创新学分(程季辰).doc

纤维素基降解薄膜制备及性能表征 程季辰 （江南大学 纺织服装学院，江苏 无锡 214122）摘 要： 本文用废弃的棉短绒为原料，经过除杂、制浆、抄造、液体石蜡浸渍处理及表面施胶定型，实现可自然降解棉纤维素基农用地膜的制备,以解决塑料地膜不可降解和污染土壤的问题。通过对样品的强力、撕裂度、透光性、透气性、透湿性等性能指标的测试，结果显示：其干态断裂强度是普通PE地膜的14倍；撕裂度与PE地膜差别不大；具有良好的透气、透湿性；可见光透过率达58%，可满足部分瓜果蔬菜对地膜的要求。关键词 ： 棉短绒；农膜；自然降解；蒸煮工艺；浸渍Abstract:In this topic, the abandoned cotton linter in cotton spinning industry was purified and pulped, followed forming non-woven by papermaking and then the non-woven web was impregnated in liquid paraffin and it was stereotyped by surface sizing, thus obtained a degradable non-woven agricultural film. Force, tearing, the degradation rate, transmission, air, water vapor permeability other performance of the samples were tested, the performance of non-woven cotton linter agricultural film was analysed.Key words: cotton linters; agricultural film; natural degradation; cooking technology; impregnation 我国的农用地膜技术引进于日本，80年代在农业上大面积推广，取得了良好的成效。农用地膜可提高土壤温度，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。对提高农作物产、质量，解决高寒地区提前育苗、栽种问题，以及反季节性蔬菜、瓜果种植等问题方面，起了积极的作用。但是，植棉、栽种玉米、育秧等使用塑料地膜后，用人工剖破膜再回收很费劳力，亦难做到干净彻底，这些薄膜残留在土壤中，难以降解，对土壤造成了污染和损害。 基于此，研究并制备可降解薄膜，并用其替代不可降解的塑料薄膜成为人们关注的课题，环境问题日益严峻也为其在农业上大规模应用提供了可能。以废弃的棉短绒为原料制备农用薄膜，薄膜因棉纤维的可降解性而不会残留在土壤中，污染农田，而且棉纤维的降解物可作为肥料，改善土壤的营养结构。本文利用湿法造纸的方法，对棉短绒经过除杂、制浆、抄造、液体石蜡浸渍处理及表面施胶定型而制备薄膜，对其各项性能指标进行测试，并与普通聚乙烯（PE）塑料地膜的性能指标对比。1 实验部分1.1实验材料与设备精梳落棉为主的棉纺厂落棉、聚乙烯醇、透明剂(液体石蜡)等试剂(均经纯化处理),普通PE塑料地膜(用于与棉短绒地膜做对比试验)。ZQS1型电热蒸煮锅、ZQS2-23型打浆机、ZQS12-100型打浆度测试仪、GBJ-A型纤维标准解离器、ZQJ1-B-型纸样抄取器、TV-1901型双光束紫外可见分光光度计等等。1.2试样制备纸基样品制备：称取一定量的经人工除杂后的棉短绒，经蒸煮、打浆、稀释后，加入适量分散剂、柔软剂、湿增强剂等，制得纤维均匀分布的悬浮液，将此液倒入抄纸器平纹铜网上，滤除水分制得湿纤维网，经初步烘烤后，用化学粘合剂固结纤维网，再烘干，细心剥取即制得纸基棉短绒薄膜小样。克重控制在305g/m2 ，厚度为0.1mm左右。后处理：将湿法成网制造的纸基样品，在室温下静置24h，然后将其在液体石蜡的浸渍槽中充分浸渍，采用一浸一轧工艺进行轧液整理，液体石蜡极易渗入到样品中。将制成的半成品在室温下静置24h，然后将其在4%的聚乙烯醇施胶液的浸渍槽中充分浸渍，采用二浸二轧工艺进行轧液整理，该工艺能使胶液快速黏附在样品表面。将样品置于一定温度的烘箱内预烘一定时间，使其充分黏合，然后高温烘干。室温下放置24h后进行性能测试。环境温度控制在20左右，相对湿度在30%60%。1.3 性能测试1.3.1 强力、伸长测试采用DC-KZ300C型电脑测控抗张试验机，参考最新造纸工业测试方法与产品标准手册中的纸和纸板抗张强度的测定方法（GB/T 453-1989），测试不同条件下样品的断裂强力（N）每个样品做10次平行实验，样品大小90 mm x 50 mm。1.3.2 耐破度测试采用DC-KZ300C型电脑测控耐破度仪，参考耐破度的测定方法，测试不同条件下样品的撕裂度，每个样品做10次平行实验，样品大小100 mm x 100 mm。1.3.3 撕裂度测试采用DCP.SLY1000型电脑测试纸张撕裂度仪，参考纸撕裂度的测定方法(GB/T 455.1-1989)，测试不同条件下样品的撕裂度，每个样品做10次平行实验，样品大小63 mm x 40 mm。2 结果与讨论2.1 物理性能 表1示出可降解棉短绒地膜与普通PE地膜的物理性能。从表1可以看出：棉短绒地膜干态断裂强度是普通PE地膜的14倍；可降解棉短绒地膜的厚度比普通PE地膜大12倍；面密度比PE地膜大1.2倍；但是可降解地膜的断裂伸长率远不及PE地膜，只有PE地膜的7.4%；棉短绒地膜的撕裂度和普通PE地膜的撕裂度基本相同； 棉短绒地膜具有良好的透气性。可见，可降解棉质地膜部分性能指标达到或超过农用塑料地膜。 表 1 性能对比（每项性能指标为测试十组数据求得的平均值）项目干态断裂强度（N)撕裂度（N）透气率ml/(cm2.h)克重(g/m2)厚度（mm）伸长率( %)棉短绒地膜17.80.81.0879320.09211.4普通PE地膜1.30.7-140.007153.62.2 透光性能的分析透光性能是农用地膜的一个重要指标，通过实验对比了普通PE地膜、棉短绒地膜的透光性性能，得出波长与透光率的关系，如图1所示。 图1 PE地膜和棉短绒地膜透光率与波长关系曲线从图1棉短绒地膜和普通PE地膜透光性能对比图，可以看出，PE地膜在各个波长段的透光性能要优于棉短绒地膜，棉短绒地膜也能满足一定的光性能， 在399nm248nm这个波长段棉短绒地膜的紫外光透过率从46%下降到2%，247nm190nm这个波长段，棉短绒地膜的紫外光透过率由2%上升到25%左右；PE地膜在399nm190nm这个波长段紫外光透过率从84%下降到37%；在可见光400nm760nm这个波长段，棉短绒地膜透过率从46%上升到58%，总体上保持50%左右，PE地膜在该波长段可见光的透过率保持在85%左右；761nm900nm红外光波长段，PE地膜的透过率保持在85%左右，棉短绒地膜的透过率保持在57%左右。不同材料在相同波长范围内透光性不同；不同波长范围内同一种材料透光率也差异较大。棉短绒地膜主要成分是以纤维素和丙烯酸酯为主，还含有少量的蜡质，消泡剂、杂质等造成棉短绒地膜在不同波长的范围透光性差异较大。棉短绒地膜完全可以用于玉米、棉花、辣椒等农作物和蔬菜的育苗4-6。3 结论(1) 棉短绒地膜在强力、撕裂度、透气性、透湿性性能上是优于普通PE地膜的，也能较好地解决普通PE地膜在土壤中不能降解的问题，具有一定的市场空间。(2) 棉短绒地膜可见光透过率达58%，完全可以用于玉米、棉花、辣椒等农作物和蔬菜的育苗。(3) 棉短绒地膜的厚度高于普通PE地膜，在一定程度上会影响阳光热能的透过。柔软性也不及普通PE地膜，棉短绒地膜湿强低，需要进一步提高其湿强。参考文献1 吕仕元,陆德生,王祖行,顾国华. 自然降解农用棉短绒地膜的研制J . 产业用纺织品,2002,(2):1-32盛伟,罗