一種具有防蟲害作用的可生物降解農用地膜的製作方法

2024-02-26 20:20:15

本發明涉及農用地膜技術領域，尤其涉及一種具有防蟲害作用的可生物降解農用地膜。

背景技術：

目前，地膜覆蓋技術在農業中得到了廣泛推廣，應用到了小麥、水稻、玉米、大豆、高粱、棉花等作物的種植中，增產效果明顯，由於現在大量使用的地膜是不可降解的高分子化合物，既不受微生物侵蝕，也不能自行分解。長此下去，必然會給後人帶來難以解決的汙染危害。因此，研究可降解地膜逐漸受到重視。澱粉是自然界豐富的可再生資源，它無毒無害，可完全生物降解，然而較差的力學性能與防水性能卻限制了其應用。 其應用受到限制。澱粉是一種可再生資源，不僅來源廣泛，價格低廉，且其製品在使用中具有優異的環保性能，廢棄後能迅速降解，源於自然，回歸自然。但是，由於澱粉是一種強極性的結晶性物質，分子內與分子間存在著大量的氫鍵，一般條件下熱塑性差，難以加工成型，且所製得的產品存在著力學強度低、耐水性差和溼強度低等缺點，因此，如何提高澱粉材料的強度、韌性和防水性是澱粉類全生物降解材料能真正替代塑料原料的一個急需解決的問題。通過對澱粉改性，澱粉顆粒膨脹，結構發生變化，結晶度降低，具有一定的分子柔順性，且成膜性好，與高分子樹脂的相容性提高，這樣大大的提高了澱粉地膜的性能，使其應用範圍更廣。

《疏水化改性澱粉/PVA生物降解塑料地膜的研究》一文中，作者以玉米澱粉為原料，經過羧甲基醚化、交聯雙改性，其中醚化溫度為74.44℃，氫氧化鈉/澱粉的摩爾比值1.85，醚化時間2.33h，乙醇濃度為84.65%，交聯改性過程中，使用環氧氯丙烷作為交聯劑，用量為0.05%，交聯時間為1.0h，氫氧化鈉用量為1.5%，然後得到熱塑性較強的交聯-羧甲基澱粉，再利用其與PVA共混，經過交聯、增速、疏水化改性，膜的力學性能達到標準要求，吸水率大大降低，但是其綜合性能還達不到實際使用的需要，需要對其進一步改性滿足各種使用需求，以提高澱粉膜的機械性能、韌性、強度和其他屬性，擴大應用範圍。

技術實現要素：

本發明目的就是為了彌補已有技術的缺陷，提供一種具有防蟲害作用的可生物降解農用地膜。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種具有防蟲害作用的可生物降解農用地膜，由下列重量份的原料製備製成：幹基玉米澱粉64-70、乙醇23-2一氯乙酸11-15、二氧化矽14-16、環氧氯丙烷0.08-0.1、二甲基甲醯胺60-80、硬脂酸鋁3-4、羧甲基纖維素2-3、硼砂2-3、單寧酸1-2、甘露醇3-4、石蠟油3-4、苦參鹼6-8、85%乙醇溶液適量、去離子水適量。

所述一種具有防蟲害作用的可生物降解農用地膜，由以下具體步驟製備製成：

(1)將幹基玉米澱粉和6-10倍量的氫氧化鈉混合均勻，轉到反應釜中攪拌，轉速為80-100r/min，在35℃下攪拌反應30min，將乙醇溶液和一氯乙酸混合均勻後，噴在澱粉表面繼續攪拌10min，反應結束後，冷卻至室溫，然後用85%乙醇溶液洗滌上述改性澱粉並加入適量冰醋酸，調節pH為7.0，抽濾，繼續用85%乙醇水溶液洗滌濾餅2-3次，然後在鼓風乾燥機中50℃下乾燥2-3h，粉碎、篩分過100目，得到羧甲基澱粉；

（2）將步驟（1）製備的羧甲基澱粉加到鹼性溶液中調成粉漿，鹼性溶液和羧甲基澱粉按照體積質量比ml:g1.5-2:1混合，然後置於70-80℃的恆溫水浴鍋中不斷攪拌，將環氧氯丙烷溶解於適量鹼液中，3-5min內全部滴入澱粉乳中，反應1-3h，反應完畢後用鹽酸調節溶液的ph值至6-7，靜置一段時間，洗滌，抽濾，置於乾燥箱中在55℃乾燥4h，製得交聯-羧甲基澱粉；

（3）將苦參鹼清洗表面雜質後烘乾粉碎成粉末，按照質量比1：（20-25）加入75%乙醇水溶液浸泡24h，攪拌條件下加熱回流3-5h，過濾，回收濾液，待濾液降低至室溫時加入羧甲基纖維素、硼砂和單寧酸，然後加熱升高溫度濃縮混合液至原體積的1/3，自然冷卻後備用；

（4）將步驟（2）製備的產物配置成濃度為38-48g/L的澱粉乳，加入步驟（3）製備的產物在95-100℃下攪拌30-40min，攪拌結束後加入其餘剩餘物質繼續攪拌50-60min，再將混合乳液轉移至均質器18000r/min均質5min，形成均勻的成膜液，然後將成膜液於0.09MPa真空度下脫氣20min，流延成膜即可。

所述一種具有防蟲害作用的可生物降解農用地膜，所述鹼性溶液是由氫氧化鈉和氯化鈉按照質量比2-3:1混合，然後用總重量3-4倍量的去離子水溶解攪拌均勻得到。

本發明的優點是：本發明利用玉米澱粉為原料，經過羧甲基醚化、交聯雙改性，製得改性的玉米澱粉，大大的增加了澱粉的表面基團，分子間存在強的化學鍵合作用，對流動產生的粘性阻力增大，表觀黏度上升，阻礙了澱粉糊中直鏈分子間的重新排列和締合，增加了澱粉低溫分散系的保水性，大大減少了凝沉和凝膠傾向，並且提高了透光率和降低了親水性，滿足了農作物對光照的要求，以及提高了成膜的優良性和穩定性，多糖是具有特殊的長鏈螺旋分子結構，化學性質穩定，成膜性能較好，阻氣性也優良，阻溼性能較差，利用苦參鹼的本身的殺蟲、殺菌活性及調節植物生長功能的特性作為澱粉糊增強劑，添加的羧甲基纖維能夠改善苦參鹼在澱粉糊中的分散性，使其能夠優異的性能，提高澱粉膜的防蟲害、殺菌性能，擴大應用領域，本發明提供的生物降解農用地膜，材料配方簡單，原料成本低，能夠在節約成本與減少勞動力的情況下，達到促進農作物生長的效果，防蟲防害，促進增產，並且全降解對土壤無毒無害，值得推廣。

具體實施方式

一種具有防蟲害作用的可生物降解農用地膜，由下列重量份（公斤）的原料製備製成：幹基玉米澱粉64、乙醇23、一氯乙酸11、二氧化矽14、環氧氯丙烷0.08、二甲基甲醯胺60、硬脂酸鋁3、羧甲基纖維素2、硼砂2、單寧酸1、甘露醇3、石蠟油3、苦參鹼6、85%乙醇溶液適量、去離子水適量。

所述一種具有防蟲害作用的可生物降解農用地膜，由以下具體步驟製備製成：

(1)將幹基玉米澱粉和6倍量的氫氧化鈉混合均勻，轉到反應釜中攪拌，轉速為80r/min，在35℃下攪拌反應30min，將乙醇溶液和一氯乙酸混合均勻後，噴在澱粉表面繼續攪拌10min，反應結束後，冷卻至室溫，然後用85%乙醇溶液洗滌上述改性澱粉並加入適量冰醋酸，調節pH為7.0，抽濾，繼續用85%乙醇水溶液洗滌濾餅2次，然後在鼓風乾燥機中50℃下乾燥2h，粉碎、篩分過100目，得到羧甲基澱粉；

（2）將步驟（1）製備的羧甲基澱粉加到鹼性溶液中調成粉漿，鹼性溶液和羧甲基澱粉按照體積質量比ml:g1.5:1混合，然後置於70℃的恆溫水浴鍋中不斷攪拌，將環氧氯丙烷溶解於適量鹼液中，3min內全部滴入澱粉乳中，反應1h，反應完畢後用鹽酸調節溶液的ph值至6，靜置一段時間，洗滌，抽濾，置於乾燥箱中在55℃乾燥4h，製得交聯羧甲基澱粉；

（3）將苦參鹼清洗表面雜質後烘乾粉碎成粉末，按照質量比1：（20）加入75%乙醇水溶液浸泡24h，攪拌條件下加熱回流3h，過濾，回收濾液，待濾液降低至室溫時加入羧甲基纖維素、硼砂和單寧酸，然後加熱升高溫度濃縮混合液至原體積的1/3，自然冷卻後備用；

（4）將步驟（2）製備的產物配置成濃度為38g/L的澱粉乳，加入步驟（3）製備的產物在95℃下攪拌30min，攪拌結束後加入其餘剩餘物質繼續攪拌50min，再將混合乳液轉移至均質器18000r/min均質5min，形成均勻的成膜液，然後將成膜液於0.09MPa真空度下脫氣20min，流延成膜即可。

所述一種具有防蟲害作用的可生物降解農用地膜，所述鹼性溶液是由氫氧化鈉和氯化鈉按照質量比2:1混合，然後用總重量3倍量的去離子水溶解攪拌均勻得到。

按照實施例的方法製備澱粉膜，對其進行性能測試，結果如下：

抗拉強度（MPa）：54.1；斷裂伸長率（%）：337%；透光率（600nm，%）：80.8；水蒸汽透過率（g.cm.cm-2.s-1.Pa-1）:1.82×10-12 ；吸水率（%）：5.2。