摘要
传统的塑料地膜为农业生产提供了不可否认的好处。然而，不可降解的塑料地膜造成了严重的白色污染，已成为对人类健康和环境质量的威胁。近年来，生态友好、可生物降解的液体地膜作为传统塑料地膜的替代品引起了人们的广泛关注。与传统的塑料地膜相比，液体地膜的最大优点是可以在不规则的表面形成薄膜，可以应用在荒漠化环境和粉尘区域等。目前液体地膜在机械性能、抗水性以及来源等方面存在缺陷，制约了液体地膜的发展。本文以淀粉、木质素等天然高分子材料作为液体地膜的原料，通过共混、接枝的改性方法，对其性能进行调控，制备易于生产和使用、可生物降解、降低PM2.5、抗侵蚀、防尘固沙的液体地膜。主要研究内容如下： 第一，以丙三醇作为增塑剂，将阳离子淀粉（CS）与木质素磺酸钠（LS）共混，调控制备淀粉/木质素基液体地膜（CLS膜）。探讨调控CS、LS以及丙三醇的浓度对CLS膜机械性能和粘度的影响，对CLS膜进行了接触角、透光性能、降解性能、抗侵蚀性能、SEM、TG、ATR-FTIR和透射偏光显微镜等性能测试、表征和调控。研究结果表明，CLS膜的最佳组成为：3%（CS），0.6%（LS），1%（丙三醇）。此时。CLS膜的拉伸强度为2.46MPa，断裂伸长率为14.66%，粘度为63.5mPa·s，接触角为48.024°。CLS膜90d的降解率为81.34%。透射偏光显微镜可以观察到沙粒与沙粒之间紧密粘接在一起，表面形成近似于网状的结构。CLS膜具有良好的抗紫外线性、热稳定性和抗侵蚀性，能达到防尘固沙的效果。 第二，采用简单的二次喷洒工艺制备防尘固沙液体地膜。将水性聚氨酯（WPU）和溶解的腐植酸（HA）共混，再将共混溶液（HWPU）喷洒在CLS膜表面，调控制备淀粉/木质素基—腐植酸/水性聚氨酯液体地膜（CLS-HWPU膜）。探讨调控了CLS-HWPU膜的组成对干、湿状态下机械性能的影响，对CLS-HWPU膜进行了接触角、透光性能、降解性能、抗侵蚀性能、SEM、TG、ATR-FTIR和透射偏光显微镜等性能测试和表征。研究结果表明，CLS-HWPU膜的最佳组成为：3%（CS），0.9%（LS），1.5%（丙三醇），2%（HA）、30%（WPU）。此时，CLS-HWPU膜干、湿状态下的拉伸强度为8.76MPa、4.31MPa，断裂伸长率为147%、124.2%。CLS-HWPU膜接触角为67.178°，90d的降解率为76.35%。SEM结果表明，HWPU溶液的加入使薄膜表面更光滑，可以提高膜的耐水性能。透射偏光显微镜可以观察到沙粒与沙粒之间粘接的更加紧密，几乎没有空隙，稳定性更强。CLS-HWPU膜具有良好的抗紫外线性和热稳定性。与CLS膜相比，CLS-HWPU膜的机械性能、表面疏水性以及抗侵蚀性能显著提高。 第三，以过硫酸铵作为引发剂，将LS与丙烯酸（AA）进行接枝共聚调控，得到接枝产物LS-AA。探讨了调控反应时间、反应温度、单体用量和引发剂用量对接枝率和接枝效率的影响，确定最佳接枝条件为：反应时间2.5h，反应温度80℃，AA与LS的质量比为5/5，引发剂用量为单体用量的1%。在最佳接枝条件下的接枝率和接枝效率分别为24.24%、30.30%。以丙三醇作为增塑剂，将CS与LS-AA共混，得到CLS-AA膜，再将WPU和溶解的HA共混，喷洒在CLS-AA膜表面，制备淀粉/改性木质素基—腐植酸/水性聚氨酯液体地膜（CLS-AA-HWPU膜）。探讨调控了LS-AA浓度对CLS-AA-HWPU膜机械性能、粘度、接触角的影响，对CLS-AA-HWPU膜进行了透光性能、降解性能、抗侵蚀性能、SEM、TG、FTIR和XRD等性能测试和表征。研究结果表明，LS-AA的最佳浓度为0.9%，此时，CLS-AA-HWPU膜的拉伸强度和断裂伸长率为4.14MPa和15.34%，CLS-AA膜的粘度为25mPa·s，接触角值为44.105°。CLS-AA-HWPU膜90d的降解率为64.75%。FTIR表明LS与AA成功接枝。XRD表明LS-AA的晶形结构发生了改变。CLS-AA-HWPU膜具有良好的耐紫外线性、降解性、热稳定性和抗侵蚀性能。经过接枝改性，CLS-AA-HWPU膜的粘度和抗侵蚀性能得到进一步的改善。 液体地膜的粘度和抗侵蚀性能是评价液体地膜的重要因素。从液体地膜的粘度和抗侵蚀性能的角度考虑，本研究调控制备的三种液体地膜中，CLS-AA-HWPU膜的性能最优。
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