一种多功能生物降解地膜及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种多功能生物降解地膜，属于农用薄膜【技术领域】，它包括防尘纸层A（1）和防尘纸层B（5），防尘纸层A（1）和防尘纸层B（5）之间依次为降解调控营养层（2）、纤维网层（3）、营养层（4）；多功能生物降解地膜由下述重量份的原料组成：秸秆：25～35，垃圾：10～20，锯末：10～20，菌渣：10～20，畜禽类粪便：30～40，生物胶：0.1～0.2，防腐剂：0.1～0.2，微量元素肥料：0.1～0.2，杀虫剂：0.1～0.2；制备方法包括：配料、粉碎、发酵、搅拌、压制。本发明的地膜具有降解时间可控、杀虫、除草、防菌、降解后无残留、使用方便、改善土壤的特性，制备方法具有操作简单、制备方便，成本低的优点，适用于工厂化大规模生产。
【专利说明】一种多功能生物降解地膜及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于农用薄膜【技术领域】，具体涉及一种多功能生物降解地膜及其制备方法。
【背景技术】
[0002]干旱问题是我国农业生产中极为严峻的一个问题。在农业生产中，地膜覆盖不仅能够保持土壤水分、提高水分利用率，而且能够改善农作物的生长环境，提高农作物的产量及农业效益，因此应用极为广泛。据统计，现在农用地膜年用量达到160万吨。然而，大量使用农用地膜后产生的废弃薄膜对农业生态环境造成的“白色污染”问题也日趋严重。这是由于目前绝大多数普通农用地膜均以聚丙烯、聚乙烯等作为原料制备的，其在土壤中不能被侵蚀分解，甚至可以在田间残留数十年不降解。连年使用导致碎膜逐年积累于土壤耕层，从而导致土壤板结，而土壤板结又会造成不透水、不透气、根系生长受阻，引起农作物产量下降和环境污染等问题。
[0003]目前，关于可降解地膜的研究，主要集中在光降解和生物降解。光降解地膜的缺点在于成本高，降解速度不易控制，而且埋入地下的部分不能发生降解。生物降解地膜可分为直接合成型和组合物型两类。直接合成型生物降解地膜是一类本身可以发生生物降解的聚合物，但成本太高，给应用造成很大的困难。目前，含淀粉的组合物型可降解地膜的缺点是加工工艺复杂，产品产量低下，不构成商品需求，淀粉含量低，因此成本较高，降解率和降解速度不理想。要提高降解率，需将淀粉的添加量增大，但随之而来的问题是组合物的力学性能会随着淀粉量的增加而越来越差。而且，当可降解物被消耗后，不易降解的物质依然残留在土壤中，环保问题得不到彻底解决。如中国专利CN200610051802依靠添加直链淀粉制成可生物降解的淀粉树脂组合物。淀粉虽然能被生物降解，但制品中的塑料大分子很难降解。淀粉降解后，塑料制品上会留下一些小洞，或将整片的塑料薄膜类制品变成难降解的碎片。另外，添加淀粉后的塑料制品`的物理力学性能受到很大影响，难以加工成高强度或微米级的薄膜。如采用吹膜工艺，因淀粉在高温下很容易烧焦，常常造成炮管的破裂，影响连续生产。
[0004]现有研究中，已开发出液体地膜，其本身是一种液体，喷洒于地表脱水后会固结形成很薄的一层固化膜，具有增温保墒、涵养水源、保持水土、增加土壤团粒结构和改善土壤物理性状等功效，可以有效减缓风、雨、水对土壤的冲刷，减少水土流失，翻耕入土后能改善土壤团粒结构，改善土壤通透性，从而促进植物生长、早熟、优质和增产。但液体地膜存在以下缺点:
[0005]1.降解性能液体地膜为了能够成膜，常采用聚苯乙烯、聚氯乙烯等，这些材料不易降解而一直散落于土壤中，对土壤造成污染。有的液体地膜采用浙青和渣油等材料作为原料，这些材料难以降解，易引起二次污染和生态危机。
[0006]2.价格问题液体地膜在加工中比普通地膜减少了一道制模的工序，因此在制作中能够比普通地膜节约成本，但由于大多数液体地膜的原料比普通地膜原料的价格高，并且在喷施地膜时，液体地膜的厚度不易控制，厚度通常比普通地膜(标准为8微米)厚，因而用量较大，最终使得液体地膜价格高于普通地膜。
[0007]3.使用性能目前液体地膜的使用性能不尽人意，主要缺点是降解性能不易控制，耐水性不好，保温保墒性能不稳定。
[0008]同时，农作物的生产过程中，除草剂和杀虫剂的使用大幅提高了农业经济效率。随着农业生产除草剂的依赖不断增加，除草剂和杀虫剂在农田的残留量不断增加，对土壤环境也造成了不同程度的破环。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种多功能生物降解地膜，该地膜具有降解时间可控、杀虫、除草、防菌、降解后无残留、使用方便、改善土壤的特性，本发明的另一目的在于提供制备该多功能生物降解地膜的方法，该方法具有操作简单、制备方便，成本低的优点，适用于工厂化大规模生产。
[0010]本发明的目的通过以下技术方案来实现:一种多功能生物降解地膜，包括防尘纸层A和防尘纸层B，防尘纸层A和防尘纸层B之间依次为降解调控营养层、纤维网层、营养层。
[0011]上述多功能生物降解地膜由下述重量份的原料组成:秸杆:25~35，垃圾:10~20，锯末:10~20，菌渣:10~20，畜禽类粪便:30~40，生物胶:0.1~0.2，防腐剂:0.1~
0.2，微量元素肥料:0.1~ 0.2，杀虫剂:0.1~0.2。
[0012]作为优选方案，所述降解调控营养层2和营养层4的厚度为2~10mm。
[0013]作为优选方案，所述防腐剂为硝酸盐或亚硝酸盐。
[0014]作为优选方案，所述杀虫剂为敌虫菊脂、溴氰菊酪、敌百虫、西维因中的一种或多种。
[0015]作为优选方案，所述生物胶为魔芋，生物胶以魔芋为原料，魔芋致熟后有很强的保水性，有较强的粘接力，且致熟不需要太多工艺，会自动降解，不会有任何污染。
[0016]上述多功能生物降解地膜的制备方法，它包括以下步骤:
[0017]S1.配料:按上述比例称取各原料，备用；
[0018]S2.粉碎:将秸杆粉碎成粒径为10~IOOmm的颗粒，垃圾、锯末、菌渣粉碎成粒径(3mm的颗粒，将粉碎的秸杆粉末、垃圾粉末、锯末粉末、菌渣粉末搅拌混合均匀后干燥，至含水量< 15% ；
[0019]S3.发酵:将步骤S2混合均匀的粉末与畜禽类粪便混合后进行好氧堆怄发酵，发酵温度为60~90°C，发酵时间> 48h，得发酵物；其中，所述畜禽类粪便的含水量< 15% ；
[0020]S4.搅拌:将步骤S3所得发酵物分成相等的两份，分别装入I号搅拌池和2号搅拌池，I号搅拌池中加入防腐剂、生物胶、微量元素肥料、杀虫剂，用于制备降解调控营养层2，2号搅拌池中加入生物胶、微量元素肥料、杀虫剂，用于制备营养层4，充分搅拌I号和2号搅拌池中各原料，并控制各搅拌池中混合物的含水量< 15% ；
[0021]S5.压制:将I号搅拌池和2号搅拌池中的混合物经传送带分别传送至滚压机的不同入口，滚压机上放置防尘纸和纤维网，进行多级压制，压制好的地膜进行烘干、杀菌，烘干温度为70~100°C，至含水量为8~12%，将烘干、杀菌后的地膜经机械断刀切断或做成卷筒，即为成品多功能生物降解地膜。
[0022]本发明的多功能生物降解地膜的使用方法为铺放至农田不松散即可，使用要求不高。该地膜由机械压合而成，具有一定的柔性、可折叠，广泛适合旱地经济作物农田使用。本发明的工作原理为:地膜由不透光的秸杆、锯末、菌渣、畜禽类粪便等组成，秸杆原料自身具有较强的隔热性，对农作物起到保温保湿效果，杂草由于地膜的不透光性无法进行光合作用而死亡，起到除杂草的目的。铺放好的地膜在土壤自然湿度下受潮，水分通过防尘纸层B5，渗透至营养层4，使原料中的物质溶解，释放肥料，满足植物营养根系的需求，同时释放杀虫剂，杀死地下害虫；纤维网层3为网状结构，水分可以自由通过，水分到达降解调控营养层2，溶解有机物质，释放肥料和杀虫剂，由于此层添加有防腐剂，可以延迟地膜的降解；防尘纸层Al与外界接触，水分挥发快，在干燥情况下短时间内不会降解，因而起到除杂草和保温保湿的作用。随着时间的延长，降解调控营养层2中的防腐剂自然失效，地膜随时间降解。降解产生的肥料不断渗透到土壤中，植物因得到持续的营养供给正常生长。待中耕时，为了加快地膜的降解，可以给农田加水或直接向地膜喷水，让防尘纸层Al和降解调控营养层2饱和受潮，加快整个地膜的分解，满足农作物的生长。由于农作物的快速生长，占据了充足的空间和资源，杂草已不再是农作物的劲敌。因此，达到了降解时间可控、杀虫、除草、防菌的功能。[0023]本发明具有以下优点:
[0024]1.本发明的地膜采用五层结构，具有较强的隔热性，对植物的生长起到良好的保温保湿的效果；
[0025]2.本发明降解调控营养层中添加有防腐剂，防腐剂可以延迟地膜的降解，若要加快地膜的降解，只需给农田加水或直接向地膜喷水，因此，具有降解时间可控的优点；且兼具杀虫、除草、防菌、改善土壤的功效；
[0026]3.本发明的地膜采用秸杆、锯末、菌渣、畜禽类粪便，来源广泛，对废弃物进行了再次利用，减少了环境污染，有效的做到了秸杆还田，且为生态有机肥，具有改善土壤的功效；
[0027]4.本发明的制备方法具有操作简单、制备方便，成本低的优点，适用于工厂化大规模生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1为本发明多功能生物降解地膜的结构示意图；
[0029]图中，1-防尘纸层A，2_降解调控营养层，3-纤维网层，4-营养层，5_防尘纸层B。【具体实施方式】
[0030]下面结合附图及实施例对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述。
[0031]如图1所示，一种多功能生物降解地膜，是经由粘结压合的五层结构组成的地膜，包括防尘纸层Al和防尘纸层B5，防尘纸层Al和防尘纸层B5之间依次为降解调控营养层
2、纤维网层3、营养层4。
[0032]实施例1:上述多功能生物降解地膜由下述重量份的原料组成:秸杆:25，垃圾:10，锯末:10，菌渣:10，畜禽类粪便:30，魔芋:0.1，硝酸钠:0.1，微量元素肥料:0.1，敌虫菊脂:0.1 ο
[0033]多功能生物降解地膜的制备方法，它包括以下步骤:
[0034]S1.配料:按上述比例称取各原料，备用；
[0035]S2.粉碎:将秸杆粉碎成粒径为IOmm的颗粒，垃圾、锯末、菌渣粉碎成粒径为3mm的颗粒，将粉碎的秸杆粉末、垃圾粉末、锯末粉末、菌渣粉末搅拌混合均匀后干燥，至含水量为 15% ；
[0036]S3.发酵:将步骤S2混合均匀的粉末与畜禽类粪便混合后进行好氧堆怄发酵，发酵温度为60°C，发酵时间为48h，得发酵物；其中，所述畜禽类粪便的含水量为15% ；
[0037]S4.搅拌:将步骤S3所得发酵物分成相等的两份，分别装入I号搅拌池和2号搅拌池中，I号搅拌池中加入硝酸钠、熟化魔芋、微量元素肥料、敌虫菊脂，用于制备降解调控营养层2，2号搅拌池中加入熟化魔芋、微量元素肥料、敌虫菊脂，用于制备营养层4，充分搅拌I号和2号搅拌池中各原料，并控制各搅拌池中混合物的含水量为15% ；
[0038]S5.压制:将I号搅拌池和2号搅拌池中的混合物经传送带分别传送至滚压机的不同入口，滚压机上放置2层防尘纸和I层纤维网，按图1所示结构进行多级压制，降解调控营养层2的厚度为2mm，营养层4的厚度为2mm，压制好的地膜进行烘干、杀菌，烘干温度为70°C，至含水量为8%，将烘干、杀菌后的地膜经机械断刀切断，即为成品多功能生物降解地膜。
[0039]实施例2:上述 多功能生物降解地膜由下述重量份的原料组成:秸杆:35，垃圾:20，锯末:20,菌渣:20,畜禽类粪便:40,魔芋:0.2，亚硝酸钠:0.2，微量元素肥料:0.2，溴氰菊酪:0.1，敌百虫:0.1。
[0040]多功能生物降解地膜的制备方法，它包括以下步骤:
[0041]S1.配料:按上述比例称取各原料，备用；
[0042]S2.粉碎:将秸杆粉碎成粒径为100_的颗粒，垃圾、锯末、菌渣粉碎成粒径为2_的颗粒，将粉碎的秸杆粉末、垃圾粉末、锯末粉末、菌渣粉末搅拌混合均匀后干燥，至含水量为 10% ；
[0043]S3.发酵:将步骤S2混合均匀的粉末与畜禽类粪便混合后进行好氧堆怄发酵，发酵温度为90°C，发酵时间为50h，得发酵物；其中，所述畜禽类粪便的含水量为12% ；
[0044]S4.搅拌:将步骤S3所得发酵物分成相等的两份，分别装入I号搅拌池和2号搅拌池，I号搅拌池中加入亚硝酸钠、熟化魔芋、微量元素肥料、溴氰菊酪、敌百虫，用于制备降解调控营养层2，2号搅拌池中加入熟化魔芋、微量元素肥料、溴氰菊酪、敌百虫，用于制备营养层4，充分搅拌I号和2号搅拌池中各原料，并控制各搅拌池中混合物的含水量为10% ；
[0045]S5.压制:将I号搅拌池和2号搅拌池中的混合物经传送带分别传送至滚压机的不同入口，滚压机上放置2张防尘纸和I张纤维网，按图1所示结构进行多级压制，降解调控营养层2的厚度为10mm，营养层4的厚度为10mm，压制好的地膜进行烘干、杀菌，烘干温度为100°C，至含水量为12%，将烘干、杀菌后的地膜做成卷筒，即为成品多功能生物降解地膜。
[0046]实施例3:上述多功能生物降解地膜由下述重量份的原料组成:秸杆:30，垃圾:14，锯末:15，菌渣:14，畜禽类粪便:33，魔芋:0.15，硝酸镁:0.12，微量元素肥料:0.18，西维因:0.15。
[0047]多功能生物降解地膜的制备方法，它包括以下步骤:
[0048]S1.配料:按上述比例称取各原料，备用；
[0049]S2.粉碎:将秸杆粉碎成粒径为40mm的颗粒，垃圾、锯末、菌渣粉碎成粒径为2mm的颗粒，将粉碎的秸杆粉末、垃圾粉末、锯末粉末、菌渣粉末搅拌混合均匀后干燥，至含水量为 10% ；
[0050]S3.发酵:将步骤S2混合均匀的粉末与畜禽类粪便混合后进行好氧堆怄发酵，发酵温度为75°C，发酵时间为60h，得发酵物；其中，所述畜禽类粪便的含水量为8% ；
[0051]S4.搅拌:将步骤S3所得发酵物分成相等的两份，分别装入I号搅拌池和2号搅拌池，I号搅拌池中加入硝酸镁、熟化魔芋、微量元素肥料、西维因，用于制备降解调控营养层2，2号搅拌池中加入熟化魔芋、微量元素肥料、西维因，用于制备营养层4，充分搅拌I号和2号搅拌池中各原料，并控制各搅拌池中混合物的含水量为8% ；
[0052]S5.压制:将I号搅拌池和2号搅拌池中的混合物经传送带分别传送至滚压机的不同入口，滚压机上放置2张防尘纸和I张纤维网，按图1所示结构进行多级压制，降解调控营养层2的厚度为4mm，营养层4的厚度为6mm，压制好的地膜进行烘干、杀菌，烘干温度为85°C，至含水量为10%，将烘干、杀菌后的地膜经机械断刀切断，即为成品多功能生物降解地膜。
[0053]实施例4:上述多功能生物降解地膜由下述重量份的原料组成:秸杆:25，垃圾:18，锯末:16，菌渣:14，畜禽类粪便:38，魔芋:0.18，亚硝酸钾:0.12，微量元素肥料:0.16，敌虫菊脂:0.14。
[0054]多功能生物降解地膜的制备方法，它包括以下步骤:
[0055]S1.配料:按上述比例称取各原料，备用；
[0056]S2.粉碎:将秸杆粉碎成粒径为80_的颗粒，垃圾、锯末、菌渣粉碎成粒径为1.8mm的颗粒，将粉碎的秸杆粉末、垃圾粉末、锯末粉末、菌渣粉末搅拌混合均匀后干燥，至含水量为8% ；
[0057]S3.发酵:将步骤S2混合均匀的粉末与畜禽类粪便混合后进行好氧堆怄发酵，发酵温度为85°C，发酵时间为70h，得发酵物；其中，所述畜禽类粪便的含水量为12% ；
[0058]S4.搅拌:将步骤S3所得发酵物分成相等的两份，分别装入I号搅拌池和2号搅拌池，I号搅拌池中加入亚硝酸钾、熟化魔芋、微量元素肥料、敌虫菊脂，用于制备降解调控营养层2，2号搅拌池中加入熟化魔芋、微量元素肥料、敌虫菊脂，用于制备营养层4，充分搅拌I号和2号搅拌池中各原料，并控制各搅拌池中混合物的含水量为12% ；
[0059]S5.压制:将I号搅拌池和2号搅拌池中的混合物经传送带分别传送至滚压机的不同入口，滚压机上放置2张防尘纸和I张纤维网，按图1所示结构进行多级压制，降解调控营养层2的厚度为6_，营养层4的厚度为8_，压制好的地膜进行烘干、杀菌，烘干温度为76°C，至含水量为9%，将烘干、杀菌后的地膜做成卷筒，即为成品多功能生物降解地膜。
[0060]实施例5:性能测试
[0061]测定以上实施例所得多功能生物降解地膜的力学性能和透光性能，分别按照GB/T1040.3-2006和GB/T2410-80进行测试，结果见表1 ;地膜的降解性能是按照GB/T20197-2006进行测试，结果见表2。[0062]表1:多功能生物降解地膜的力学性能测试结果
[0063]
【权利要求】
1.一种多功能生物降解地膜，其特征在于，所述地膜包括防尘纸层A (1)和防尘纸层B(5)，防尘纸层A (1)和防尘纸层B (5)之间依次为降解调控营养层(2)、纤维网层(3)、营养层⑷。
2.如权利要求1所述的一种多功能生物降解地膜，其特征在于，所述降解调控营养层(2)和营养层(4)的厚度为2~10_。
3.如权利要求1所述的一种多功能生物降解地膜，其特征在于，它由下述重量份的原料组成: 秸杆:25~35，垃圾:10~20，锯末:10~20，菌渣:10~20，畜禽类粪便:30~40，生物胶:0.1~0.2，防腐剂:0.1~0.2，微量元素肥料:0.1~0.2，杀虫剂:0.1~0.2。
4.如权利要求3所述的一种多功能生物降解地膜，其特征在于，所述防腐剂为硝酸盐或亚硝酸盐。
5.如权利要求3所述的一种多功能生物降解地膜，其特征在于，所述杀虫剂为敌虫菊月旨、溴氰菊酪、敌百虫、西维因中的一种或多种。
6.如权利要求3所述的一种多功能生物降解地膜，其特征在于，所述生物胶为魔芋。
7.如权利要求1-6中任意一项所述的一种多功能生物降解地膜的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤: S1.配料:按上述比例称取各原料，备用； S2.粉碎:将秸杆粉碎成粒径为10~IOOmm的颗粒，垃圾、锯末、菌渣粉碎成粒径≤3mm的颗粒，将粉碎的秸杆粉末、垃圾粉末、锯末粉末、菌渣粉末搅拌混合均匀后干燥，至含水量≤ 15% ； S3.发酵:将步骤S2混合均匀的粉末与畜禽类粪便混合后进行好氧堆怄发酵，发酵温度为60~90°C，发酵时间≥48h，得发酵物；其中，所述畜禽类粪便的含水量≤15% ； S4.搅拌:将步骤S3 所得发酵物分成相等的两份，分别装入I号搅拌池和2号搅拌池，1号搅拌池中加入防腐剂、生物胶、微量元素肥料、杀虫剂，用于制备降解调控营养层(2)，2号搅拌池中加入生物胶、微量元素肥料、杀虫剂，用于制备营养层(4)，充分搅拌I号和2号搅拌池中各原料，并控制各搅拌池中混合物的含水量≤ 15% ； S5.压制:将I号搅拌池和2号搅拌池中的混合物经传送带分别传送至滚压机的不同入口，滚压机上放置防尘纸和纤维网，进行多级压制，压制好的地膜进行烘干、杀菌，烘干温度为70~100°C，至含水量为8~12%，将烘干、杀菌后的地膜经机械断刀切断或做成卷筒，即为成品多功能生物降解地膜。
【文档编号】B32B29/00GK103858717SQ201410108822
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年3月21日 优先权日:2014年3月21日
【发明者】宋志祥, 李洪刚 申请人:宋志祥, 李洪刚