一种水稻专用具有疏水性的生物降解农用地膜及其制备方法与应用与流程

本发明涉及水稻种植，具体涉及一种水稻专用具有疏水性的生物降解农用地膜及其制备方法与应用。

背景技术：

1、水稻是稻属谷类作物，其生长周期分两个阶段，分别是营养生长阶段和生殖生长阶段，其中营养生长阶段分幼苗期、插秧期、分冀期、拔节期，共90天左右的时间，生殖生长阶段分为孕穗期、抽穗期、扬花授粉期、灌浆期，共20天左右的时间。早熟水稻的生长周期在60-90天之间，晚熟水稻的生长周期在210-240天左右。水稻作为世界三大粮食作物之一，在我国粮食生产中占有极其重要的地位，其总产和单产均高于小麦和玉米，稳定的水稻生产，是我国粮食安全的重要保障。然而，常规淹水栽培水稻正面临着严峻的挑战，同时，淹水栽培常常发生倒伏和病害而造成水稻严重减产而且消耗大量的农业用水。粮食安全是国家安全的重要基础，水稻稳是粮食稳的重要内容。

2、经研究发现，地膜覆盖种植可大幅提高水稻单产，但若不能及时将田间农用地膜收回，不仅会导致土壤耕层理化性质的恶变、透气透水性的下降，更影响农作物的生长发育，导致烂芽、烂种率升高，来年作物产量大幅下降，无法有效回收的地膜也会造成严重的“白色污染”。并且，农村劳动力大量向城镇流动，直接从事农业劳动的人力资源减少，土地资源逐渐集中，以移栽为基础的水稻精细化栽培方式成本高、效率低，水稻生产渐而转向直播等轻简化栽培。

3、为助力我国水稻产业走向可持续发展的资源友好型道路，形成“产出高效、产品安全、资源节约、环境友好”的局面，再此背景下研制推出全生物降解地膜水稻覆膜直播模式势在必行。

4、聚乳酸是常用的环境友好型降解材料，它是以乳酸为原料聚合而成的聚酯，具有优良的生物可降解性、相容性和吸收性，制成的农膜裂解后经土壤翻耕最终可完全分解为有机质、co2和h2o，具有良好的利用前景，但其机械强度较差、脆性大、强度不足、韧性差、易断裂。同时，水稻的生长周期长，多数地膜在使用中难以应对uv老化，耐老化性能不足，因此，为了较好地满足实际生产和应用需求，有必要提供一种可完全生物降解，对环境无污染，同时，力学性能优良、抗老化能力强、能满足水稻较长生长周期需求的地膜。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种可完全生物降解，对环境无污染，同时，力学性能优良、抗老化能力强、使用寿命长的水稻专用地膜。

2、为达此目的，本发明的技术方案如下：

3、本发明提供了一种水稻专用具有疏水性的生物降解农用地膜，所述水稻专用具有疏水性的生物降解农用地膜包括以下重量份的原料：可降解聚合物85-90份、微纳米碳球混合物1-3份、超分散剂5-10份、稳定剂0.5-2份、润滑剂0.1-2份。

4、在本发明的一些实施方案中，所述可降解聚合物选自聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、聚己二酸对苯二甲酸丁二酯中的一种或多种组合。

5、在本发明的一些实施方案中，所述微纳米碳球混合物为jl-c-c01(20nm)、jl-c-c02(50nm)和jl-c-c03(100nm)三种型号微纳米碳球的混合物，jl-c-c01、jl-c-c02(50nm)和jl-c-c03(100nm)微纳米碳球的质量比为1：1.1-2：2-3。

6、在本发明的一些实施方案中，所述超分散剂的结构如下：

7、

8、其中，a+b＝5-35，a＞b，m+n＝20-50，n>m，*为化学键的连接位点。

9、在本发明的一些实施方案中，所述超分散剂的制备方法包括以下步骤：

10、(1)将聚天冬氨酸、己内酯、丙交酯加入容器中，搅拌并加热，所述聚天冬氨酸的结构如下所示：

11、

12、其中，a+b＝5-35，a＞b，*为化学键的连接位点，

13、所述己内酯的结构式为：所述丙交酯的结构式为

14、(2)待温度升至90-110℃时，加入催化剂，进行梯度升温反应，得到中间产物，中

15、间产物的结构如下所示：

16、

17、其中，a+b＝5-35，a＞b，m+n＝20-50，n>m，*为化学键的连接位点；

18、(3)待反应结束，加入对三氟甲基苯胺进行反应，产物即为超分散剂；所述对三氟甲基苯胺的结构如下所示：

19、

20、在本发明超分散剂的制备方法中，步骤(1)中所述聚天冬氨酸与己内酯的摩尔比为1:7-38；丙交酯与己内酯的摩尔比为2:0.9-1.1；所述聚天冬氨酸的分子量为1000-5000。

21、在本发明超分散剂的制备方法中，步骤(2)中所述的催化剂为辛酸亚锡，其摩尔量为反应物总量的0.1-0.3％；所述的梯度升温反应为先在90-110℃条件下反应1-2小时，然后在110-130℃条件下反应1-2小时，最后在130-150℃反应条件下3-4小时。

22、在本发明超分散剂的制备方法中，步骤(3)中所述的对三氟甲基苯胺与己内酯的摩尔比为0.9-1.1:1。

23、在本发明超分散剂的制备方法中，步骤(3)中所述的反应条件是在真空条件下进行，反应时间为6-10h。

24、在本发明的一些实施方案中，所述稳定剂为受阻酚类化合物。

25、优选地，所述稳定剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。

26、在本发明的一些实施方案中，所述润滑剂选自天然石蜡、液体石蜡、硬脂酸、硬脂酸丁酯中的一种或多种组合。

27、一种水稻专用具有疏水性的生物降解农用地膜的制备方法，具体包括以下步骤：

28、(1)将可降解聚合物在真空烘箱中干燥15-20h；

29、(2)将干燥后的可降解聚合物与微纳米碳球混合物混合，然后与超分散剂、稳定剂、润滑剂一起加入到双螺旋挤出机中熔融混合；

30、(3)将步骤(2)的得到的物质冷却，切割为粒料，加入吹膜机中吹膜，即制得水稻专用具有疏水性的生物降解农用地膜。

31、在本发明的水稻专用具有疏水性的生物降解农用地膜制备方法中，步骤(1)中所述干燥温度为80-90℃。

32、在本发明的水稻专用具有疏水性的生物降解农用地膜制备方法中，步骤(2)中所述的熔融温度为170-190℃。

33、在本发明的水稻专用具有疏水性的生物降解农用地膜制备方法中，步骤(3)中所述的吹膜温度为110-130℃，吹胀比为2-3:1。

34、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

35、(1)本发明提供的水稻专用具有疏水性的生物降解农用地膜，在聚乳酸、聚已二酸对苯二甲酸丁二醇酯等全生物降解材料中加入微纳米碳球混合物、超分散剂进行改性，微纳米碳球混合物具有良好的生物相容性，能与疏水性聚合物结合，以改善其力学性能和抗老化性能，超分散剂具有梳状结构并含有氮元素、氟元素的结构，具有优良的分散性，能够有效的锚固纳米碳球与可降解聚合物的结合，使制备出的地膜不仅具有良好的耐水性，而且有效提升了力学性能，同时具有良好的抗老化性能、较长的使用寿命，能满足水稻整个生长周期的需求。

36、(2)本发明提供的水稻专用具有疏水性的生物降解农用地膜，所使用的可降解聚合物为生物降解材料，超分散剂主链为聚天冬氨酸，侧链为聚乳酸和聚己内酯的嵌段结构，可同地膜共同降解，因此，不会对环境造成任何污染。