一种生物可降解除草地膜产品及其制备方法

技术领域

本发明属于农业领域，具体涉及一种生物可降解除草地膜产品及其制备方法。

背景技术

田间杂草的生长会与农作物竞争水分和营养，对作物的生长非常不利。目前常用的化学除草剂能够有效抑制杂草生长，但是这些化学除草剂的稳定性和溶解性等往往不高，因此使用过程中存在严重的浪费问题，进而造成土壤和环境污染，对农业可持续发展非常不利。通过将除草功能引入到地膜中，能够提高除草剂的稳定性，但是依然无法避免化学除草剂对土壤和环境的危害累积。黑色地膜可以通过屏蔽紫外线来阻断地膜下杂草的光合作用，进而实现除草功能，不含化学除草剂无污染，但是黑色地膜保温效果较差，对保温需求强的作物难以适用。

地膜可以在农作物生长过程中起到保水、保墒、控温、减少杂草生长等作用，但是当前市场上最常用的地膜，聚乙烯地膜，很难在自然界生物降解，环境中的大量残膜给农业可持续发展和生态环境都带来严重危害。生物降解地膜是能被微生物完全分解的环境友好型薄膜，不会对环境产生二次污染，使用生物降解地膜可有效解决上述问题。

六方氮化硼是一种层状二维材料，作为导热材料、催化剂、药物载体等方面有很好的应用效果。有报道将纳米六方氮化硼修饰到微米级别的层状黏土表面，然后用含氟化合物修饰使其具有疏水性，从而进一步提高地膜的水蒸气阻隔性能(申请号202210644480.X)。但是六方氮化硼在地膜应用中，其对气体和紫外线的阻隔性能及其除草功能未见报道。

发明内容：

为了解决化学除草剂使用过程中的浪费和环境污染问题，并解决黑色地膜可以实现除草但是保温效果差的问题，本发明采用纳米六方氮化硼来制备生物可降解除草地膜，不仅能够实现除草功能，并且依然具有很好的保温效果。

本发明的原理：利用纳米六方氮化硼对紫外光及可见光波段高效的屏蔽性能，以及添加纳米六方氮化硼以后地膜对氧气和二氧化碳的高效阻隔性能，实现对生物可降解地膜覆盖下杂草生长的高效抑制，并且依然具有很好的保温效果。

本发明的生物可降解除草地膜产品，包括生物可降解除草地膜或生物可降解除草地膜母粒；

所述的生物可降解除草地膜包括生物降解树脂100份，纳米六方氮化硼2-20份，进一步优选为纳米六方氮化硼2-10份，助剂1-15份；

所述的生物可降解除草地膜母粒包括生物降解树脂80-100份，纳米六方氮化硼2-50份，进一步优选为纳米六方氮化硼2-30份。

优选，所述的生物降解树脂为聚(对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯)/聚乳酸(99/1,v/v)。

优选，所述的纳米六方氮化硼的制备方法：

(1)首先将六方氮化硼置于液氮中冷冻处理2h；

(2)然后将上述六方氮化硼分散到极性溶液中，功率700W，微波回流处理30-60分钟；

(3)再将上述溶液置于探头超声中，频率为20kHz，功率为720W，处理30-60分钟；

(4)最后，将上述溶液首先1000rpm离心20min，然后取上清再次12000rpm离心30min，取沉淀在100℃烘箱中烘干1h，得到纳米六方氮化硼。

所述的极性溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、乙醇、异丙醇、水中的一种或几种。

优选，所述的纳米六方氮化硼厚度为1-50纳米。

优选，所述的助剂包括扩链剂、抗水解剂、抗氧化剂、增塑剂、热稳定剂、受阻胺类稳定剂、润滑剂、无机填料中的一种或几种。

优选，所述的生物可降解除草地膜包括聚(对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯)/聚乳酸(99/1,v/v)100份，纳米六方氮化硼2-10份，扩链剂ADR-4468 0.4份，乙酰柠檬酸三丁酯2.1份，碳酸钙1份，抗氧剂1010 0.3份，抗氧剂168 0.1份。

本发明的第二个目的是提供生物可降解除草地膜产品的制备方法，当为除草地膜母粒时：按照配比，将各组分经高速搅拌混合均匀后，加入双螺杆挤出机中，熔融混合，挤出造粒，得到生物可降解除草地膜母粒；

当为除草地膜时，按照配比，将各组分经高速搅拌混合均匀后，依次挤出、造粒、干燥和吹塑，得到生物可降解除草地膜。

所述的熔融混合是在170℃温度熔融混合。

本发明的第三个目的是提供上述生物可降解除草地膜产品在制备农用除草地膜中的应用。

1、本发明除草地膜产品没有用化学除草剂，避免了化学除草剂使用过程中可能存在的浪费和环境污染等问题；

2、本发明的除草母粒生产的除草地膜或除草地膜为白色，依然具有较好的保温效果；

3、本发明的除草母粒生产的除草地膜或除草地膜，可以通过对紫外线和可见光的屏蔽及对二氧化碳、氧气的阻隔，实现对膜内杂草生长的抑制；

4、本发明首次将纳米六方氮化硼引入到除草地膜的应用领域，通过对地膜下杂草生长必需的光线和二氧化碳的透过进行控制，进而实现无化学除草剂的除草功能。

附图说明：

图1是分别使用实施例1的地膜和对比例1的地膜盖膜20天后，膜下幼草的成活率。

图2是分别使用实施例5的地膜和对比例2的地膜盖膜20天后，膜下幼草的成活率。

具体实施方式：

以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。

实施例1：

一种不含化学除草剂的白色生物可降解除草地膜母粒，按重量份计，组成如下：聚(对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯)/聚乳酸(99/1,v/v)90份，纳米六方氮化硼30份。制备工艺：将以上各组分在高速混合机或密炼机中混炼均匀，加入双螺杆挤出机中挤出造粒，螺杆各区温度控制在170℃，最后进行干燥即得到不含化学除草剂的白色生物可降解地膜母粒。

纳米六方氮化硼的制备方法如下：

(1)首先称取100g六方氮化硼置于液氮中冷冻处理2h；

(2)然后将上述六方氮化硼分散到300毫升异丙醇/水(1:1，v/v)溶液中，功率700W，微波回流处理30分钟；

(3)再将上述溶液置于探头超声中，频率为20kHz，功率为720W，处理30分钟；

(4)最后，将上述溶液首先1000rpm离心20min，然后取上清再次12000rpm离心30min，取沉淀在100℃烘箱中烘干1h，得到纳米六方氮化硼。

实施例2：

一种不含化学除草剂的白色生物可降解除草地膜母粒，按重量份计，组成如下：：聚(对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯)/聚乳酸(99/1,v/v)80份，纳米六方氮化硼20份。制备工艺：将以上各组分在高速混合机或密炼机中混炼均匀，加入双螺杆挤出机中挤出造粒，螺杆各区温度控制在170℃，最后进行干燥即得到不含化学除草剂的白色生物可降解地膜母粒。

纳米六方氮化硼的制备方法如下：

(1)首先称取100g六方氮化硼置于液氮中冷冻处理2h；

(2)然后将上述六方氮化硼分散到300毫升异丙醇/水(1:1，v/v)溶液中，功率700W，微波回流处理30分钟；

(3)再将上述溶液置于探头超声中，频率为20kHz，功率为720W，处理30分钟；

(4)最后，将上述溶液首先1000rpm离心20min，然后取上清再次12000rpm离心30min，取沉淀在100℃烘箱中烘干1h，得到纳米六方氮化硼。

实施例3：

一种不含化学除草剂的白色生物可降解除草地膜母粒，按重量份计，组成如下：聚(对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯)/聚乳酸(99/1,v/v)100份，纳米六方氮化硼2份。制备工艺：将以上各组分在高速混合机或密炼机中混炼均匀，加入双螺杆挤出机中挤出造粒，螺杆各区温度控制在170℃，最后进行干燥即得到不含化学除草剂的白色生物可降解地膜母粒。

纳米六方氮化硼的制备方法如下：

(1)首先称取20g六方氮化硼置于液氮中冷冻处理2h；

(2)然后将上述六方氮化硼分散到100毫升异丙醇/水(1:1，v/v)溶液中，功率700W，微波回流处理30分钟；

(3)再将上述溶液置于探头超声中，频率为20kHz，功率为720W，处理30分钟；

(4)最后，将上述溶液首先1000rpm离心20min，然后取上清再次12000rpm离心30min，取沉淀在100℃烘箱中烘干1h，得到纳米六方氮化硼。

实施例4：

将实施例1制备的不含化学除草剂的白色生物可降解地膜母粒应用于生物降解地膜的生产过程，其中本发明母粒的含量为质量分数10％.

将本发明母粒和生物降解地膜常用原料(不含除草剂)置于高速混合机中搅拌20分钟混合均匀后，在170℃温度条件下吹塑成型，即得实施例1的地膜。

对比例1：

将生物降解地膜常用原料(不含除草剂和纳米六方氮化硼)置于高速混合机中搅拌20分钟混合均匀后，在170℃温度条件下吹塑成型，即得对比例1的地膜。

对实施例1的地膜和对比例1的地膜进行盆栽除草实验。将稗草草籽均匀撒在盆中，待草籽萌芽后，取萌芽数接近的盆栽用于除草实验；分别将实施例1的地膜和对比例1的地膜覆盖在刚萌芽的草上，周围用土轻轻压实，每种地膜5个重复；20天后揭开地膜，观察地膜内草的生长情况，确定幼草的成活率。测试结果如图1所示，20天后，实施例1的地膜内幼草的成活率明显低于对比例1的地膜内幼草的成活率，表明实施例1的地膜具有很好的除草效果。

实施例5：

一种不含化学除草剂的白色生物可降解除草地膜，按重量份计，组成如下：聚(对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯)/聚乳酸(99/1,v/v)100份，纳米六方氮化硼10份，扩链剂ADR-44680.4份，乙酰柠檬酸三丁酯2.1份，碳酸钙1份，抗氧剂1010 0.3份，抗氧剂168 0.1份。不含化学除草剂的白色生物可降解除草地膜的制备：将上述所述组分混合均匀，在170℃温度条件下吹塑成型，即得。

纳米六方氮化硼的制备方法如下：

(1)首先称取100g六方氮化硼置于液氮中冷冻处理2h；

(2)然后将上述六方氮化硼分散到300毫升异丙醇/水(1:1，v/v)溶液中，功率700W，微波回流处理30分钟；

(3)再将上述溶液置于探头超声中，频率为20kHz，功率为720W，处理30分钟；

(4)最后，将上述溶液首先1000rpm离心20min，然后取上清再次12000rpm离心30min，取沉淀在100℃烘箱中烘干1h，得到纳米六方氮化硼。

实施例6：

一种不含化学除草剂的白色生物可降解除草地膜，其主要成分按重量份计为：聚(对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯)/聚乳酸(99/1,v/v)100份，纳米六方氮化硼5份，扩链剂ADR-44680.4份，乙酰柠檬酸三丁酯2.1份，碳酸钙1份，抗氧剂1010 0.3份，抗氧剂168 0.1份。不含化学除草剂的白色生物可降解除草地膜的制备：将上述所述组分混合均匀，在170℃温度条件下吹塑成型，即得。

纳米六方氮化硼的制备方法如下：

(1)首先称取100g六方氮化硼置于液氮中冷冻处理2h；

(2)然后将上述六方氮化硼分散到300毫升异丙醇/水(1:1，v/v)溶液中，功率700W，微波回流处理30分钟；

(3)再将上述溶液置于探头超声中，频率为20kHz，功率为720W，处理30分钟；

(4)最后，将上述溶液首先1000rpm离心20min，然后取上清再次12000rpm离心30min，取沉淀在100℃烘箱中烘干1h，得到纳米六方氮化硼。

实施例7：

一种不含化学除草剂的白色生物可降解除草地膜母粒，按重量份计，组成如下：聚(对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯)/聚乳酸(99/1,v/v)100份，纳米六方氮化硼2份，扩链剂ADR-44680.4份，乙酰柠檬酸三丁酯2.1份，碳酸钙1份，抗氧剂1010 0.3份，抗氧剂168 0.1份。不含化学除草剂的白色生物可降解除草地膜的制备：将上述所述组分混合均匀，在170℃温度条件下吹塑成型，即得。

纳米六方氮化硼的制备方法如下：

(1)首先称取20g六方氮化硼置于液氮中冷冻处理2h；

(2)然后将上述六方氮化硼分散到100毫升异丙醇/水(1:1，v/v)溶液中，功率700W，微波回流处理30分钟；

(3)再将上述溶液置于探头超声中，频率为20kHz，功率为720W，处理30分钟；

(4)最后，将上述溶液首先1000rpm离心20min，然后取上清再次12000rpm离心30min，取沉淀在100℃烘箱中烘干1h，得到纳米六方氮化硼。

对比例2：

一种不含化学除草剂的白色生物可降解除草地膜，其主要成分按重量份计为：聚(对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯)/聚乳酸(99/1,v/v)100份，扩链剂ADR-4468 0.4份，乙酰柠檬酸三丁酯2.1份，碳酸钙1份，抗氧剂1010 0.3份，抗氧剂168 0.1份。不含化学除草剂的白色生物可降解除草地膜的制备：将上述所述组分混合均匀，在170℃温度条件下吹塑成型，即得。与实施例5相比，对比例2的区别在于，不添加纳米六方氮化硼。

对实施例5的地膜和对比例2的地膜进行盆栽除草实验。将稗草草籽均匀撒在盆中，待草籽萌芽后，取萌芽数接近的盆栽用于除草实验；分别将实施例5的地膜和对比例2的地膜覆盖在刚萌芽的草上，周围用土轻轻压实，每种地膜5个重复；20天后揭开地膜，观察地膜内草的生长情况，确定幼草的成活率。测试结果如图2所示，20天后，实施例5的地膜内幼草的成活率明显低于对比例2的地膜内幼草的成活率，表明实施例5的地膜具有很好的除草效果。