一种可降解纳米保水地膜及其制备方法与流程

本发明属于农业环保、土壤改良及保水抗旱领域，特别是涉及一种可降解纳米保水地膜及其制备方法。

背景技术：

农业用水约占全国用水总量的70％左右，而农业年缺水约300亿立方，水资源依旧短缺，业已成为制约我国农业发展的关键因素之一，合理利用水资源，开发高效土壤保墒技术是现代化农业发展的根本途径。

近年来，人们越来越重视对环境的保护，在我国的农业生产中，为了节水、保水、保温，农膜被大量使用，如：在育苗时，苗床需要覆盖地膜以达到保温、保湿的目的；部分旱作作物，需要在地膜上打孔栽种，如西瓜、烟草等；还有的温室种植为了保水保温也需要覆膜种植。但是在育苗时一旦种子发芽出苗，要及时的揭掉地膜，否则，很容易高温烫伤种苗。而在作物成熟收获后农膜也就失去了作用，随之而来的就是农膜废弃物污染的问题。而如今市面上常用的是以聚乙烯、聚丙烯等化学物质制成的农用地膜，除了具有保温、除草等功能外，还存在着耐用性差、强度不高、降解难度大时间久等问题。由于其很难降解，且不能回收二次使用，大量地膜碎片会残留在土壤中，不仅会破坏土壤结构，影响作物生长而导致减产，还会造成严重环境污染。目前也有很多关于可降解地膜的研究，大多是关注农膜的可降解性、提高降解速度，以及使用不同的化学物质配比提高农膜的拉伸强度、透光度和厚度等情况研究，对于农膜的降解后对土壤的影响等方面没有更好的研究。

因此，当前急需改进地膜的生产技术和应用方法，地膜材料应选用具有地膜作用，且在使用后可降解的材料，同时降解后成分无毒、无害、不污染环境，且有利于改良土壤、耕作和种植。如何合理利用土壤水资源，开发研制可降解保水地膜，解决农业用膜污染，有效增加土壤水分保持，改良土壤，提高农业水资源的利用效率等问题，将是发展现代节水农业和解决我国农业用膜及废弃物污染的有效途径。

技术实现要素：

发明目的：本发明提供一种可降解纳米保水地膜及其制备方法，旨在解决农业用膜污染，土壤保水性差，土壤酸化，酶活性低及水资源的利用效率低等问题。

技术方案：为实现上述技术目的，本发明提供了一种可降解纳米保水地膜，所述可降解纳米保水地膜由如下重量份数的组分制备而成：

纳米caco310～15份、纳米tio25～10份、聚乙烯醇10～20份、聚丙烯15～25份、聚乳酸2～3份、秸秆生物质炭12～27份、mp3005保水剂10～20份、em扩大液3～5份、糖蜜1～3份、复合增塑剂15～26份、生物降解促进剂5～12份、光引发剂2.8～5份和淀粉胶黏剂1～5份。

本发明进一步提出了上述可降解纳米保水地膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)以纳米caco310～15份，em扩大液3～5份，糖蜜1～3份，纳米tio25～10份为原料发酵，发酵温度为25～32℃，发酵时间为7-12天，得到发酵液a；

(2)再将步骤(1)中得到的发酵液a中加入相应配方量的聚乙烯醇、聚丙烯、聚乳酸、mp3005保水剂和秸秆生物质炭混入搅拌器中，搅拌15～20分钟，1000～1800r/min，得到混合物b；

(3)再将步骤(2)中得到的混合物b中加入相应配方量的淀粉胶黏剂和复合增塑剂，在双螺杆挤出机中以转速100～200r/min，温度150℃～170℃下复合挤出得到热塑性纳米复合剂c；

(4)将配方量的生物降解促进剂、光引发剂均匀混合到步骤(3)得到热塑性纳米复合剂c中，在50～100r/min的条件下混合均匀，用通用塑料吹膜机吹膜，设定转速为15～30r/min，温度150～185℃条件下热熔挤出吹塑，制成地膜，切割、包装即制得所述可降解纳米保水地膜。

所述的可降解纳米保水地膜，其使用方法在于，在使用地膜前将地膜浸泡于所述制备的发酵液a中，可根据要铺设的地表温度设定浸泡时间，当地表温度小于25℃时，浸泡1～3天。当地表温度大于25℃时，浸泡2～6天。

优选地，所述纳米caco3的粒径为25～100nm，纳米tio2的粒径为20～50nm。

所述的em扩大液由em原液、糖蜜、去离子水按照体积比为0.7～1∶0.6～0.8∶2.1～2.5混合发酵后得到，发酵温度为32～35℃，发酵时间为8-10天。

其中，所述秸秆生物质炭是在缺氧或低氧条件下以较低温度(＜700℃)对作物秸秆等生物质进行热解而产生的含碳极其丰富、稳定、高度芳香化的固态物质，可直接购买于江苏华丰农业生物工程有限公司。

优选地，所述生物降解促进剂为biofiller^tm。

具体地，所用的聚乳酸为生物降解材料pla；所述光引发剂为水性光引发剂(wsp)，主要包括二苯酮衍生物及烷基芳酮衍生物。

所述的保水剂为“沃特”牌保水剂。

所述的复合增塑剂是以氯化脂肪酸酯为主要成分的增塑剂，可购买于山东天成化工有限公司。淀粉胶黏剂是以红薯、小麦淀粉为主要成分的粘合剂，可购买于漯河市汇泉胶粘剂有限公司。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本发明中所配置的可降解新型纳米保水地膜，可提高地膜的降解速率，有效促进作物生长；

(2)使用此可降解新型纳米保水地膜，降解后残留物可被土壤微生物吸收利用，避免对环境造成二次污染；

(3)本发明地膜中含有秸秆生物质炭及em扩大液可有效改善土壤结构和孔性，降低土壤酸度，增加微生物活性，提高土壤保水保肥能力；

(4)本发明地膜中含有的纳米钙，降解后转化成有效态钙为作物补充钙素营养；

(5)本发明中可降解新型纳米保水地膜制备工艺简单、成本较低。

附图说明

图1为烟田0-20cm土层土壤水分变化；

图2为土壤水分特征曲线。

具体实施方式

下面通过具体的实施例详细说明本发明。

本实施例提供了一种可降解纳米保水地膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)以纳米caco310～15份，em扩大液3～5份，糖蜜1～3份，纳米tio25～10份为原料发酵，发酵温度为25～32℃，发酵时间为7-12天，得到发酵液a。

(2)将步骤(1)中得到的发酵液a中加入相应配方量的聚乙烯醇、聚丙烯、聚乳酸、mp3005保水剂和秸秆生物质炭混入搅拌器中，搅拌15～20分钟，1000～1800r/min，得到混合物b；

(3)再将步骤(2)中得到的混合物b中加入相应配方量的淀粉胶黏剂和复合增塑剂，在双螺杆挤出机中以转速100～200r/min，温度150℃～170℃下复合挤出得到热塑性纳米复合剂c；

(4)将配方量的生物降解促进剂、光引发剂均匀混合到步骤(3)得到热塑性纳米复合剂c中，在50～100r/min的条件下混合均匀，用通用塑料吹膜机吹膜，设定转速为15～30r/min，温度150～185℃条件下热熔挤出吹塑，制成地膜，切割、包装即制得所述可降解纳米保水地膜。

实验效果

试验以种植烟草为例，选用烟草品种为k326。试验在江苏省南京市江宁区南京市蔬菜花卉科学研究所内的蒸渗仪中进行。当地年平均降雨天数117d，年降雨量1106.5mm，每年6月下旬至7月为梅雨季节，年平均温度15.7℃，最大平均湿度81％，最大风速19.8m/s，无霜期237d。实验采用膜下滴灌和沟灌两种灌水方式，其中膜下滴灌所用地膜为普通地膜和纳米可降解保水地膜，在使用地膜前将地膜浸泡于所述制备的发酵液a中，浸泡1～3天，取出覆膜。

不同配比地膜的制备：

配方(一)：(1)将15％的纳米caco3，5％的em扩大液，3％的糖蜜，10％的纳米tio2混合发酵，发酵温度为25～32℃，发酵时间为7-12天，得到发酵液a。(2)将得到的发酵液a中加入相应配方量的20％的聚乙烯醇、25％的聚丙烯、3％的聚乳酸、10％的mp3005保水剂和20％的秸秆生物质炭混入搅拌器中，搅拌20分钟，1800r/min，得到混合物b；(3)再将得到的混合物b中加入相应配方量的淀粉胶黏剂和复合增塑剂，在双螺杆挤出机中以转速200r/min，温度170℃下复合挤出得到热塑性纳米复合剂c；(4)将配方量的生物降解促进剂、光引发剂均匀混合到热塑性纳米复合剂c中，在100r/min的条件下混合均匀，用通用塑料吹膜机吹膜，设定转速为30r/min，温度180℃条件下热熔挤出吹塑，制成地膜，切割、包装即制得所述可降解纳米保水地膜。

配方(二)：(1)将15％的纳米caco3，5％的em扩大液，3％的糖蜜，10％的纳米tio2混合发酵，发酵温度为25～32℃，发酵时间为7-12天，得到发酵液a；(2)将得到的发酵液a中加入相应配方量的20％的聚乙烯醇、25％的聚丙烯、3％的聚乳酸、20％的mp3005保水剂和25％的秸秆生物质炭混入搅拌器中，搅拌20分钟，1800r/min，得到混合物b；(3)再将得到的混合物b中加入相应配方量的淀粉胶黏剂和复合增塑剂，在双螺杆挤出机中以转速200r/min，温度170℃下复合挤出得到热塑性纳米复合剂c；(4)将配方量的生物降解促进剂、光引发剂均匀混合到热塑性纳米复合剂c中，在100r/min的条件下混合均匀，用通用塑料吹膜机吹膜，设定转速为30r/min，温度180℃条件下热熔挤出吹塑，制成地膜，切割、包装即制得所述可降解纳米保水地膜。

实验设置四个处理，分别为：

t1、对照、不覆膜，采用沟灌的方式进行灌溉，单次灌水量4.5m³/亩，全生育期灌水总量为337mm；

t2、普通地膜，采用膜下滴灌的方式进行灌溉，单次灌水量4.5m³/亩，全生育期灌水总量为337mm；

t3、用配方(一)制备的可降解纳米地膜，采用膜下滴灌的方式进行灌溉，单次灌水量4.5m³/亩，全生育期灌水总量为337mm；

t4、用配方(二)制备的可降解纳米地膜，采用膜下滴灌的方式进行灌溉，单次灌水量4.5m³/亩，全生育期灌水总量为337mm。

2015年5月9日将k326烟苗于6叶1心时移栽，移栽时土壤灌水至田间持水量，以后每2-3天按设计滴灌流量灌溉一次，全生育期共灌溉40次。

通过分别测定烤烟生根期、旺长期、成熟期0-20cm土壤含水率、烤烟农艺性状及产量等指标，分析可降解纳米保水地膜对烤烟保水保湿增产等效应，并观察地膜降解情况，通过植烟土壤水分特征曲线的测定，分析可降解纳米地膜改良土壤效果。

表1、表2、表3分别为伸根期、旺长期、成熟期烤烟各农艺性状指标及产量测定结果。

表1烤烟伸根期

表2烤烟旺长期

表3烤烟成熟期

从表中可以看出，烤烟伸根期，覆膜处理均优于对照处理，可降解纳米保水地膜稍优于普通膜，配方(二)所制备的可降解纳米保水地膜稍优于配方(一)所制备的；而在烤烟旺长期和成熟期，可降解纳米保水地膜覆盖的烤烟农艺性状明显优于普通地膜；较于t1和t2处理，t3处理产量提高33.47％和9.3％；较于t1、t2和t3处理，t4处理产量提高36.06％、12.80％和3.8％，可见使用可降解纳米保水地膜可显著提高烤烟的农艺性状及产量，且可降解纳米地膜原材料配比中mp3005保水剂和秸秆生物质炭起到主要作用。

0-20cm土层在移栽后7d、21d、35d、49d、63d、77d、91d和105d土壤水分变化情况如图1所示，结果表明t4土壤体积含水率约为22％～26％，t3土壤体积含水率约为20％～25％，明显高于t2和t1，t2处理高于t1，且t4处理稍高于t3，可见覆膜可提高土壤体积含水率。因此，使用本发明可降解保水地膜其保水效果明显优于普通地膜，且使用配方(二)所制备的可降解纳米保水地膜稍优于配方(一)所制备的。

由图2的土壤水分特征曲线可以看出，相较于t1和t2处理，t3处理土壤持水能力提高20.03％和15.67％；相较于t1、t2和t3处理，t4处理土壤持水能力提高22.49％、17.23％和1.84％，可见使用本发明可对作物生长起到了很好的保水作用。因此，使用本发明可降解纳米保水地膜可有效改善土壤结构，增加土壤孔隙度、提高土壤保水保肥能力。

根据试验测定，可降解纳米保水地膜，在移栽30天降解率为13.8％，移栽90天后降解50％，在移栽160天后降解97.5％，180天后基本没看到明显地膜碎片。随着时间的推移地膜可全部降解，且对土壤具有明显的改良作用。

综上所述，本发明实施例提供的可降解纳米保水地膜及其制备方法，该地膜具有保温、保水的作用，有效促进作物生长能力。且地膜中含有秸秆生物质炭、mp3005保水剂及em扩大液可有效改善土壤结构，降低土壤酸度，增加土壤空隙度、微生物活性，提高土壤保水能力，避免对环境造成二次污染。并且该地膜的制备及应用过程简单方便，降低了生产成本。

以上对本发明所提供的一种可降解纳米保水地膜及其制备方法进行了详细介绍，并应用了具体试验对本发明可降解纳米保水地膜实施方式及试验效果进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。