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  為實(shí)現(xiàn)保溫保墑、高效抑草并提高作物產(chǎn)量，商業(yè)化的低密度聚乙烯（LDPE）地膜被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球塑料地膜年使用量約為400萬(wàn)噸，其中60%以上都在中國(guó)。地膜長(zhǎng)年累月的使用與回收不及時(shí)導(dǎo)致農(nóng)田“白色污染”加劇、土壤結(jié)構(gòu)破壞，對(duì)我國(guó)的耕地質(zhì)量與食品安全構(gòu)成嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。生物降解地膜替代使用被視為解決傳統(tǒng)LDPE地膜污染問(wèn)題的有效方案，但當(dāng)前仍受制于成本高昂、降解周期不可控、性能與作物生長(zhǎng)不匹配等問(wèn)題，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模推廣應(yīng)用。

  江蘇省農(nóng)科院農(nóng)用新材料團(tuán)隊(duì)徐磊副研究員攜手南京林業(yè)大學(xué)婁志超副教授，創(chuàng)新性地提出一種協(xié)同提升現(xiàn)有聚己二酸/對(duì)苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）基生物降解地膜力學(xué)、抗紫外老化和水汽阻隔性能的新方法。該方法以低成本的小麥秸稈為原料，利用碳酸鈣粉與小麥秸稈共研磨過(guò)程中提供的強(qiáng)剪切力及熱、動(dòng)能，實(shí)現(xiàn)小麥秸稈顆粒尺寸大幅度降低，同時(shí)為其表面賦予了極強(qiáng)的活性。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)優(yōu)化小麥秸稈-PBAT共擠-吹膜工藝，即可基于秸稈粉與生物降解聚酯之間的π-π相互作用，在PBAT聚酯周圍形成兼具力學(xué)增強(qiáng)與紫外、水汽屏蔽效果的小麥秸稈“屏蔽層”，從而協(xié)同提高生物降解地膜的紫外耐受、力學(xué)與水汽阻隔性能。研究發(fā)現(xiàn)，少量共球磨獲得的超細(xì)秸稈粉并不會(huì)在膜內(nèi)形成重大缺陷，但卻可以基于自身與聚酯基體的相互作用阻礙分子鏈遷移，從而改善薄膜的力學(xué)性能。10%小麥秸稈的引入增強(qiáng)了膜表面疏水性，并增大曲折因子，從而阻礙水分子的溶解和擴(kuò)散，提高水汽阻隔性能；但當(dāng)添加量增大至30%時(shí)，盡管增強(qiáng)的表面疏水性可降低水分子在膜表面的溶解速率，曲折因子卻因缺陷的產(chǎn)生而降低，從而導(dǎo)致水分子擴(kuò)散加劇。此外，研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)秸稈中的木質(zhì)素組分也為其良好的紫外屏蔽和耐候性能提供了條件。試驗(yàn)表明，秸稈復(fù)合生物降解地膜的紫外屏蔽率（UVA）可達(dá)89.1%以上，遠(yuǎn)高于原始PBAT膜的22.6%；同時(shí)可將滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T-35795）下地膜在紫外輻照條件下縱向力學(xué)性能的保持時(shí)長(zhǎng)由57.1 h延長(zhǎng)至65.8-80.9h；橫向力學(xué)性能保持時(shí)長(zhǎng)則由78.2 h延長(zhǎng)至85.2-96.6 h，制造成本卻降低了8.14%-20.96%。該技術(shù)為后續(xù)圍繞種植場(chǎng)景需求“量身定制”、為作物生產(chǎn)“量體裁衣”提供了重要支撐。

圖2 秸稈復(fù)合生物降解粒子與膜

  文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894723027092