基于大蒜提取物和丙烯酸羟丙酯共聚物的地膜制备方法

：本发明属于农业地膜，尤其是涉及一种基于大蒜提取物和丙烯酸羟丙酯共聚物的地膜。

背景技术

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背景技术：

1、在现代农业生产中为了使土地有更大的农作物产出率，地膜材料已是不可缺少的生产工具。地膜能够提高农作物产出率的主要原因是其提高了土壤的温度和湿度，降低了寒冷和干旱天气对农作物生长发育的影响。地膜种类很多，其中能透光的地膜是主要品种，透光地膜对地温的提升速度较快，非常有利于土壤增温保墒，适用于气温较冷的春、秋、冬季。需注意的是，春、秋季也是农业土壤中害虫极易滋生的季节，因此为了保障地膜下的农作物丰收，不仅要注意提升土壤温度和湿度，也需注意农作物防虫害是非常必要的。目前传统的透光地膜多为聚乙烯或聚氯乙烯材质的塑料地膜，使用时将整块塑料地膜铺设在土壤表面，即完成了地膜铺设作业。这种传统的塑料地膜功能单一，如果遇到农田土壤中病虫害发生，就需要在这种传统塑料薄膜上破出洞(有时也需将地膜整块掀起)，然后施加能抑制土壤中有害病菌或害虫生长的农药等。然而破洞后的地膜难以再阻碍土壤中的水分和热量向外扩散，这使得地膜对土壤的保水、保温作用被严重削弱，这对农业增产增收不利。因此在传统地膜基础上，研发不必要在地膜上破洞来施加农药除虫、且具有一定抗病虫害功能的地膜产品是有重要意义的。

技术实现思路

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技术实现要素：

1、为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种基于大蒜提取物和丙烯酸羟丙酯共聚物的地膜及其制备方法。

2、一种基于大蒜提取物和丙烯酸羟丙酯共聚物的地膜，其特征在于，所述地膜由上至下依次设置面膜层(1)和防虫层(2)，所述的防虫层由大蒜提取物-丙烯酸羟丙酯-苯乙烯-氯磺化聚乙烯-聚乙烯醇共聚物组成，所述的大蒜提取物-丙烯酸羟丙酯-苯乙烯-氯磺化聚乙烯-聚乙烯醇共聚物中包括以下重量份组分：大蒜提取物10-30份、丙烯酸羟丙酯15-30份、苯乙烯1-5份、氯磺化聚乙烯1-5份、聚乙烯醇20-40份；一种基于大蒜提取物和丙烯酸羟丙酯共聚物的地膜的制备步骤如下：

3、(1)将1-5重量份的氯磺化聚乙烯溶解在1-5重量份的苯乙烯中获得溶液a；

4、(2)将0.65重量份的过硫酸铵引发剂溶解在10重量份的去离子水中得到溶液b；

5、(3)将步骤(1)得到的溶液a、大蒜提取物10-30重量份、2.9-3.2重量份的十二烷基磺酸钠、3.9-4.3重量份的op-10乳化剂、20-40重量份的聚乙烯醇和107-258重量份的去离子水，在转速为350-360r/min之间室温下搅拌30-50min后得到乳液c；

6、(4)将盛有乳液c的容器至水浴中加热至75-82℃，搅拌下再将15-30重量份的丙烯酸羟丙酯滴加进乳液c，滴速为每2秒1滴，搅拌速度为200-250r/min，在滴加丙烯酸羟丙酯同时，也将步骤(2)得到的溶液b滴加入乳液c中，滴速为每5秒1滴；

7、(5)当步骤(4)中的丙烯酸羟丙酯和溶液b滴加结束后，反应体系升温至85-88℃，在此温度下恒温搅拌反应4.5-5.5h，搅拌速度为220-280r/min；当恒温搅拌反应结束后，将所得混合液降至室温，再加入浓氨水调节混合液ph至中性，得到乳液d；

8、(6)将步骤(5)得到的乳液d涂覆于面膜层表面，控制乳液d层厚度为0.4-0.6mm，室温下干燥后得到附着于面膜层表面的由大蒜提取物-丙烯酸羟丙酯-苯乙烯-氯磺化聚乙烯-聚乙烯醇组成的防虫层；

9、经由步骤(1)-(6)即可得到一种基于大蒜提取物和丙烯酸羟丙酯共聚物的地膜。

10、其中，所述的面膜层的材质为聚乙烯或聚氯乙烯。

11、本发明与现有技术不同，在于本发明取得了如下技术效果：

12、效果实施例试验结果说明，本发明所制备的地膜能有效提升小白菜抵抗小菜蛾虫侵害的效果，且地膜朝向土壤的表面无明显水珠形成，透光性好，可维持较高的土壤温度。这是因为如下因素：

13、1、本发明中防虫层由大蒜提取物-丙烯酸羟丙酯-苯乙烯-氯磺化聚乙烯-聚乙烯醇共聚物组成，共聚物中丙烯酸羟丙酯、苯乙烯能促使乳液形成，能使共聚物具有良好的成膜性和粘附性，使共聚物能形成薄膜状涂层粘附在面膜层上，提高共聚物组成的防虫层在面膜层上的稳定性。反应原料中的氯磺化聚乙烯能很好地溶解在苯乙烯中，使氯磺化聚乙烯以分子形式存在，当苯乙烯单体发生共聚反应时，共聚物中的苯乙烯能使氯磺化聚乙烯与共聚物中其它组分有更好的相容性，使氯磺化聚乙烯分子链与共聚物中其它各高分子链彼此分子级别的交织在一起形成各组分分布更为均匀的共聚物。共聚物中的氯磺化聚乙烯能提高所形成的共聚物薄膜的柔韧性，也能进一步提高共聚物的粘附性，从而进一步提高共聚物组成的防虫层在面膜层上的稳定性。

14、2、反应原料中的丙烯酸羟丙酯单体除具有双键和酯键外，另有一个亲水性的羟基，这使得共聚物中的丙烯酸羟丙酯能赋予共聚物有较好的亲水性。共聚物中的聚乙烯醇也是强亲水性组分。因此，大蒜提取物-丙烯酸羟丙酯-苯乙烯-氯磺化聚乙烯-聚乙烯醇共聚物中的丙烯酸羟丙酯和聚乙烯醇能赋予防虫层有优异的亲水性，这使得水滴在防虫层表面的接触角较小，使冷凝的水珠在这种亲水性的防虫层表面迅速铺展开并流走。亲水性的防虫层优点如下：(1)由于没有(或较少)水珠在本发明地膜的亲水性的防虫层表面形成，则防虫层表面与地膜下的农作物生长环境直接接触，可以更大地发挥防虫层抑制虫害的效果；若防虫层的亲水性差，则会有较厚的水滴层铺在防虫层表面，使得防虫层不能直接与地膜下的农作物生长环境接触，则难以发挥防虫层的抑制虫害效果。(2)亲水性的防虫层可以使阳光易透过本发明地膜直射到地膜覆盖的土壤表面，同时也减少了水珠对太阳光能的吸收，这有利于本发明地膜能高效利用太阳能，维持地膜覆盖的土壤有较高的温度。共聚物中丙烯酸羟丙酯、苯乙烯、氯磺化聚乙烯和聚乙烯醇皆是透明的，也使得本发明地膜具有好的透光性。

15、3、大蒜提取物-丙烯酸羟丙酯-苯乙烯-氯磺化聚乙烯-聚乙烯醇共聚物中的大蒜提取物是以百合科植物大蒜鳞茎为原料，经加热提取、减压浓缩、喷雾干燥而成的水溶性粉末状产品，大蒜提取物保持了植物原有的有效成分，易溶解于水和易保存。文献([1]dougoud j,toepfer s,bateman m,et al.efficacy of homemade botanicalinsecticides based on traditional knowledge.a review[j].agronomy forsustainable development,2019,39,37；[2]prowse g m,galloway t s,andrewf.insecticidal activity of garlic juice in two dipteran pests[j].agriculturaland forest entomology,2006,8,1-6；[3]王云帆,王刚.大蒜提取液防治白菜黑斑病的初步研究[j].重庆科技学院学报(自然科学版),2008,10(5),61-63.)都提到了大蒜提取物能被用来作为天然植物源杀虫剂应用于农业生产中。但需注意的是，大蒜提取物自身并没有成膜性，其单独使用不能如薄膜一样有效覆盖在土壤表面，以至于不能有效地提高土壤的温度和湿度。同时大蒜提取物自身也没有良好的粘附性，其单独使用也不能稳定地粘附在聚乙烯或聚氯乙烯塑料薄膜上形成有效的防虫层。

16、文献4(cn104742459a)报道了一种防虫防草可降解环保地膜，该地膜包括外层地膜和内层地膜，外层地膜和内层地膜都含有聚乙烯，其中外层地膜还含有作为防虫剂的印楝油。文献4的内外层地膜中疏水性的聚乙烯是主要成份(不少于60wt.％)，因此其内外层地膜不具有亲水性，这样文献4的内外层地膜上会易结水珠，这层水珠阻碍了含有防虫剂的地膜与地膜下的农作物生长环境直接接触，这降低了地膜的抗虫性。与文献4地膜不同，本发明地膜的防虫层具有亲水性，不易结水珠，可以更好地发挥地膜的抗虫性能，这也能被后面的效果实施例所证明。

17、文献5(cn215301950u)报道了一种可防虫害的蒜渣基地膜，该地膜包括一层黑色塑料地膜层，在黑色塑料地膜层下方是一层蒜渣层，在蒜渣层下面是一层木质素粘合剂层。文献5所提供的地膜采用的是蒜渣颗粒，蒜渣颗粒不透光，因此文献5报道的地膜透光性差，日光对这种地膜下土壤的升温效果有限。与文献5地膜不同，本发明地膜采用大蒜提取物为原料，而不是蒜渣颗粒为原料，大蒜提取物具有水溶性，因此在本发明制备步骤(1)中，当把大蒜提取物加入溶液中时，大蒜提取物会溶解于溶液中的水溶剂中，大蒜提取物在溶液中以分子形式存在，进而大蒜提取物也以分子形式参加后面的乳液聚合反应，在共聚物中的大蒜提取物组分也是分子形式存在，而不是以不透光的颗粒形式存在，因此本发明以大蒜提取物为原料制备的大蒜提取物-丙烯酸羟丙酯-苯乙烯-氯磺化聚乙烯-聚乙烯醇共聚物涂层(或防虫层)是透明的(或透光性好的)，而不是如文献5地膜不易透光。

18、文献6(cn113563517a)报道了一种蒜渣基液体地膜，该地膜的制备采用了蒜渣浆料、预糊化淀粉和丙烯酸单体混合物为主要原料，反应过程涉及预氧化过程、预乳化过程和引发剂作用下的乳液自由基聚合过程。文献6提供的地膜与本发明提供的地膜相似之处为：两者中的蒜渣和大蒜提取物都来自于大蒜这一天然植物，两者也都使用了丙烯酸类单体。但文献6提供的地膜与本发明地膜在使用的原料、使用方法、成膜原理和透光性、使用范围等方面都显著或截然不同。具体来说：(1)两者在原料使用方面不同，文献6地膜使用的是丙烯酸丁酯，而本发明使用的是丙烯酸羟丙酯，丙烯酸羟丙酯单体结构与丙烯酸丁酯单体分子结构相似，但丙烯酸羟丙酯单体除具有双键和酯键外，其还另有一个亲水性的羟基，因此丙烯酸羟丙酯的使用能赋予共聚物有更好的亲水性；文献6中使用了预糊化淀粉原料，本发明没有使用淀粉作为原料；本发明使用了苯乙烯和氯磺化聚乙烯为原料，而文献6也没有使用这两者为原料；本发明和文献6在其它原料使用上也不同。(2)两者在使用方法和成膜机理方面有很大不同，文献6使用的液体地膜是将液体直接喷涂在土壤表面，然后喷涂出的液体在土壤表面自然风干后形成地膜，而本发明使用的地膜仍是固体薄膜，即铺设在土壤表面的是已成型的固体膜状材料，并不是液体；(3)两者地膜的透光性不同，文献6得到的液体地膜含有不易透光的蒜渣颗粒，因此文献6地膜透光性差，而本发明使用的大蒜提取物是有水溶性的，水溶性的大蒜提取物在涂层中是以分子形式存在，而不是颗粒状存在，因此本发明地膜比文献6地膜有更好的透光性。(4)文献6提供的液体地膜是紧紧贴敷或粘附在土壤表面来使用的，不能将液体地膜从土壤表面揭下来成为一整块薄膜来使用，即对在土壤上已生长到一定高度的农作物，液体地膜是不适用的，因为地膜乳液会喷到农作物表面，而不是土壤表面，从而失去液体地膜提升土壤温度和湿度的作用，液体地膜主要应用于促进农作物种子的发芽和初期阶段的生长；而本发明地膜是一整块薄膜，可以不紧贴在地面上使用，本发明地膜可以在土壤上已生长到一定高度的农作物的上方来使用，适合于农作物在生长发育的初、中、后期阶段使用。

19、本发明制备的一种蒜提取物基防虫地膜工作原理分析如下：

20、本发明制备步骤中(1)-(5)步骤是制备大蒜提取物-丙烯酸羟丙酯-苯乙烯-氯磺化聚乙烯-聚乙烯醇共聚物乳液的反应步骤，在乳液制备步骤中，氯磺化聚乙烯先溶于苯乙烯，因为氯磺化聚乙烯在苯乙烯中的溶解性很好，可以使得氯磺化聚乙烯在乳液中不易形成颗粒状或结块，而以分子形式与其它高分子链交叉互穿形成各组分均匀分布的高分子共聚合物。另外，在步骤(1)-(5)中，过硫酸铵引发剂能引发溶液中带双键的丙烯酸羟丙酯、苯乙烯单体分子发生聚合反应；十二烷基磺酸钠和op-10(一种化工原料，由烷基酚与环氧乙烷缩合反应得到的烷基酚聚氧乙烯醚，是乳化剂op系列里面的一种型号)起到乳化剂作用，能将聚合反应后生成的共聚物形成水包油的小液滴悬浮在溶液中形成乳液。在本发明中所含有的大蒜提取物能均匀地分布于乳液中，乳液应能稳定存在，不易发生破乳分层现象；若乳液不稳定，出现破乳分层现象，则大蒜提取物组分会在不稳定的乳液或破乳分层的液体中分布不均匀，进而会影响所形成的防虫层的抑制虫害性能、亲水性能等。制备步骤(6)是将大蒜提取物-丙烯酸羟丙酯-苯乙烯-氯磺化聚乙烯-聚乙烯醇共聚物乳液涂覆在聚乙烯或聚氯乙烯面膜层上，其中由聚乙烯衍生得到的氯磺化聚乙烯对聚乙烯或聚氯乙烯面膜层相容性好、粘结性好，使得大蒜提取物-丙烯酸羟丙酯-苯乙烯-氯磺化聚乙烯-聚乙烯醇共聚物乳液很容易粘附在面膜层上，待乳液中的水分蒸发后，在面膜层上会形成一层含大蒜提取物-丙烯酸羟丙酯-苯乙烯-氯磺化聚乙烯-聚乙烯醇共聚物的固体涂层。该固体涂层所含的大蒜提取物成分能起到降低害虫对农作物的破坏效果的作用。同时该固体涂层也有很好的亲水性，能使水滴在其表面铺展开而迅速流走，从而使本发明一种蒜提取物基抗虫地膜的防虫层表面具有不易结水滴性能，亲水性防虫层表面可在没有水滴层的阻隔下与地膜下方的农作物生长环境直接接触，可以使本发明的防虫层发挥更大抗虫害效率。