利用农作物秸秆生产地膜的方法及膜技术

本发明专利技术属于天然高分子型降解材料制造领域，具体涉及一种利用农作物秸秆生产地膜的方法及膜，解决天然高分子型生物降解塑料地膜生产成本高的问题。以碱加氨处理的秸秆粉为制膜原料，意在制出具备基础膜性能并且可以短时间内自然降解的材料。实验中通过添加不同浓度的丙三醇(甘油)为增塑剂，不同浓度的瓜尔胶作为增强剂混合搅拌制取成膜液，制成膜后，通过测量其抗拉强度，二氧化碳透过性，水透过性判定其性能，得出最佳制膜方案。结果表明纤维素含量为7.5(g/100g)，甘油含量为14(g/100g)，瓜尔胶含量为2.2(g/100g)所制得膜的性能最好。在此基础上，根据工厂设计、生产工艺流程设计以及生产机械的选型等综合设计了年产2000t纤维素地膜的生产线。

【技术实现步骤摘要】
利用农作物秸秆生产地膜的方法及膜
本专利技术属于天然高分子型降解材料制造领域，具体涉及一种利用农作物秸秆生产地膜的方法。
技术介绍
地膜即地面覆盖薄膜，通常是透明或黑色PE薄膜，也有绿、银色薄膜，用于地面覆盖，以提高土壤温度，保持土壤水分，维持土壤结构，防止害虫侵袭作物和某些微生物引起的病害等，促进植物生长的功能。塑料薄膜覆盖栽培，使栽培土壤的物理和化学性质发生很大变化，热、水、气、肥等诸因素变得更为协调，促进植物根系的发育和地上部的生长。具有增温、保墒，促进作物根部生长发育，增强生活力，提高产品质量的优点，有明显的早熟、增产、增收的良好效果。地膜覆盖还具有改变生态环境、控制某些有害生物的作用，为作物早熟、优质、高产奠定了基础。地膜覆盖主要有以下作用。提高土壤温度，延长作物生长期。因薄膜有保温作用，减缓了夜间土温的下降速度。这就是大家熟悉的“温室效应”。实验证明，地膜能使冬春季节膜内0～5cm地温提高2℃～4℃，并使士温最低值的出现时间向后推移。这种措施在低温冷凉、热量不足的地区起到增温保墒、增产增收的效果。一般说，相当于为农作物延长生长季节20～30d，等于提前了一个节气，早春地温提高3℃～4℃，近地层气温提高4℃～8℃；炎热夏天又可以降低膜内地温。由于土层温暖，可使作物免受早春低温冷害，这对作物的生长发育是极为有利的。提高土壤保水能力，减少水分散失。我国西北地区，春季风大，气候干旱，经常严重地影响作物生长。虽然灌溉面积扩大，但仍然有大量缺少水源和不能浇灌的山坡地和丘陵地，就是灌溉条件好的地方，也因风大、蒸发量大使大量水分迅速散失，土壤板结，不能及时中耕的土地，由于毛细管作用，土壤中的水分无法保存，土壤很快变干。农田覆盖地膜减少了土壤水分蒸发，还起到蓄水保墒的效果。在地膜的保护下施入土壤的肥料不会因风吹、日晒、雨淋而损失，也有效地控制杂草的生长，同时可防止土中水分直接蒸发到大气中，在地膜和耕层之间形成“温室”，将土中蒸发的水分凝结在薄膜上，成为冷凝水，滴落在地表并渗入土壤中。在地膜与耕层之间不断进行的这种水分循环，提高了土壤的保水功能，可节约用水30％～90％。降雨或灌水时，地膜区水分经过横向扩散和渗透，浸润地膜下面的土壤，可以防止土壤冲刷和养分流失。改善土壤结构，提高肥料利用率。农田覆盖地膜后，土壤保持疏松状态，土壤团粒之间充满水汽，有利于土壤微生物的活动，加速了土壤有机质的分解，给作物提供了更多的可溶性养分。覆膜栽培还促进土壤微生物活动，加快有机质的分解，改善土壤物理化学结构，为农作物生长创造了适宜的生态环境。经测定，地膜覆盖区硝态氮增加1.2倍，有效磷增加14％，氧化钾增加1.7倍。此外，地膜覆盖区土壤避免了风吹、干裂和雨水冲刷，土壤结构改善，养分流失减少，提高了肥料利用率。目前，中国农用地膜实际使用量己达100万t，其覆盖面积在1470万m3以上，已经成为我国干旱、半干旱、低洼和盐碱地区农作物增产与节水的重要措施。据统计报道，地膜可使玉米、棉花、花生、大豆、西瓜、烟草和蔬菜等的增产率平均在30％-50％。然而，地膜覆盖栽培技术给农业增产增收带来巨大经济效益的同时，普通地膜因无法回收再利用，也不能短期时间内降解，随之给土壤和环境造成严重的白色污染问题，已引起相关科学家的高度重视。因此，地膜可降解性能的研究，是解决环境问题和资源可重复利用的首要突破点。目前，地膜的降解主要包括生物降解、光降解和化学降解。这3种降解过程相互间具有增效、协同作用。目前，主要研究和开发了三大类降解塑料地膜，即光降解地膜、光一生物双降解地膜和生物降解地膜。光降解地膜和光一生物双降解地膜因其降解程度对环境的依赖性很强及降解的不彻底性，已受到市场的冷落。因此，研究和开发新的、高使用性的生物降解地膜是今后的发展趋势。生物降解地膜是指一类在自然环境条件下可被微生物作用而引起降解的塑料地膜，主要包括微生物合成高分子型、化学合成高分子型以及天然高分子型产品。微生物和化学合成型两大类降解薄膜产品，因其存在价格昂贵和机械性能欠佳等问题，大大限制了其广泛应用。天然高分子型降解材料是指以纤维素、淀粉、甲壳素和蛋白质等天然高分子为原料制得的一类塑料，在受到微生物侵袭时可发生生物降解，被用来制造生物降解地膜(赵富新。)由于其原料是地球上丰富的可再生资源，又具有生物降解性，而且产物安全无毒，取之自然，服务人类，最后还于自然，形成一个良性循环过程，己成为全球21世纪高分子降解材料研究的前沿之一，其应用前景十分看好。但是也存在一定的问题，虽然甲壳素分子结构与纤维素相似，但是其分子内存在强氢键作用，分子间存在有序结构，使结晶质密稳定，反应较纤维素困难，成本较高。且淀粉和蛋白质是人类重要的可食用资源，如果大量用于制造生物降解塑料，就存在着与人类竞争食物的问题。
技术实现思路
为了解决天然高分子型生物降解塑料地膜生产成本高的问题，本专利技术提供利用农作物秸秆生产地膜的方法。玉米是我国第一大粮食作物，它的原产地是南美洲。美国是世界第一大玉米生产国，中国排名世界第二。我国的秸秆资源产量在所有国家中也名列前茅。主要秸秆有20种，而且数量巨大。玉米秸秆主要组成是植物细胞壁，纤维素、半纤维素和木质素是植物细胞壁的基本组成部分。木质素在外围，纤维素和半纤维素在里面被它包围着。纤维素是一种由资源丰富的纤维二糖组成的多糖。半纤维素是纤维素外的碳水化合物总称，是两种或两种以上的单糖组成的聚糖。木质素是一种复杂酚类聚合物，由芥子醇等醇单体及其衍生物聚合而成。玉米秸秆的组成构造很庞杂，除了半纤维素和木质素有一部分共价连接在一起外，纤维素还有多种结晶变体。因此，为了破坏半纤维素和木质素间的共价键和破坏纤维素的结晶结构，必须进行玉米秸秆的预处理，对其中的木质素，半纤维素，纤维素进行分离降解。待预处理完成后，再向其加入不同的增强剂如淀粉、CMC、PVA等以改善膜的性能，按此方法即可制得性能较好的纤维素基功能材料。Xylan公司制备的可降解半纤维素膜材料具有良好的阻氧性，该膜的原材料来自各种农业废弃物或加工副产品，成本低廉，环境友好。与此原材料来源相同，Bakir等人制备的可降解纤维素膜具有抗菌及防雾功能，并为此申请专利。膜材料等的制备中，为增强其成膜性能或改进成膜的功能，会添加不同的助剂。JonasHartman等人研究了丙三醇、山梨醇、木糖醇、及藻酸盐分别做添加剂与纤维素复合时对膜材料阻隔性能、力学性能及柔韧性能的影响，并评估了其作为防护材料的潜质。由上可看出，纤维素膜材料在包装领域具有极大的发展空间，虽然其性能与传统的塑料相比有一定差距，但是随着科技的进步及研究人员的不断探讨，纤维素的改性方法亦会更进一步的深入发展，纤维素膜有望成为一种取代传统聚合物薄膜的新型绿色包装材料。首先对于秸秆的利用来说，我国虽然秸秆产量巨大，但对于秸秆的产业化利用却严重不足，每年在玉米收货后，玉米秸秆要么就是留在田地里无人处置，或者是由农民自行收回当做废料燃烧，利用率严重不足，而秸秆若是放在田中任其腐烂，则会对土壤造成伤害，病虫害增多，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用农作物秸秆生产地膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一、预处理秸秆，获得纤维素粉末；/n步骤二、混合制膜；/n步骤2.1、向步骤一所制得的纤维素粉末中加入水、氢氧化物后加热煮制，之后调节pH至中性；/n步骤2.2、向步骤2.1处理后的溶液中加入瓜尔胶及甘油，加热搅拌，完成后将成膜液倒在玻璃板上流延成膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用农作物秸秆生产地膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、预处理秸秆，获得纤维素粉末；
步骤二、混合制膜；
步骤2.1、向步骤一所制得的纤维素粉末中加入水、氢氧化物后加热煮制，之后调节pH至中性；
步骤2.2、向步骤2.1处理后的溶液中加入瓜尔胶及甘油，加热搅拌，完成后将成膜液倒在玻璃板上流延成膜。


2.根据权利要求1所述的利用农作物秸秆生产地膜的方法，其特征在于：上述纤维素粉末、甘油及瓜尔胶的浓度比为：7-8g/100g水：12-14g/100g水：2.0-2.2g/100g水。


3.根据权利要求2所述的利用农作物秸秆生产地膜的方法，其特征在于：上述纤维素粉末、甘油及瓜尔胶的浓度比为：7.5g/100g水：14g/100g水：2.2g/100g水。


4.根据权利要求2所述的利用农作物秸秆生产地膜的方法，其特征在于：上述纤维素粉末、甘油及瓜尔胶的浓度比为：7.5g/100g水：14g/100g水：2.1g/100g水。


5.根据权利要求2所述的利用农作物秸秆生产地膜的方法，其特征在于：上述纤维素粉末、甘油及瓜尔胶的浓度比为：8g/100g水：13g/100g水：2....

【专利技术属性】
技术研发人员：刘国庆，钱晓勇，赵肖，马翔，
申请(专利权)人：陕西山河生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61