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江蘇省農(nóng)科院徐磊/南林婁志超 CEJ:基于低成本小麥秸稈調(diào)控的高性能生物降解地膜
2023-06-13  來源:高分子科技

  為實現(xiàn)保溫保墑、高效抑草并提高作物產(chǎn)量,商業(yè)化的低密度聚乙烯(LDPE)地膜被廣泛應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。據(jù)統(tǒng)計,全球塑料地膜年使用量約為400萬噸,其中60%以上都在中國。地膜長年累月的使用與回收不及時導致農(nóng)田“白色污染”加劇、土壤結構破壞,對我國的耕地質(zhì)量與食品安全構成嚴峻挑戰(zhàn)。生物降解地膜替代使用被視為解決傳統(tǒng)LDPE地膜污染問題的有效方案,但當前仍受制于成本高昂、降解周期不可控、性能與作物生長不匹配等問題,難以實現(xiàn)大規(guī)模推廣應用。


1 秸稈復合生物降解地膜的制備流程示意圖


  江蘇省農(nóng)科院農(nóng)用新材料團隊徐磊副研究員攜手南京林業(yè)大學婁志超副教授,創(chuàng)新性地提出一種協(xié)同提升現(xiàn)有聚己二酸/對苯二甲酸丁二醇酯(PBAT基生物降解地膜力學、抗紫外老化和水汽阻隔性能的新方法。該方法以低成本的小麥秸稈為原料,利用碳酸鈣粉與小麥秸稈共研磨過程中提供的強剪切力及熱、動能,實現(xiàn)小麥秸稈顆粒尺寸大幅度降低,同時為其表面賦予了極強的活性。在此基礎上設計優(yōu)化小麥秸稈-PBAT共擠-吹膜工藝,即可基于秸稈粉與生物降解聚酯之間的π-π相互作用,PBAT聚酯周圍形成兼具力學增強紫外、水汽屏蔽效果的小麥秸稈“屏蔽層”,從而協(xié)同提高生物降解地膜的紫外耐受、力學與水汽阻隔性能。研究發(fā)現(xiàn),少量共球磨獲得的超細秸稈粉并不會在膜內(nèi)形成重大缺陷,但卻可以基于自身與聚酯基體的相互作用阻礙分子鏈遷移,從而改善薄膜的力學性能。10%小麥秸稈的引入增強了膜表面疏水性,并增大曲折因子,從而阻礙水分子的溶解和擴散,提高水汽阻隔性能;但當添加量增大至30%時,盡管增強的表面疏水性可降低水分子在膜表面的溶解速率,曲折因子卻因缺陷的產(chǎn)生而降低,從而導致水分子擴散加劇。此外,研究團隊還發(fā)現(xiàn)秸稈中的木質(zhì)素組分也為其良好的紫外屏蔽和耐候性能提供了條件。試驗表明,秸稈復合生物降解地膜的紫外屏蔽率(UVA89.1%以上,遠高于原始PBAT膜的22.6%;同時可將滿足國家標準(GB/T-35795)下地膜在紫外輻照條件下縱向力學性能的保持時長由57.1 h延長至65.8-80.9h;橫向力學性能保持時長則由78.2 h延長至85.2-96.6 h,制造成本卻降低了8.14%-20.96%。該技術為后續(xù)圍繞種植場景需求量身定制”、為作物生產(chǎn)量體裁衣”提供了重要支撐。


2 秸稈復合生物降解粒子與膜


  該研究得到了國家自然科學基金、江蘇省重點研發(fā)計劃、江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新資金等項目資助,并以Preparation of ultrafine wheat straws with co-milling and its incorporation for biodegradable mulch film production with enhanced performance為題發(fā)表于Chemical Engineering Journal上。


  文章鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894723027092

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(責任編輯:xu)
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