一種利用竹黃廢料生產可降解液體地膜的方法

2023-10-28 03:13:52

一種利用竹黃廢料生產可降解液體地膜的方法
【專利摘要】本發明公開了一種利用竹黃廢料生產可降解液體地膜的方法。它包括以下步驟：竹黃纖維素的精製；加氫氧化鈉-乙醇溶液第一次鹼化；添加氯乙酸-乙醇溶液和碘化鉀-醋酸鈉溶液，進行醚化反應；加氫氧化鈉-乙醇溶液第二次鹼化，反應完後調至中性；過濾後濾渣烘乾，得到羧甲基纖維素；再將聚乙烯醇溶液與羧甲基纖維素溶液混合，加交聯劑戊二醛後混溶反應，過濾去殘渣後，即得可降解液體地膜。本發明利用竹黃為原料，先將木質素除去，進一步改性成為可溶的羧甲基纖維素，並與成膜劑聚乙烯醇、交聯劑戊二醛共混，製備可降解液體地膜，達到竹黃的有效利用的目的。本發明對提高竹材資源利用率和農業環保有著重要科學意義和應用價值。
【專利說明】一種利用竹黃廢料生產可降解液體地膜的方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及液體地膜的製備方法，具體地指一種利用竹黃廢料生產可降解液體地 膜的方法。

【背景技術】
[0002] 竹竿的最內層為竹黃，竹材加工過程中產生大量的竹黃廢料，當前處理方式多為 焚燒或作為燃料時。燃燒處理時排放的廢氣會汙染環境，在大量堆積時會散發竹子本身自 帶的竹醋味，以及長期堆放發生腐敗，對空氣、土壤、河流產生汙染。竹黃的廢棄量巨大，並 且沒有有效的利用方式，造成了大量浪費。
[0003] 竹黃中主要為薄壁細胞，含有纖維素、半纖維素、木質素等天然成分，是較好的纖 維素原料，具有良好的再利用價值。合理的利用竹黃，提高竹黃的經濟附加值，是竹黃的資 源化利用中亟需解決的問題。
[0004] 我國塑料地膜每年使用量高達一百萬噸，但是由於塑料地膜不可降解，長期使用 塑料地膜，殘膜會造成環境的白色汙染，並阻礙土壤毛管水、降水和灌溉水的滲透，影響土 壤的吸溼性，對作物生長發育造成影響。而且，在乾旱地區的旱沙地、貧瘠土地和重粘性土 地上，不宜採用地膜覆蓋。因此，塑料地膜的使用有地域限制。
[0005] 工業上羧甲基纖維素 （Carboxymethyl Cellulose,簡稱CMC)的生產主要是以精 制棉為原料。目前還沒有文獻報導利用竹黃製備羧甲基纖維素。
[0006] 液體地膜是一種乳狀懸浮液，經噴施後在土壤表層形成一層膠狀薄膜，使土壤顆 粒聯結起來。目前也沒有文獻報導利用竹黃製備羧甲基纖維素，進一步製備纖維素基液體 地膜，增加了竹黃的利用效率。


【發明內容】

[0007] 本發明的目的就是要克服現有技術所存在的不足，提供一種利用竹黃廢料生產可 降解液體地膜的方法。
[0008] 為實現上述目的，本發明利用竹黃廢料生產可降解液體地膜的方法，包括以下步 驟：
[0009] 1)竹黃纖維素的精製：先將竹黃原料於100?110°C烘乾，再粉碎過篩，篩分出 60?100目的竹黃粉，用質量分數為6%的氫氧化鈉溶液浸潤篩分好的竹黃粉lOmin後，用 微波爐在功率500?600w下加熱處理，隔一分鐘取出進行攪拌，微波加熱攪拌重複處理共 8?10次，微波加熱攪拌處理完後，加入雙氧水與次氯酸鈉體積比為4:3的混合液進行漂 白，得到精製的竹黃纖維素；
[0010] 2)第一次鹼化：在精製的竹黃纖維素中添加氫氧化鈉-乙醇溶液，在35?45°C下 進行第一次鹼化反應55?65min ;
[0011] 3)醚化：第一次鹼化反應後升溫至70?75°C，添加氯乙酸-乙醇溶液作醚化劑， 並添加3?5滴質量分數為1 %的碘化鉀-醋酸鈉溶液作催化劑，恆溫攪拌醚化反應28? 35min ；
[0012] 4)第二次鹼化：醚化反應後，在35?45°C下添加氫氧化鈉-乙醇溶液，進行第二 次鹼化反應75?85min，用質量分數為5%鹽酸調至中性；
[0013] 5)過濾後烘乾：將步驟4)所得的溶液過濾，去除濾液，將過濾物用質量分數為 85%乙醇洗兩次，再用質量分數為95%乙醇洗一次，然後於50°C烘乾，得到羧甲基纖維素；
[0014] 6)液體地膜的製備：將製備所得的羧甲基纖維素在水中浸潤後加熱攪拌溶解得 到質量分數為2%羧甲基纖維素溶液，用熱水溶解聚乙烯醇得到質量分數為2%聚乙烯醇 溶液，再將聚乙烯醇溶液與羧甲基纖維素溶液按照體積比2:5混合，添加佔總體積2%的交 聯劑戊二醛，70°C混溶反應60min，過濾去殘渣之後得到的濾液為成膜液，將成膜液噴塗在 土壤表面即得到可降解液體地膜。
[0015] 本發明步驟2)中，每75mL氫氧化鈉-乙醇溶液添加精製的竹黃纖維素8g，每75mL 氫氧化鈉-乙醇溶液中含有6g氫氧化鈉。
[0016] 本發明步驟3)中，所述氯乙酸-乙醇溶液與步驟2)中所用氫氧化鈉-乙醇溶液 的體積比為1 :15,每5mL氯乙酸-乙醇溶液含有llg氯乙酸。
[0017] 本發明步驟2)中所用氫氧化鈉-乙醇溶液的氫氧化鈉質量分數與步驟4)中所用 氫氧化鈉-乙醇溶液的氫氧化鈉質量分數相等，步驟2)中所用氫氧化鈉-乙醇溶液與步驟 4)中所用氫氧化鈉-乙醇溶液的體積比為3 :1。
[0018] 本發明步驟2)和4)中，所述氫氧化鈉-乙醇溶液中所用溶劑乙醇為質量分數 85 %的乙醇。
[0019] 本發明步驟3)中，所述氯乙酸-乙醇溶液中所用溶劑乙醇為質量分數為85%的乙 醇。
[0020] 本發明製備液體地膜的原理說明：
[0021] (1)竹黃原料的精製過程
[0022] 竹纖維素是不溶於一般溶劑的大分子多糖，在進行高溫處理時，一定濃度的鹼液 可以使竹粉中的木素降解，並且果膠、澱粉等物質易在稀鹼溶液的高溫處理下水解，從而得 到含量比較高的竹纖維。同時，纖維素的聚合度也降低，提高了竹纖維的膨潤度。
[0023] (2)羧甲基纖維素改性過程
[0024] 鹼醚化反應過程中，天然纖維素最先與NaOH發生鹼化，隨著醚化劑氯乙酸的添 力口，纖維素葡萄糖單元上-0H上的氫與氯乙酸中的羧甲基基團發生取代反應，從而生成羧 甲基纖維素。
[0025] 鹼化反應：
[0026] [C6H904 (OH) ] n+nNaOH - [C6H904 (Ο-Na) ] η+ηΗ20
[0027] 醚化反應：
[0028] [C6H904 (0-Na) ] n+nClCH2C00Na - [C6H904CH2C00Na] n+nNaCl
[0029] 副反應：
[0030] ClCH2C00H+2Na0H - H0CH2C00Na+NaCl+H20
[0031] (3)羧甲基纖維素和聚乙烯醇交聯
[0032] 交聯劑戊二醛的使用可以屏蔽部分暴露的羥基，提高複合膜中大分子的交聯度。
[0033] 本發明的有益效果在於：利用竹材廢棄物竹黃為原料，將竹黃中的木質素除去，進 一步改性成為可溶的羧甲基纖維素，並與成膜劑聚乙烯醇、交聯劑戊二醛共混，製備可降解 液體地膜，達到竹黃的有效利用的目的。將竹黃製備可降解液體地膜，對提高竹材資源利用 率、增加效益和農業環保有著重要科學意義和應用價值。

【具體實施方式】
[0034] 為了更好地解釋本發明，以下結合具體實施例對本發明作進一步的詳細說明，但 它們不對本發明構成限定。
[0035] 實施例1
[0036] 1)竹黃纖維素的精製：先將竹黃原料於烘箱中103±3°C烘乾，再使用高速多功能 粉碎機進行粉碎，過篩，篩分出80目的竹黃粉，在100mL質量分數為6%的氫氧化鈉溶液中 加入10g篩分好的竹黃粉，浸潤lOmin後，用微波爐在功率500w下加熱處理，隔一分鐘取出 進行攪拌，微波加熱攪拌重複處理共8次，微波加熱攪拌處理完後，迅速加入雙氧水與次氯 酸鈉體積比為4:3的混合液進行漂白，得到精製的竹黃纖維素；
[0037] 配製氫氧化鈉 -乙醇溶液：先用質量分數為95 %乙醇稀釋成質量分數為85 %的乙 醇，每100mL質量分數為85%乙醇溶解8g氫氧化鈉；
[0038] 配製氯乙酸-乙醇溶液：先用質量分數為95%乙醇稀釋成質量分數為85%的乙 醇，每5mL質量分數為85%乙醇溶解llg氯乙酸；
[0039] 配製碘化鉀-醋酸鈉溶液：lg碘化鉀和lg醋酸鈉溶於98g蒸餾水；
[0040] 2)第一次鹼化：
[0041] 稱取8g精製的竹黃纖維素，添加75mL配製好的氫氧化鈉-乙醇溶液，在40°C下進 行第一次鹼化反應60min ;
[0042] 3)醚化：第一次鹼化反應後升溫至71 °C，添加5mL配製好的氯乙酸-乙醇溶液作 醚化劑，並添加3滴上述配製好的質量分數為1%的碘化鉀-醋酸鈉溶液作催化劑，恆溫攪 拌醚化反應30min ;
[0043] 4)第二次鹼化：醚化反應後，在40°C下添加25mL上述配製好的氫氧化鈉-乙醇溶 液，進行第二次鹼化反應84min，用質量分數為5%鹽酸調至中性；
[0044] 5)過濾後烘乾：將步驟4)所得的溶液過濾，去除濾液，將過濾物用質量分數為 85 %的乙醇洗兩次，再用質量分數為95 %乙醇洗一次，然後於50°C烘乾，得到羧甲基纖維 素，羧甲基纖維素取代度達到〇. 5 ;
[0045] 6)液體地膜的製備：稱取lg製備所得的羧甲基纖維素在50mL水中浸潤lOmin後， 加熱攪拌溶解得到質量分數為2%羧甲基纖維素溶液；用熱水溶解聚乙烯醇得到質量分數 為2 %聚乙烯醇溶液，再將聚乙烯醇溶液與羧甲基纖維素溶液按照體積比2:5混合，添加佔 總體積2%的交聯劑戊二醛，70°C混溶反應60min，過濾去殘渣之後得到的濾液為成膜液， 將成膜液噴塗在土壤表面形成一層薄膜，即得到可降解液體地膜。
[0046] 實施例2
[0047] 1)竹黃纖維素的精製：先將竹黃原料於烘箱中105±3°C烘乾，再使用高速多功能 粉碎機進行粉碎，過篩，篩分出100目的竹黃粉，在150mL質量分數為6%的氫氧化鈉溶液中 加入10g篩分好的竹黃粉，浸潤lOmin後，用微波爐在功率600w下加熱處理，隔一分鐘取出 進行攪拌，微波加熱攪拌重複處理共10次，微波加熱攪拌處理完後，迅速加入雙氧水與次
【權利要求】
1. 一種利用竹黃廢料生產可降解液體地膜的方法，其特徵在於，它包括以下步驟： 1) 竹黃纖維素的精製：先將竹黃原料於1〇〇?ll〇°C烘乾，再粉碎過篩，篩分出60? 100目的竹黃粉，用質量分數為6 %的氫氧化鈉溶液浸潤篩分好的竹黃粉lOmin後，用微波 爐在功率500?600w下加熱處理，隔一分鐘取出進行攪拌，微波加熱攪拌重複處理共8? 10次，微波加熱攪拌處理完後，加入雙氧水與次氯酸鈉體積比為4:3的混合液進行漂白，得 到精製的竹黃纖維素； 2) 第一次鹼化：在精製的竹黃纖維素中添加氫氧化鈉-乙醇溶液，在35?45°C下進行 第一次鹼化反應55?65min ; 3) 醚化：第一次鹼化反應後升溫至70?75°C，添加氯乙酸-乙醇溶液作醚化劑，並 添加3?5滴質量分數為1 %的碘化鉀-醋酸鈉溶液作催化劑，恆溫攪拌醚化反應28? 35min ； 4) 第二次鹼化：醚化反應後，在35?45°C下添加氫氧化鈉-乙醇溶液，進行第二次鹼 化反應75?85min，用質量分數為5%鹽酸調至中性； 5) 過濾後烘乾：將步驟4)所得的溶液過濾，去除濾液，將過濾物用質量分數為85%乙 醇洗兩次，再用質量分數為95%乙醇洗一次，然後於50°C烘乾，得到羧甲基纖維素； 6) 液體地膜的製備：將製備所得的羧甲基纖維素在水中浸潤後加熱攪拌溶解得到質 量分數為2%羧甲基纖維素溶液，用熱水溶解聚乙烯醇得到質量分數為2%聚乙烯醇溶液， 再將聚乙烯醇溶液與羧甲基纖維素溶液按照體積比2:5混合，添加佔總體積2%的交聯劑 戊二醛，70°C混溶反應60min，過濾去殘渣之後得到的濾液為成膜液，將成膜液噴塗在土壤 表面即得到可降解液體地膜。
2. 根據權利要求1所述的利用竹黃廢料生產可降解液體地膜的方法，其特徵在於：步 驟2)中，每75mL氫氧化鈉-乙醇溶液添加精製的竹黃纖維素8g，每75mL氫氧化鈉-乙醇 溶液中含有6g氫氧化鈉。
3. 根據權利要求1或2所述的利用竹黃廢料生產可降解液體地膜的方法，其特徵在於： 步驟3)中，所述氯乙酸-乙醇溶液與步驟2)中所用氫氧化鈉-乙醇溶液的體積比為1 :15， 每5mL氯乙酸-乙醇溶液含有llg氯乙酸。
4. 根據權利要求1或2所述的利用竹黃廢料生產可降解液體地膜的方法，其特徵在於： 步驟2)中所用氫氧化鈉-乙醇溶液的氫氧化鈉質量分數與步驟4)中所用氫氧化鈉-乙醇 溶液的氫氧化鈉質量分數相等，步驟2)中所用氫氧化鈉-乙醇溶液與步驟4)中所用氫氧 化鈉-乙醇溶液的體積比為3 :1。
5. 根據權利要求4所述的利用竹黃廢料生產可降解液體地膜的方法，其特徵在於：步 驟2)和4)中，所述氫氧化鈉-乙醇溶液中所用溶劑乙醇為質量分數85%的乙醇。
6. 根據權利要求3所述的利用竹黃廢料生產可降解液體地膜的方法，其特徵在於：步 驟3)中，所述氯乙酸-乙醇溶液中所用溶劑乙醇為質量分數為85%的乙醇。
【文檔編號】C08L1/26GK104098781SQ201410276783
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年6月20日 優先權日:2014年6月20日
【發明者】徐有明, 滿麗萍 申請人:華中農業大學