一种抑草秸秆生物质基降解地膜及应用制造技术

本发明专利技术公开了一种抑草秸秆生物质基降解地膜及应用，该降解地膜是通过如下方法获得的：S1：秸秆生物预处理，将黄孢原毛平革菌与娄彻氏链霉菌复配后接种到秸秆上，调节物料体系碳氮比和含水率，进行有氧发酵；S2：秸秆纤维软化及拆解分离，将预处理后的秸秆纤维软化、拆解至纤维长度为0.5~2cm；S3：秸秆生物质基地膜的成型，将秸秆纤维、木浆、甲基纤维素、海藻酸钠、明胶、聚酰胺环氧氯丙烷树脂、烷基烯酮二聚体、聚丙烯酰胺、丙三醇、烯基琥珀酸酐接枝淀粉胶黏剂、生物炭，混合均匀，真空脱水、压榨、干燥成型，即获得所述抑草秸秆生物质基降解地膜；该降解地膜可应用于水稻育秧领域。

A Biomass-based Degradable Plastic Film for Straw Restraint and Its Application

The invention discloses a straw-inhibiting biomass-based degradable plastic film and its application. The degradable plastic film is obtained by the following methods: S1: straw biological pretreatment, inoculation of Phanerochaete Chrysosporium and Streptomyces Loucher on the straw, adjustment of carbon-nitrogen ratio and moisture content of the material system, aerobic fermentation; S2: straw fiber softening and disassembly and separation, and pre-treated straw. Straw fibers are softened and disassembled until the length of the fibers is 0.5-2 cm; S3: Straw biomass base film is formed. Straw fibers, wood pulp, methyl cellulose, sodium alginate, gelatin, polyamide epichlorohydrin resin, alkyl ketone dimer, polyacrylamide, glycerol, allyl succinic anhydride grafted starch adhesive, Biocharcoal are mixed evenly, dehydrated, pressed and dried in vacuum. Forming means obtaining the straw restraining biomass-based degradable plastic film, which can be applied in the field of rice seedling raising.

【技术实现步骤摘要】
一种抑草秸秆生物质基降解地膜及应用
本专利技术涉及可降解产品制备领域，特别涉及一种抑草秸秆生物质基降解地膜及应用。
技术介绍
我国是农业种植大国，水稻的产量和安全直接关系到国民体质的健康安全，每年种植面积在0.28~0.30亿hm2，占全球种植面积的22%之多。直播稻将种子直接播种在大田中，稻种和杂草种同时萌发，直播稻田杂草生育进程与水稻基本同步，且田间杂草种类多、密度大、发生期长，危害严重。同时，直播稻播种后普遍习惯采用湿润管理，利于杂草的繁殖生长，草相复杂，除草难度大。因此，成功防除草害已成为直播水稻栽培关键环节之一。杂草防除是水稻栽培的关键技术。在印度，直播稻田的禾本科杂草占总杂草生物量的75％以上。据Abemathyt估计，若不使用化学除草剂，直接和间接地造成水稻产量、质量的损失将达70％，因而化学防除杂草在稻田杂草防除中起重要作用。在直播稻杂草控制中，部分农户想当然地多用药、乱用药，既增加用药、用工成本且防除效果较差，同时带来严重环境污染问题。因此，在农村劳动力短缺短期难以缓解、机插秧技术短期难以全面推广的前提下，探索建立高效低碳环境友好型直播稻控草技术，显得十分迫切和必要。自1979年从日本引进地膜覆盖栽培技术以来，为我国农业高效发挥重要作用。但由于残留农用地膜回收率低，土壤中残膜量逐渐增加，极易造成地膜污染。传统地膜原料主要为厚度0.008mm超薄聚乙烯和聚氯乙烯，分子量高，结构致密，在土壤中需几百年时间才能够降解，不易被降解和回收利用，残留地膜自然状态下可在土壤中存留200年以上，给农业生产和环境带来系列危害。据统计，我国每年残存在田野、土壤、沟河中的塑料薄膜至少占供应总量的10%，现累计残存量已达千万吨以上（张燕杰，农用纤维素薄膜的制备与性能研究，江南大学，2012）。废弃在农田里的农膜碎片及其他塑料垃圾不但给田间管理带来不便，且残留地膜进入土壤后，破坏土壤耕作层结构，导致土壤板结，影响土壤通透性及水分上下输导，阻碍植物吸收水分及种子的发芽生长，造成作物根系生长发育不良，导致农作物减产，甚至会影响到农作物的品质。因此，寻找可生物降解地膜材料已成为当今农业膜材料领域研究热点。中国已公开的专利中，专利CN107815008A公开一种农业种植可降解地膜及其制备方法，该专利技术原料组成采用低密度聚乙烯、降解母料、酚醛树脂、聚碳酸酯及其他助剂吹塑而成；专利CN107759993A专利技术一种能抑制杂草生长的全生物降解地膜母料，将除草剂负载至载体树脂上，通过双螺杆挤出机造粒，再吹塑薄膜；中国专利CN107915868A公开一种利用水稻秸秆制备地膜的方法，该方法还包括新烟碱类杀虫剂，且秸秆纤维需用乙醇溶液预处理，干燥，再经1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐离子液体进行融化，沉淀抽滤烘干得水稻秸秆纤维；专利CN107266876A公开了一种功能性生物降解地膜及其制备方法，该专利主要成分为聚羟基脂肪酸酯、聚乳酸、己二酸-对苯二甲酸-丁二醇脂共聚物及其他助剂；公开号CN105647218A公开了一种以水稻秸秆、甲基纤维素、卡拉胶、异丙醇、双丙酮丙烯酰胺、甲基丙烯酸甲酯、环戊二烯等为原料制备生物质秸秆地膜，该专利采用的是未经预处理的长度为10~15cm的水稻秸秆纤维；专利CN107322957A专利技术了一种含增强结构的土壤覆盖膜，而这种膜包含不可降解的薄膜、无纺布、编织布等作为增强层。综合分析以上专利可见，目前研究地膜技术方法较复杂，或采用具有功能降解的聚乙烯，薄膜性能好，但仍存在降解性差的问题；或采用全降解聚乳酸类，成本高且风化或降解时间仍较长；或采用天然植物纤维类为原料，制备可降解地膜过程中加入除草剂或杀虫剂，存在能耗较高、地膜强度低、生物降解缓慢；或采用化学试剂改性后的纤维素，不仅成本高且存在残留试剂影响环境，改性后的纤维素降解缓慢且不完全。传统的制浆造纸工艺主要是以物理与化学方法，在高温高压的强碱条件下对植物原料进行蒸煮，能耗较高，同时化学药品也会产生严重的环境污染。此外，传统制浆造纸工艺制备方法中，目前多是采用“生物-机械浆”方法将秸秆低成本制浆后，通过添加湿强剂等助剂加工成一种可降解产品。但该方法为了制备高性能浆料的目的，通常秸秆纤维的三大素成分中半纤维素和木质素保留较少，不能做到对秸秆组分的全量利用。
技术实现思路
鉴于上述内容，申请人针对现有产品中存在的问题或缺陷进行优化和改进，本专利技术提出一种低能耗且全量利用秸秆纤维制备高强、高韧抑草功能型秸秆生物质基可降解地膜的方法。本申请以白腐菌和娄彻氏链霉菌作为复配菌种对水稻秸秆纤维进行预腐解，使秸秆三大素初步分解，然后加以软化液处理耦合机械拆解纤维以达到软化疏解秸秆目的，再辅以木浆及其他助剂通过打浆、分散成型、真空脱水、压榨、干燥成降解地膜。该方法在制备过程中，秸秆成分得以全量利用，分散纤维原料间或与胶黏剂间交织紧密，制得地膜韧性好且强度高于常规工艺；同时制备过程中无黑液排放，能耗低于常规工艺，抑草性、环保性、生物降解性能均优于现有秸秆基地膜，制备成本更低，利于市场推广；此外纳米电气石粉的引入，秸秆地膜释放空气负离子和远红外线，缩短农作物的生长期，促使作物丰产。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种抑草秸秆生物质基降解地膜，包括以下步骤：S1：秸秆生物预处理将水稻秸秆粉碎至2~5cm长的短茎，自然风干，将白腐菌和娄彻氏链霉菌复配后，接种到水稻秸秆纤维上，接种量为每100g稻秸接种130mg菌丝体，以尿素调节物料体系碳氮比为25~30：1，含水率为65%，使之混合均匀，在固体发酵罐中进行有氧发酵10天，每隔2天翻堆一次，保证有氧发酵。白腐菌菌丝体的培养：将所用菌种接种到500mL的锥形瓶中（液体培养基：200mL水，其中麸皮、玉米面和硫酸铵的浓度为3%、1%和0.5%，在121℃下灭菌25min），在120r/min的摇床上培养3天，直到菌丝体充分生长，扩散均匀。进一步，复配菌种为黄孢原毛平革菌与娄彻氏链霉菌，二者鲜重比为1：0.1~1。本申请中，所述鲜重比是指：经4000rpm离心10min后的菌丝体的重量比。本申请中，白腐菌优选黄孢原毛平革菌（Phanerochatecharysosporium），参见文献“黄孢原毛平革菌对玉米秸秆木质素的降解研究”（黄慧，西南大学学报，2011）的报道；娄彻氏链霉菌参见文献“秸秆常温降解菌的筛选及其生长特性研究”（钱玉婷，南京农业大学，2009）的报道。S2：秸秆纤维软化及拆解分离将S1步骤预处理后的秸秆与浓度为1%的软化液按照质量体积比（kg/L）1：6比例混合均匀，浸渍软化10-30min；利用两根平行、啮合同向旋转的积木组合式双螺杆拆解机将软化后的水稻秸秆纤维进行轴向挤压和揉搓，拆解成木质丝团，其纤维长度为0.5~2cm，即为拆解纤维；进一步，上述软化液为尿素与硫脲混合获得的的复配溶液，软化液中，尿素与硫脲摩尔质量比为1：（0.1~0.5），所述软化液浓度优选1%。进一步，双螺杆拆解机，螺杆直径185mm，螺杆转速360rpm，驱动功率355kw。S3：秸秆纤维地膜的制备将S2步骤获得的拆解纤维与木浆混合后，分批次投入装有18kg水的瓦力打浆机中，加入助剂，均质搅拌至叩解度为38±1°SR，经真空脱水、压榨、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抑草秸秆生物质基降解地膜，其特征在于，该地膜是通过如下方法获得的：S1：秸秆生物预处理将菌丝体接种到秸秆上，接种量为每100Kg秸秆接种130g菌丝体，调节物料体系碳氮比为25~30：1，含水率为65%，混合均匀，有氧发酵10天；所述菌丝体为黄孢原毛平革菌菌丝体与娄彻氏链霉菌菌丝体复配后获得；S2：秸秆纤维软化及拆解分离将S1步骤生物预处理后的秸秆与软化液按照质量体积比1：6比例混合均匀，浸渍软化10‑30min，再将软化秸秆纤维拆解至纤维长度为0.5~2 cm的秸秆纤维，即为拆解纤维；所述软化液为尿素与硫脲以摩尔质量比1：0.1~0.5混合获得的复配溶液；S3：秸秆生物质基地膜成型将S2步骤获得的拆解纤维与木浆混合后，加入助剂，均质搅拌至叩解度为38±1° SR，经脱水、压榨、干燥成型，即获得所述抑草秸秆生物质基降解地膜。

【技术特征摘要】
1.一种抑草秸秆生物质基降解地膜，其特征在于，该地膜是通过如下方法获得的：S1：秸秆生物预处理将菌丝体接种到秸秆上，接种量为每100Kg秸秆接种130g菌丝体，调节物料体系碳氮比为25~30：1，含水率为65%，混合均匀，有氧发酵10天；所述菌丝体为黄孢原毛平革菌菌丝体与娄彻氏链霉菌菌丝体复配后获得；S2：秸秆纤维软化及拆解分离将S1步骤生物预处理后的秸秆与软化液按照质量体积比1：6比例混合均匀，浸渍软化10-30min，再将软化秸秆纤维拆解至纤维长度为0.5~2cm的秸秆纤维，即为拆解纤维；所述软化液为尿素与硫脲以摩尔质量比1：0.1~0.5混合获得的复配溶液；S3：秸秆生物质基地膜成型将S2步骤获得的拆解纤维与木浆混合后，加入助剂，均质搅拌至叩解度为38±1°SR，经脱水、压榨、干燥成型，即获得所述抑草秸秆生物质基降解地膜。2.根据权利要求1所述抑草秸秆生物质基降解地膜，其特征在于，步骤S1中，所述菌丝体中黄孢原毛平革菌菌丝体与娄彻氏链霉菌菌丝体的鲜重比为1：0.1~1。3.根据权利要求1所述抑草秸秆生物质基降解地膜，其特征在于，步骤S2中，所述秸秆拆解，是指用物理机械方法对秸秆进行疏解。4.根据权利要求1所述抑草秸秆生物质基降解地膜，其特征在于，步骤S3中，所述拆解纤维与木浆比例为二者干重比值7~9.5：3~0.5；所述助剂为甲基纤维素、海藻酸钠、明胶、聚酰胺环氧氯丙烷树脂、烷基烯酮二聚体、聚丙烯酰胺、丙三醇、烯基琥珀酸酐接枝淀粉胶黏剂、负...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙恩惠，黄红英，曲萍，雍宬，翟胜丞，黄莹，袁诚，张悦，吴华山，徐跃定，曹云，
申请(专利权)人：江苏省农业科学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32