一种能够缓释养分的竹基农用纸地膜及其制备方法

本发明涉及农业地膜，更具体地，涉及一种能够缓释养分的竹基全生物降解农用纸地膜；本发明同时还涉及该种农用纸地膜的制备方法。

背景技术：

1、地膜的使用能够防止杂草生长，实现土壤增温、保墒，改良作物生长环境，提高土壤养分的利用率，以及在一定程度上具有抗虫、防病等作用。传统的地膜以不可降解的烯烃类材质为主要原材料制作而成，废弃后被碎片化地分散在农田中，这会造成土壤结构恶化，阻碍植株根系生长，影响土壤中水分运移，并对农作物食品安全构成威胁。为此，以植物纤维为原料的农用纸地膜受到人们的广泛关注。

2、目前纸地膜的纤维来源主要包括木材和秸秆。例如中国专利数据库中公开号为cn112411257a，名称为“一种利用桉木废片材浆生产可降解地膜纸的方法”的发明专利申请中记载的一种以桉木纤维为主要原材料制备得到的纸地膜，它由高浓度的桉木纤维浆料经打浆、上网成型、压榨、干燥、卷取、复卷等工序制备得到。又如公开号为cn116607350a，名称为“一种可降解纸地膜及其制备方法”的发明专利申请中记载的以青麻杆纤维为原材料制备得到的可降解纸地膜，它包括900-1200份的麻杆、2-5份的染料、1-4份的松土精、7-15份的玉米面粉，该纸地膜具有透光性好、保温性强、抗拉强度和撕裂强度高的优点，可防止杂草生长，100天左右即可完成自然降解，降解后还可为土壤提供一定的肥效。又如公开号为cn102613040a，名称为“大豆秸秆纤维地膜”的发明专利申请中记载的一种纸地膜，它由大豆秸秆纤维和木质纤维混合料，以及湿强剂、松香、矾土、施胶剂羧甲基纤维素钠、活性炭组成等型功能助剂组成的原料制备得到。但是，木材纤维的价格昂贵，以其为主要原材料制造纸地膜的成本较高；秸秆纤维则存在纤维素含量较低、纤维强度较差的问题，以其为主要原材料制造的纸地膜的强度相对较低；混合木材纤维与秸秆纤维制备的手段亦未能较好地改善这些问题。

3、竹材作为一种可降解天然材料，具有生长速度快、性能优异、固碳能力强等优点，作为“以竹代塑”的主角已广泛应用在诸多领域。它在农用纸地膜方面的应用如公开号为cn112442922a，名称为“一种利用竹浆生产可降解地膜纸的方法”的发明专利申请中记载的一种竹纤维浆为原材料制备得到的纸地膜，它由100％竹纤维浆经打浆、上网成型、压榨、干燥、卷取、复卷等工序制备得到。又如公开号为cn105028070a，名称为“一种竹纤维和废蚕丝非织造布农用地膜”中记载的一种纸地膜，它将竹纤维和废蚕丝纤维混合后，再喷洒复合粘合剂，并使用氢氧化钠水溶液进行脱硫，最后经漂白、软化、烘干等工序制备得到，该种纸地膜可在1个月后实现60％降解，3个月后可实现100％降解。

4、以竹纤维为主要原材料制备纸地膜具有制造成本相对较低、纸地膜强度相对较高的优点。然而，在实际生产中，通常使用酸碱溶液等增强竹纤维之间的交联作用以使制备得到的纸地膜的整体强度满足耕作的要求，而酸碱溶液往往会带来生产与降解过程的环境污染。与此同时，现有技术中的纸地膜只有在使用周期结束后才能降解以向土壤提供养分，这与植株的养分需求时间并未完全吻合，并且缺乏持续性的养分缓释作用。

技术实现思路

1、本案的技术目的在于至少克服上述一种技术问题，并提供了一种能够缓释养分的竹基农用纸地膜。

2、在本案的第一个方面，提供了一种能够缓释养分的竹基农用纸地膜，包括竹基纸张和贯穿所述能够缓释养分的竹基农用纸地膜的贯穿孔，所述竹基纸张的表面具有纸页涂层，所述竹基纸张由下至上依次包括底层纸、养分缓释层、表层纸层，所述底层纸和所述表层纸层是乳酸菌改性竹纤维经纸页成型后制备得到，所述纸页涂层是由包括壳聚糖与角蛋白的纸页涂层涂料形成的涂层。

3、首先，本案借由乳酸菌改性竹纤维，使用生物法成浆以实现软化竹纤维成纸、部分脱除木质素的目的，最后经纸页成型制备得到底层纸和表层纸，从而本案的能够缓释养分的竹基农用纸地膜(以下简称该种纸地膜)能够在相对较短的时间内实现降解还田，避免剩余物质污染农田土壤；在生产与降解过程中均不会产生对环境造成污染的物质；特别是乳酸菌改性的竹纤维(浆料)未经过化学处理，所以纤维保存较好，交织力较大，制得的底层纸、表层纸均具有更好的力学强度。

4、其次，本案借由底层纸和表层纸中间设置养分缓释层，从而在一个方面，三层结构能够提高该种纸地膜的力学强度，特别是耐破指数等；同时在另一个方面，中间的养分缓释层能够在该种纸地膜使用、降解过程中逐渐并持续地向土壤中释放养分以供幼株的生长，克服了现有技术的可降解纸地膜只能在使用周期结束后才能通过降解向土壤提供养分的不足。

5、最后，本案借由在竹基纸张表面涂布壳聚糖与角蛋白的纸页涂层涂料形成的纸页涂层，以改善该种纸地膜的延展性、抗穿刺性及物理力学性能，并在一定程度上获得抗病、防虫、杀菌的功能。

6、在一些实施方式中，所述竹基纸张的厚度为0.2-0.8mm，所述表层纸与所述底层纸的厚度比为1:(1-5)，所述养分缓释层的厚度为所述竹基纸张总厚度的5-10％。

7、在上述技术方案中，通过限定所述表层纸与所述底层纸的厚度比、以及所述养分缓释层的厚度的厚度比，能够在保证该种纸地膜具有较为优异的力学性能的同时，又保证废弃还田后能够快速降解。

8、在一些实施方式中，所述纸页涂层与所述竹基纸张的厚度比为1:(200-600)。

9、在一些实施方式中，该种能够缓释养分的竹基全生物降解农用纸地膜具有以下力学性能：纵向撕裂指数为12-30mn·m2/g，耐破指数为5.5-10.2kpa·m2/g，抗张指数为37-48n·m/g，降解周期为30-60天。

10、在本案的第二个方面，提供了一种适用于制备能够缓释养分的竹基农用纸地膜的方法，它包括材料准备的工序、纸页成型的工序、以及纸页涂层的工序；材料准备的工序中不分先后顺序地包括制备改性竹纤维浆料的工序、制备缓释材料的工序和制备纸页涂层涂料的工序；

11、所述改性竹纤维浆料的工序是利用乳酸菌厌氧发酵竹纤维后获得改性的竹纤维，再经磨浆获得磨浆后的竹纤维；

12、所述纸页成型的工序是利用磨浆后的竹纤维经打浆、脱水成型、压榨处理获得湿纸坯，取一张湿纸坯做底，在其表面喷涂缓释材料以形成养分缓释层，在养分缓释层上复合另一张湿纸坯做表，再经过压榨处理、干燥后得到竹基纸张。

13、在一些实施方式中，做底的湿纸坯的厚度大于做表的湿纸坯的厚度。

14、在一些实施方式中，在所述改性竹纤维浆料的工序中，加入的乳酸菌的质量是竹纤维干质量的1-2％。

15、在一些实施方式中，在所述改性竹纤维浆料的工序中，乳酸菌与竹纤维的混合物的含水率为50-70％，发酵温度为60-70℃，厌氧发酵时间为9-11天。

16、在一些实施方式中，所述制备缓释材料的工序中是混合矿物载体和尿素颗粒作为缓释材料基材，再向缓释材料基材中加入淀粉、羧甲基纤维素钠、脲醛树脂混合复配成缓释材料；其中，矿物载体与尿素颗粒的质量比例为100:(20-30)，缓释材料基材、淀粉、羧甲基纤维素钠、脲醛树脂的干质量比为100:(20-30):(5-10):(1-5)。

17、在一些实施方式中，所述制备纸页涂层涂料的工序是将浓度为10-20g/l的木质素溶液缓慢加入到浓度为20-30g/l的壳聚糖溶液中混合得到木质素-壳聚糖溶液，调节此ph值至3.0-3.5后，缓慢向木质素-壳聚糖溶液中添加浓度为5-10g/l的角蛋白溶液混合得到纸页涂层涂料；其中，壳聚糖、木质素、角蛋白的干物质质量比为100:(25-40):(5-20)。

18、综上所述，与现有技术相比，本案的有益效果是：

19、1、本案的该种纸地膜能够在相对较短的时间内实现降解还田，避免剩余物质污染农田土壤；在生产与降解过程中均不会产生对环境造成污染的物质；具有更好的延展性、抗穿刺性及力学强度，并在一定程度上获得抗病、防虫、杀菌的功能；能够在使用、降解过程中逐渐并持续地向土壤中释放养分以供幼株的生长。

20、2、本案的该种纸地膜的制备方法将软化、研磨后的竹纤维经蒸煮、乳酸菌厌氧发酵、磨浆得磨浆后的改性竹纤维，再经打浆、上网成型、缓释材料喷涂、压榨、干燥后得中间含缓释养分的竹基纸张，最后经表面涂层处理后得到抗穿刺、延展性提升、防虫和抗病的缓释养分的竹基全生物降解农用纸地膜，不使用化学药剂改性竹纤维，从而生产过程不会对环境造成污染，且制备工艺简单，实现了竹材资源的循环利用，弥补了现有以竹材为原料制作纸地膜的短板，易于推广利用。