非淀粉型可控光_生物降解地膜研究与应用.docx

非淀粉型可控光、生物降解地膜研究与应 非淀粉型可控光、生物降解地膜研究与应用 韩昌泰3 尔 英 胡海川 王国华 王桂英 (北京市塑料研究所 100009) 摘 要 采用 L D P E、L L D P E、HD P E 等作为基础原料, 并添加含有光敏剂、光氧稳定剂等组 成的光降解体系和含有 N 1P 1K 等多种化学物质作为生物降解体系的浓缩母料, 经挤出吹塑制成 厚度01005mm 的可控降解地膜。经5年60余万亩农田应用考核, 该降解地膜不仅具备普通地膜的保 温、保墒和力学性能; 而且它可控性好, 诱导期稳定, 在曝晒的条件下, 当年可降解成粉末状。在无 光照 (如埋于土壤下) 的条件下, 也可观察到残膜表面上有微生物繁殖生长。 关键词 光生物降解地膜 可控性 如不解决,“白色革命”将会变成“白色灾害”。会 极大地制约地膜的进一步推广应用和发展, 对 此, 北京市塑料研究所等单位承担了国家“815” 重点科技攻关“可控降解地膜的研究开发”专 题。 前言 塑料地膜覆盖栽培技术自1979年在我国试 验应用并推广以来, 发展十分迅速。由于它具有 提高地温, 保护土壤水份, 防止盐分积累, 为作 物生长创造有利的小生态环境等特点, 取得了 对几乎所有农作物增产增收的经济效益。因此 多年来无论地膜的生产量还是使用量都有大幅 度增长。94年全国地膜覆盖面积为8100万亩, 96 年予计达到9000万亩。 由于使用了塑料地膜, 使我国的适种地区 向北推移了2- 4°(地理纬度) , 向高山地区推移 了500- 1000米海拔高度。因此, 人们称它是继 化肥、种子之后农业上的第三次革命, 也称“白 色革命”。 随着塑料地膜的大量应用, 其残弃地膜越 来越多地积累在土壤之中形成阻隔层, 使耕层 土壤透气性降低, 阻碍作物根系发育和对水份、 养份的吸收。另外, 残弃地膜随风乱飘, 不仅污 染环境, 牛羊等牲畜吞食后还会造成肠梗阻。为 此, 国内外有关专家和有识之士提出: 这个问题 0 试验部分 对于“可控降解地膜”, 我们的设计思想是, 第一必须使其具有足够的强度和力学性能, 具 有透光、保温、保墒性能; 覆盖成本低, 便于机器 覆膜操作等。第二具有降解性并按覆盖作物的 要求达到可控。 聚乙烯塑料薄膜在自然环境中, 特别是在 土埋的条件下, 降解是非常缓慢的。经过上百年 后外观和内在质量变化仍然甚微。 国内外不少企业, 研制了“淀粉降解聚乙烯 树脂”。但多年的农田试验表明, 这样做仅仅是 淀粉发生生物降解, 而不是高分子量的聚乙烯。 其结果是聚乙烯仍以网状物继续存在, 不能真 正解决“白色污染”问题。因此, 我们首先对聚乙 烯的光降解进行了设计。 1 3 本文由韩昌泰同志执笔。 收稿日期1996212210 韩昌泰等 非淀粉型可控光、生物降解地膜研究与应用11光降解涉及两个主要机理, 一是光氧化过程, 包括氧化开始, 氧化传递 (链反应) 及氧化终 止反应。二是酮光分降作用, 其过程通常称为N o 韩昌泰等 非淀粉型可控光、生物降解地膜研究与应用 11 光降解涉及两个主要机理, 一是光氧化过 程, 包括氧化开始, 氧化传递 (链反应) 及氧化终 止反应。二是酮光分降作用, 其过程通常称为 N o r r ish I 型和 N o r r ish II 型反应。T ro zzo lo 等 又在此基础上, 对光氧化降解机理作了进一步 的阐明。它包括几个步骤: a. 羰基吸收光; b. 羰 基的 n - Π3 激发态发生 N o r r ish II 型分裂; c. 羰基 (n - 3 ) 三线态猝灭形成单线态氧分子; d. 单线态氧分子与II 型分裂形成乙烯基反应。大 致有如下步骤概括: 的地膜, 降解时间可以控制。有比较稳定的诱导 期和降解彻底性。 通过大量的试验和检测, 我们发现, 淀粉与 P E 的相容性较差, 淀粉的粒很大、很难磨细。不 仅影响薄膜的强度, 也很难吹制厚度01008mm 以下的超薄地膜。淀粉在加热时易焦化, 废膜回 收时也难以利用。加之淀粉易吸潮、易霉变, 这 给加工和贮存也带来诸多不便。因此, 通过比较 和筛选, 我们从作物生长必需的 N 、P、K 三要 素出发, 它本身又同时具有生物降解特性, 将这 类物质 SJA 、SJB 和 C T - 1作为生物降解体系。 并将其与光降解体系配位, 形成了非淀粉型光、 生物降解体系。 CH 2 CH 2 O H CH 2 CH —CH 2 CH 2 C C H 2—CH 2 112 光、生物降解地膜的制备 采用母料法生产。 ↓n - Π3 激发态的II 型分裂 CH 2 CH 2 CH - CH 2 O CH 2 1121