一种海藻生物干地膜的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种海藻生物干地膜，是用如下方法制备的，首先将褐藻酸盐用水溶解，脱气后，再经铺膜和干燥步骤得到褐藻酸盐半干膜，然后将半干膜浸入到含有机钙、磷酸盐和硼酸的混合水溶液中交联反应，冲洗后再经干燥得到海藻生物干地膜。本发明以天然海洋生物材料褐藻胶为主要原料制备出一种环境友好的弱酸性钠钙型全降解海藻生物干地膜，吸水率小于30%，生物降解率大于99.%，透光率大于97.5%。不仅克服了塑料地膜和可降解塑料地膜的缺陷，而且也攻克了其他以褐藻胶为原料制备地膜的技术瓶颈。
【专利说明】一种海藻生物干地膜
【技术领域】
[0001]本发明属于地膜制备【技术领域】，具体涉及一种海藻生物干地膜，即一种弱酸性钠钙型全降解海藻生物干地膜。
技术背景
[0002]干旱缺水是制约世界农业生产和环境治理中的关键问题，由于地膜具有保湿、保温、抗虫、防病、抑制杂草生长等作用，即可保持土壤水分、提高水分利用率，缓解干旱半干旱地区土壤缺水问题，同时改善农作物生长环境，有利于作物生长发育，提高作物产量及农业效益。因此，地膜覆盖技术作为解决干旱缺水的一项行之有效的重要技术措施已经广泛应用农业生产栽培中，成为继化肥、农药后的第三大农资。地膜覆盖技术在世界农业生产中得到了迅速推广，极大地提高了农作物产量，其应用领域从最初的棉花、蔬菜；发展到花生、瓜果、甜菜、水稻、旱稻、小麦、玉米等农作物。目前，仅中国地膜覆盖面积就在2600万hm2，约2.5亿亩以上，并每年以10%的速度递增，用量现已超过100万吨，其覆盖面积和用量均列世界第一。但随之而来的残膜对农业生态环境造成的“白色污染”问题越来越严重。目前世界农业中使用的农膜主要以化纤作原料制成的，其主要成分是聚丙烯、聚氯乙烯，从而导致其降解时间长达二三百年，很难回收利用，“白色革命”的功臣已渐变为“白色污染”的祸首，且这一情况正在进一步恶化。并且连年使用导致碎膜逐年累积于土壤耕层，造成土壤板结、通透性变差、根系生长受阻，后茬作物减产。因此，可降解地膜已成为地膜发展的主流。目前可降解地膜主要分为两种:一是将塑料地膜降解成小颗粒，短期内对作物生长不会有太明显的负面影响，但随 着使用时间的延长，土壤中塑料颗粒逐渐增加，难以清除，可能带来比使用塑料地膜更严重的污染，不利于农业的可持续发展；二是以取代或大幅度减少塑料地膜的使用如添加淀粉、纤维素及其他多糖等，但仅仅是减少了塑料的使用量，并没有从根本上解决问题，且容易使土壤中塑化剂严重累积，如目前中国土壤中地膜残留量一般在60_90kg/hm2,最高达165kg/hm2, 土壤中残膜含量58.5kg/hm2时,使玉米减产11%_23%，小麦减产9%-16%，大豆减产5.5%-9%，蔬菜减产14.6%_59.2%。此外，世界石油能源紧缺引起地膜生产原料丙烯酸等上涨，塑料地膜的价格从2010年的40-50元/亩，上升到70-80元/亩，使得地膜价格和可持续发展问题日益突出。
[0003]目前国内外已有用褐藻胶制备湿地膜的报道，但目前褐藻胶制备的地膜主要是湿膜，无法制成干膜，成品湿膜不易运输、容易破碎、没有抗拉强度、保质期短、易变质。若在田间现场制作湿膜，缺陷更多，困难更大，一是农民不会制作，也不易制作，每重复一次，就增加一次成本；二是湿膜经太阳光的照射后会慢慢收缩，容易破碎；三是湿膜非常容易被雨点打破。因此，有必要提供一种更容易使用，不对环境造成污染的地膜产品。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种弱酸性钠钙型全降解海藻生物干地膜，不仅可缓解干旱半干旱地区土壤缺水问题，改善农作物生长环境，提高作物产量及农业效益，而且可解决世界农业“白色污染”问题，大幅改善土壤环境，降低农业生产成本，有效改善作物品质、提高作物产量及餐桌安全性。
[0005]本发明的海藻生物干地膜，是用如下方法制备的，首先将褐藻酸盐用水溶解，脱气后，再经铺膜和干燥步骤得到褐藻酸盐半干膜，然后将半干膜浸入到含有机钙、磷酸盐和硼酸的混合水溶液中交联反应，冲洗后再经干燥得到海藻生物干地膜。
[0006]上述的褐藻酸盐的黏度优选为0.3-0.8Pas，优选为褐藻酸钠或褐藻酸钾。
[0007]上述的半干膜中水分含量控制在8-50%。
[0008]上述的有机钙离子在混合水溶液中的质量百分数为0.5-20.0% ;优选为乳酸钙、柠檬酸酸钙或葡萄糖酸钙等有机钙源，
[0009]上述的磷酸盐为六偏磷酸盐，在溶液中的质量百分数为0.001-2.0%，优选为六偏磷酸钠，
[0010]上述的硼酸在水溶液中的质量百分数为0.01-5.0%。
[0011]上述的混合水溶液的PH控制在4.5-5.8。
[0012]本发明以天然海洋生物材料褐藻胶为主要原料制备出一种环境友好的弱酸性钠钙型全降解海藻生物干地膜，吸水率小于30%，生物降解率大于99.%，透光率大于97.5%。不仅克服了塑料地膜和可降解塑料地膜的缺陷，而且也攻克了其他以褐藻胶为原料制备地膜的技术瓶颈，并且具有诸多功能性:(1)生物全降解性相关可生物降解地膜中除添加淀粉能够降解外，剩余大量PE或聚酯仍然残存而不能完全生物降解，还会对环境造成二次污染。本技术产品属于环境友好型，不含塑料成分，除水和盐外，其余为海藻有机物，在土壤中40-60天达到完全降解，降解产物为海藻寡糖，是植物生长需求的有机物肥料，可促使植物健康生长，改良土壤结构，增加透气性，增产增收。(2)海藻寡糖与土壤中中NPK结合，可缓慢释放养分，可减少肥料的使用量，显著增强肥效，改善土壤环境，改善作物品质。(3)天然抗菌作用。海藻寡糖，具有抗菌作用，特别是Dp=6-13聚合度的寡糖，抗菌性能更强，并且能诱导植物自身产生抗体，促进植物生长。(4)天然保水性。功能性全降解海藻生物地膜的主要成分是褐藻胶，具有良好的保水性能，可利用吸收的水分保持部分白天光照产生的热能调节夜间温度，使得土壤昼夜温差减小，对10厘米土层的温度升降有缓冲作用，使昼夜温差减少为11~13.5°C，随着吸水膨胀和失水收缩的规律性变化，可使周围土壤由紧实变为疏松，孔隙增大，从而在一定程度上改善土壤的通透状况.可吸收水分，当环境缺水时，可缓慢释放吸收的水分，这样可以有效的利用自然雨水和人工灌溉的水源，满足农作物生长的需要，具有“存储”和“释放”水分及养分的作用.(5)改善土壤环境，络合土壤重金属，提高粮食安全性。降解产物海藻寡糖可络合植物根系周围的重金属，防止植物吸收，降低植物中重金属含量，提高粮食安全性。(6)抗辐射(紫外辐射、电离辐射、核辐射)。海藻寡糖，具有天然抗辐射功能，间接促使植物健康生长。(7)抗逆性加强，海藻寡糖可促进作物生长、早熟作用，提高瓜类、蔬菜、果树的保花保果率并具有抗旱、抗扶倒、抗涝、抗冻的性能提高农作物的产量。
【具体实施方式】
[0013]下面结合具体实施例对本发明的弱酸性钠钙型全降解海藻生物干地膜进行详细描述。[0014]首先对本发明中的相关术语进行解释:
[0015]1、褐藻酸盐(Sodium alginate):是从褐藻中提取的一种水溶性多糖。
[0016]2、黏度:也写作粘度。将两块面积为Im2的板浸于液体中，两板距离为I米，若加IN的切应力，使两板之间的相对速率为lm/s，则此液体的粘度为IPa.S。
[0017] 3、弱酸:是指在溶液中不完全电离的酸。常见弱酸包括醋内的乙酸，柠檬酸，硼酸，碳酸及磷酸等。
[0018]4、有机钙:即与有机化合物结合的钙盐，如柠檬酸钙、乳酸钙、葡萄糖酸钙等；
[0019]5、拉伸强度:在拉伸试验中，试样直至断裂为止所受的最大拉伸应力即为拉伸强度，也称抗拉强度。
[0020]6、吸水率:是表示物体在正常大气压下吸水程度的物理量。
[0021]7、透光率:透过透明或半透明体的光通量与其入射光通量的百分率。
[0022]8、伸长率:指材料受拉力作用断裂时，伸长的长度与原来长度的百分比。
[0023]本发明的弱酸性钠钙型全降解海藻生物干地膜，是将褐藻酸盐用水溶解，脱气后，再经铺膜和干燥步骤得到褐藻酸盐半干膜，然后将褐藻酸盐半干膜浸入到含有有机钙、六偏磷酸盐和硼酸的混合水溶液中交联反应0.5-12小时后用水冲洗，再经干燥后得到弱酸性钠钙型全降解海藻生物干地膜。
[0024]所述的褐藻酸盐优选褐藻酸钠或褐藻酸钾，其黏度在0.3-0.SmPas之间，若黏度小于0.3mPas制备的全降解海藻生物干地膜的拉伸强度太小，地膜覆盖时，易破裂，且遇雨天易被雨点打破，若黏度大于0.SPas制备的全降解海藻生物干地膜烘干时易卷曲，不易成型，易破裂，地膜覆盖时不易操作，且遇雨天地膜吸水膨胀率增大，也易被雨点打破；
[0025]所述的脱气是指将溶解褐藻酸钠时溶进去的空气气泡脱除，避免所制备的干地膜上有“沙眼”现象，以提高地膜的抗拉强度，降低地膜的破碎率；
[0026]所述的铺膜指将褐藻酸盐溶胶，均匀刮板至0.01-0.5mm厚度；
[0027]所述的褐藻酸盐半干膜是指将褐藻酸盐形成的膜通过烘干，使其水分含量达到8-50%,若低于8%，经交联反应形成的褐藻酸和褐藻酸钙凝胶含量大幅减少，若高于50%，经交联反应形成的褐藻酸和褐藻酸钙凝胶含量大幅增加，地膜的脆性增加，这两种情况都不利于形成理想地膜的条件；
[0028]所述的硼酸，是利用硼酸的缓冲作用，控制溶液的PH值在4.5-5.8，以便形成褐藻酸弱凝胶，增加干地膜的抗拉强度，另硼酸还可以起到杀菌抑菌的作用，延长地膜的保质期和使用寿命；
[0029]所述的有机钙优选乳酸钙、柠檬酸酸钙或葡萄糖酸钙，有机钙释放钙离子的速度比较慢，在置换褐藻酸钠中的钠离子时，比较柔和，容易控制得到褐藻钙凝胶，使地膜中褐藻酸钠、褐藻酸和褐藻酸钙三者按一定比例并存，提高地膜的拉伸强度和透光率，降低地膜的吸水率。三者中任何单独一种形成的凝胶所制得的干地膜，拉伸强度都非常小，且易破，地膜的伸长率都小3%，而三者同时，形成三维网状结构，所得地膜的韧性增加，地膜的伸长率大于8%。而无机钙如氯化钙释放钙离子的速度比较快，褐藻酸根结合钙离子的速度也比较快(褐藻酸的结构及性质决定的)，这样形成的凝胶膜中褐藻酸钙的比例太高，不易控制，得到的干地膜的韧性不够，所以容易破裂；
[0030]所述的六偏磷酸盐，主要是指六偏磷酸钠，其在溶液中的质量百分数为0.001-2.0%，其主要作用是控制干地膜的吸水膨胀率，使干地膜的吸水率降至30%以下，即使是连续雨天，地膜的吸水率也小于30%，从而保证了地膜的强度和完整；所述的水冲洗是指将湿膜表面的盐分洗净，增加地膜的光泽度；所述的干燥是指干燥温度控制小于120°C，若大于120°C，所得干地膜卷曲不平整，且降低了干膜的抗拉强度。
[0031]实施例1
[0032]称取黏度为0.3Pas的褐藻酸钠15kg，加入1000Kg65°C水溶解2小时，真空脱气4小时，然后在不锈钢板(或有机玻璃板)上均匀铺膜，湿膜厚度控制在0.05mm，在120°C条件下干燥40分钟，使所得褐藻酸钠膜的含水量达到10%，然后将褐藻酸钠膜浸入硼酸质量百分数为0.5%、乳酸钙质量百分数为5%、六偏磷酸盐质量百分数为0.05%的混合溶液中，溶液的PH5.3，交联反应30分钟，再经自来水冲洗，120°C条件下干燥20分钟，得到全降解海藻生物干地膜15.72Kg。
[0033]所得干地膜的技术指标:水分含量8.62%;有机物91.21%;厚度0.01lmm;吸水率小于28.1% ;伸长率8.2% ;透光率大于97.5% ;拉伸强度119Mpa;干膜生物降解率大于99.9%，土壤微生物降解时间为98天。
[0034]实施例2
[0035]称取黏度为0.7Pas的褐藻酸钠12kg，加入1000Kg65°C水溶解2小时，真空脱气2小时，然后在不锈钢板(或有机玻璃板)上均匀铺膜，湿膜厚度控制在0.04mm,在65°C条件下干燥3小时，所得褐藻酸钠膜的含水量达到16.2%，然后将褐藻酸钠膜浸入硼酸质量百分数为0.5%、柠檬酸钙质量百分数为8%、六偏磷酸盐质量百分数为0.2%的混合溶液中，溶液的PH4.8，交联反应30分钟，再经自来水冲洗，65°C低温干燥2小时，得到全降解海藻生物干地膜 12.3Kg。
[0036]所得干地膜的技术指标:水分含量9.24%;有机物90.74%;厚度0.01lmm;吸水率小于25.6% ;伸长率8.13% ;透光率大于98.5% ;拉伸强度121Mpa;干膜生物降解率大于99.9%，土壤微生物降解时间为132天。
[0037]实施例3
[0038]称取黏度为0.5Pas的褐藻酸钾14kg，加入1000Kg65°C水溶解2小时，真空脱气
4.5小时，然后在不锈钢板(或有机玻璃板)上均匀铺膜，湿膜厚度控制在0.03mm，在100°C条件下干燥1.5小时，使所得褐藻酸钾膜的含水量达到26.3%，然后将褐藻酸钾膜浸入硼酸质量百分数为0.5%、葡萄糖酸钙质量百分数为8%、六偏磷酸盐质量百分数为1.5%的混合溶液中，溶液的PH4.6，交联反应40分钟，再经自来水冲洗，100°C低温干燥I小时，得到全降解海藻生物干地膜14.6Kg。
[0039]所得干地膜的技术指标:水分含量10.08%;有机物91.14%;厚度0.014mm;吸水率小于24.7% ;伸长率8.35% ;透光率大于98.5% ;拉伸强度117Mpa;干膜生物降解率大于99.9%，土壤微生物降解时间为106天。
[0040]实施例4本发明制备的干地膜的应用效果
[0041]在青岛即墨市华山镇柳沟社区进行本发明干地膜的实际应用效果试验，相关试验条件如下:
[0042]土壤类型:褐土
[0043]玉米品种:泉星2101[0044]覆盖物:普通塑料地膜，本发明方法制备的褐藻酸钠干地膜，褐藻酸钠湿膜。
[0045]供试肥料:普通尿素(N大于46%)、磷酸二铵、氯化钾供施水平一致。
[0046]试验的结果如下
[0047]表1:不同覆盖方式对大田玉米株高、穗长、茎粗的影响
[0048]
【权利要求】
1. 一种海藻生物干地膜，其制备方法如下:首先将褐藻酸盐用水溶解，脱气后，再经铺膜和干燥步骤得到褐藻酸盐半干膜，然后将半干膜浸入到含有机钙、磷酸盐和硼酸的混合水溶液中交联反应，冲洗后再经干燥得到海藻生物干地膜。
2.如权利要求1所述的干地膜，其特征在于所述的褐藻酸盐的黏度为0.3-0.8Pas。
3.如权利要求1或2所述的干地膜，其特征在于所述的褐藻酸盐为褐藻酸钠和/或褐藻酸钾。
4.如权利要求1所述的干地膜，其特征在于所述的褐藻酸盐半干膜中水分含量为8-50%ο
5.如权利要求1所述的干地膜，其特征在于所述的有机钙离子在混合水溶液中的质量百分数为0.5-20.0%。
6.如权利要求1或5所述的干地膜，其特征在于所述的有机钙为乳酸钙、柠檬酸酸钙或葡萄糖酸钙中的任一种或几种。
7.如权利要求1所述的干地膜，其特征在于所述的磷酸盐在混合水溶液溶液中的质量百分数为0.001-2.0%。
8.如权利要求7所述的干地膜，其特征在于所述的磷酸盐为六偏磷酸盐和/或六偏磷酸钠。
9.如权利要求1所述的干地膜，其特征在于所述的硼酸在混合水溶液中的质量百分数为 0.01-5.0%。
10.如权利要求1所述的干地膜，其特征在于所述的混合水溶液的PH为4.5-5.8。
【文档编号】C08J3/24GK103525428SQ201310496202
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月21日 优先权日:2013年10月19日
【发明者】盛泰, 郭丽玲, 叶晓明, 张青, 刘晓琳, 杨海征 申请人:青岛丰泰海洋生物科技有限公司