一種海藻生物干地膜的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種海藻生物干地膜，是用如下方法制備的，首先將褐藻酸鹽用水溶解，脫氣后，再經(jīng)鋪膜和干燥步驟得到褐藻酸鹽半干膜，然后將半干膜浸入到含有機(jī)鈣、磷酸鹽和硼酸的混合水溶液中交聯(lián)反應(yīng)，沖洗后再經(jīng)干燥得到海藻生物干地膜。本發(fā)明以天然海洋生物材料褐藻膠為主要原料制備出一種環(huán)境友好的弱酸性鈉鈣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%。不僅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膠為原料制備地膜的技術(shù)瓶頸。
【專利說明】一種海藻生物干地膜
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于地膜制備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種海藻生物干地膜，即一種弱酸性鈉鈣型全降解海藻生物干地膜。
技術(shù)背景
[0002]干旱缺水是制約世界農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境治理中的關(guān)鍵問題，由于地膜具有保濕、保溫、抗蟲、防病、抑制雜草生長等作用，即可保持土壤水分、提高水分利用率，緩解干旱半干旱地區(qū)土壤缺水問題，同時改善農(nóng)作物生長環(huán)境，有利于作物生長發(fā)育，提高作物產(chǎn)量及農(nóng)業(yè)效益。因此，地膜覆蓋技術(shù)作為解決干旱缺水的一項行之有效的重要技術(shù)措施已經(jīng)廣泛應(yīng)用農(nóng)業(yè)生產(chǎn)栽培中，成為繼化肥、農(nóng)藥后的第三大農(nóng)資。地膜覆蓋技術(shù)在世界農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了迅速推廣，極大地提高了農(nóng)作物產(chǎn)量，其應(yīng)用領(lǐng)域從最初的棉花、蔬菜；發(fā)展到花生、瓜果、甜菜、水稻、旱稻、小麥、玉米等農(nóng)作物。目前，僅中國地膜覆蓋面積就在2600萬hm2，約2.5億畝以上，并每年以10%的速度遞增，用量現(xiàn)已超過100萬噸，其覆蓋面積和用量均列世界第一。但隨之而來的殘膜對農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境造成的“白色污染”問題越來越嚴(yán)重。目前世界農(nóng)業(yè)中使用的農(nóng)膜主要以化纖作原料制成的，其主要成分是聚丙烯、聚氯乙烯，從而導(dǎo)致其降解時間長達(dá)二三百年，很難回收利用，“白色革命”的功臣已漸變?yōu)椤鞍咨廴尽钡牡準(zhǔn)?，且這一情況正在進(jìn)一步惡化。并且連年使用導(dǎo)致碎膜逐年累積于土壤耕層，造成土壤板結(jié)、通透性變差、根系生長受阻，后茬作物減產(chǎn)。因此，可降解地膜已成為地膜發(fā)展的主流。目前可降解地膜主要分為兩種:一是將塑料地膜降解成小顆粒，短期內(nèi)對作物生長不會有太明顯的負(fù)面影響，但隨 著使用時間的延長，土壤中塑料顆粒逐漸增加，難以清除，可能帶來比使用塑料地膜更嚴(yán)重的污染，不利于農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展；二是以取代或大幅度減少塑料地膜的使用如添加淀粉、纖維素及其他多糖等，但僅僅是減少了塑料的使用量，并沒有從根本上解決問題，且容易使土壤中塑化劑嚴(yán)重累積，如目前中國土壤中地膜殘留量一般在60_90kg/hm2,最高達(dá)165kg/hm2, 土壤中殘膜含量58.5kg/hm2時,使玉米減產(chǎn)11%_23%，小麥減產(chǎn)9%-16%，大豆減產(chǎn)5.5%-9%，蔬菜減產(chǎn)14.6%_59.2%。此外，世界石油能源緊缺引起地膜生產(chǎn)原料丙烯酸等上漲，塑料地膜的價格從2010年的40-50元/畝，上升到70-80元/畝，使得地膜價格和可持續(xù)發(fā)展問題日益突出。
[0003]目前國內(nèi)外已有用褐藻膠制備濕地膜的報道，但目前褐藻膠制備的地膜主要是濕膜，無法制成干膜，成品濕膜不易運輸、容易破碎、沒有抗拉強(qiáng)度、保質(zhì)期短、易變質(zhì)。若在田間現(xiàn)場制作濕膜，缺陷更多，困難更大，一是農(nóng)民不會制作，也不易制作，每重復(fù)一次，就增加一次成本；二是濕膜經(jīng)太陽光的照射后會慢慢收縮，容易破碎；三是濕膜非常容易被雨點打破。因此，有必要提供一種更容易使用，不對環(huán)境造成污染的地膜產(chǎn)品。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種弱酸性鈉鈣型全降解海藻生物干地膜，不僅可緩解干旱半干旱地區(qū)土壤缺水問題，改善農(nóng)作物生長環(huán)境，提高作物產(chǎn)量及農(nóng)業(yè)效益，而且可解決世界農(nóng)業(yè)“白色污染”問題，大幅改善土壤環(huán)境，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，有效改善作物品質(zhì)、提高作物產(chǎn)量及餐桌安全性。
[0005]本發(fā)明的海藻生物干地膜，是用如下方法制備的，首先將褐藻酸鹽用水溶解，脫氣后，再經(jīng)鋪膜和干燥步驟得到褐藻酸鹽半干膜，然后將半干膜浸入到含有機(jī)鈣、磷酸鹽和硼酸的混合水溶液中交聯(lián)反應(yīng)，沖洗后再經(jīng)干燥得到海藻生物干地膜。
[0006]上述的褐藻酸鹽的黏度優(yōu)選為0.3-0.8Pas，優(yōu)選為褐藻酸鈉或褐藻酸鉀。
[0007]上述的半干膜中水分含量控制在8-50%。
[0008]上述的有機(jī)鈣離子在混合水溶液中的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.5-20.0% ;優(yōu)選為乳酸鈣、檸檬酸酸鈣或葡萄糖酸鈣等有機(jī)鈣源，
[0009]上述的磷酸鹽為六偏磷酸鹽，在溶液中的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.001-2.0%，優(yōu)選為六偏磷酸鈉，
[0010]上述的硼酸在水溶液中的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.01-5.0%。
[0011]上述的混合水溶液的PH控制在4.5-5.8。
[0012]本發(fā)明以天然海洋生物材料褐藻膠為主要原料制備出一種環(huán)境友好的弱酸性鈉鈣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%。不僅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膠為原料制備地膜的技術(shù)瓶頸，并且具有諸多功能性:(1)生物全降解性相關(guān)可生物降解地膜中除添加淀粉能夠降解外，剩余大量PE或聚酯仍然殘存而不能完全生物降解，還會對環(huán)境造成二次污染。本技術(shù)產(chǎn)品屬于環(huán)境友好型，不含塑料成分，除水和鹽外，其余為海藻有機(jī)物，在土壤中40-60天達(dá)到完全降解，降解產(chǎn)物為海藻寡糖，是植物生長需求的有機(jī)物肥料，可促使植物健康生長，改良土壤結(jié)構(gòu)，增加透氣性，增產(chǎn)增收。(2)海藻寡糖與土壤中中NPK結(jié)合，可緩慢釋放養(yǎng)分，可減少肥料的使用量，顯著增強(qiáng)肥效，改善土壤環(huán)境，改善作物品質(zhì)。(3)天然抗菌作用。海藻寡糖，具有抗菌作用，特別是Dp=6-13聚合度的寡糖，抗菌性能更強(qiáng)，并且能誘導(dǎo)植物自身產(chǎn)生抗體，促進(jìn)植物生長。(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膠，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產(chǎn)生的熱能調(diào)節(jié)夜間溫度，使得土壤晝夜溫差減小，對10厘米土層的溫度升降有緩沖作用，使晝夜溫差減少為11~13.5°C，隨著吸水膨脹和失水收縮的規(guī)律性變化，可使周圍土壤由緊實變?yōu)槭杷?，孔隙增大，從而在一定程度上改善土壤的通透狀況.可吸收水分，當(dāng)環(huán)境缺水時，可緩慢釋放吸收的水分，這樣可以有效的利用自然雨水和人工灌溉的水源，滿足農(nóng)作物生長的需要，具有“存儲”和“釋放”水分及養(yǎng)分的作用.(5)改善土壤環(huán)境，絡(luò)合土壤重金屬，提高糧食安全性。降解產(chǎn)物海藻寡糖可絡(luò)合植物根系周圍的重金屬，防止植物吸收，降低植物中重金屬含量，提高糧食安全性。(6)抗輻射(紫外輻射、電離輻射、核輻射)。海藻寡糖，具有天然抗輻射功能，間接促使植物健康生長。(7)抗逆性加強(qiáng)，海藻寡糖可促進(jìn)作物生長、早熟作用，提高瓜類、蔬菜、果樹的?；ū９什⒕哂锌购?、抗扶倒、抗?jié)?、抗凍的性能提高農(nóng)作物的產(chǎn)量。
【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的弱酸性鈉鈣型全降解海藻生物干地膜進(jìn)行詳細(xì)描述。[0014]首先對本發(fā)明中的相關(guān)術(shù)語進(jìn)行解釋:
[0015]1、褐藻酸鹽(Sodium alginate):是從褐藻中提取的一種水溶性多糖。
[0016]2、黏度:也寫作粘度。將兩塊面積為Im2的板浸于液體中，兩板距離為I米，若加IN的切應(yīng)力，使兩板之間的相對速率為lm/s，則此液體的粘度為IPa.S。
[0017] 3、弱酸:是指在溶液中不完全電離的酸。常見弱酸包括醋內(nèi)的乙酸，檸檬酸，硼酸，碳酸及磷酸等。
[0018]4、有機(jī)鈣:即與有機(jī)化合物結(jié)合的鈣鹽，如檸檬酸鈣、乳酸鈣、葡萄糖酸鈣等；
[0019]5、拉伸強(qiáng)度:在拉伸試驗中，試樣直至斷裂為止所受的最大拉伸應(yīng)力即為拉伸強(qiáng)度，也稱抗拉強(qiáng)度。
[0020]6、吸水率:是表示物體在正常大氣壓下吸水程度的物理量。
[0021]7、透光率:透過透明或半透明體的光通量與其入射光通量的百分率。
[0022]8、伸長率:指材料受拉力作用斷裂時，伸長的長度與原來長度的百分比。
[0023]本發(fā)明的弱酸性鈉鈣型全降解海藻生物干地膜，是將褐藻酸鹽用水溶解，脫氣后，再經(jīng)鋪膜和干燥步驟得到褐藻酸鹽半干膜，然后將褐藻酸鹽半干膜浸入到含有有機(jī)鈣、六偏磷酸鹽和硼酸的混合水溶液中交聯(lián)反應(yīng)0.5-12小時后用水沖洗，再經(jīng)干燥后得到弱酸性鈉鈣型全降解海藻生物干地膜。
[0024]所述的褐藻酸鹽優(yōu)選褐藻酸鈉或褐藻酸鉀，其黏度在0.3-0.SmPas之間，若黏度小于0.3mPas制備的全降解海藻生物干地膜的拉伸強(qiáng)度太小，地膜覆蓋時，易破裂，且遇雨天易被雨點打破，若黏度大于0.SPas制備的全降解海藻生物干地膜烘干時易卷曲，不易成型，易破裂，地膜覆蓋時不易操作，且遇雨天地膜吸水膨脹率增大，也易被雨點打破；
[0025]所述的脫氣是指將溶解褐藻酸鈉時溶進(jìn)去的空氣氣泡脫除，避免所制備的干地膜上有“沙眼”現(xiàn)象，以提高地膜的抗拉強(qiáng)度，降低地膜的破碎率；
[0026]所述的鋪膜指將褐藻酸鹽溶膠，均勻刮板至0.01-0.5mm厚度；
[0027]所述的褐藻酸鹽半干膜是指將褐藻酸鹽形成的膜通過烘干，使其水分含量達(dá)到8-50%,若低于8%，經(jīng)交聯(lián)反應(yīng)形成的褐藻酸和褐藻酸鈣凝膠含量大幅減少，若高于50%，經(jīng)交聯(lián)反應(yīng)形成的褐藻酸和褐藻酸鈣凝膠含量大幅增加，地膜的脆性增加，這兩種情況都不利于形成理想地膜的條件；
[0028]所述的硼酸，是利用硼酸的緩沖作用，控制溶液的PH值在4.5-5.8，以便形成褐藻酸弱凝膠，增加干地膜的抗拉強(qiáng)度，另硼酸還可以起到殺菌抑菌的作用，延長地膜的保質(zhì)期和使用壽命；
[0029]所述的有機(jī)鈣優(yōu)選乳酸鈣、檸檬酸酸鈣或葡萄糖酸鈣，有機(jī)鈣釋放鈣離子的速度比較慢，在置換褐藻酸鈉中的鈉離子時，比較柔和，容易控制得到褐藻鈣凝膠，使地膜中褐藻酸鈉、褐藻酸和褐藻酸鈣三者按一定比例并存，提高地膜的拉伸強(qiáng)度和透光率，降低地膜的吸水率。三者中任何單獨一種形成的凝膠所制得的干地膜，拉伸強(qiáng)度都非常小，且易破，地膜的伸長率都小3%，而三者同時，形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所得地膜的韌性增加，地膜的伸長率大于8%。而無機(jī)鈣如氯化鈣釋放鈣離子的速度比較快，褐藻酸根結(jié)合鈣離子的速度也比較快(褐藻酸的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)決定的)，這樣形成的凝膠膜中褐藻酸鈣的比例太高，不易控制，得到的干地膜的韌性不夠，所以容易破裂；
[0030]所述的六偏磷酸鹽，主要是指六偏磷酸鈉，其在溶液中的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.001-2.0%，其主要作用是控制干地膜的吸水膨脹率，使干地膜的吸水率降至30%以下，即使是連續(xù)雨天，地膜的吸水率也小于30%，從而保證了地膜的強(qiáng)度和完整；所述的水沖洗是指將濕膜表面的鹽分洗凈，增加地膜的光澤度；所述的干燥是指干燥溫度控制小于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強(qiáng)度。
[0031]實施例1
[0032]稱取黏度為0.3Pas的褐藻酸鈉15kg，加入1000Kg65°C水溶解2小時，真空脫氣4小時，然后在不銹鋼板(或有機(jī)玻璃板)上均勻鋪膜，濕膜厚度控制在0.05mm，在120°C條件下干燥40分鐘，使所得褐藻酸鈉膜的含水量達(dá)到10%，然后將褐藻酸鈉膜浸入硼酸質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.5%、乳酸鈣質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5%、六偏磷酸鹽質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.05%的混合溶液中，溶液的PH5.3，交聯(lián)反應(yīng)30分鐘，再經(jīng)自來水沖洗，120°C條件下干燥20分鐘，得到全降解海藻生物干地膜15.72Kg。
[0033]所得干地膜的技術(shù)指標(biāo):水分含量8.62%;有機(jī)物91.21%;厚度0.01lmm;吸水率小于28.1% ;伸長率8.2% ;透光率大于97.5% ;拉伸強(qiáng)度119Mpa;干膜生物降解率大于99.9%，土壤微生物降解時間為98天。
[0034]實施例2
[0035]稱取黏度為0.7Pas的褐藻酸鈉12kg，加入1000Kg65°C水溶解2小時，真空脫氣2小時，然后在不銹鋼板(或有機(jī)玻璃板)上均勻鋪膜，濕膜厚度控制在0.04mm,在65°C條件下干燥3小時，所得褐藻酸鈉膜的含水量達(dá)到16.2%，然后將褐藻酸鈉膜浸入硼酸質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.5%、檸檬酸鈣質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為8%、六偏磷酸鹽質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.2%的混合溶液中，溶液的PH4.8，交聯(lián)反應(yīng)30分鐘，再經(jīng)自來水沖洗，65°C低溫干燥2小時，得到全降解海藻生物干地膜 12.3Kg。
[0036]所得干地膜的技術(shù)指標(biāo):水分含量9.24%;有機(jī)物90.74%;厚度0.01lmm;吸水率小于25.6% ;伸長率8.13% ;透光率大于98.5% ;拉伸強(qiáng)度121Mpa;干膜生物降解率大于99.9%，土壤微生物降解時間為132天。
[0037]實施例3
[0038]稱取黏度為0.5Pas的褐藻酸鉀14kg，加入1000Kg65°C水溶解2小時，真空脫氣
4.5小時，然后在不銹鋼板(或有機(jī)玻璃板)上均勻鋪膜，濕膜厚度控制在0.03mm，在100°C條件下干燥1.5小時，使所得褐藻酸鉀膜的含水量達(dá)到26.3%，然后將褐藻酸鉀膜浸入硼酸質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.5%、葡萄糖酸鈣質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為8%、六偏磷酸鹽質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1.5%的混合溶液中，溶液的PH4.6，交聯(lián)反應(yīng)40分鐘，再經(jīng)自來水沖洗，100°C低溫干燥I小時，得到全降解海藻生物干地膜14.6Kg。
[0039]所得干地膜的技術(shù)指標(biāo):水分含量10.08%;有機(jī)物91.14%;厚度0.014mm;吸水率小于24.7% ;伸長率8.35% ;透光率大于98.5% ;拉伸強(qiáng)度117Mpa;干膜生物降解率大于99.9%，土壤微生物降解時間為106天。
[0040]實施例4本發(fā)明制備的干地膜的應(yīng)用效果
[0041]在青島即墨市華山鎮(zhèn)柳溝社區(qū)進(jìn)行本發(fā)明干地膜的實際應(yīng)用效果試驗，相關(guān)試驗條件如下:
[0042]土壤類型:褐土
[0043]玉米品種:泉星2101[0044]覆蓋物:普通塑料地膜，本發(fā)明方法制備的褐藻酸鈉干地膜，褐藻酸鈉濕膜。
[0045]供試肥料:普通尿素(N大于46%)、磷酸二銨、氯化鉀供施水平一致。
[0046]試驗的結(jié)果如下
[0047]表1:不同覆蓋方式對大田玉米株高、穗長、莖粗的影響
[0048]
【權(quán)利要求】
1. 一種海藻生物干地膜，其制備方法如下:首先將褐藻酸鹽用水溶解，脫氣后，再經(jīng)鋪膜和干燥步驟得到褐藻酸鹽半干膜，然后將半干膜浸入到含有機(jī)鈣、磷酸鹽和硼酸的混合水溶液中交聯(lián)反應(yīng)，沖洗后再經(jīng)干燥得到海藻生物干地膜。
2.如權(quán)利要求1所述的干地膜，其特征在于所述的褐藻酸鹽的黏度為0.3-0.8Pas。
3.如權(quán)利要求1或2所述的干地膜，其特征在于所述的褐藻酸鹽為褐藻酸鈉和/或褐藻酸鉀。
4.如權(quán)利要求1所述的干地膜，其特征在于所述的褐藻酸鹽半干膜中水分含量為8-50%ο
5.如權(quán)利要求1所述的干地膜，其特征在于所述的有機(jī)鈣離子在混合水溶液中的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.5-20.0%。
6.如權(quán)利要求1或5所述的干地膜，其特征在于所述的有機(jī)鈣為乳酸鈣、檸檬酸酸鈣或葡萄糖酸鈣中的任一種或幾種。
7.如權(quán)利要求1所述的干地膜，其特征在于所述的磷酸鹽在混合水溶液溶液中的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.001-2.0%。
8.如權(quán)利要求7所述的干地膜，其特征在于所述的磷酸鹽為六偏磷酸鹽和/或六偏磷酸鈉。
9.如權(quán)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質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為 0.01-5.0%。
10.如權(quán)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為4.5-5.8。
【文檔編號】C08J3/24GK103525428SQ201310496202
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月19日
【發(fā)明者】盛泰, 郭麗玲, 葉曉明, 張青, 劉曉琳, 楊海征 申請人:青島豐泰海洋生物科技有限公司