破度也相差不大。可见，可降解棉质地膜部分性能指标达到或超过农用塑料地膜。

表1普通PE地膜和可降解棉质地膜的性能

本发明的优点在于：

(1)利用废弃的棉短绒和废旧棉衣物制造可自然降解农用薄膜，充分利用资源，变废为宝，同时又可有效的减少“白色污染”。

(2)本工艺是利用湿法造纸的方法制备纸基棉质地膜，用聚乙烯醇(PVA)作为粘合剂，可显著提高棉质薄膜的干强和湿强，并可以明显改善棉质地膜的透光率，制作方法简单、易行。

(3)可降解棉质地膜部分性能指标达到或超过农用塑料地膜，完全可满足辣椒、棉花、玉米等农作物的栽培育苗。

具体实施方式

实施例：采用蒸漂一体的制浆方式，用碱蒸煮棉浆料。氢氧化钠是蒸煮液的主要成分，双氧水为漂白剂，其中用碱量为5％，双氧水用量为6％，十二烷基磺酸钠用量1.5％，双氰胺用量0.2％，乙二胺四乙酸(EDTA)用量0.05％，蒽醌用量0.03％等，液比为1∶5。为了增加棉质地膜的干、湿强度，棉质薄膜制备过程中需添加一些助剂，如湿强剂为聚酰胺环氧氯丙烷树脂(PAE)，用量为绝干浆质量分数的1.0％；增塑剂为缩水甘油醚环氧树脂，用量为绝干浆质量分数的0.7％；促降解剂纤维素酶用量为绝干浆质量分数的3％。蒸煮过程中，第一次升温时间50min，尽量保持匀速升温，温度达到105～110℃时保温95min。第二次升温时间5min，温度达到118±2℃时，保温20min，结束后立即放汽。将蒸煮过的棉纤维冲洗，洗去浮色，将一定的棉纤维放入打浆机进行打浆，打浆度控制30～50°SR，将打好的棉浆烘干以定棉质地膜的克重，再称量一定克重的棉纤维放入纤维解离器中进行稀释解离制得纤维浆的悬浮液，将此液倒入抄纸器中，滤除水分得到湿纤维网，经油压机挤压出其中的水分和空气，放入烘干机中烘干2min，细心剥取即可得到纸基棉质地膜小样半成品。最后将其浸渍在2～8％的聚乙烯醇(PVA)施胶液中，采用二浸二轧的工艺进行轧液整理，将整理后的样品置于一定温度的烘箱内，预烘一定时间，使胶液充分黏合在棉质地膜小样表面，然后在室温下晾干即得到克重在30±5g/m²棉质地膜。