本發(fā)明屬于領(lǐng)域，特別涉及一種可降解高性能植物纖維綜合農(nóng)用地膜及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著塑料工業(yè)的迅速發(fā)展，在農(nóng)業(yè)方面，由于農(nóng)用地膜的使用，有效的控制了土壤的溫度和濕度，減少了水分和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的流失，促進(jìn)了農(nóng)作物的高產(chǎn)和穩(wěn)定，從而增加了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效益。
農(nóng)用塑料地膜在20世紀(jì)中葉開始應(yīng)用。1955年日本首次應(yīng)用于草莓生產(chǎn)，并進(jìn)行推廣。60年代初，法國(guó)、意大利、美國(guó)等國(guó)家開始在蔬菜、水果、咖啡、煙草、棉花等作物生產(chǎn)上應(yīng)用農(nóng)用塑料地膜，均獲得良好效果。我國(guó)自1978年從日本引進(jìn)塑料農(nóng)用地膜覆蓋技術(shù)以來，地膜覆蓋技術(shù)在國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了迅速推廣，極大地提高了我國(guó)農(nóng)作物產(chǎn)量。
但與此同時(shí)，由于地膜的一次性使用，降解時(shí)間長(zhǎng)達(dá)二三百年，用后易破碎在農(nóng)田中并夾雜了大量的沙土，很難回收利用。每年都會(huì)有大量的殘膜留在土壤中。塑料地膜多為分子量數(shù)萬至數(shù)十萬的聚乙烯，它們?cè)谧匀唤缰泻茈y降解。這些地膜碎片可在土壤中形成陰隔層，使土壤中的水、氣、肥等流動(dòng)受阻，造成土壤結(jié)構(gòu)板結(jié)，嚴(yán)重危害生態(tài)環(huán)境，造成白色污染。因此，解決殘留地膜污染土壤問題，已經(jīng)成為地膜覆蓋栽培技術(shù)的當(dāng)務(wù)之急。
日本、美國(guó)、意大利、法國(guó)、德國(guó)、加拿大等發(fā)達(dá)國(guó)家，于上個(gè)世紀(jì)末相繼著手研究可降解地膜。主要類型包括：生物降解地膜、光降解地膜、光/生物降解地膜和利用植物纖維制成的可降解地膜。其中，生物降解地膜可分為化學(xué)合成分子基地膜、天然高分子基地膜兩大類，但只有所含的淀粉成分可降解，其中的塑料成分并不能降解。光降解地膜分為添加型光降解地膜和合成型光降解地膜兩大類，光降解地膜降解速度快、很難控制，且這種地膜只有在光下才能降解，因此它的使用很受限制。光/生物降解地膜能把地膜降解成小顆粒，短期內(nèi)對(duì)作物生長(zhǎng)不會(huì)有太明顯的負(fù)面影響，但隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)，土壤中塑料顆粒逐漸增加，難以清除，可能帶來比使用塑料地膜更嚴(yán)重的污染，不利于農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。植物纖維基地膜是利用植物纖維，如針葉木、闊葉木、麻、葦?shù)榷喾N天然原料生產(chǎn)地膜，如日本研究開發(fā)的紙地膜、麻地膜。紙地膜可被土壤微生物完全降解，沒有污染，但所述紙地膜抗風(fēng)雨能力差、易破損，遇雨后撕破強(qiáng)力大大降低，不易機(jī)械化鋪膜，同時(shí)價(jià)格較貴，目前在生產(chǎn)上使用量較少。20世紀(jì)末，日本研制出農(nóng)用麻地膜，主要以紙漿和麻纖維為原料，韌性較紙地膜大大增強(qiáng)，提高了機(jī)械化鋪設(shè)的效率，但日本麻纖維缺乏，價(jià)格昂貴，難以大量推廣應(yīng)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)上述問題，本發(fā)明提供了一種可降解高性能植物纖維綜合農(nóng)用地膜及其制備方法。所述地膜采用植物纖維等天然原料生產(chǎn)，采用新工藝制成的地膜，不僅韌性較強(qiáng)，適合機(jī)械化鋪設(shè)，而且可在土壤中完全降解，屬于環(huán)保型產(chǎn)品。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
一種可降解高性能植物纖維綜合農(nóng)用地膜，制備所述農(nóng)用地膜的原料包括植物纖維、淀粉、纖維素、增強(qiáng)劑、防水劑和助濾劑，所述各原料的重量份數(shù)比為：
植物纖維 60~75
淀粉 5~15
纖維素 3~10
增強(qiáng)劑 0.5~5
防水劑 0.5~15
助濾劑 4~10。
進(jìn)一步的，所述植物纖維為稻草植物纖維、棉桿植物纖維或木材殘料植物纖維。
進(jìn)一步的，所述稻草植物纖維的提取方法包括以下步驟：
1）清洗、除塵：通過高壓泵噴洗、揉搓將原料稻草，去除包括塵土、沙石、泥土在內(nèi)的雜質(zhì)，并利用高磁鐵去除鐵雜質(zhì)，得到清潔干凈的稻草原料；
2）膨化：向稻草原料中添加酸堿，利用酸堿綜合處理工藝處理稻草原料，將原料置于膨化機(jī)中，2.8-3.6個(gè)大氣壓下，旋轉(zhuǎn)28-30分鐘排出，靜置2-3小時(shí)自行反應(yīng)，得到孰料待用；
3）搓絲：把待用的熟料，用雙螺桿搓絲分離，纖維送到前面，渣料排出，并把纖維料加溫到130℃，按2%-6%的比例添加雙氧水，使絲狀達(dá)到白度要求80度以上，得到搓絲合格的料；
4）反應(yīng)倉(cāng)：將搓絲合格的料慢慢降溫達(dá)到絲狀白度穩(wěn)定后（80度以上），直接送入熱磨機(jī)，經(jīng)過熱磨機(jī)處理，纖維達(dá)到扣解度36，白度達(dá)到80度以上，得到片狀纖維；
5）揉搓分離：把片狀纖維揉搓成分散狀，并把包括塵埃在內(nèi)的雜質(zhì)排出，得到纖維初產(chǎn)品；
6）壓濾：將纖維初產(chǎn)品送至壓濾機(jī)，首次壓濾將所含水分?jǐn)D壓到含水60%-70%，二次壓濾后含水40%~50%，三次壓濾后含水量達(dá)到14%-20%，即得到所述的植物纖維。
進(jìn)一步的，步驟2）中所述的酸堿綜合處理工藝中所使用的酸堿分別為雙氧水和燒堿，兩者的添加量均為稻草原料的4%~10%。
進(jìn)一步的，所述淀粉為造紙用淀粉。
進(jìn)一步的，所述防水劑為油、膠以及松香的混合物。
進(jìn)一步的，所述助濾劑為硅藻土助濾劑。
所述的可降解高性能植物纖維綜合農(nóng)用地膜的制備方法，利用三噴三壓制膜工藝，具體包括以下步驟：
將植物纖維疏解后，加入淀粉混合攪拌均勻后，經(jīng)篩選機(jī)篩選后入一號(hào)池料作為底料；纖維素和增強(qiáng)劑混合攪拌均勻后入二號(hào)料池作為中料；助濾劑、防水劑混合攪拌后入三號(hào)料池作為面料；三個(gè)池有三個(gè)噴料泵，按照克重調(diào)整計(jì)量泵噴料數(shù)量，三種原材老按底料、中料和面料的順序依次將三種料噴到長(zhǎng)網(wǎng)上，經(jīng)擠壓機(jī)、烘干機(jī)、傳送機(jī)、復(fù)卷機(jī)、分切機(jī)，即得到所述的可降解高性能植物纖維綜合農(nóng)用地膜。
本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)的有益效果為：
1、本發(fā)明所述的可降解高性能植物纖維綜合農(nóng)用地膜，是一種質(zhì)地介于紙張和布料之間的薄膜，它比塑料薄膜成本低30%，給農(nóng)民降低種地成本；
2、本發(fā)明所述的可降解高性能植物纖維綜合農(nóng)用地膜，可以通過控制原料中淀粉和防水劑用量，控制所述農(nóng)用地膜的降解時(shí)間；
3、本發(fā)明所述的可降解高性能植物纖維綜合農(nóng)用地膜，所用原材料是稻草、秸稈，年年皆有，廢料變寶；
4、本發(fā)明所述的可降解高性能植物纖維綜合農(nóng)用地膜，保溫性能好，冷熱溫差平衡性能強(qiáng)；
5、本發(fā)明所述的可降解高性能植物纖維綜合農(nóng)用地膜，是一種新型的可降解農(nóng)用地膜，約3-8個(gè)月可風(fēng)化降解，而且風(fēng)化后給土壤增加氮磷鉀肥料，用可降解的高性能纖維農(nóng)用地膜可生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)糧油蔬菜瓜果，是節(jié)能減排低碳環(huán)保、利國(guó)利民創(chuàng)新項(xiàng)目；
6、本發(fā)明所述的可降解高性能植物纖維綜合農(nóng)用地膜，是淀粉與超強(qiáng)度纖維混合而成，采用噴射技術(shù)，產(chǎn)品由防水層、增強(qiáng)層和覆蓋層三層組成，降解性、強(qiáng)度和防水性更好。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
一種可降解高性能植物纖維綜合農(nóng)用地膜，制備所述農(nóng)用地膜的原料包括植物纖維、造紙用淀粉、纖維素、增強(qiáng)劑、防水劑和助濾劑，所述各原料的重量份數(shù)比為：
植物纖維 60~75
造紙用淀粉 5~15
纖維素 3~10
增強(qiáng)劑 0.5~5
防水劑 0.5~15
助濾劑 4~10。
進(jìn)一步的，所述植物纖維為稻草植物纖維、棉桿植物纖維或木材殘料植物纖維；所述防水劑為油、膠以及松香的混合物；所述助濾劑為硅藻土助濾劑。
進(jìn)一步的，所述油、膠以及松香的混合比例為1~5:1~2;1~5，且所述的油為包括植物油、動(dòng)物油、礦物油等在內(nèi)任何形式的油類物質(zhì)。
進(jìn)一步的，所述稻草植物纖維的提取方法包括以下步驟：
1）清洗、除塵：通過高壓泵噴洗、揉搓將原料稻草，去除包括塵土、沙石、泥土在內(nèi)的雜質(zhì)，并利用高磁鐵去除鐵雜質(zhì)，得到清潔干凈的稻草原料；
2）膨化：稻草添加4%的含量，99%片堿，每噸加雙氧水含量26%加15%，滲透劑0.2%，將上述原料置于膨化機(jī)中，2.8-3.6個(gè)大氣壓下，旋轉(zhuǎn)28-30分鐘排出，靜置2-3小時(shí)自行反應(yīng)，得到孰料待用；
3）搓絲：把待用的熟料，用雙螺桿搓絲分離，纖維送到前面，渣料排出，并把纖維料加溫到130℃，按2%-6%的比例添加雙氧水，使絲狀達(dá)到白度要求，得到搓絲合格的料；
4）反應(yīng)、熱磨：將搓絲合格的料慢慢降溫達(dá)到絲狀白度穩(wěn)定后，直接送入熱磨機(jī)，經(jīng)過熱磨機(jī)處理，纖維達(dá)到扣解度36，白度達(dá)到80度以上，得到片狀纖維；
5）揉搓分離：把片狀纖維揉搓成分散狀，并把包括塵埃在內(nèi)的雜質(zhì)排出，得到稻草纖維初產(chǎn)品；
6）壓濾：將稻草纖維初產(chǎn)品送至壓濾機(jī)，首次壓濾將所含水分?jǐn)D壓到含水60%-70%，二次壓濾后含水40%~50%，三次壓濾后含水量達(dá)到14%-20%，即得到所述的稻草植物纖維。
所述的可降解高性能植物纖維綜合農(nóng)用地膜的制備方法，包括以下步驟：
將植物纖維疏解后，加入淀粉混合攪拌均勻后，經(jīng)篩選機(jī)篩選后入一號(hào)池料作為底料；纖維素和增強(qiáng)劑混合攪拌均勻后入二號(hào)料池作為中料；助濾劑、防水劑混合攪拌后入三號(hào)料池作為面料；三個(gè)池有三個(gè)噴料泵，按照克重調(diào)整計(jì)量泵噴料數(shù)量，三種原材老按底料、中料和面料的順序依次將三種料噴到長(zhǎng)網(wǎng)上，經(jīng)擠壓機(jī)、烘干機(jī)、傳送機(jī)、復(fù)卷機(jī)、分切機(jī)，即得到所述的可降解高性能植物纖維綜合農(nóng)用地膜。
所述面料起到防水、透明化和保溫的作用。
實(shí)施例2
本是實(shí)施例是實(shí)施例1基礎(chǔ)上的優(yōu)選方案，所述各原料的重量份數(shù)比為：
稻草植物纖維 70
造紙用淀粉 10
纖維素 5
增強(qiáng)劑 5
防水劑 5
硅藻土助濾劑 5。
所述稻草植物纖維的提取方法包括以下步驟：
1）清洗、除塵：通過高壓泵噴洗、揉搓將原料稻草，去除包括塵土、沙石、泥土在內(nèi)的雜質(zhì)，并利用高磁鐵去除鐵雜質(zhì)，得到清潔干凈的稻草原料；
2）膨化：稻草添加4%的含量，99%片堿，每噸加雙氧水含量26%加15%，滲透劑0.2%，將上述原料置于膨化機(jī)中，2.8-3.6個(gè)大氣壓下，旋轉(zhuǎn)28-30分鐘排出，靜置2-3小時(shí)自行反應(yīng)，得到孰料待用；
3）搓絲：把待用的熟料，用雙螺桿搓絲分離，纖維送到前面，渣料排出，并把纖維料加溫到130℃，按2%-6%的比例添加雙氧水，使絲狀達(dá)到白度要求，得到搓絲合格的料；
4）反應(yīng)、熱磨：將搓絲合格的料慢慢降溫達(dá)到絲狀白度穩(wěn)定后，直接送入101型熱磨機(jī)，從一號(hào)送到二號(hào)到三號(hào)熱磨，經(jīng)三個(gè)熱磨機(jī)處理，纖維達(dá)到扣解度36，白度達(dá)到80度以上，得到片狀纖維；
5）揉搓分離：把片狀纖維揉搓成分散狀，并把包括塵埃在內(nèi)的雜質(zhì)排出，得到稻草纖維初產(chǎn)品；
6）壓濾：將稻草纖維初產(chǎn)品送至壓濾機(jī)，首次壓濾將所含水分?jǐn)D壓到含水60%-70%，二次壓濾后含水40%~50%，三次壓濾后含水量達(dá)到14%-20%，上定量秤打包待用，即得到所述的稻草植物纖維。
所述可降解高性能植物纖維綜合農(nóng)用地膜的制備方法，請(qǐng)參見實(shí)施例1。
制備得到的農(nóng)用地膜不經(jīng)風(fēng)吹雨淋暴曬可庫(kù)存一年時(shí)間，覆蓋到地面經(jīng)風(fēng)吹雨淋冷熱暴曬最多8個(gè)月風(fēng)化。
本發(fā)明制備得到的農(nóng)用地膜，于2014年開始免費(fèi)提供給農(nóng)戶使用，分別用在玉米地、草莓和土豆等農(nóng)作物種植上，將當(dāng)?shù)剞r(nóng)民使用2年，普遍反映良好，保溫性能良好，優(yōu)于降解效果非常明顯，鋪設(shè)3個(gè)月后，開始強(qiáng)度逐漸下降，秋收后不用清理，第二年可以直接耕種，不會(huì)對(duì)第二年耕種產(chǎn)生任何影響，3-8個(gè)月風(fēng)化降解后變成含氮磷鉀的肥料，農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量比使用塑料地膜有所提高，農(nóng)產(chǎn)品的口感和產(chǎn)量均優(yōu)于普通農(nóng)業(yè)塑料地膜。
具體的，所述農(nóng)用地膜具有增溫保墑效應(yīng)，玉米生育前期本發(fā)明所述的農(nóng)用地膜的增溫保墑效果同普通塑料地膜接近，苗期5cm土層日均增溫1.7℃，140cm土層貯水增加量較露地高33.0mm，玉米根系層（0-40cm）土壤含水量提高6.1%，增溫保墑效應(yīng)顯著，中后期隨著農(nóng)用地膜的降解其效應(yīng)逐漸下降。
所述農(nóng)用地膜覆蓋能促進(jìn)農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育，增加產(chǎn)量。利用農(nóng)用地膜覆蓋，加快了玉米各器官的生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程，其株高和葉面積指數(shù)在測(cè)定期間始終高于露地處理，玉米提前10天成熟；覆蓋農(nóng)用地膜提高了玉米的凈光合速率和蒸騰速率，有利于增產(chǎn)，所述農(nóng)用地膜覆蓋玉米產(chǎn)量達(dá)到13038.7kg·hm2，增產(chǎn)效應(yīng)顯著，同時(shí)水分利用效率提高13.8%。
所述農(nóng)用地膜具有很好的降解性，覆蓋110天后，目測(cè)觀察地表部分無殘留存膜；土埋9周后，強(qiáng)度和重量損失分別達(dá)到100%和51.1%，電鏡掃描結(jié)果也顯示地膜表面形態(tài)和結(jié)構(gòu)也發(fā)生了明顯變化；所述農(nóng)用地膜經(jīng)加熱老化后雖然其物理性能變化甚微，但總體上呈降低趨勢(shì)，表面該農(nóng)用地膜具有可降解性。
另外，本發(fā)明制備得到的農(nóng)用地膜，經(jīng)過吉林省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院檢測(cè)，其直角撕裂強(qiáng)度橫向達(dá)到12.4 kN/m，縱向14 kN/m；拉伸強(qiáng)度橫向4.5MP/a，縱向5.7MP/a；斷裂標(biāo)稱應(yīng)變橫向9%，縱向5%，性能明顯優(yōu)于塑料地膜和其它可降解農(nóng)用地膜。