一种缓释肥料的可生物降解地膜及其制备方法和应用

本发明涉及农用地膜，具体涉及一种缓释肥料的可生物降解地膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、可生物降解材料可用于农业和园艺领域，特别是减少肥料养分的浪费和不可降解地膜污染的有效方法。然而，商用的缓释肥料涂层大多是高分子聚合物，污染土壤。而现有的生物可降解地膜比传统地膜力学性能较差，成本相对较高，阻碍了地膜应用和发展。

2、专利cn101362862b公开了一种粉状可降解地膜及其制备方法，该地膜是由腐植酸类、成膜剂、表面活性剂、改性剂、肥料和交联助剂及分散助剂制备得到的黑色或棕褐色粉末，该粉末用水稀释、喷洒后，能够在土壤表面形成膜状结构。专利cn102337138a公开了一种造纸废液生产的生物降解液体地膜及其制造方法，以造纸工业废液造纸废液、淀粉、聚乙烯醇、丙烯酸或甲基丙烯酸或丙烯酰胺、丙烯酸戊酯或丙烯酸辛酯、以及甲醛或戊二醛或乙二醛等为原料，通过对木质素丙烯基接枝、淀粉丙烯基接枝，木质素、淀粉、聚乙二醇羟基与醛基缩合、交联、共聚等一系列化学反应，合成一种木质素为基础物料的水溶性聚合物，即为生物降解液体地膜。以上两个专利中公开的地膜虽然均可以降解，却没有缓释作用；其次，两者为喷涂式地膜的力学性能无法保障，起不到覆盖式地膜的保水效能。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明公开了一种缓释肥料的可生物降解地膜，实现肥料缓释与地膜的双重功能，安全环保，提升肥料利用率，促进植物生长。

2、具体的，一方面，本发明提出的缓释肥料的可生物降解地膜(mulch film slowrelease fertilizer，msrf)以al(木质素)、pva(聚乙烯醇)、cs(淀粉)为原料，经cs/pva自由基聚合反应和al与pva/cs交联反应后与肥料混合制备而成；所述地膜包含：相对100质量份pva而言5～30质量份al；45～65质量份cs；以及6～10质量份肥料。

3、在本发明技术方案中，淀粉与聚乙烯醇具有较多的羟基，二者可在温和条件下自由基聚合，因此cs/pva自由基聚合反应可提高成膜性能。

4、木质素为疏水性物质，可提高可以提高薄膜对肥料的缓释性能和保水性能。作为本发明采用的主要原料之一，木质素能够对肥料发挥包裹性能，因而msrf中木质素的用量的多少能够决定缓释肥料的作用情况。

5、具体来说，在本发明技术方案中，随着al的用量的增加，使得al与pva/cs分子间的化学键增强、氢键减弱，形成了主要以木质素镶嵌在pva/cs分子间的空隙所形成的化学键为主，增强了薄膜的交联强度；随着木质素的添加，会产生对尿素的包裹作用，从而减缓肥料释放。而当al添加过量时，造成木质素分散不均和交联团聚，使得pva/cs分子间的交联强度变弱。此外，msrf中木质素的浓度还影响薄膜的力学性能、水蒸气渗透性和缓释性能等性能。

6、因此，进一步，相对100质量份pva而言，所述地膜包含的al优选为5～15质量份。可从实施例中验证，该比例的msrf的力学性能、水蒸气渗透性和缓释性能等性能变现更佳。

7、进一步，所述木质素为碱木质素、酶解木质素、有机溶剂木质素、硫酸盐木质素中的一种或多种。

8、进一步，所述肥料为尿素、磷肥、钾肥、微量肥中的一种或多种。出于合理施用的原则，在作物不同的生长时期及时补充相应的营养物质，既能节约成本又能促进作物高产。因此，本发明msrf的制备过程中，可根据实际需要选择缓释肥料的类型。

9、进一步，所述地膜的吸水率为100％～350％；水蒸气透过量为<500gm-2d-1；断裂伸长率>150％。

10、高吸水性是农用缓释肥料的特征之一，较高吸水性物质可以从雨水和灌溉中吸收更多的水分。肥料的最低释放量和膜吸水性最高的协同作用可归因于两个因素，al木质素交联后的屏障作用；膜的聚合网络强度提高了保水能力，这两点并不会造成尿素释放速率的损伤。

11、根据gb/t35795-2017《全生物降解农用地面覆盖薄膜》，本发明地膜的水蒸气透过量符合a类生物降解农用地膜的标准。本发明msrf较小的水蒸气透过量结合较高的吸水率，可以较好的发挥地膜的保水和保温性能。

12、此外，断裂伸长率用于表征地膜的力学性能，本发明msrf的纵向断裂伸长率>150％符合gb/t35795-2017，力学性能较好，说明在具体实施中，msrf能有效地防止因用力过猛将而导致膜撕裂的情况，实用性强。

13、另一方面，本发明公开了一种缓释肥料的可生物降解地膜的制备方法，包括如下步骤：

14、s1，将pva溶液与al混合搅拌均匀，得到al/pva溶液；该al/pva溶液中，相对100质量份pva而言，含有5～30质量份al；所述pva溶液为pva水溶液；

15、s2，将配制好的cs溶液糊化后加入甘油，继续搅拌加热后得到活性淀粉溶液；

16、s3，将al/pva溶液和活性淀粉溶液混合均匀，再加入引发剂和增塑剂，加热进行反应，随后冷却至室温得到水基活性溶液；该水基活性溶液中，相对100质量份pva而言，含有45～65质量份cs；

17、s4，在s3所得水基活性溶液中加入肥料和交联剂，搅拌均匀后倒入模具中烘干，得到所述缓释肥料的可生物降解地膜；该地膜中，相对100质量份pva而言，含有6～10质量份肥料；所述肥料为尿素、磷肥、钾肥、微量肥中的一种或多种。

18、进一步，在本发明所述地膜中，相对100质量份pva而言，所述地膜中包含40～70质量份增塑剂，其中s2和s3步骤中分别加入20～35质量份增塑剂；10～14质量份引发剂；以及5～10质量份交联剂。

19、更进一步，s2和s3步骤中所用增塑剂分别为甘油、聚乙二醇、山梨醇、柠檬酸、苯二甲酸二辛酯的一种或多种，优选为甘油；所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠、偶氮二异丁腈中的一种或多种，优选为过硫酸铵；所述乙二醇二甲基丙烯酸酯(egdma)、戊二醛(ga)、乙二醛、n，n′-亚甲基双丙烯酰胺(mba)、四羟甲基氯化磷(thpa)中一种或多种，优选为戊二醛。

20、进一步，所述s2的糊化温度为60～85℃，糊化时间为0.5～1h，搅拌加热的时间为1.5～3h；所述s3的加热温度为60～80℃，加热时间为1.5～3h；所述s4的烘干温度为50～80℃，烘干时间为2～6h。

21、另一方面，本发明公开了上述缓释肥料的可生物降解地膜在土壤固化、农业、园艺中的应用。

22、本发明公开的缓释肥料的可生物降解地膜实现了肥料缓释与地膜的双重功能，不仅起到地膜的保温保水作用，还可以控制养分在植物生长季的持续释放，从而进一步提高养分的利用效率。本发明msrf具有较高的吸水率(200％～300％)，其水蒸气透过量(203.8gm-2d-1)和断裂伸长率(180.14％)符合gb/t35795规定标准；此外，msrf在覆盖作物中表现出较好的耐水性，可达到长时间使用；实施例中土壤盆栽实验中发明所述地膜表现出对植物生长有益，同时提高了肥料利用率。