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1、2006年10月中国粮油学报Vol.21,No.5第21卷第5期JournaloftheChineseCerealsandOilsAssociationOct.2006一种新型淀粉基全生物降解农膜的特性研究1112王艳丽熊汉国艾艺卢金珍1(华中农业大学食品科技学院,武汉430070)2(武汉生物技术学院第一生物技术系,武汉430415)摘要研究了以玉米淀粉为主要原料,经纳米SiO2改性淀粉制备的一种新型淀粉基全生物降解农膜的微观结构、生物降解性能、力学性能及田艺特性。结果表明:纳米SiO2与淀粉分子间形成了均匀的化学键合作用,大大提高了薄膜
2、的力学性能,其力学性能达到国标GB4456-1996所规定的标准;降解性能为:103天生物分解百分率达到62.36%;土埋20天后,微生物生长达到4级,生物降解性能显著;具有普通聚乙烯薄膜相同的保温保水性能。该研究结果为推广与应用生物降解薄膜、消除“白色污染”提供了实际参考。关键词纳米SiO2生物降解薄膜特性国内农用地膜用量每年超过100万吨,其覆盖制备的全生物降解薄膜的微观结构、生物降解性能、面积在2.1亿亩以上,已经成为我国干旱、半干旱地力学性能及田艺特性。该研究旨在为扩大淀粉用区农作物增产、节水的重要措施。据统计,地膜可使途、促进农业
3、产业化、消除“白色污染”提供实际应用玉米增产15%～30%,棉花、花生、西瓜、烟草、蔬菜参考。等的增产率平均在30%～50%。无公害农产品生产技术的措施之一是采用地膜覆盖,推广地膜下暗灌、1材料与方法滴灌、渗灌,这样不仅可以节约用水,而且还可以降1.1实验材料低菜田温度,减少病虫害发生。然而,地膜覆盖技术全生物降解薄膜:由华中农业大学生物质材料给农业增产增收带来巨大经济效益的同时,普通地研究室提供,规格:1000×0.02mm膜因无法回收再利用,给土壤和环境造成白色污染聚乙烯农膜:市购规格:1000×0.014mm等严重问题。据调查表明,在
4、覆盖5年的表层土壤1.2主要仪器、设备中,每公顷残膜积累量高达120公斤,作物减产15%HitachiS-530扫描电子显微镜～30%,残膜在土壤耕层中的累积将导致土壤失墒,XL-100A型拉力试验机广州试验仪器厂直接影响土壤耕收,破坏土壤结构,使之质量下降,1.3实验方法[1-3]导致作物严重减产,同时造成环境严重污染。与1.3.1膜的制备此同时,另一个应该注意的问题,就是普通地膜的污玉米淀粉+增塑剂+增强剂+交联剂→双螺染不仅影响人类赖以生存的自然环境,同时增加石杆挤出造粒→吹膜→全生物降解淀粉薄膜油资源的消耗。调查表明,目前全球石油储
5、量约有铺膜方式:覆盖;作物:超甜玉米。800亿吨,而全球每年的石油消耗量超过30亿吨,如1.3.2生物降解率的测定[6]此下去,数十年后,高分子塑料工业就面临匮乏的困以纤维素为测定对照物,使试样在受控的堆肥[4-5]境。基于上述两种原因,本课题采用能够完全生化条件下,通过测定其排放的二氧化碳量来确定其物降解的天然高分子淀粉制备全生物降解地膜,研最终需氧生物分解能力和计算生物分解百分率。究了以玉米淀粉为主要原料,经纳米SiO2改性淀粉1.3.3拉伸强度、断裂伸长率的测定及拉伸强度下[7]降率的计算基金项目:863资助项目部分工作内容(2002
6、AA6Z3181)[8]1.3.4微生物生长实验及膜土埋生物降解实验收稿日期:2005-10-09[9]作者简介:王艳丽,女,1982年出生,硕士,食品科学与工程专业1.3.5土壤含水量测定:烘干法通讯作者:熊汉国,男,1964年出生,博士,副教授,生物降解材料1.3.6地温测定82中国粮油学报2006年第5期盖膜后每天上午9时和下午16时测两次膜内温度、膜内土壤温度(指离地表10cm处土壤的温度)及地表的温度。1.3.7玉米苗生长速度的测量株高和根长可用直尺测量出,而根数、叶片数可用观测法数出数值2结果与讨论2.1微观结构特征图3全生物降
7、解膜的二氧化碳释放量图1原淀粉膜的SEM图图4全生物降解膜的生物分解率的生物分解率仍为62.36%。可见该农膜的生物降解是一个复杂的过程。降解初期主要由于淀粉分子被改性剂所包裹,因此微生物作用缓慢,随着微生物的深透与淀粉分子的作用和接触增加,其降解速率加快,直到结构较疏松的淀粉分子降解完全后,再逐步进入结构较紧密的淀粉分子;待淀粉几乎完全降解后,可降解合成高分子材料进一步降解,其降解作图2纳米SiO2改性的SEM图用低于天然高分子淀粉,其降解速率也相应较低。图1～2表明:纳米SiO2与淀粉分子间形成了均有关全生物降解农膜的降解机理尚待进一步
8、研究,匀的化学键合作用和网络结构,从而大大提高了薄如何根据不同地域、不同时期和不同品种的需要,研膜的力学性能。制系列相应农膜还要进行大量的工作。2.2生物降解特性2.2.2微生物
