稻草纤维和废蚕丝非织造布农用地膜的研制与性能研究

论文摘要

自70年代末我国从日本引进地膜覆盖技术以来,地膜在我国获得了迅速的发展。目前在我国地膜覆盖面积约在1400万公顷以上,用量已达100多万吨。预计到2010年,全国地膜覆盖面积将超过2000万公顷。由于目前使用的大多数地膜为聚乙烯或聚氯乙烯地膜,不易降解,并且具有毒性,残留在土壤中的碎片不能被土壤微生物降解,也不能被作物吸收利用。在我国农村,每年都有大量的秸秆产生,农民通常都是用焚烧的办法处理这些秸秆,但大量的焚烧带来了空气污染,严重影响了环境。本研究主要利用秸秆提取纤维并用非织造技术生产农用地膜,讨论了无污染、全降解地膜的原料选取、配比方案及对田间性能的测试,综合分析得出最佳方案为:废丝量为4.02g/m~2,平方米克重为80g/m~2,粘合剂浓度为8%。制成的样品主要性能为:横向断裂强度为35N,纵向断裂强度为32N,厚度为0.2641mm,透湿率为2346 g/m~2h,回潮率为5.6%。将以上地膜进行田间覆盖实验,并与普通塑料地膜进行对比。保温试验表明,天然纤维非织造地膜有较好的保温性,略低于塑料地膜。进行土壤保温性能的实验表明,天然非织造布地膜有较好的保温性,对表层土壤的最大增温可达3.6℃,增温效果岁土壤深度的增加而减小,白天的增温效果好于晚上,环境温度高的增温效果好于环境温度低的增温效果。非织造布地膜的增温效果没有塑料地膜好,但差异不大,在农业生产中不影响使用。保湿试验证明,非织造布地膜覆盖后能减少土壤水分蒸发量,比露天少,有明显的保湿作用。保湿实验证明,非织造布地膜覆盖后能减少水分的蒸发量,在土壤基础含水率为26.7%的情况下,覆盖非织造布地膜土壤的含水量减少7.5%,比塑料地膜的5.2%略小,具有明显的保湿作用。土壤降解试验证明,秸秆纤维农业地膜在自然状态下能发生降解,土埋30天后,地膜发生降解,土埋40天后,降解率十分明显,通过扫描电镜图像可看出秸秆纤维从束状分解成多根单纤维,有大部分的纤维消失。红外光谱吸收图表明纤维大分子链发生断裂,大分子有解聚现象发生。在完全降解前,地膜会分解成散纤维状态,不会因为片状结构而造成土壤板结。因为地膜中含有废蚕丝而且稻草纤维中含有大量的钾元素,所以地膜的部分降解产物能提高土壤的氮和钾元素的含量,在非织造布地膜被土埋30天后,土壤的全氮含量增加1.0%,全钾含量增加0.17%;土埋40天后全氮量增加1.5%,全钾量增加0.22%。实验表明,天然纤维的非织造布地膜与普通塑料地膜相比,前者厚度较大,透气透湿性较好,且有较好的保温、保熵作用,但效果较后者略差。但从降解性及解决大量焚烧产生的空气污染方面,普通塑料地膜不能降解而非织造布地膜可以完全降解。但非织造布地膜的制造成本较高,影响其推广。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 文献综述
• 1.1 农用地膜国内外的发展状况
• 1.2 农用地膜覆盖的基本原理及作用
• 1.3 塑料地膜的危害
• 1.4 新型可降解地膜的开发
• 1.5 可降解地膜的成型工艺
• 1.6 可降解地膜存在的问题及发展趋势
• 1.7 非织造布在农业中的应用
• 1.8 利用废蚕丝和稻草纤维制作地膜的现实意义及可行性
• 1. 引言
• 1.1 本论文的研究目的和内容
• 1.2 国内外研究现状
• 2. 实验部分
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 稻草纤维的理化性能
• 2.1.3 蚕丝纤维的理化性能
• 2.2 实验药品及仪器
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 粘合机理
• 2.3.2 粘合剂的选择
• 2.3.3 粘合剂的性质
• 2.3.4 实验材料的选择
• 2.4 工艺流程
• 2.4.1 稻草纤维的制备方法
• 2.4.2 粘合剂的制备方法
• 2.4.3 非织造布铺制方法的确定
• 2.4.4 非织造布网的铺制
• 2.4.5 纤维网的固结
• 2.5 测试指标与表征
• 2.5.1 物理性能的测试
• 2.6 非织造布地膜的田间实验
• 2.6.1 对土壤保湿情况的影响
• 2.6.2 对土壤保温性的测试
• 2.6.3 降解性能的测试
• 2.6.4 土壤全氮的测定
• 2.6.5 土壤全钾的测定
• 2.7 环境扫描电镜对非织造布微观结构分析
• 2.8 红外光谱分析
• 3. 结果与分析
• 3.1 正交实验因素及水平的确定
• 3.2 正交实验结果分析
• 3.2.1 对断裂强度的分析
• 3.2.2 对厚度的分析
• 3.2.3 对回潮率的分析
• 3.2.4 最佳工艺方案的确定
• 3.2.5 验证性实验
• 3.3 地膜的物理机械性能比较
• 3.4 地膜对土壤保水性能的测试及分析
• 3.5 地膜保温性能的测试及分析
• 3.6 降解性能的测试结果及分析
• 3.6.1 降解前后外观变化分析
• 3.6.2 降解前后重量变化分析
• 3.6.3 降解前后红外吸收光谱分析
• 3.7 地膜降解对土壤含氮量影响的分析
• 3.8 地膜降解对土壤含钾量影响的分析
• 3.9 成本分析
• 4. 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介