一种高韧性秸秆纤维基抑草地膜的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种高韧性秸秆纤维基抑草地膜的制备方法及应用，其制备方法步骤如下：1)将发酵秸秆纤维、聚乙烯醇缩甲醛纤维、有机蒙脱石、湿强剂、施胶剂、助留剂与水混合均匀，烘干后获得秸秆纤维基地膜；2)将壳聚糖、乙酸、纳米纤维素、甘油搅拌均匀后加入水解大豆分离蛋白改性脲醛树脂，35‑40℃聚合反应后静置，得到改性纳米纤维素/壳聚糖聚合溶液；3)将改性纳米纤维素/壳聚糖聚合溶液与去离子水混合均匀，涂布于秸秆纤维基地膜表面，烘干后即获得所述高韧性秸秆纤维基抑草地膜；该地膜具有较高的机械强度、耐水性、拉伸韧性及气体阻隔效应，可降低水蒸气透过率，广泛应用于水稻栽培领域。

Preparation and application of a high toughness straw fiber-based film for grass suppression

【技术实现步骤摘要】
一种高韧性秸秆纤维基抑草地膜的制备方法及应用
本专利技术涉及秸秆纤维基抑草地膜的制备及在水稻栽培应用
，特别是一种高韧性秸秆纤维基抑草地膜的制备方法及应用。
技术介绍
我国是水稻种植大国，每年种植面积在0.28~0.30亿hm2，占全球种植面积的22%之多，在粮食生产中占了很大比例，但水稻生产却持续受到杂草危害。研究表明，直播稻田杂草萌发一般有2个高峰，第1个出草高峰在播种后5～20天，出草量占总草量的50%～70%；第2个出草高峰在播种后25～40天，出草量占总草量的30%～50%，杂草与水稻在稻田中共生，互相竞争生长空间和土壤养分，在杂草不防除的情况下，杂草密度达253.2株/m2，水稻产量损失高达70.51%。因此，杂草的防除已成为水稻栽培的重要环节之一。目前，随着化学除草剂的引进，化学除草技术逐渐替代了传统的农业防除措施。尤其农村劳动力的减少使得当前稻田杂草的防除越来越依赖化学除草剂。但是，除草剂残留与药效安全评价仍需考察。除草剂的施用可能导致土壤和水稻植株除草剂残留，对下一茬作物产生药害，威胁生态环境及稻米卫生安全。还可能通过水体流动、挥发等分散到其他区域被动植物吸收，导致其他安全性问题。随着国家对农业生态环境的关注及绿色农业可持续发展的要求，建立环境友好型的稻田杂草防控方法，变得十分重要和迫切。自上世纪70年代，我国从日本引进塑料薄膜覆盖技术，塑料薄膜在抑制杂草、防止病虫害、提升农作物的产量起着重要作用。但是，地膜的回收率却不足2/3，产生了大量的残留物给土壤带来了严重的污染，也给农民带来了巨大的负担。研究表明在土壤中（0-20cm）塑料地膜残留量超过200kg/hm2时，会使作物产量下降15%。另外，连续5-20年覆盖地膜会使表层土壤含盐量增加122%-146%，造成土壤次生盐渍化。水稻栽培时采用覆膜后可大幅减少除草剂使用量，提高稻米品质，但常规地膜由于是浮在水面上，水稻收获后地膜更加难以回收，因此可生物降解地膜便成了这一种植模式的刚性需求，是今后我国地膜产业的发展趋势，也是发展可持续性农业的必要前提。生物降解地膜是一种新型地面覆盖薄膜，主要用于地面覆盖抑草，保持土壤水分，维持土壤结构。由于这种膜材料是一类在自然环境条件下可为微生物作用而引起降解的塑料地膜，经微生物侵蚀薄膜后，发生机械性破坏，分裂成低聚物碎片。而该可生物降解薄膜成本、价格昂贵；或生物质基材料如淀粉、纤维素、聚乙烯醇等与PP、PE等共混形成的薄膜降解后产物对土壤环境、作物生长存在较高风险（微塑料），因而难以大面积推广使用。秸秆纤维是巨大的可再生性生物高分子资源，来源丰富、价格低廉，用其做原料制备可降解地膜替代石油化工类产品，节省能源，并解决塑料地膜带来的环境污染问题，同时实现秸秆纤维的高值化利用。采用秸秆纤维基地膜覆膜栽培水稻，由于地膜的覆盖，导致地膜下杂草难以发育和生长，可有效降低除草剂的施用。且待40-45天后，秸秆基地膜自然降解，而水稻已进入旺盛生长阶段，幼小杂草无法与健壮水稻竞争。没有其他杂草争夺水分、肥料和光照，水稻获取较充足的水分和养分，进而生长的更加健壮和优质。专利CN104620913A公开了一种可塑性水稻秸秆纤维地膜制作方法，该专利技术通过将水稻秸秆粗纤维与KP浆板纤维、施胶剂、湿强剂混合均匀后，在成型地膜表面饱和喷洒3%的PEG增塑剂溶液，得到的地膜伸长率为1.95%、耐破强度为106KPa、定量为80g/m2的可塑性水稻秸秆纤维地膜；专利CN109868678A公开的一种植物纤维地膜纸的制备方法，该专利技术将禾草类原料经亚硫酸铵蒸煮，同时需要通蒸汽进行加热，将蒸煮制得的草浆与商品木浆混合进入盘磨机进行磨浆制备地膜；专利CN107915868A公开一种利用水稻秸秆制备地膜的方法，该方法包括杀虫剂，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，沉淀抽滤烘干得到水稻秸秆纤维。但上述这些可降解秸秆基地膜的制备要么韧性较低、耐折度小，耐水性低、抑草功效天数较短，使用过程中在外界环境作用下，地膜会过早出现破裂影响其保温、保墒功能；抑或对天然纤维采用化学方法对其加工改性后，提取纤维素用来生产地膜，工序复杂，污染严重、生产成本高；或是采取化学助剂对纤维素提纯、溶解、再生，工艺繁杂；另外由于纸地膜具有多孔结构造成秸秆基地膜的透气性过大，水分挥发较快，不利于水稻栽培应用；或植物纤维地膜强度低，纤维过快被微生物、细菌和真菌侵蚀，发生生物物理和化学降解，导致地膜老化速度快，增温节水性能差、抑草有效周期短。此外，水稻栽培中的水淹环境对可降解植物纤维地膜的降解时间及耐水性能提出更高的要求。因此，研发一种用于提高机械铺设效率、抑草功效及使用周期的高韧性秸秆纤维基地膜已成为本领域亟待解决的技术难题。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术解决的技术问题在于克服现有的秸秆纤维基地膜存在韧性差、耐折度小、气体阻隔性差、抑草功效低等缺陷，提出一种高韧性纤维基抑草地膜的制备方法及其在水稻栽培领域的应用。具体而言，本申请是通过如下方法实现的：首先，本申请提供了一种高韧性秸秆纤维基抑草地膜的制备方法，其具体步骤如下：S1：制备秸秆纤维基地膜将发酵秸秆纤维、聚乙烯醇缩甲醛纤维、有机蒙脱石、湿强剂、施胶剂、助留剂，在水相体系中混合均匀，通过负压成型设备负压成型、在103±2℃温度下通过地膜烘干设备制造出秸秆纤维基地膜。上述聚乙烯醇缩甲醛纤维可通过常规方法制备，也可通过市售途径购买获得；地膜烘干设备为本领域常规设备，如文献“王正顺、李永宝、杨桂花、谢益民.内置式电磁烘缸干燥设置[J].纸和造纸，2005（b08）：49-51.”所公开的烘干设备。S2：合成改性纳米纤维素/壳聚糖聚合溶液将壳聚糖与质量分数为1%乙酸溶液均匀搅拌2h，得到混合溶液；向混合溶液中依次加入纳米纤维素、甘油，室温条件下，置于磁力搅拌器上搅拌30-45min，将混合溶液利用超声波仪器超声分散1-2h（超声功率150W），得到纳米纤维素/壳聚糖溶液；用氢氧化钾调节纳米纤维素/壳聚糖溶液pH至7.5，加入水解大豆分离蛋白改性脲醛树脂，在35-40℃条件下，聚合反应15-30min，然后静置脱泡12-24h，得到改性纳米纤维素/壳聚糖聚合溶液。一般而言，该聚合溶液黏度为15000-18450mPas，pH范围7.3-7.8。上述水解大豆分离蛋白改性脲醛树脂采用本领域常规方法制备，如文献“黄红英、孙恩惠、武国峰、常志州.大豆分离蛋白改性三聚氰胺脲醛树脂的合成及表征[J].林产化学与工业，2013，33（3）：85-90.”中所公开的方法制备。S3：高韧性秸秆纤维基抑草地膜的制备将改性纳米纤维素/壳聚糖聚合溶液与去离子水按照体积比1：5混合均匀，通过膜转移涂布机将步骤S2获得的改性纳米纤维素/壳聚糖聚合溶液均匀涂布于秸秆纤维基地膜单面，并于纸样快速干燥器上烘干，烘干温度为95℃，得到高韧性秸秆纤维基抑草地膜。进一步，上述一种高韧性秸秆纤维基抑草地本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高韧性秸秆纤维基抑草地膜的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：/n1）制备秸秆纤维基地膜/n将发酵秸秆纤维、聚乙烯醇缩甲醛纤维、有机蒙脱石、湿强剂、施胶剂、助留剂，在水相体系中混合均匀，烘干后获得秸秆纤维基地膜，待用；/n2）合成改性纳米纤维素/壳聚糖聚合溶液/n将壳聚糖与质量分数为1%乙酸混合后获得混合溶液，向混合溶液中依次加入纳米纤维素、甘油，搅拌30-45min，然后超声分散1-2h，得到纳米纤维素/壳聚糖溶液；调节纳米纤维素/壳聚糖溶液pH至7.5，然后加入水解大豆分离蛋白改性脲醛树脂，35-40℃反应15-30min后静置12-24h，得到改性纳米纤维素/壳聚糖聚合溶液，备用；/n3）高韧性秸秆纤维基抑草地膜的制备/n将改性纳米纤维素/壳聚糖聚合溶液与去离子水混合均匀，涂布于步骤1）获得的秸秆纤维基地膜表面，烘干，即获得所述高韧性秸秆纤维基抑草地膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种高韧性秸秆纤维基抑草地膜的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
1）制备秸秆纤维基地膜
将发酵秸秆纤维、聚乙烯醇缩甲醛纤维、有机蒙脱石、湿强剂、施胶剂、助留剂，在水相体系中混合均匀，烘干后获得秸秆纤维基地膜，待用；
2）合成改性纳米纤维素/壳聚糖聚合溶液
将壳聚糖与质量分数为1%乙酸混合后获得混合溶液，向混合溶液中依次加入纳米纤维素、甘油，搅拌30-45min，然后超声分散1-2h，得到纳米纤维素/壳聚糖溶液；调节纳米纤维素/壳聚糖溶液pH至7.5，然后加入水解大豆分离蛋白改性脲醛树脂，35-40℃反应15-30min后静置12-24h，得到改性纳米纤维素/壳聚糖聚合溶液，备用；
3）高韧性秸秆纤维基抑草地膜的制备
将改性纳米纤维素/壳聚糖聚合溶液与去离子水混合均匀，涂布于步骤1）获得的秸秆纤维基地膜表面，烘干，即获得所述高韧性秸秆纤维基抑草地膜。


2.根据权利要求1所述高韧性秸秆纤维基抑草地膜的制备方法，其特征在于，步骤1）所述发酵秸秆纤维、聚乙烯醇缩甲醛纤维、有机蒙脱土、湿强剂、施胶剂、助留剂的质量比依次为100：5-10：3-5：1-3：1.5-2：0.1-1。


3.根据权利要求1所述高韧性秸秆纤维基抑草地膜的制备方法，其特征在于，步骤2）所述壳聚糖、乙酸溶液、纳米纤维素、甘油...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙恩惠，黄红英，雍宬，曲萍，徐跃定，
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