改性氧化淀粉复合碱木素制备液体地膜的研究_戴玮兵.pdf

第4 8卷 第3期2 0 2 3年6月 广西大学学报(自然科学版)J o u r n a l o fG u a n g x iU n i v e r s i t y(N a t u r a lS c i e n c eE d i t i o n)V o l.4 8N o.3J u n.2 0 2 3 收稿日期:2 0 2 3-0 1-2 0;修订日期:2 0 2 3-0 4-2 8 基金资助:国家自然科学基金项目(5 1 7 7 2 0 5 5)通讯作者:崔学民(1 9 7 1),男,山东利津人,广西大学研究员,博士生导师,博士;E-m a i l:c u i x mg x u.e d u.c n。引文格式:戴玮兵,王涛,谈建立,等.改性氧化淀粉复合碱木素制备液体地膜的研究J.广西大学学报(自然科学版),2 0 2 3,4 8(3):7 2 9-7 4 2.D O I:1 0.1 3 6 2 4/j.c n k i.i s s n.1 0 0 1-7 4 4 5.2 0 2 3.0 7 2 9改性氧化淀粉复合碱木素制备液体地膜的研究戴玮兵1,3,王涛1,3,谈建立1,3,贺艳1,3,张庆年2,崔学民1,3*(1.广西大学 化学与化工学院,广西 南宁5 3 0 0 0 4;2.崇左南方水泥有限公司,广西 崇左5 3 2 2 0 0;3.广西石化资源加工与过程强化重点实验室,广西 南宁5 3 0 0 0 4)摘要:为了改善现有塑料地膜难降解、危害作物的现状,采用氧化淀粉、碱性木质素、丙三醇、戊二醛与疏水蜡乳液制备一种液体地膜(l i q u i dm u l c h,LM)。通过正交实验,使用综合分析法选出最佳液体地膜配方(最佳液体地膜命名为LM1),通过X R D、F T-I R、S EM及喷枪喷涂、培养皿保湿、土壤温度、人工紫外老化、降解性和植物发芽率实验,表征LM1的物化结构与实际性能。结果表明,当氧化淀粉用量1 0g,碱性木质素用量0.2 5g,戊二醛用量1.5g,丙三醇用量6g,蜡乳液用量2g制备的液体地膜最佳,其中的氧化淀粉和碱性木质素在戊二醛作用下醚化交联生成了致密光滑的薄膜。LM1在施工时易喷涂,具有一定的保墒保温性,抗紫外性良好,且可降解、能促进作物发芽生长。关键词:碱性木质素;氧化淀粉;液体地膜;复合改性中图分类号:TQ4 3 2 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 1-7 4 4 5(2 0 2 3)0 3-0 7 2 9-1 4S t u d yo nt h ep r e p a r a t i o no f l i q u i df i l mb ym o d i f i e do x i d i z e ds t a r c hc o m p o u n d e dw i t ha l k a l i n e l i g n i nD A IW e i b i n g1,3,WAN GT a o1,3,T ANJ i a n l i1,3,HEY a n1,3,Z HAN GQ i n g n i a n2,C U IX u e m i n1,3*(1.S c h o o l o fC h e m i s t r ya n dC h e m i c a lE n g i n e e r i n g,G u a n g x iU n i v e r s i t y,N a n n i n g5 3 0 0 0 4,C h i n a;2.C h o n g z u oS o u t h e r nC e m e n tC o.,L t d.,C h o n g z u o5 3 2 2 0 0,C h i n a;3.G u a n g x iK e yL a bo fP e t r o c h e m i c a lR e s o u r c eP r o c e s s i n ga n dP r o c e s s I n t e n s i f i c a t i o nT e c h n o l o g y,N a n n i n g5 3 0 0 0 4,C h i n a)A b s t r a c t:I no r d e rt oi m p r o v et h ee x i s t i n gp l a s t i cm u l c hw h i c hi sd i f f i c u l tt od e g r a d ea n dh a r m f u l t oc r o p s,al i q u i d m u l c h(LM)w a sp r e p a r e db yo x i d i z e ds t a r c h,a l k a l i n el i g n i n,p r o p a n e t r i o l,g l u t a r a l d e h y d ea n dh y d r o p h o b i cw a xe m u l s i o n.T h eb e s t l i q u i dm u l c h(n a m e dLM1)f o r m u l a t i o nw a ss e l e c t e db yo r t h o g o n a le x p e r i m e n t sw i t ht h ew a yo fc o m p r e h e n s i v ea n a l y s i s.T h e p h y s i c a la n d c h e m i c a ls t r u c t u r e a n d p r a c t i c a l p r o p e r t i e s o f LM1w e r ec h a r a c t e r i z e db y X R D,F T-I R,S EM,g u ns p r a y i n g,p e t r id i s h m o i s t u r er e t e n t i o n,s o i l广西大学学报(自然科学版)第4 8卷t e m p e r a t u r e,a r t i f i c i a l UV a g e i n g,d e g r a d a b i l i t ya n d p l a n tg e r m i n a t i o nr a t et e s t s.T h er e s u l t ss h o w e dt h a t t h eb e s t l i q u i d f i l mw a sp r e p a r e dw i t h1 0go f o x i d i z e ds t a r c h,0.2 5go fa l k a l i n e l i g n i n,1.5go fg l u t a r a l d e h y d e,6go fp r o p a n e t r i o la n d2go fw a xe m u l s i o n,i nw h i c h t h e o x i d i z e d s t a r c h a n d a l k a l i n e l i g n i n w e r e e t h e r i f i e d a n d c r o s s-l i n k e d b yg l u t a r a l d e h y d et o p r o d u c ed e n s ea n ds m o o t hf i l m.LM1,w h i c hi se a s yt os p r a y w h e na p p l i e d,h a ss o m ea b i l i t y o f m o i s t u r er e t e n t i o n a n di n s u l a t i o n,g o o d UV r e s i s t a n c e,b i o d e g r a d a b i l i t ya n dt h ec a p a c i t yt op r o m o t ec r o pg e r m i n a t i o na n dg r o w t h.K e yw o r d s:a l k a l i n e l i g n i n;o x i d i z e ds t a r c h;l i q u i dm u l c h;c o m p o s i t em o d i f i c a t i o n0 引言地膜作为一种能使农作物增产增收的农业技术,自2 0世纪7 0年代末引入我国以来,获得大面积的推广。但传统地膜一般为石油高分子产物,在自然条件下极难降解,而且还会随着时间的推移在土壤中聚集,形成隔离带,危害作物的正常发育,进而影响农作物的产量1,因此科研工作者们开始寻找可降解的天然产物来制备这一必要的生产工具。淀粉作为一种来源广、可生物降解的可再生资源颇受研究者青睐,但纯粹使用淀粉制备所得的膜的力学性能差、耐水性不足阻碍了其广泛的应用2。木质素作为一种生物质原料,具有来源广、储备丰的优势,每年从制浆和生物炼制工业中产出的工业木质素高达51 08t,但其主要用作廉价的燃料燃烧使用,既不能充分、有效地利用资源,同时也造成了一定的环境污染3。本研究从淀粉膜性能缺陷出发,选用黏度低、力学性能强的氧化淀粉4-5,同时引入既具备紫外屏蔽特性又有一定疏水性的碱性木质素作为改性材料6,制备出一种性能良好、环保绿色的液体地膜(LM),既解决液体地膜在工作中容易因黏度堵孔的问题7,为我国农业事业的进步出一份力。1 材料与方法1.1 原料与试剂戊二醛(质量分数为5 0%水溶液)(上海阿拉丁生化科技股份有限公司),丙三醇(国药集团化学试剂有限公司),高锰酸钾(成都市科龙化工试剂厂),均为分析纯;氧化淀粉(上海仟味食品科技有限公司);碱性木质素(酷尔化学科技(北京)有限公司);蜡乳液T w a x 7 0 1 2(南京天诗新材料科技有限公司);四季小香葱种子(寿光欣欣然园艺有限公司);实验土壤(过2目粗筛)(广西大学化学化工学院周边菜地)。1.2 设备与仪器集热式磁力搅拌器(D F 1 0 1 A、D F 1 0 1 T 1 5型,深圳市鼎鑫宜实验设备有限公司);真空干燥箱(D Z F 6 0 2 0型,上海浦东荣丰科学仪器有限公司);聚合物流变仪系统(MC R3 0 1P h y s i c a型,安东帕(上海)商贸有限公司);电热鼓风干燥箱(D G X 9 0 5 3 B C 1型,上海福玛实验设备有限公司);拉力试验机(HD B 6 0 2型桌上型,海达国际仪器有限公司);气体压缩机(EWS 0 6型,浙江永源机电制造有限公司);紫外光老化试验机(E 0 4 9 0 1 P V型,上海泊睿科学仪器有限公司);土壤检测仪(L Y 2 0型,广招联赢电子有限公司);水泥(砼)恒温恒湿标准养护箱(H B Y 4 0 B型,上海康路仪器设备有限公司);自动化采集系统(J MB V 1 1 1 6型,长沙金码测控科技股份有限公司);X射线衍射光谱仪(M i n i F l e x 6 0 0型,日本岛津股份有限公司);傅里叶变换红外光谱仪(I R T R A C E R 1 0 0型,日本岛津股份有限公司);场发射扫描电镜(H i t a c h iS U 8 2 2 0型,日本日立股份有限公司)。037第3期戴玮兵,等:改性氧化淀粉复合碱木素制备液体地膜的研究1.3 方法1.3.1 液体地膜制备流程液体地膜制备流程如图1所示。图1 液体地膜制备流程F i g.1 L i q u i dm u l c hp r e p a r a t i o np r o c e s s 首先,将1 0.0 0g氧化淀粉和一定量的碱性木质素加入到烧杯中,添加去离子水以至总质量达到2 0 0.0 0g,于9 0水浴加热下搅拌3 0m i n;随后加入一定量的戊二醛,9 0水浴搅拌3 0m i n;然后加入一定量的丙三醇,继续9 0水浴搅拌3 0m i n;取出烧杯,放于室温水浴中,搅拌1 0m i n冷却;最后加入一定量的蜡乳液,室温高速搅拌3 0m i n;真空脱气(0.0 9MP a)5m i n,液体地膜制备完成。1.3.2 正交实验设计本文在先前预实验的基础上,采用正交设计来规划实验8。结合文献,考虑到碱性木质素的添加会影响复合膜的力学性能与阻隔性能9,选取碱性木质素为A因素,用量为0.2 51.2 5g;考虑到戊二醛的添加会影响复合膜的交联程度从而影响膜的力学性能与耐水性1 0,选择戊二醛为B因素,用量为0.3 01.5 0g;考虑到丙三醇的添加会影响复合膜的拉伸强度与断裂伸长率1 1,选择丙三醇为C因素,用量为2.0 06.0 0g;考虑到蜡乳液T w a s 7 0 1 2的添加会影响液体地膜的黏度与耐水性,选择蜡乳液为D因素,用量为1.0 05.0 0g。从目前淀粉基材料的性能出发,采用综合评分法,以拉伸强度、断裂伸长率与水溶性3项指标为基础,经统一趋势、合理数量级及分配权重后得到综合评分指标IC.A.,其计算公式如下:IC.A.=TS5.7 3 6 0+Eb0.3+2 0 2 1.4 5 7 5SW,(1)式中:IC.A.为综合评分指标;TS为拉伸强度,MP a;Eb为断裂伸长率,%;SW为水溶失重率。IC.A.越高,表明越符合期望。采用L2 5(56)表进行正交实验,优选出最佳的制备配比,因素水平如表1所示。137广西大学学报(自然科学版)第4 8卷表1 因素水平T a b.1 F a c t o r sa n d l e v e l s水平质量/g因素A因素B因素C因素D10.2 50.3 02.0 01.0 020.5 00.6 03.0 02.0 030.7 50.9 04.0 03.0 041.0 01.2 05.0 04.0 051.2 51.5 06.0 05.0 01.3.3 力学性能检测液体地膜制备完成后,将其倒入聚四氟乙烯模具中,室温放置4 8h后脱模。参考 塑料 拉伸性能的测定 第3部分:薄膜和薄片的试验条件(G B/T1 0 4 0.32 0 0 6)1 2,将样品裁剪成为宽度1 02 5mm的条状膜片,于4 0烘箱中烘烤2h后,以5 0mm/m i n的速度在拉力机上进行单轴拉伸1 3,每组至少3次,计算获得拉伸强度与断裂伸长率公式1 4分别为TS=FmWT,(2)式中:Fm为试样的最大拉伸应力,N;W为试样的宽度,mm;T为试样的厚度,mm。Eb=1 0 0(Lb-L0)L0,(3)式中:Lb为出现断裂时的试样长度,mm;L0为初始的试样长度,mm。1.3.4 水溶性在液体地膜脱模后,将其裁剪为2c m2c m的正方形膜片,于烘箱中1 0 0烘干2 4h至恒重,称量;然后浸泡于去离子水中2 4h,取出再1 0 0 烘干2 4h至恒重,称量1 5。计算失重率,以代表水溶性,计算公式为SW=m0-m1m01 0 0%,(4)式中:m0为初始干燥样品的质量,g;m1为水浸泡后干燥样品的质量,g。1.3.5 黏度液体地膜制备完后,将其倒入同轴圆筒中刻度线处,使用流变仪,在恒定速率(1 0 0s-1)、恒定温度(2 4.92 5.1)下使用配套软件测试其黏度,每1 2s取一个数据点,待数据趋势稳定后取第一点为黏度值。经过正交分析筛选出最优配方制备液体地膜LM1后,进行下一步的检测。1.3.6 喷枪喷涂实验液体地膜LM1制备完后,将其装入手持喷枪喷壶中(F 7 5型,喷嘴直径2.5mm,杭州中杰工具有限公司),在工作气压为0.3MP a下水平直射,观察其喷射情况与测量喷射距离1 6。1.3.7 F T-I R粉末状样品:取干燥样品与适量K B r混合研磨并压片。测试时先采集背景,后采集样品的红外光谱,扫描3 2次,测试波数范围为4 0 040 0 0c m-1。薄膜状样品:在干燥的环境中,将红外附件置于光谱仪的光路中,扫描空气背景,后将块体/薄膜样品表面紧贴于红外附件的晶体面上,采集样品的红外光谱,扫描次数为3 2次,测试波数范围为4 0 040 0 0c m-1。237第3期戴玮兵,等:改性氧化淀粉复合碱木素制备液体地膜的研究1.3.8 X R D粉末状样品:将干燥样品充分研磨,装入仪器配套载玻片中,仪器扫描范围为5 8 0,步长0.0 2,扫描速率1 0()/m i n。薄膜状样品:将干燥样品夹持固定放入样品台中,仪器扫描范围为5 8 0,步长0.0 2,扫描速率1 0()/m i n。1.3.9 S EM将干燥样品固定到样品盘中,喷金后使用扫描电镜在5k V的加速电压下,对物品表面进行成像。1.3.1 0 降解性实验将成型好的液体地膜LM1裁剪为2c m2c m的膜片,埋入土壤(温度2 0,相对湿度7 7%,p H6.0)中,轻微压实,后放入养护箱(温度1 92 1,相对湿度9 5%1 0 0%)中存放至规定龄期。于第0、9、1 9d取出,尽量去除附着的土壤,拍照。1.3.1 1 植物发芽率实验在长、宽、高分为2 9、2 1、1 4c m的蔬菜种植盆里装入适量土壤。将经过预处理的四季小香葱种子(1 0 0粒),均匀地洒在土壤上,覆盖厚度为1c m左右的过2 0目筛的干细土,使用喷枪均匀喷洒1 0 0m L去离子水,再分别均匀喷洒7 5m L的去离子水、液体地膜LM1,记为第0d1 5。于室外放置3d后,喷洒适量且等量的质量分数为0.0 7%的高锰酸钾溶液用于杀虫除菌持续7d,后续只适当喷洒自来水补充水分,并且从第4天起放入养护箱(温度1 92 1,相对湿度9 5%1 0 0%)中。于第0、3、9、1 5d拍照并记录发芽率,计算公式为GR=GS01 0 0%,(5)式中:GR为种子发芽率;G为发芽的植株数;S0播撒的种子数。1.3.1 2 人工紫外老化实验参考 塑料 实验室光源暴露试验方法 第3部分:荧光紫外灯(G B/T1 6 4 2 2.32 0 2 2)1 7,将液体地膜LM1的浇模样品裁成4c m4c m的膜片,将其放入紫外光老化试验机中,使用灯管类型为UVA3 4 0,光照阶段的辐照度为0.7 6W/m2,黑板温度为6 0,持续8h;冷凝阶段的黑板温度为5 0,持续4h,以上为一个循环,共测试1 0 0h。1.3.1 3 培养皿保湿实验先将过2 0目筛的土壤在1 0 0下烘干2 4h,再取直径为9 0mm的培养皿,每个培养皿中放入铺平的6 0g左右的土壤与喷洒3 0m L的去离子水,再分别加入1 0m L的去离子水、液体地膜LM1(加去离子水稀释成0.2g/m L)于土壤表面。加完后,盖上玻璃板1 2h让水浸透土壤且让LM1成型,放入4 0烘箱中2 4h,每小时称量一次质量1 5。保湿性由每小时的培养皿水分残留率来表示,计算公式为Rx=1-m0-mxm0-m2 41 0 0%,(6)式中:Rx为第x小时的培养皿水分残留率;m0为第0小时的培养皿称重质量,g;mx为第x小时的培养皿称重质量,g;m2 4为第2 4h的培养皿称重质量,g。1.3.1 4 土壤温度实验将长、宽、高分为1 9、1 3、7c m的塑料盒中铺满土壤,将自动化采集系统的测温探头埋于土壤下5c m的深度,喷洒完2 0 0m L的去离子水后再分别喷洒4 0m L的去离子水、液体地膜LM1。放于室内环境,2 4h后开始检测记录温度,每8h测量一次,共检测7 2h1 8-1 9。337广西大学学报(自然科学版)第4 8卷2 结果分析与讨论2.1 正交实验结果正交实验设计见表2,所得到相应组别的力学性能、水溶性、黏度及综合评分指标正交实验结果等见表3。表2 正交实验设计T a b.2 O r t h o g o n a l e x p e r i m e n t a l d e s i g n组别碱性木质素质量/g戊二醛质量/g丙三醇质量/g蜡乳液质量/g11.2 50.6 06.0 05.0 020.5 00.3 04.0 05.0 030.7 50.6 02.0 02.0 040.2 51.2 05.0 05.0 050.5 00.9 06.0 01.0 060.5 01.5 03.0 02.0 071.2 51.5 04.0 04.0 080.5 01.2 02.0 04.0 091.0 00.6 04.0 01.0 01 01.2 50.3 05.0 02.0 01 10.5 00.6 05.0 03.0 01 20.2 50.9 04.0 02.0 01 30.2 50.3 02.0 01.0 01 40.7 50.9 03.0 05.0 01 51.0 01.2 06.0 02.0 01 60.2 51.5 06.0 03.0 01 71.0 00.3 03.0 03.0 01 80.2 50.6 03.0 04.0 01 90.7 51.5 05.0 01.0 02 00.7 51.2 04.0 03.0 02 11.0 01.5 02.0 05.0 02 21.2 51.2 03.0 01.0 02 31.0 00.9 05.0 04.0 02 41.2 50.9 02.0 03.0 02 50.7 50.3 06.0 04.0 0表3 正交实验结果T a b.3 O r t h o g o n a l e x p e r i m e n t a l r e s u l t s组别拉伸强度/MP a断裂伸长率/%水溶性/%黏度/(P as)IC.A.10.8 91 6 4.4 12 6.9 50.3 01 2 9.4 522.2 63 3.1 01 8.6 70.3 31 3 1.2 533.5 58.4 72 3.8 30.1 51 0 7.8 241.8 31 1 8.4 71 8.1 10.3 31 5 7.6 550.6 02 3 7.7 22 5.9 90.1 41 5 2.5 368.2 93 4.1 72 3.1 70.1 81 4 5.1 272.9 93 2.6 22 7.6 40.2 31 0 0.1 182.0 16.5 31 9.6 00.2 31 1 6.6 1437第3期戴玮兵,等:改性氧化淀粉复合碱木素制备液体地膜的研究续表组别拉伸强度/MP a断裂伸长率/%水溶性/%黏度/(P as)IC.A.91.5 21 6.1 32 8.5 10.1 58 4.5 31 01.0 79 2.6 42 9.4 80.2 11 0 2.4 61 11.2 34 9.4 62 1.6 50.2 31 1 5.2 81 21.7 94 8.6 91 9.8 90.1 91 2 6.5 61 32.7 79.7 72 0.8 30.1 31 1 5.8 31 43.7 11 0.4 32 3.2 10.3 11 1 1.5 51 50.5 51 5 2.3 93 0.1 40.1 81 1 5.9 71 60.6 51 4 1.1 61 9.8 70.2 41 4 7.7 51 75.1 48.6 22 4.1 50.2 11 1 5.7 81 83.4 98.5 61 7.7 30.3 31 3 6.6 21 90.8 91 4 0.1 42 7.3 90.1 61 2 0.9 32 01.5 03 7.2 42 5.7 20.2 29 8.4 32 12.9 71 1.7 62 3.4 40.2 71 0 6.8 92 24.0 61 1.0 23 0.7 40.1 69 2.2 82 30.9 11 2 0.2 52 5.4 10.2 61 2 0.9 52 43.2 55.1 52 6.8 50.2 19 5.3 92 50.4 68 7.8 52 2.7 90.2 51 1 7.7 6 正交实验的极差分析结果见表4。由此可知各因素R值大小不同,因而影响IC.A.的程度不一样。其中A因素影响最大,其次是C、D因素,B因素影响最小,最优方案为A1B5C5D5,即最佳配方为碱性木质素质量为0.2 5g,戊二醛质量为1.5g,丙三醇质量为6g,蜡乳液质量为5g。表4 极差分析结果T a b.4 R e s u l t so f r a n g ea n a l y s i s实验号碱性木质素质量/g戊二醛质量/g丙三醇质量/g蜡乳液质量/gIC.A.1A5B2C5D51 2 9.4 52A2B1C3D51 3 1.2 53A3B2C1D21 0 7.8 24A1B4C4D51 5 7.6 55A2B3C5D11 5 2.5 36A2B5C2D21 4 5.1 27A5B5C3D41 0 0.1 18A2B4C1D41 1 6.6 19A4B2C3D18 4.5 31 0A5B1C4D21 0 2.4 61 1A2B2C4D31 1 5.2 81 2A1B3C3D21 2 6.5 61 3A1B1C1D11 1 5.8 31 4A3B3C2D51 1 1.5 51 5A4B4C5D21 1 5.9 71 6A1B5C5D31 4 7.7 51 7A4B1C2D31 1 5.7 81 8A1B2C2D41 3 6.6 21 9A3B5C4D11 2 0.9 32 0A3B4C3D39 8.4 3537广西大学学报(自然科学版)第4 8卷续表实验号碱性木质素质量/g戊二醛质量/g丙三醇质量/g蜡乳液质量/gIC.A.2 1A4B5C1D51 0 6.8 92 2A5B4C2D19 2.2 82 3A4B3C4D41 2 0.9 52 4A5B3C1D39 5.3 92 5A3B1C5D41 1 7.7 6K11 3 6.8 81 1 6.6 21 0 8.5 11 1 3.2 2K21 3 2.1 61 1 4.7 41 2 0.2 71 1 9.5 9K31 1 1.3 01 2 1.4 01 0 8.1 81 1 4.5 3K41 0 8.8 21 1 6.1 91 2 3.4 51 1 8.4 1K51 0 3.9 41 2 4.1 61 3 2.6 91 2 7.3 6R3 2.9 49.4 22 4.5 21 4.1 4 正交实验的方差分析结果见表5。由表可知,对于该正交实验,存在2个因素的显著性大于0.2 5,因而将该2列偏差平方和与自由度分别作为实验误差偏差平方和和自由度的一部分,重新进行方差分析。表5 方差分析结果T a b.5 R e s u l t so f v a r i a n c ea n a l y s i s因素偏差平方和自由度均方F值显著性F临界值A44 0 9.5 6411 0 2.3 97.8 1*F0.0 1(4,8)=7.0 1B3 1 6.9 147 9.2 30.5 60.2 5/C21 7 7.2 145 4 4.3 03.8 6*F0.0 5(4,8)=3.8 4D6 1 6.2 541 5 4.0 61.0 90.2 5/误差11 2 8.7 081 4 1.0 9总计86 4 8.6 32 4 该正交实验修正后的方差分析结果见表6。由A因素的F值大于F0.0 1(4,1 6)可知,碱性木质素质量的改变会对IC.A.有很显著的影响;由C因素的F值大于F0.0 5(4,1 6)可知,丙三醇添加量的改变会对IC.A.有显著的影响。表6 修正后的方差分析结果T a b.6 R e v i s e dr e s u l t so f v a r i a n c ea n a l y s i s因素偏差平方和自由度均方差F值显著性F临界值A44 0 9.5 6411 0 2.3 98.5 5*F0.0 1(4,1 6)=4.7 7C21 7 7.2 145 4 4.3 04.2 2*F0.0 5(4,1 6)=3.0 1误差20 6 1.8 71 61 2 8.8 7总计86 4 8.6 32 4 根据文献8,从表5所反映的B、D因素的F值较小的结果出发,可以得出无法以小概率事件在一次试验中一般不应发生为理由而拒绝接受F检验的原假设,从而保留原假设,即戊二醛添加量与蜡乳液添加量对于实验指标IC.A.的影响小,可以合理取值。蜡乳液添加量对于液体地膜黏度(施工性)的影响如图2所示。随着蜡乳液添加量的增加,液体地膜的黏度显著增大。外加蜡乳液售价高,主要成分难降解,再结合正交实验的极差分析结果:对于D因素而言,关于IC.A.的优水平按从大到小排序为D5、D2、D4、D3、D1及优方案为A1B5C5D5,因此综合其上因素,最终合理选择的最优配方为:氧化淀粉质量为1 0g,碱性木质素质量为0.2 5g,戊二醛质量为637第3期戴玮兵,等:改性氧化淀粉复合碱木素制备液体地膜的研究1.5g,丙三醇质量为6g,蜡乳液质量为2g。0123450.1500.1750.2250.2750.3250.2000.2500.300/(Pas)/g图2 蜡乳液添加量对于黏度的影响F i g.2 E f f e c t o fw a xe m u l s i o na d d i t i o no nv i s c o s i t y 制备最优配方的液体地膜,进行相关表征,结果如下:拉伸强度为1.3 1 MP a,断裂伸长率为1 7 7.4 2%,水溶性为2 1.6 7%,其综合评分IC.A.为1 5 4.0 2,与进行正交实验的2 5组最优组的IC.A.相比(第4组为最优组,IC.A.为1 5 7.6 5)相差不大,认为所选取的最优组配方合理,称最优液体地膜为LM1。后续实验的液体地膜都将采取所选取的最优配方制备。2.2 液体地膜LM1的结构表征与扫描电镜分析氧化淀粉和LM1的X R D谱图如图3所示。氧化淀粉在2为1 5.2、1 7.1、1 8.1 和2 3.1 左右呈现出明显的衍射尖峰,为A型结晶2 0,其各衍射峰位置没有发生变化,但各衍射峰都有微小的弥散,说明其晶型结构未发生明显破坏,氧化程度较小2 1。LM1的X R D衍射光谱图整体上呈现弥散状,但在2为1 3.3 和1 9.8 处有强度不大的衍射峰,说明氧化淀粉经糊化2 2后,淀粉分子链间的氢键被水分子破坏,结晶形态被破坏,分子链充分舒展,有利于后续交联反应能够在原结晶区和无定形区发生,在戊二醛作用下交联2 3及甘油塑化作用2 4后,淀粉分子链的运动能力大幅下降,回生重新排列只有极少的VH型结晶生成。010203040 A VHLM12/()图3 氧化淀粉和LM1的X R D谱图F i g.3 X R Ds p e c t r ao fo x i d i z e ds t a r c ha n dLM1 氧化淀粉、碱性木质素与LM1的F T-I R谱图如图4所示。34 0 0c m-1附近是OH的伸缩振动峰,与氧化淀粉的相比LM1的吸上峰宽度变窄、峰值波数减小,这是由于丙三醇作为增塑剂,很容易与淀粉分子形成分子间氢键,破坏淀粉分子内氢键,从而导致谱带发生变化2 4;29 3 0c m-1附近为CH737广西大学学报(自然科学版)第4 8卷伸缩振动峰,相较于氧化淀粉LM1的吸收峰峰强增加,这是因为淀粉、碱性木质素发生了交联反应,其甲基、亚甲基数量有所增加2 3;17 3 5c m-1附近是CO的伸缩振动峰,由图4可知,氧化淀粉并未明显出现该吸收峰,可能是由于羧基、羰基含量较少,氧化淀粉氧化程度不高,与图3的X R D分析结果相印证2 5。16 4 3c m-1附近的吸收峰是由于分子内氢键导致的,相对于氧化淀粉,LM1的峰强减小,是因为交联生成了新的化学键且减少了分子内的氢键2 3。15 9 5c m-1附近为芳香环骨架振动,由图4可以看到LM1相较于氧化淀粉,该峰处的强度有所增加,说明LM1含有木质素2 6;11 5 6c m-1附近是COC的伸缩振动峰,LM1相对于氧化淀粉其峰强度增加,且10 1 5、10 7 5c m-1附近的CO和COH的特征吸收峰,LM1相较于氧化淀粉在CO吸收峰处明显增强,COH吸收峰处相对变小,说明了LM1在制备过程中淀粉、碱性木质素发生了醚化交联反应。此外,10 2 1c m-1处代表仲醇的特征吸收峰,其强弱体现了淀粉内的无定形态含量的多少,相较于氧化淀粉LM1的峰强明显增大,说明LM1的结晶度下降,无定形态增多,与X R D结果相符合2 3,2 7;11 2 7c m-1附近为S型芳环CH伸缩振动峰2 6;9 2 0c m-1附近为糖苷键的伸缩振动峰2 8。LM1的S EM图像如图5所示。LM1表面致密,有小突起散布于地膜上,略有起伏,这可能是浇铸过程或者模具不均匀所导致的,整体上来讲是光滑的2 9。3 5002 5001 5005009201 127LM11 0751 0151 1561 7351 6432 9303 4001 595/cm-1图4 氧化淀粉、碱性木质素与LM1的F T-I R谱图F i g.4 F T-I Rs p e c t r ao fo x i d i z e ds t a r c h,a l k a l i n e l i g n i na n dLM1图5 LM1的S EM图像F i g.5 S EMi m a g eo fLM12.3 液体地膜LM1的喷枪喷涂性、保湿性、保温性满足可喷涂性需要液体地膜在0.3MP a的工作气压下不堵塞喷口且水平直射超过2 0c m,喷枪喷涂性实验结果见表7。本研究所制备的LM1与文献1 6 中所制备的相比较,黏度更小,施工性更好,更能够满足可喷涂性的要求。表7 喷枪喷涂性实验结果T a b.7 R e s u l t so f g u ns p r a y a b i l i t y t e s t样品名黏度/(m P as)可喷涂性来源13 4 2(2 0c m)1 623 6 3(2 0c m)1 634 1 7(2 0c m)1 645 7 6(2 0c m)1 673 2 0(2 0c m)1 6LM11 9 8(2 0c m)自制837第3期戴玮兵,等:改性氧化淀粉复合碱木素制备液体地膜的研究 液体地膜LM1与对照组(水)的保湿性与保温性如图6所示。由图6(a)可知与对照组(水)相比,自放入4 0烘箱4h开始,LM1的保湿效果就开始显现,于81 2h保湿效果体现最为明显,直至2 1h才水分完全丧失,比对照组晚2h,所以可以得出结论,本研究所制备的LM1具有一定的保湿性。由图6(b)可知,与对照组(水)相比,在实验所检测的各个时间点内,LM1所覆盖的土壤5c m深度处的温度始终较高,其中最小温度差为0.1,最大温度差则是达到了0.5,平均温度差则为0.3,说明本研究所制备的LM1具备一定的保温能力。481216202428020406080100 LM1/%/h19/%20/%21/%22/%0.10.00.00.0LM1 0.40.20.10.0 19/%20/%21/%22/%0.10.00.00.00.40.20.10.0LM1(a)培养皿保湿实验结果图08162432404856647221.421.621.822.022.222.422.622.823.0/h/0.10.50.3LM1(b)土壤温度实验结果图图6 液体地膜LM1与对照组(水)的保湿性与保温性F i g.6 M o i s t u r er e t e n t i o na n d i n s u l a t i o no f l i q u i dm u l c hLM1a n dt h ec o n t r o l(w a t e r)2.4 液体地膜LM1的人工紫外老化实验结果、降解性及植物发芽率考虑到液体地膜使用环境,参考国家标准G B/T1 6 4 2 2.32 0 2 2对LM1进行1 0 0h的人工紫外老化实验。LM1人工紫外老化前、后样品如图7所示。样品于实验后颜色变淡但并无开裂、起泡、剥落的紫外老化情况,说明LM1对于