自然降解棉短绒地膜及其制备工艺 技术领域：
本发明的自然降解棉短绒地膜及其制备工艺涉及一种地膜制品。
背景技术：
塑料农膜的广泛应用对提高农作物产量、质量，解决高寒地区提前育苗、栽种，以及种植反季节性蔬菜、瓜果等起着非常重要的作用，由于其自然降解时间长达200-300年，残膜回收严重滞后，已给生态环境造成触目惊心的“白色污染”，土壤板结地力下降已成为普遍现象。另外，塑料农膜的大量使用，增加了有限且不可再生的石油资源的消耗。因此，近30年来国内外广泛开展了可降解农用薄膜的研究工作，已开发出淀粉添加型生物降解地膜、光降解地膜、光/生物降解地膜、植物纤维地膜和液态喷洒膜等。其中淀粉添加型生物降解地膜及光降解地膜采用的主要原料仍然是塑料和化纤，无法完全根除“白色污染”问题；植物纤维地膜主要是纸地膜，国内以农科院麻类研究所研制的环保型麻地膜为代表，国外以日本等国利用植物纤维如针叶木、阔叶木、麻、苇等开发出一系列的纸地膜为代表，纸地膜存在抗风雨能力差、易破碎，不适宜机械铺膜等问题。可降解液态地膜以褐煤、风化煤或泥炭对造纸黑液等废液进行改性，通过木质素、纤维素和多糖在交联剂的作用下形成高分子，再与各种添加剂、硅肥、微量元素、农药和除草剂混合制取获得，这类地膜的保温保墒效果较差。
据统计，我国每年产生的棉、麻等废弃天然纤维超过50万吨，并逐年增加，这些废弃物不仅危害环境，而且造成很大的资源浪费。如将这些废弃天然纤维制成农用膜，则可以替代常规高分子农膜使用总量的9％左右。
发明内容：
本发明的目的在于提出一种利用废弃棉短绒等天然纤维制造的性能指标达到或接近塑料农膜的自然降解棉短绒地膜制备工艺。
本发明的关键是优选纤维成分、助剂及石蜡浸渍、表面施胶处理。废弃棉短绒来源丰富，是天然纤维中制造非织造布材料的首选，它不仅可完全自然降解，而且不伤地力，对农作物产质量也无不良影响；麻纤维强度大，可在一定程度上增加制品的干湿强度，而丝纤维具有一定的强度，且降解后的丝胶蛋白可增加土壤肥力。在制浆过程一定的工艺条件下，通过加入湿强剂聚酰胺环氧氯丙烷树脂和纤维素酶，可显著提高制品的湿强度及降解速度。为进一步增加制品的湿强、拒水及透光性，本发明又采用了石蜡浸渍、表面施胶处理工序，将湿法成网制备的非织造布纸基半成品，经室温下静置、在液体石蜡浸渍槽中浸渍，采用一浸一轧工艺进行轧液整理，液体石蜡极易渗入到半成品中，将制成的半成品在室温下再静置，再在施胶液浸渍槽中浸渍，采用二浸二轧工艺进行轧液整理，就可使轧液快速黏附在半成品表面。将半成品放置于烘箱内预烘，使其充分黏合，然后高温烘干定型。
本发明的制备工艺是：将废弃棉短绒、苎麻短纤、蚕丝下脚除尘除杂后按8∶1∶1的质量比混合均匀，其中棉短绒为精梳落棉，长度为6mm，苎麻短纤及蚕丝下脚各切成10-30mm长度。将三者置于蒸煮锅内，分别加入三原料总质量12％、0.5％的NaOH、蒽醌，按三原料总质量与水的质量比1∶5的比例加水，升温至160°，保持压力在5kg/cm2，蒸煮3小时，采用硫酸盐制浆法制浆，将蒸煮后的浆料用纱布过滤，滤去浆液。将剩下的过滤物用水冲洗干净，过滤物加水制成浓度10％(对绝干浆的质量分数)的浆液。取浆液1.5L，在打浆机中打至50°SR的打浆度，加入1.3％(对绝干浆的质量分数)的聚酰胺环氧氯丙烷树脂和3％(对绝干浆的质量分数)的纤维素酶，在纸浆打散器中分散均匀，然后用水稀释至浓度0.4％(对绝干浆的质量分数)，在水循环抄片器中抄制手抄片，抄片器流送速度控制在9-12m/min。将手抄片在室温10-33°℃，相对湿度30-60％的环境下晾置24小时，然后将其在盛装液体石蜡的浸渍槽中完全浸没1-2分钟，随即捞出用毛刷对手抄片进行平整整理。将制备的手抄片即非织造布纸基半成品在室温10-33°℃，相对湿度30-60％的环境下静置24小时。在浓度为5％的2L明胶溶液中加入环氧树脂HD-842丙烯酸酯10g和渗透剂JFC-12g，配制成施胶液，倒入浸渍槽。然后将静置过的非织造布纸基半成品在浸渍槽中完全浸没3-5分钟，随即捞出用毛刷对其进行平整整理。之后，将非织造布纸基半成品放置于烘箱内，控制温度在30-40°℃，预烘30分钟，使施胶液充分渗透非织造布纸基半成品，与之充分黏合。再升温至80℃，焙烘3分钟进行定型处理，即制得面密度为30±5g/m2的自然降解棉短绒地膜。
本自然降解棉短绒地膜产品经生态纺织教育部重点实验室(江南大学)测试，达到的技术指标与聚乙烯吹塑农用地膜国家标准对比如下：
测试项目 测试结果 国家标准GB13735-92(不加耐候剂I类优等)
克重(g/m2) 33 -
膜薄厚度(mm) 0.11 0.02±0.003
抗拉强力(N) 51.6 ≥2.8
撕破强力(N) 33.7 ≥1.5
断裂伸长率(％) 6.2 ≥250
透光率(％) 66 -
完全降解时间(d) ＜80 -
本制备工艺可使原料丰富成本低廉的废弃棉短绒、苎麻及蚕丝下脚得到有效利用，生产棉短绒地膜成本仅为干法无纺布方法的1/2-1/3，产品外观性能更接近塑膜，紧密度高，透明好，克重可达20-35g/m2，膜薄厚度为0.08-0.20mm；通过优选助剂、辅料和石蜡浸渍、表面施胶等工序处理后，棉短绒地膜的抗拉强度可达到30-120N，撕破强度20-80N，顶破强力25-90N，透光率50-70％，完全降解时间＜90d，大大减少“白色污染”。水分子基本无法透过膜面渗入，拒水性较好，覆盖效果与塑料膜接近。
具体实施方式：
实施例：将废弃棉短绒、苎麻短纤、蚕丝下脚除尘除杂后按8∶1∶1的质量比混合均匀，其中棉短绒为精梳落棉，长度为6mm，苎麻短纤及蚕丝下脚各切成10-30mm长度。将三者置于ZT1-00型电热蒸煮锅内，分别加入三原料总质量的12％、0.5％的NaOH、蒽醌，按三原料与水的质量比1∶5的比例加水，升温至160°，保持压力在5kg/cm2，蒸煮3小时，采用硫酸盐制浆法制浆，将蒸煮后的浆料用纱布过滤，滤去浆液。将剩下的过滤物用水冲洗干净，挤压，过滤物加水制成浓度10％(对绝干浆的质量分数)的浆液。取浆液1.5L，在PL11型立式打浆机中打至50°SR的打浆度，加入1.3％(对绝干浆的质量分数)地聚酰胺环氧氯丙烷树脂和3％(对绝干浆的质量分数)的纤维素酶，在纸浆打散器中分散均匀，然后用水稀释至浓度0.4％(对绝干浆的质量分数)，在PL6-00型水循环抄片器中抄制手抄片，抄片器流送速度控制在9-12m/min。将手抄片在室温10-33°℃，相对湿度30-60％的环境下晾置24小时，然后将其在盛装液体石蜡的浸渍槽中完全浸没1-2分钟，随即捞出用毛刷对手抄片进行平整整理。将制备的手抄片即非织造布纸基半成品在室温10-33°℃，相对湿度30-60％的环境下静置24小时。在浓度为5％的2L明胶溶液中加入环氧树脂HD-842丙烯酸酯10g和渗透剂JFC-12g，配制成施胶液，倒入浸渍槽。然后将静置过的非织造布纸基半成品在浸渍槽中完全浸没3-5分钟，随即捞出用毛刷对其进行平整整理。之后，将非织造布纸基半成品放置于烘箱内，控制温度在30-40°℃，预烘30分钟，使施胶液充分渗透非织造布纸基半成品，与之充分黏合。再升温至80℃，焙烘3分钟进行定型处理，即制得面密度为30±5g/m2的自然降解棉短绒地膜。