（特种经济动物饲养专业论文）稻草纤维和废蚕丝非织造布农用地膜的研制与性能研究.pdf

摘要 自7 0 年代末我国从日本引进地膜覆盖技术以来，地膜在我国获得了迅速的发展。 目前在我国地膜覆盖面积约在1 4 0 0 万公顷以上，用量已达1 0 0 多万吨。预计到2 0 1 0 年，全国地膜覆盖面积将超过2 0 0 0 万公顷。由于目前使用的大多数地膜为聚乙烯或 聚氯乙烯地膜，不易降解，并且具有毒性，残留在土壤中的碎片不能被土壤微生物降 解，也不能被作物吸收利用。 在我国农村，每年都有大量的秸秆产生，农民通常都是用焚烧的办法处理这些秸 秆，但大量的焚烧带来了空气污染，严重影响了环境。本研究主要利用秸秆提取纤维 并用非织造技术生产农用地膜，讨论了无污染、全降解地膜的原料选取、配比方案及 对田间性能的测试，综合分析得出最佳方案为：废丝量为4 0 2 9 m 2 ，平方米克重为8 0 g m 2 ，粘合剂浓度为8 。制成的样品主要性能为：横向断裂强度为3 5 1 4 ，纵向断裂强 度为3 2 n ，厚度为0 2 6 4 1 m m ，透湿率为2 3 4 6g m 2 h ，回潮率为5 6 。 将以上地膜进行田间覆盖实验，并与普通塑料地膜进行对比。保温试验表明，天 然纤维非织造地膜有较好的保温性，略低于塑料地膜。进行土壤保温性能的实验表明， 天然非织造布地膜有较好的保温性，对表层土壤的最大增温可达3 6 ，增温效果岁 土壤深度的增加而减小，白天的增温效果好子晚上，环境温度高的增温效果好于环境 温度低的增温效果。非织造布地膜的增温效果没有塑料地膜好，但差异不大，在农业 生产中不影响使用。 保湿试验证明，非织造布地膜覆盖后能减少土壤水分蒸发量，比露天少，有明显 的保湿作用。保湿实验证明，非织造布地膜覆盖后能减少水分的蒸发量，在土壤基础 含水率为2 6 7 的情况下，覆盖非织造布地膜土壤的含水量减少7 5 ，比塑料地膜 的5 2 略小，具有明显的保湿作用。 土壤降解试验证明，秸秆纤维农业地膜在自然状态下能发生降解，土埋3 0 天后， 地膜发生降解，土埋4 0 天后，降解率十分明显，通过扫描电镜图像可看出秸秆纤维 从束状分解成多根单纤维，有大部分的纤维消失。红外光谱吸收图表明纤维大分子链 发生断裂，大分子有解聚现象发生。在完全降解前，地膜会分解成散纤维状态，不会 因为片状结构而造成土壤板结。 因为地膜中含有废蚕丝而且稻草纤维中含有大量的钾元素，所以地膜的部分降解 产物能提高土壤的氮和钾元素的含量，在非织造布地膜被土埋3 0 天后，土壤的全氮 含量增加1 0 全钾含量增加o 1 7 ；土埋4 0 天后全氮量增加1 5 ，全钾量增加 0 2 2 。 实验表明，天然纤维的非织造布地膜与普通塑料地膜相比，前者厚度较大，透 气透湿性较好，且有较好的保温、保熵作用，但效果较后者略差。但从降解性及解决 大量焚烧产生的空气污染方面，普通塑料地膜不能降解而非织造布地膜可以完全降 解。但非织造布地膜的制造成本较高，影响其推广。 关键词：地膜，非织造布，稻草秸秆，废蚕丝，降解 a b s t r a c t t h em u l c h i n gp l a s t i ct e c h n o l o g yh a so b t a i n e dt h er a p i dd e v e l o p m e n ti no u rc o u n t r y s i n c ew ei n t o d u c t e dt h i st e c h n o l o g yf r o mj a p a nf r o mt h el a t e1 9 7 0 s a tp r e s e n ti no u r c o u n t r ym u l c h i n gp l a s t i cc o v e ra r e a sa p p r o x i m a t e l ya b o v e1 4 ，0 0 0 ，0 0 0h e c t a r e s ，t h ea m o u n t u s e dh a sa m o u n t e dt om o r et h a n10 0t e nt h o u s a n dt o n s i ti se s t i m a t e dt h a tt o2 0 10 ，t h e n a t i o n a lm u l c h i n gp l a s t i cc o v e ra r e aw i l ls u r p a s s2 0 ，0 0 0 ，0 0 0h e c t a r e s a sar e s u l to ft h e u s eo fm a j o r i t ym u l c h i n gp l a s t i cf o rp o l y e t h y l e n eo rp o l y v i n y l - c h l o r i d em u l c h i n gp l a s t i ca t p r e s e n t ，t h e ya r en o te a s yt od e g r a d ea n dh a it h et o x i c i t y , t h er e m a i n sc a n n o td e g r a d ei nt h e s o i lf o rf r a g m e n tb yt h ee d a p h o n , a n da l s oc a n n o ta b s o r p t e db yt h ec r o p s i no u rc o u n t r yc o u n t r y s i d e ，t h e r ea r em a n ys t r a ws t a l kp r o d u c t e de v e r yy e a r , t h e f a r m e r su s u a l l yd e a lt h e s es t r a ws t a l k 、) i ，i mb u r n i n g b u tm a s s i v e b u r n i n gh a v eb r o u g h tt h e a i rp o l l u t i o n , i n f l u e n c ee n v i r o n m e n ts e r i o u s l y t h i sa r t i c l em a i n l yu s et h es t r a ws t a l kt o e x t r a c t i o nt e x t i l ef i b e ra n du s et h e mt om a k en o n w o v e n sf o ra g r i c u l t u r a lf i i m d i s c u s s e d t h es e l e c t i o no fr a wm a t e r i a lt h er a t i oo ft h ep r o g r a m m ea n dt h ep e r f o r m a n c eo ff i e l dt e s t s f o rt h ep o l l u t i o n - f r e e ，f u l l d e g r a d a t i o nf i l m t h eg e n e r a l i z e da n a l y s i so b t a i n st h ep r e f e r r e d p l a ni s ：t h ew a s t es i l kq u a n t i t yi s4 0 2g m 2 ，s q u a r em i c ki sa g a i n8 0g m 2 ，t h eb o n d d e n s i t yi s8 t h es a m p l em a i np e r f o r m a n c ei s ：t h et r a n s v e r s ef a i l u r ei n t e n s i t yi s35 n ，t h e l o n g i t u d i n a lb r e a k i n gs t r e n g t hi s3 2 n ，t h i c k n e s si s0 2 6 4 1 r n m , t h es o a kr a t ei s2 3 4 6e g m 2 h , t h er e g a i ni s5 6 c a r r i e so nt h ef i e l dt h ea b o v em u l c h i n gp l a s t i ct ot h ec o v e re x p e r i m e n t ，a n dc a r r i e so i l t h ec o n t r a s tw i t ht h eo r d i n a r yp l a s t i cm u l c h i n gp l a s t i c t h eh e a tp r e s e r v a t i o ne x p e r i m e n t i n d i c a t e dt h a tt h en a t u r a lf i b e rm u s tw e a v e st h em u l c h i n gp l a s t i ct oh a v et h eg o o dh e a t p r e s e r v a t i o n , s l i g h t l yi sl o w e rt h a nt h ep l a s t i cm u l c h i n gp l a s t i c c a r r i e so nt h es o i lh e a t p r e s e r v a t i o np e r f o r m a n c et h ee x p e r i m e n tt oi n d i c a t et h a tt h en a t u r a ls u p a t e xf a b r i c m u l c h i n gp l a s t i ch a st h eg o o dh e a tp r e s e r v a t i o n , m a yr e a c ht ot h es u r f a c el a y e rs o i l s b i g g e s tw a r m i n g3 6 c ，t h ew a n n i n ge f f e c ty e a ro l dd e p t ho fs o i li n c r e a s e sr e d u c e s ， d a y t i m e sw a r m i n ge f f e c tg o o di ne v e n i n g ，a m b i e n tt e m p e r a t u r eh i 曲w a r m i n ge f f e c tg o o d i na m b i e n tt e m p e r a t u r el o w w a r m i n ge f f e c t t h es u p a t e xf a b r i cm u l c h i n gp l a s t i c sw a r m i n g e f f e c td o e sn o th a v et h ep l a s t i cm u l c h i n gp l a s t i ct ob eg o o d ，b u tt h ed i f f e r e n c ei sn o tb i g ， d o e sn o ta f f e c tt h eu s ei n t h ea g r i c u l t u r a lp r o d u c t i o n m o i s t u r i z e re x p e r i m e n tp r o o ft h a ta f t e rs u p a t e xf a b r i cm u l c h i n gp l a s t i cc o v e r , t h ef i l m c a nr e d u c et h es o i lm o i s t u r et r a n s p i r a t i o nr a t e ，c o m p a r e dt oo p e n - a i rf e w , h a st h eo b v i o u s m o i s t u r i z e rf u n c t i o n 1 1 圮m o i s t u r i z e re x p e r i m e n t p r o v e dt h a ta f t e rs u p a t e xf a b r i cm u l c h i n g i i i p l a s t i cc o v e r ) c a l lr e d u c et h em o i s t u r ec o n t e n tt h et r a n s p i r a t i o nr a t e ，i nt h es o i lf o u n d a t i o n m o i s t u r ec o n t e n ti si n2 6 7 s i t u a t i o n s ，t h ec o v e rs u p a t e xf a b r i cm u l c h i n gp l a s t i cs o i l s w a t e rc o n t e n tr e d u c e s7 5 ，5 2 i ss l i g h t l ys m a l l e rt h a nt h ep l a s t i cm u l c h i n gp l a s t i c ，h a s t h eo b v i o u sm o i s t u r i z e rf u n c t i o n t h es o i l d e g e n e r a t i o ne x p e r i m e n tp r o o ft h a tt h es t r a ws t a l kt e x t i l ef i b e ra g r i c u l t u r e m u l c h i n gp l a s t i cc a nh a v et h ed e g e n e r a t i o nu n d e rt h en a t u r a ls t a t e ，t h ee a r t hb u r i e s3 0d a y s l a t e r , t h em u l c h i n gp l a s t i ch a st h ed e g e n e r a t i o n , t h ee a r t hb u r i e s4 0d a y sl a t e r , t h e d e g e n e r a t i o nr a t ei sv e r yo b v i o u s ，m a ys e et h es t r a ws t a l kt e x t i l ef i b e rt h r o u g h t h es c a n n i n g e l e c t r o nm i c r o s c o p ei m a g ef r o mt ot i et h es h a p et od e c o m p o s ec h e n gd u o g e nt h es i n g l e t e x t i l ef i b e r , h a sm a j o r i t yt e x t i l ef i b e rv a n i s h i n g t h ei n f r a r e ds p e c t r u ma b s o r p t i o nc h a r t i n d i c a t e dt h a tt h et e x t i l ef i b e rm a c r o - m o l e c u l ec h a i nh a st h eb r e a k , t h em a c r o - m o l e c u l eh a s t h ed e p o l y r n e r i z a t i o np h e n o m e n o no c o , l r r e n c e b e f o r ec o m p l e t ed e g r a d e s ，t h em u l c h i n g p l a s t i cc a nd e c o m p o s ed i s p e r s e st h et e x t i l ef i b e rc o n d i t i o n , w i l ln o tc a u s e t h es o i lb e c a u s e o ft h es h e e ts t r u c t u r et oh a r d e n b e c a u s ei nt h em u l c h i n gp l a s t i ci n c l u d e si nt h ew a s t en a t u r a ls i l ka n dt h es t r a wt e x t i l e f i b e ri n c l u d e st h em a s s i v ep o t a s s i u me l e m e n t ，t h e r e f o r et h em u l c h i n gp l a s t i cp a r t d e g r a d a t i o np r o d u c tc a ne n h a n c et h es o i lt h en i t r o g e na n dt h ep o t a s s i u me l e m e n tc o n t e n t , t h es u p a t e xf a b r i cm u l c h i n gp l a s t i ci sb u r i e db yt h ee a r t h3 0d a y sl a t e r , t h es o i le n t i r e n i t r o g e nc o n t e n ti n c r e a s e s1 1 ，t h ee n t i r ep o t a s s i u mc o n t e n ti n c r e a s e s0 17 ；t h ee a l t h b u r i e s4 0d a y sl a t e rt h ee n t i r en i t r o g e n q u a n t i t yi n c r e a s e s1 3 ，t h ee n t i r ep o t a s s i u m q u a n t i t yi n c r e a s e s 0 2 2 t h ee x p e r i m e n ti n d i c a t e dt h a tn a t u r a lf i b e r ss u p a t e xf a b r i cm u l c h i n gp l a s t i ca n dt h e o r d k , 埘 yp l a s t i cm u l c h i n gp l a s t i cc o m p a r e ，t h ef o r m e rt h i c k n e s si sb i g ，t h ev e n t i l a t i o n m o i s t u r e - p e n e t r a b i l i t yi sg o o d ，a n dh a st h eg o o dh e a tp r e s e r v a t i o n , t og u a r a n t e et h ee n t r o p y f u n c t i o n , b u te f f e c tt h el a t t e rs l i g h t l ym i s s e s b u ta i rp o l l u t i o na s p e c tw h i c hp r o d u c e sf r o m t h ed e g r a d a b i l i t ya n ds o l u t i o nm a s s i v eb u m i n gd o w n , t h eo r d i n a r yp l a s t i cm u l c h i n gp l a s t i c c a n n o td e g r a d e ，b u tt h es u p a t e xf a b r i cm u l c h i n gp l a s t i cm a yd e g r a d ec o m p l e t e l y b u tt h e s u p a t e xf a b r i cm u l c h i n gp l a s t i c sp r o d u c t i o nc o s ti sh i g h ，a f f e c t si t sp r o m o t i o n k e yw o r d ：t h em u l c h i n gp l a s t i c ，n o n w o v e n , t h es t r a ws t a l k , t h ew a s t en a t u r a ls i l l d e g r a d e s i v 独创性声明 本人声明所呈的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论 文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得安徽 农业大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者签名：堡垒垄、 签字日期：伊乃年6 月f 毯日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解安徽农业大学有关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文件， 允许论文被查阅和借阅。本人授权安徽农业大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，收录到中国学位论文全文数据 库，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文，向社 会公众提供信息服务。( 保密的学位论文在解密 学位论文作者签名： 签字日期：伊富年 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通信地址： 指导教 签字日 文献综述 1 1 农用地膜国内外的发展状况 2 0 世纪中叶，随着塑料工业的发展，尤其是农用塑料薄膜的出现，一些工业发 达的国家利用塑料薄膜覆盖地面，进行蔬菜和其它作物的生产均获得良好效果。日本 最早从1 9 4 8 年开始研究利用，1 9 7 7 年日本全国1 2 0 万公顷的旱田作物( 包括蔬菜) ， 地面覆盖面积已超过2 0 万公顷，占旱地作物栽培面积的1 6 。保护地内地面覆盖的 面积占9 3 。日本地面覆盖栽培多用在产值高、效益大的蔬菜及其它经济作物上。 1 9 6 1 年法国开始在其本国的东南部试用薄膜栽培覆盖瓜类作物。意大利于1 9 6 5 年对 蔬菜、草莓、咖啡及烟草等主要作物进行地面覆盖栽培。美国于6 0 年代末开始用黑 色薄膜覆盖栽培棉花。苏联主要在低温干旱季节进行薄膜地面覆盖栽培，用以提高地 温，减少土地水分蒸发。 我国于7 0 年代初期利用废旧薄膜进行小面积的平畦覆盖，种植蔬菜，棉花等作 物，1 9 7 8 年进行试验，1 9 7 9 年开始在华北、东北、西北及长江流域一些地区进行试 验、示范、推广。随即生产出厚度为0 0 1 5 - 0 0 2 毫米的聚乙烯薄膜，为发展地面薄 膜创造了条件。由于覆盖生产的效果显著，薄膜覆盖生产启蒙及全国，并简称为地膜 覆盖。目前，不但应用于蔬菜栽培，也相继用于大田作物、果树、林业、花卉及经济 作物的生产。到目前为止，应用地膜覆盖的作物及果林苗木已达几十种。当前地膜不 仅用于露地栽培，也用于早春保护设施内的覆盖；不仅在早春覆盖，在夏、秋高温季 节覆盖也取得良好效果。在我国北方旱区应用地膜覆盖具有抗旱保墒效果，多雨季节 地膜覆盖也有防雨、排涝效果，很受生产者欢迎。 1 2 农用地膜覆盖的基本原理及作用 地膜覆盖栽培一般都能获得早熟增产的效果，其效应表现在增温，保温、保水、 保持养分、增加光效和防除病虫害等几个方面。地膜覆盖栽培的最大效应是提高土壤 温度，春季低温期间采用地膜覆盖，白天受阳光照射后，0 一 1 0 厘米深的土层内可提 高温度1 - - 6 ，最高可达8 以上。进入高温期，若无遮阴，地膜下土壤表层的温度 可达5 0 - 6 0 ，土壤干旱时，地表温度会更高。但在有作物遮荫时，或地膜表面有 土或淤泥覆盖时，土温只比露地高1 - - 5 ，土壤潮湿时土温还会比露地低0 5 1 o 。c ， 最高可低3 。夜间由于外界冷空气的影响地膜下土壤温度只比露地高1 , - - , 2 。 地膜覆盖的增温效应因覆盖时期、覆盖方式、天气条件及地膜种类不同而异。由 于薄膜的气密性强，地膜覆盖后能显著地减少土壤水分蒸发，使土壤湿度稳定，并能 长期保持湿润，有利于根系生长。在旱区可以采用人工造墒、补墒的方法进行抗旱播 种。在较干旱的情况下，0 - 2 5 厘米深的土层中土壤含水量一般比露地高5 0 以上。 随着土层的加深，水分差异逐渐减小。地膜覆盖后的作物生旺盛，蒸腾耗水较多，在 相同的管理情况下易呈现缺水现象，应注意灌水，防止干旱减产。 由于地膜覆盖有增温保湿的作用，因此有利于土壤微生物的增殖，加速腐殖质转 化成无机盐的速度加快，有利作物吸收。据测定，覆盖地膜后速效性氮可增加3 0 5 0 ，钾增加1 0 - - 2 0 ，磷增加2 0 - 3 0 。地膜覆盖后可减少养分的淋溶、流失、 挥发，可提高养分的利用率。但是，地膜覆盖下的养分，在作物生前期较高，而后期 则有减少的趋势。生产蔬菜时，后期应注意追肥，否则影响产量。此外，地膜覆盖可 以避免因灌溉或雨水冲刷而造成的土壤板结现象，可以减少中耕的劳力，并能使土壤 疏松，通透性好。能增加土壤的总孔隙度1 - 1 0 ，降低容重o 0 2 - 0 3 克厘米3 ， 可增加土壤的稳性团粒1 5 ，使土壤中的肥、水、气、热条件得到协调，同时可防 止返碱现象发生，减轻盐渍危害。 地膜覆盖后，中午可使植株中、下部叶片多得到1 2 - - 1 4 0 a 的反射光，比露地增 加3 4 倍的光量，因而可以使树干下部的苹果着色好，花卉的花朵鲜艳，烟叶的成 色好。番茄的光合作用强度可增加1 3 5 - - 4 6 8 ，叶绿素的含量增加5 左右，更可 以使中、下部叶片的衰老期推迟，促进干物质积累，故可提高产量。 地膜与地表之间在晴天高温时，经常出现5 0 左右的高温，致使草芽及杂草枯 死。在盖膜前后配合使用除草剂，更可防止杂草丛生，可减去除草所占用的劳力。但 是，覆膜质量差或不施除草剂也会造成草荒。覆盖地膜后由于植株生长健壮，可增强 抗病性，减少发病率。覆盖银灰色反光膜更有避蚜作用，可减少病毒病的传播危害。 土壤热量的来源主要是太阳的辐射能、生物热和地球的内热，土壤热量收支和热 性质的不同导致了温度的变化。土壤温度影响着植物的生育、土壤的形成和性状，土 壤空气和土壤水的运动也与土壤温度有密切关系，土体内各个方向的温度梯度往往是 引起水、气运动的原因之一l 2 。地膜覆盖改变了土壤的温度状况，并将太阳能转 化为热能汇集在土壤中，为作物生长创造了更有利的环境；地膜覆盖隔断了土壤与大 气之间的直接联系，阻挡了土壤水分的垂直蒸发，大大降低了土壤水分的蒸发速度； 同时地膜覆盖能促进作物根系生长，提高作物体对光能的利用率，此外地膜覆盖还具 有减少土壤水分蒸发，促进土壤微生物活动，提高肥料利用率，改善土壤物理性状等 作用 3 31 4 1 。 1 3 塑料地膜的危害 地膜的在农业生产上发挥的很大的作用，但众所周知，现在大量使用的是塑料农 用地膜，难以自行降解，给环境造成了严重的污染。塑料是一种具有优良综合性能的 新材料，也是一种消费品，总的来说，它也是一种物质。任何一种物质均有其生命周 期，在达到其生命周期终了的全过程便是降解过程，因此，塑料本身也是可降解的。 只是由于通过稳定化技术，即加入光、热稳定剂，抗氧剂等延缓或抑制其固有的可降 解性，“白色革命“变成了“白色污染”l s j 。“白色污染”物的主要成分为：聚乙烯( p e ) 、 2 聚氯乙烯( p v ) 、聚丙烯( 即) ，而农用地膜的主要成分就是这些，由于塑料地膜产 量大、成本低、易生产，人们已经不群反复使用，而是用过即作为垃圾丢弃的一次性 消费品，而它的难降解性对各方面造成的很坏的影响。随着塑料农膜，特别是塑料地 膜用量的不断扩大以及使用年数的增加，一些农田中残留的塑料地膜不断积累，破坏 了农作物生长的土环境，舞始产生负面影响，严重的甚至成为农作物减产的原因之一， 由于目前使用的大多为聚乙烯或聚氯乙烯地膜，不易降解并且有毒性，稳定性极高， 所以农田中遗弃的白色塑料地膜，随处可见，随风到处飘散，造成环境脏、乱、差， 破坏景观，造成视觉污染；遗弃的塑料地膜如糙有污染物，会成为蚊蝇和细菌生存、 繁植的温床，危害人体键康；废农膜残留在农田中盾，影响土壤透气性，阻碍水分流 动和作物根系发育，缠绕农机具，恶化田间作业，长此以往使土壤劣化影响农作物生 长，农田使用的塑料薄膜老化后，会破碎遗留在田闻，不分解腐烂。破坏土地结构， 阻碍植物吸收水分及根系生长，影响农作物收成。据调查每亩地若含残膜3 9 公斤， 就可使玉米减产1 1 - 2 3 ，小麦减产9 1 6 ，而且这种污染很难消除；散落在江河 湖海及田野的废塑料碎片被动物及水生物误食，会导致生病、死亡；若被填埋，将直 接占用土地，且1 0 0 0 年肉难以降解，影瞧质结构；若被焚烧，则会产生有害气体， 污染大气 6 3 。 我国塑料地膜起步较晚，但发展极快。自7 0 年代末从日本引进地膜覆盖技术以 来，获得了迅猛的发展，羁前我国地膜覆盖面积约在1 4 0 0 万公顷以上，用量已达1 0 0 多万吨，预计到2 0 1 0 年，全国地膜覆盖面积将超过2 0 0 0 万公顷。我国已成为世界上 生产和消费塑料农用地膜最多的国家，比西方发对国家的总和还要多l j 。 1 4 新型可降解地膜的开发 自色污染圜益严重，面对如此形式，解决它是缀遭切的。罄前，可降解地膜是解 决地膜对土壤污染的一条重要途径，可降解性塑料，一般可分为化学降解与光降解， 生物降解和光与生物双作用。光与( 化学) 可降解塑料的制作是在塑料制品表面喷洒 一种特制的配方溶液，使它与塑料成分发生化学反应，从而使塑料逐渐溶解成为可被 水冲洗的无害物质，如此一来，就可以大大降低“自色污染”的润题，研究主要集中在 以下几种类型哺。： 1 4 1 光降解塑料地膜 光降解塑料地膜是在高分子聚合物中弓| 入光增敏基团或加入光敏性物质，使其吸 收太阳紫外光后引起光化学反应而使高分子链断裂变为低分子质量化合物的一类塑 料地膜，光降解塑料地膜分为合成型和添加型两种。但是，由于光降解地膜降解快， 不易控制，制品只能在光的作用下降解，丽农膜在泥士中的遮盖部分不降解，因此其 应用受到很大的限制瞪。l l o j 。 3 合成型光降解塑料地膜由烯烃或其他单体与一氧化碳或乙烯基酮等含有羰基的 单体共聚而成。由于它是在原有非降解聚合物的高分子链中引入光敏性基团制得的， 所以，也称为光敏基团导入型光降解塑料。合成型光降解塑料主要有乙烯一氧化碳 共聚物和乙烯基类乙烯基酮类共聚物。丙烯、丁烯、丁二烯、烷基酯、醋酸乙烯、 氯乙烯、丙烯腈和四氟乙烯等单体也可与一氧化碳共聚。 添加型光降解塑料是在聚乙烯、聚苯乙烯等通用塑料中添加光增敏性添加剂，用 机械混合的方法制得光降解性母料，再将其按比例添加到通用塑料中制成各种光降解 塑料制品。利用聚合物降解和稳定的技术，已使所有的加成聚合物可通过加入添加剂 的方法制造在户外发生光降解的塑料。但是实际用途将降解塑料的品种限制在通用塑 料的范围，因为事实上只是那些大量使用的一次性包装制品和某些农业用制品，如农 用地膜、购物袋、垃圾袋等才需要采用降解塑料。用于制造添加型光降解塑料的树脂 品种主要有聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯等通用型聚合物；常用的光敏性添加剂有n ， n 二丁基二硫代氨基甲酸铁、二硫代氨基甲酸镍、乙酰水氧酸铁、乙酰水氧酸钴、乙 酰水氧酸锰、二苯甲酮、乙酰苯酚、蒽酮等，用量约l 3 ( 质量) 。 ( 1 ) 合成型 合成型光降解塑料地膜由烯烃或其他单体与一氧化碳或乙烯基酮等含有羰基的 单体共聚而成。由于它是在原有非降解聚合物的高分子链中引入光敏性基团制得的， 所以，也称为光敏基团导入型光降解塑料。合成型光降解塑料主要有乙烯一氧化碳 共聚物和乙烯基类乙烯基酮类共聚物。丙烯、丁烯、丁二烯、烷基酯、醋酸乙烯、 氯乙烯、丙烯腈和四氟乙烯等单体也可与一氧化碳共聚。 ( 2 ) 添加型 添加型光降解塑料是在聚乙烯、聚苯乙烯等通用塑料中添加光增敏性添加剂，用 机械混合的方法制得光降解性母料型聚合物；将光敏剂添加到烯烃聚合物中，在紫外 光作用下光敏剂可离解成具有活性的自由基，进而引发聚合物分子链断裂使其降解。 1 4 2 生物降解地膜 生物降解塑料地膜是指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。生物降解塑料是最重要的一类降解塑料地膜。 1 4 2 1 微生物合成高分子型 微生物合成高分子型生物降解地膜是指以有机物为碳源，通过发酵而得到的生物 降解塑料原料，用此塑料原料为基材生产的地膜。这种降解塑料可完全生物降解，主 要包括微生物聚酯和多糖。p 羟基丁酸酯( p h b ) 是一种生物降解特性优良的热塑性 树脂。2 0 世纪8 0 年代初，i c i 公司发现p h b 的提取和纯化方法，并用p h b 制成薄 膜，使聚酯p h b 的商业化生产成为可能。p h b 是一种硬而脆的高度结晶的不稳定材 料，成膜性差。i c i 公司的子公司m a r l b o r o u g h 生物高分子有限公司( b i o p o l y m c rl t d ) 4 以p 羟基丁酸和p 羟基戊酸共聚的商品名b i o p o l 的p ( h b 2 h v ) 共聚物。当h v 含 量高时，聚合物软而韧，p ( h b 2 h v ) 能制成薄膜、瓶及注射模压件。p h b 不仅具有 良好的微生物降解性，而且与生物组织相容性相当好，主要用于医用高分子材料，然 而p h b 又有着其自身固有的一些缺陷( 如脆性等) ，同时由于成本高，价格昂贵， 因此限制了做为地膜的应用l i ij 。 ( 1 ) 化学合成高分子型 化学合成高分子型生物降解地膜大多是在分子结构中引入能被微生物分解的含 酯基结构的脂肪族聚酯、聚乙醇酸、聚乳酸、聚乙烯醇等。聚乙烯醇u 副u 列是水溶 性高分子，由醋酸乙烯酯水解而得。聚乙烯醇由于分子链含有大量侧羟基而具有良好 的水溶性，它还有良好的成膜性、粘接性和乳化性，具有良好的生物降解性，在湿环 境中有细菌存在的条件下可完全分解成水和二氧化碳。p v a 为一种结晶性聚合物， 可形成高强度薄膜，对天然产物无机物具有良好的粘接性。 ( 2 ) 天然高分子型 天然高分子甲壳质、纤维素和淀粉因为具有能为微生物分泌的酶作用的化学键， 在受到微生物侵袭时可发生生物降解，它们被用来制造生物降解地膜。 1 4 3 淀粉生物降解地膜 淀粉是一种可再生资源，价格低廉，具有完全生物降解性。淀粉生物降解塑料包 括填充型( 淀粉含量7 - - 3 0 ) 和完全型( 淀粉含量在9 0 以上) 。填充型淀粉生物 降解塑料降解的仅是淀粉，主要成分p e 、p p 、p v c 等分裂成碎片或网状结构，这些 合成高分子要完全降解需近3 0 0 年时间，因此未能解决白色污染问题。将淀粉经硅烷 偶联剂作疏水处理，再与聚乙烯共混，加入起自动氧化作用的不饱和酯制得降解性膜， 它能在6 个月或3 年内降解。淀粉填充型塑料地膜由于未能彻底解决白色污染、价格 贵、耐水性差而成为淘汰产品，全淀粉塑料由于本身结构所制成的地膜厚度一般在 0 1 0 2 r a m 以上易脆、强度差、耐水性差、容易霉变、成本高。淀粉与其他天然高分子 物质如半纤维素、果胶、甲壳质、蛋白质等复合制造完全生物降解塑料用作包装、涂 层、食物贮藏箱购物袋以及农用地膜l 1 4 j 。 全淀粉塑料是指淀粉含量在9 0 以上，添加的其它组分也能完全降解。全淀粉塑 料的生产原理是通过改性使淀粉分子变构而无序化，形成具有热塑性能的淀粉树脂， 其成型加工可沿用传统的成型加工设备，如挤出、流延、注塑等。目前已有日本住友 商事公司、美国w a m e r l a m b e r 公司、意大利f e r r i z z 公司等宣称研究成功含淀粉量在 9 0 - - 1 0 0 的全淀粉塑料，在较短期间( 1 月1 年) 完全降解而不留任何痕迹，可 用于制造各种容器、薄膜和垃圾袋等；国内江西科学院应用化学所对淀粉结构的无序 化进行了研究，制成热塑性淀粉并加工成薄膜，其力学性能基本达到普通塑料的性能 指标，并通过改变配方可控制产品在1 个月、6 个月及1 年内全部降解；中国农业大 学用淀粉、海藻酸钠为主要原料，添加增塑剂、保水剂，采用喷拉喷固成膜工艺直接 在田间成型湿铺制成厚度0 1 0 3 r a m 、透光率达7 2 ，自然条件失效期超过3 0 天可完 全降解的生物材料地膜，这种地膜的最大问题是降解速度快且难以控制l 1 3 j 。 1 4 4 甲壳紊基生物降解地膜 甲壳素又叫甲壳质、壳多糖，广泛存在于甲壳动物( 如虾、蟹) 的外壳、昆虫体 表，以及真菌的细胞壁，是自然界中含量仅次于纤维素的多糖基复合高分子。自然界 中含量仅次于纤维素的多糖基复合高分子。甲壳素分子结构与纤维素相似，只是在2 位上的o h 基被- n h c o c h 3 置换。由于甲壳素分子中o h o 型及- n 。h o 型强氢键 作用，分子间存在有序结构，使结晶质密稳定，因而一般反应较纤维素更困难，成本 更高。壳聚糖是甲壳素经浓碱改性处理得到，又叫脱乙酰基甲壳素、可溶性甲壳素或 聚氨基葡萄糖，溶解性能大大改善，溶于1 醋酸溶液。壳聚糖因有游离氨基存在， 反应活性比甲壳素强。有人用甲壳素与聚乙烯醇的共聚物可制得具有高阻隔气体透过 性，能生物降解及崩解的天然降解塑料，薄膜力学性能达到一般塑料薄膜的强度“叫。 甲壳质、纤维素和淀粉等天然高分子也常用来与一些合成的通用塑料，如聚乙烯、 聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯醇、乙烯乙烯醇共聚物、乙烯丙烯酸共聚物等共混，制 成通用塑料基的不完全生物降解性的添加型生物降解塑料，它们也被用来与用微生物 生产的生物塑料或合成的脂肪族聚酯，如聚3 羟基丁酸酯、聚( 己内酯) 、聚二元酸 二元醇酯等共混，制取完全生物降解性的添加型生物降解塑料，以降低合成的脂肪族 聚酯的成本。 1 4 5 光生物降解地膜 光生物降解地膜是利用光降解和生物降解相结合的方法制得的一类地膜u - i j l l t ；j 。 生物降解高分子中，添加光敏剂可以同时具有光降解性和生物降解性。这种地膜可通 过改变配方来控制降解速率，性能达到普通地膜标准，可控性好、诱导期稳定，加拿 大s t l a w r e n e 公司用有机金属化合物和有机化合物作为光敏剂，加到e c o s t a r ( 淀粉 与p e 的共混物) 体系中，形成e c o s t a r p l u s 产品，制成的光生物双降解高分子材料， 用于地膜的生产。这种地膜可通过改变配方来控制降解速率。在国内北京市塑料研究 所u 列采用l d p e 为基础原料，添加含有光敏剂、光氧稳定剂等光降解体系和含有n 、 p 、k 等各种化学物质作为生物降解体系的浓缩母料，经挤出吹塑制成厚度5 t a n 可控 降解地膜，性能达到普通地膜标准，可控性好，诱导期稳定；另外，营口石油化工研 究所也采用含n 、p 、k 元素的生物营养基化学物质配以铁系有机化合物与聚乙烯共 混，制成超薄型可控光生物降解地膜，该地膜本身不含有毒成分，降解产物对土壤、 作物不产生毒害。 1 4 6 植物纤维地膜 6 这种地膜以植物纤维为原料，经过恰当的处理制成具有良好生物可降解性的地 膜。植物纤维来源广泛，再生性强，稻草、秸秆、甘蔗渣，棉麻纺下脚料等均可作为 生产原料。植物纤维本身具有极好的生物可降解性，降解后可成为土壤有机质成分， 因而在以上提及的几种地膜中，植物纤维地膜的降解性能最好，被认为是“真正有应 用价值”的降解地膜，现在已经成为国内外专家的研究热点。 1 5 可降解地膜的成型工艺 传统的合成高分子地膜成型工艺有挤出吹塑成型、挤出流延成型和双向拉伸薄膜 成型。挤出吹塑成型方法是最常用的方法，主要优点在于：设备简单、投资少；薄膜 经拉伸、吹胀，力学性能较好，无边料，成品率高；幅面宽，焊缝少，易于制袋，但 薄膜厚度均匀度差，生产线速度慢。挤出流延平膜成型技术与吹塑成型相比，在薄膜 厚度均匀性、生产速度、光学性能方面占有优势。挤出吹塑和挤出流延成型都常用于 p e 、p p 、p v c 等农用薄膜的成型：双向拉伸薄膜成型后，在拉伸强度、弹性模量、 耐低温、高温性、光折射率等性能大大提高，缺点是生产工艺复杂，生产成本高，很 少用于农膜的生产。2 0 世纪6 0 年代逐渐兴起一种新的成型技术反应挤出。反应 挤出是一种连续地将单体聚合以及对现有聚合物进行改性的成型加工方法。其最大特 点是在成型过程中同时进行聚合物的官能团改性、接枝、交联、聚合等反应。随着农 膜功能发展的需要，共挤出吹塑成型向多台挤出机、多层化方向发展。如棚膜要求内 层防雾滴、外层抗紫外线、防老化性能，将吹塑农膜设计为多层