廢棄生物質(zhì)華麗轉(zhuǎn)身：可降解農(nóng)膜制備與工藝優(yōu)化探究一、引言1.1研究背景與意義農(nóng)膜作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的材料，自20世紀(jì)70年代末80年代初被引入中國后，得到了廣泛應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球塑料地膜年使用量約為400萬噸，其中60%以上都在中國。農(nóng)膜能夠有效保持土壤濕度，在干旱地區(qū)，使用農(nóng)膜可使土壤水分蒸發(fā)減少30%-50%，為農(nóng)作物生長提供更穩(wěn)定的水分環(huán)境；還能抑制雜草生長，減少雜草與農(nóng)作物爭奪養(yǎng)分和陽光，降低除草成本；同時(shí)，對(duì)病蟲害也有一定的阻隔作用，降低病蟲害發(fā)生率，從而顯著增加農(nóng)作物產(chǎn)量，一般可使農(nóng)作物增產(chǎn)20%-50%，對(duì)保障糧食安全起到了重要作用。然而，傳統(tǒng)農(nóng)膜多以聚乙烯等不可降解的高分子聚合物為原料，在自然環(huán)境中極難降解，其降解周期通常長達(dá)200年以上。隨著農(nóng)膜使用量的逐年增加以及回收不及時(shí)，大量的農(nóng)膜殘留在土壤中，對(duì)生態(tài)環(huán)境和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展造成了嚴(yán)重威脅。從土壤環(huán)境角度來看，殘膜會(huì)改變或切斷土壤孔隙連續(xù)性，致使重力水移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生較大的阻力，水分滲透量因農(nóng)膜殘留量增加而減少，土壤含水量下降，削弱耕地抗旱能力，甚至?xí)?dǎo)致水難下滲，引起土壤次生鹽堿化。有研究表明，當(dāng)土壤中殘膜含量達(dá)到3%時(shí)，土壤含水量會(huì)降低10%-15%。同時(shí)，普通農(nóng)膜殘留于土壤中難以分解，會(huì)影響土壤透氣性，阻礙土壤水肥轉(zhuǎn)運(yùn)，影響土壤微生物活動(dòng)和正常土壤結(jié)構(gòu)形成，最終降低土壤肥力水平，影響作物生長發(fā)育，導(dǎo)致作物減產(chǎn)。農(nóng)田殘膜的機(jī)械阻隔作用還會(huì)導(dǎo)致作物出苗困難和幼苗成活率降低，據(jù)調(diào)查，殘膜污染嚴(yán)重的農(nóng)田，作物出苗率可降低10%-30%。在農(nóng)村環(huán)境方面，由于殘膜回收的局限性，加上處理不徹底，部分清理出的殘膜棄于田邊、地頭，大風(fēng)刮過后，殘膜被吹至房前屋后、田間樹梢，造成嚴(yán)重的“視覺污染”，破壞了農(nóng)村的自然景觀。此外，殘膜與農(nóng)作物秸稈、飼草混在一起，被牛羊等食草動(dòng)物誤食后，會(huì)阻隔食道，影響消化吸收，嚴(yán)重時(shí)可能造成牲畜窒息性死亡，給畜牧業(yè)也帶來了潛在風(fēng)險(xiǎn)。面對(duì)傳統(tǒng)農(nóng)膜帶來的諸多問題，可降解農(nóng)膜成為了解決農(nóng)膜污染問題的關(guān)鍵?？山到廪r(nóng)膜主要由生物基材料或含有特定添加劑的聚乙烯等材料制成，能夠在自然條件下（如土壤中）被微生物分解成二氧化碳、水和生物質(zhì)等無害物質(zhì)，減少了對(duì)環(huán)境的影響。利用廢棄生物質(zhì)制備可降解農(nóng)膜，更是具有多重積極意義。從環(huán)保角度，它有效減少了塑料廢棄物對(duì)環(huán)境的污染，降低了“白色污染”的危害，有助于改善土壤環(huán)境，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展；在資源利用方面，廢棄生物質(zhì)如農(nóng)作物殘?jiān)?、秸稈等，原本多被焚燒或隨意丟棄，不僅浪費(fèi)資源還污染環(huán)境，將其轉(zhuǎn)化為可降解農(nóng)膜，實(shí)現(xiàn)了廢棄物的資源化利用，提高了資源利用效率；對(duì)于農(nóng)業(yè)發(fā)展而言，可降解農(nóng)膜在完成保護(hù)作物的任務(wù)后能夠自然降解，無需人工回收，節(jié)省了人力和物力成本，還能避免殘膜對(duì)土壤和作物的危害，保障農(nóng)作物的健康生長，提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，推動(dòng)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展。綜上所述，利用廢棄生物質(zhì)制備可降解農(nóng)膜的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和廣闊的應(yīng)用前景。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國外研究進(jìn)展國外對(duì)于利用廢棄生物質(zhì)制備可降解農(nóng)膜的研究起步較早，在基礎(chǔ)理論和應(yīng)用技術(shù)方面都取得了諸多成果。美國南達(dá)科他州立大學(xué)的研究人員在廢棄生物質(zhì)制備可降解薄膜方面取得了一定突破，他們在農(nóng)業(yè)部撥款支持下，利用農(nóng)作物殘?jiān)ㄈ缬衩?、大豆、小麥和燕麥秸稈）和天然牧草（柳枝稷和草原索草）制造出一種透明的、可生物降解的薄膜。研究人員先從這些原料中提取纖維素并溶解，制成了堅(jiān)固的可降解薄膜。前期研究已能將玉米秸稈的纖維素提取物制備成可降解薄膜，但因木質(zhì)素存在薄膜呈灰色，現(xiàn)階段通過去除木質(zhì)素獲得了純白色纖維素材料，還開發(fā)了提取漿狀纖維素混合物（由玉米秸稈制成）的工藝，目前正將提取工藝應(yīng)用于其他農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品和本地牧草，不過由于原料成分不同，需針對(duì)每種類型原料調(diào)整纖維素餾分工藝。在歐洲，許多國家致力于從木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)中提取有效成分制備可降解農(nóng)膜。例如，一些研究團(tuán)隊(duì)從木材、秸稈等木質(zhì)纖維素原料中提取纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，通過化學(xué)改性和復(fù)合技術(shù)，制備出性能優(yōu)良的可降解農(nóng)膜。這些農(nóng)膜不僅具有良好的生物降解性，還在一定程度上具備較好的力學(xué)性能和阻隔性能，能夠滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的部分需求。部分研究聚焦于利用微生物發(fā)酵廢棄生物質(zhì)生產(chǎn)可降解聚合物，進(jìn)而制備農(nóng)膜。如利用微生物將廢棄的糖類、淀粉類生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為聚羥基脂肪酸酯（PHA）等可降解聚合物，PHA具有優(yōu)異的生物降解性和生物相容性，是制備可降解農(nóng)膜的理想材料。通過優(yōu)化發(fā)酵條件和菌種選育，提高了PHA的產(chǎn)量和質(zhì)量，降低了生產(chǎn)成本。1.2.2國內(nèi)研究進(jìn)展國內(nèi)在利用廢棄生物質(zhì)制備可降解農(nóng)膜方面也開展了大量研究工作，取得了一系列具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的成果。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所設(shè)施栽培課題組副研究員閆妍博士及其團(tuán)隊(duì)研發(fā)出PBAT/PLA腐殖酸生物降解地膜，為日光溫室番茄種植提供了新選擇。這種地膜在保障降解速度快、滿足番茄生長需求的基礎(chǔ)上，覆蓋初期具有理想的水熱保持與調(diào)節(jié)性能。與覆蓋PE地膜和PBAT/PLA木質(zhì)素生物降解地膜相比，能顯著提高土壤電導(dǎo)率和有機(jī)質(zhì)含量，增加土壤真菌毛殼菌屬的相對(duì)豐度，更有利于作物生長，且覆蓋此地膜的番茄在產(chǎn)量、可溶性固形物、維生素C、可溶性糖和番茄紅素等指標(biāo)上相較于覆蓋PE地膜的番茄有顯著提高，總酸和硬度則顯著降低，在種植結(jié)束時(shí)已達(dá)到2級(jí)降解。南京林業(yè)大學(xué)與相關(guān)團(tuán)隊(duì)合作，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)為其表面賦予極強(qiáng)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，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”，協(xié)同提高了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)秸稈粉不會(huì)在膜內(nèi)形成重大缺陷，卻可基于自身與聚酯基體的相互作用阻礙分子鏈遷移，改善薄膜力學(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，阻礙水分子的溶解和擴(kuò)散，提高水汽阻隔性能；秸稈中的木質(zhì)素組分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%；可將滿足國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T-35795）下地膜在紫外輻照條件縱向力學(xué)性能的保持時(shí)長由57.1h延長至65.8-80.9h；橫向力學(xué)性能保持時(shí)長則由78.2h延長至85.2-96.6h，制造成本卻降低了8.14%-20.96%。陜西科技大學(xué)李成濤副教授團(tuán)隊(duì)經(jīng)過近10年技術(shù)研發(fā)與攻關(guān)，成功研制出降解速度可控型全生物降解地膜。該地膜在農(nóng)作物采收后可實(shí)現(xiàn)自然條件下完全生物降解，根據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要，產(chǎn)品分為白色和黑色兩種，白色地膜可實(shí)現(xiàn)保溫保濕保墑，黑色地膜在保溫保濕保墑基礎(chǔ)上，還能夠抑制雜草生長；團(tuán)隊(duì)在地膜中添加生物基全生物降解材料——植物纖維素，既調(diào)節(jié)了生物降解地膜的生物降解速度，又提高了植物源纖維素的綜合利用價(jià)值，實(shí)現(xiàn)農(nóng)林廢棄物的高值資源化利用。1.2.3研究中存在的問題與不足盡管國內(nèi)外在利用廢棄生物質(zhì)制備可降解農(nóng)膜方面取得了不少成果，但目前的研究仍存在一些亟待解決的問題。從原料角度來看，雖然廢棄生物質(zhì)來源廣泛，但不同來源的廢棄生物質(zhì)成分差異較大，導(dǎo)致提取有效成分和加工利用的難度增加。例如，不同農(nóng)作物秸稈的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素含量各不相同，這使得在提取纖維素等用于制備農(nóng)膜的關(guān)鍵成分時(shí)，難以采用統(tǒng)一的工藝，需要針對(duì)不同原料開發(fā)特定的預(yù)處理和提取方法，增加了生產(chǎn)成本和工藝復(fù)雜性。同時(shí)，一些廢棄生物質(zhì)中可能含有雜質(zhì)、重金屬等有害物質(zhì)，在制備可降解農(nóng)膜過程中若處理不當(dāng)，會(huì)影響農(nóng)膜的質(zhì)量和安全性，也可能對(duì)土壤和農(nóng)作物造成潛在危害。在制備工藝方面，現(xiàn)有的制備工藝大多較為復(fù)雜，需要消耗大量的能源和化學(xué)試劑。例如，一些從木質(zhì)纖維素中提取纖維素的工藝，需要經(jīng)過多步化學(xué)處理，不僅產(chǎn)生大量廢水、廢氣，對(duì)環(huán)境造成污染，還增加了生產(chǎn)成本，使得可降解農(nóng)膜的價(jià)格難以與傳統(tǒng)農(nóng)膜競爭。而且，目前的制備工藝在控制農(nóng)膜的性能方面還存在一定困難，如難以精確控制農(nóng)膜的降解速度，使其與農(nóng)作物的生長周期完美匹配。降解速度過快，可能導(dǎo)致農(nóng)膜在農(nóng)作物生長關(guān)鍵時(shí)期失去保護(hù)作用；降解速度過慢，則無法有效解決農(nóng)膜殘留污染問題。從農(nóng)膜性能上分析，雖然部分可降解農(nóng)膜在某些性能上取得了進(jìn)展，但綜合性能仍有待提高。一些可降解農(nóng)膜的力學(xué)性能較差，在使用過程中容易破裂、撕裂，無法滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中對(duì)農(nóng)膜強(qiáng)度的要求，影響其使用壽命和保護(hù)效果。在阻隔性能方面，部分可降解農(nóng)膜對(duì)水分、氧氣等的阻隔性能不如傳統(tǒng)農(nóng)膜，不能很好地保持土壤水分和抑制土壤中氧氣與外界的交換，從而影響農(nóng)作物的生長環(huán)境。此外，可降解農(nóng)膜在不同環(huán)境條件下的性能穩(wěn)定性也是一個(gè)問題，例如在高溫、高濕或低溫等極端環(huán)境下，其降解性能和力學(xué)性能可能會(huì)發(fā)生較大變化，導(dǎo)致無法正常使用。在經(jīng)濟(jì)可行性方面，目前利用廢棄生物質(zhì)制備可降解農(nóng)膜的成本普遍較高。除了原料處理和制備工藝復(fù)雜導(dǎo)致成本增加外，廢棄生物質(zhì)的收集、運(yùn)輸和儲(chǔ)存成本也不容忽視。由于廢棄生物質(zhì)分布分散，收集難度大，運(yùn)輸和儲(chǔ)存過程中還需要考慮防止其變質(zhì)、腐爛等問題，這些都增加了可降解農(nóng)膜的生產(chǎn)成本，使得其在市場上缺乏價(jià)格競爭力，難以大規(guī)模推廣應(yīng)用。同時(shí)，可降解農(nóng)膜的生產(chǎn)規(guī)模相對(duì)較小，尚未形成規(guī)模效應(yīng)，進(jìn)一步限制了成本的降低。1.3研究目標(biāo)與內(nèi)容1.3.1研究目標(biāo)本研究旨在利用廢棄生物質(zhì)制備出性能優(yōu)良、成本低廉且符合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求的可降解農(nóng)膜，并通過工藝優(yōu)化，提高農(nóng)膜的綜合性能，降低生產(chǎn)成本，推動(dòng)可降解農(nóng)膜的大規(guī)模應(yīng)用。具體目標(biāo)如下：一是成功開發(fā)出一種以廢棄生物質(zhì)為主要原料的可降解農(nóng)膜制備工藝，確保該工藝在技術(shù)上可行，能夠穩(wěn)定生產(chǎn)出符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的農(nóng)膜產(chǎn)品；二是制備出的可降解農(nóng)膜在力學(xué)性能、阻隔性能、降解性能等方面達(dá)到或接近傳統(tǒng)農(nóng)膜水平，能夠滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中對(duì)農(nóng)膜的強(qiáng)度、保水性、透氣性以及在農(nóng)作物生長周期內(nèi)保持穩(wěn)定性能的要求；三是通過對(duì)制備工藝的優(yōu)化，降低可降解農(nóng)膜的生產(chǎn)成本，使其在價(jià)格上具備與傳統(tǒng)農(nóng)膜競爭的優(yōu)勢，提高市場競爭力，促進(jìn)可降解農(nóng)膜的廣泛推廣應(yīng)用；四是對(duì)可降解農(nóng)膜在實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用效果進(jìn)行評(píng)估，為其大規(guī)模應(yīng)用提供實(shí)踐依據(jù)和技術(shù)支持，推動(dòng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向綠色、可持續(xù)方向發(fā)展。1.3.2研究內(nèi)容本研究內(nèi)容涵蓋廢棄生物質(zhì)原料選擇與預(yù)處理、可降解農(nóng)膜制備工藝探索、農(nóng)膜性能測試與表征以及制備工藝優(yōu)化與成本分析四個(gè)關(guān)鍵方面。在廢棄生物質(zhì)原料選擇與預(yù)處理上，廣泛調(diào)研本地常見廢棄生物質(zhì)資源，如玉米秸稈、小麥秸稈、稻殼、甘蔗渣等，分析其化學(xué)成分、纖維結(jié)構(gòu)和含量等特性，基于分析結(jié)果篩選出適合制備可降解農(nóng)膜的廢棄生物質(zhì)原料。針對(duì)選定的原料，開展不同預(yù)處理方法研究，如物理粉碎、化學(xué)脫木質(zhì)素、酶解等，明確各預(yù)處理方法對(duì)原料結(jié)構(gòu)和性能的影響，確定最佳預(yù)處理工藝，為后續(xù)制備工藝提供優(yōu)質(zhì)原料。在廢棄生物質(zhì)原料選擇與預(yù)處理上，廣泛調(diào)研本地常見廢棄生物質(zhì)資源，如玉米秸稈、小麥秸稈、稻殼、甘蔗渣等，分析其化學(xué)成分、纖維結(jié)構(gòu)和含量等特性，基于分析結(jié)果篩選出適合制備可降解農(nóng)膜的廢棄生物質(zhì)原料。針對(duì)選定的原料，開展不同預(yù)處理方法研究，如物理粉碎、化學(xué)脫木質(zhì)素、酶解等，明確各預(yù)處理方法對(duì)原料結(jié)構(gòu)和性能的影響，確定最佳預(yù)處理工藝，為后續(xù)制備工藝提供優(yōu)質(zhì)原料。在可降解農(nóng)膜制備工藝探索上，以預(yù)處理后的廢棄生物質(zhì)為主要原料，結(jié)合聚乳酸（PLA）、聚己二酸-對(duì)苯二甲酸丁二酯（PBAT）等可降解聚合物，采用溶液澆鑄、熔融共混、擠出吹塑等方法，探索不同制備工藝對(duì)農(nóng)膜性能的影響。研究廢棄生物質(zhì)與可降解聚合物的最佳配比，確定增強(qiáng)農(nóng)膜力學(xué)性能和降解性能的添加劑種類及添加量，如增塑劑、成核劑、抗氧化劑等。通過實(shí)驗(yàn)優(yōu)化，確定制備可降解農(nóng)膜的最佳工藝參數(shù)，如溫度、壓力、時(shí)間等，制備出一系列不同配方和工藝條件的可降解農(nóng)膜樣品。在農(nóng)膜性能測試與表征上，對(duì)制備的可降解農(nóng)膜樣品進(jìn)行全面性能測試與表征。在力學(xué)性能方面，測試?yán)鞆?qiáng)度、斷裂伸長率、撕裂強(qiáng)度等指標(biāo)，評(píng)估農(nóng)膜在使用過程中的抗破損能力；阻隔性能方面，測定水汽透過率、氧氣透過率等，了解農(nóng)膜對(duì)水分和氧氣的阻隔效果，以判斷其對(duì)土壤環(huán)境的保護(hù)能力；降解性能方面，采用土壤掩埋法、微生物降解法等模擬自然環(huán)境，監(jiān)測農(nóng)膜的降解速率和降解程度，確保其在農(nóng)作物生長周期結(jié)束后能有效降解；光學(xué)性能方面，測量透光率、霧度等，分析農(nóng)膜對(duì)光照的透過和散射情況，以評(píng)估其對(duì)農(nóng)作物光合作用的影響；熱性能方面，通過熱重分析（TGA）、差示掃描量熱分析（DSC）等技術(shù)，研究農(nóng)膜的熱穩(wěn)定性和熔融行為，為加工工藝提供參考。在制備工藝優(yōu)化與成本分析上，基于性能測試結(jié)果，運(yùn)用響應(yīng)面分析法、正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)等優(yōu)化方法，對(duì)制備工藝參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，建立工藝參數(shù)與農(nóng)膜性能之間的數(shù)學(xué)模型，通過模型預(yù)測和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，確定最佳工藝組合，提高農(nóng)膜綜合性能。從原料成本、能耗、設(shè)備折舊、人工成本等方面，對(duì)可降解農(nóng)膜的生產(chǎn)成本進(jìn)行詳細(xì)分析，找出成本控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過優(yōu)化原料采購渠道、改進(jìn)生產(chǎn)工藝、提高設(shè)備利用率等措施，降低生產(chǎn)成本，提高可降解農(nóng)膜的經(jīng)濟(jì)效益，增強(qiáng)其市場競爭力。1.4研究方法與技術(shù)路線本研究采用多種研究方法相結(jié)合，以確保研究的科學(xué)性、系統(tǒng)性和全面性，為實(shí)現(xiàn)利用廢棄生物質(zhì)制備高性能可降解農(nóng)膜的目標(biāo)提供有力支持。實(shí)驗(yàn)研究法是本研究的核心方法之一。在廢棄生物質(zhì)原料選擇與預(yù)處理階段，通過大量實(shí)驗(yàn)對(duì)本地常見廢棄生物質(zhì)資源進(jìn)行篩選和預(yù)處理工藝探索。針對(duì)不同的廢棄生物質(zhì)原料，如玉米秸稈、小麥秸稈等，分別采用物理粉碎、化學(xué)脫木質(zhì)素、酶解等多種預(yù)處理方法，通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)分析不同預(yù)處理方法對(duì)原料結(jié)構(gòu)和性能的影響，確定最佳預(yù)處理工藝。在可降解農(nóng)膜制備工藝探索階段，設(shè)計(jì)多組實(shí)驗(yàn)，以預(yù)處理后的廢棄生物質(zhì)為主要原料，結(jié)合不同的可降解聚合物和添加劑，采用溶液澆鑄、熔融共混、擠出吹塑等制備方法，改變制備工藝參數(shù)，如溫度、壓力、時(shí)間等，制備出一系列不同配方和工藝條件的可降解農(nóng)膜樣品。對(duì)這些樣品進(jìn)行性能測試，分析不同制備工藝和配方對(duì)農(nóng)膜性能的影響，從而確定最佳的制備工藝參數(shù)和配方。在農(nóng)膜性能測試與表征階段，運(yùn)用專業(yè)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器，對(duì)制備的可降解農(nóng)膜樣品進(jìn)行全面性能測試，包括力學(xué)性能、阻隔性能、降解性能、光學(xué)性能和熱性能等測試，獲取準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為后續(xù)研究提供依據(jù)。在制備工藝優(yōu)化與成本分析階段，基于性能測試結(jié)果，通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證優(yōu)化后的制備工藝，確保其可靠性和穩(wěn)定性，并對(duì)優(yōu)化前后的生產(chǎn)成本進(jìn)行對(duì)比分析。文獻(xiàn)調(diào)研法為研究提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)參考。通過廣泛查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料，包括學(xué)術(shù)期刊論文、學(xué)位論文、專利文獻(xiàn)、研究報(bào)告等，全面了解利用廢棄生物質(zhì)制備可降解農(nóng)膜的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢、相關(guān)理論和技術(shù)方法。對(duì)國內(nèi)外已有的研究成果進(jìn)行梳理和總結(jié)，分析其成功經(jīng)驗(yàn)和存在的問題，為本研究提供思路和借鑒。跟蹤該領(lǐng)域的最新研究動(dòng)態(tài)，及時(shí)了解新技術(shù)、新方法的發(fā)展情況，以便在研究中加以應(yīng)用和創(chuàng)新。通過文獻(xiàn)調(diào)研，還可以獲取相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，確保研究符合行業(yè)要求和標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)據(jù)分析法則是對(duì)實(shí)驗(yàn)研究和文獻(xiàn)調(diào)研所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析。在性能測試數(shù)據(jù)處理方面，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)測試數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，計(jì)算平均值、標(biāo)準(zhǔn)差等統(tǒng)計(jì)參數(shù)，評(píng)估數(shù)據(jù)的可靠性和穩(wěn)定性。通過數(shù)據(jù)對(duì)比分析，找出不同制備工藝、配方和添加劑對(duì)農(nóng)膜性能的影響規(guī)律，為工藝優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持。利用數(shù)據(jù)擬合和建模技術(shù)，建立工藝參數(shù)與農(nóng)膜性能之間的數(shù)學(xué)模型，通過模型預(yù)測和優(yōu)化，確定最佳工藝組合。在成本分析數(shù)據(jù)處理中，運(yùn)用成本核算方法對(duì)可降解農(nóng)膜的生產(chǎn)成本進(jìn)行詳細(xì)分析，通過成本效益分析，評(píng)估研究成果的經(jīng)濟(jì)可行性，為研究成果的推廣應(yīng)用提供經(jīng)濟(jì)依據(jù)。本研究的技術(shù)路線從廢棄生物質(zhì)原料出發(fā)，經(jīng)過一系列關(guān)鍵步驟最終制備出可降解農(nóng)膜并對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用評(píng)估。首先進(jìn)行廢棄生物質(zhì)原料選擇與預(yù)處理，通過調(diào)研本地廢棄生物質(zhì)資源，選擇合適的原料，如玉米秸稈、小麥秸稈等，并對(duì)其進(jìn)行物理粉碎、化學(xué)脫木質(zhì)素、酶解等預(yù)處理，以改善原料性能。接著進(jìn)行可降解農(nóng)膜制備，將預(yù)處理后的廢棄生物質(zhì)與可降解聚合物（如PLA、PBAT等）及添加劑（增塑劑、成核劑等）混合，采用溶液澆鑄、熔融共混、擠出吹塑等方法制備可降解農(nóng)膜。然后對(duì)制備的農(nóng)膜進(jìn)行性能測試與表征，全面測試其力學(xué)性能、阻隔性能、降解性能等，并根據(jù)測試結(jié)果運(yùn)用響應(yīng)面分析法、正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)等方法對(duì)制備工藝進(jìn)行優(yōu)化。在工藝優(yōu)化過程中，建立工藝參數(shù)與農(nóng)膜性能的數(shù)學(xué)模型，通過模型預(yù)測和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證確定最佳工藝組合。同時(shí)進(jìn)行成本分析，從原料、能耗、設(shè)備折舊等方面分析成本，找出成本控制關(guān)鍵環(huán)節(jié)并采取措施降低成本。最后將優(yōu)化后的可降解農(nóng)膜進(jìn)行田間試驗(yàn)，評(píng)估其在實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用效果，為大規(guī)模應(yīng)用提供實(shí)踐依據(jù)。整個(gè)技術(shù)路線各環(huán)節(jié)緊密相連，相互支撐，確保研究目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)。二、廢棄生物質(zhì)與可降解農(nóng)膜概述2.1廢棄生物質(zhì)資源2.1.1常見廢棄生物質(zhì)種類常見的廢棄生物質(zhì)種類繁多，來源廣泛，在利用廢棄生物質(zhì)制備可降解農(nóng)膜的研究中，玉米秸稈、小麥秸稈、稻草等農(nóng)作物秸稈以及甘蔗渣、棉籽殼等農(nóng)業(yè)加工廢棄物是重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象。玉米秸稈作為玉米收獲后的剩余物，在我國北方玉米主產(chǎn)區(qū)產(chǎn)量巨大。僅在黑龍江、吉林、遼寧和內(nèi)蒙古東部地區(qū)，每年玉米秸稈產(chǎn)量就高達(dá)數(shù)億噸。玉米秸稈富含纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，其中纖維素含量約為35%-45%，半纖維素含量約為20%-30%，木質(zhì)素含量約為15%-25%。這些成分賦予了玉米秸稈良好的纖維結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能，為制備可降解農(nóng)膜提供了天然的原料基礎(chǔ)。然而，玉米秸稈的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)也存在一些不利于制備農(nóng)膜的因素。其木質(zhì)素含量較高，會(huì)影響纖維素的提取和利用效率，增加預(yù)處理難度；而且秸稈中可能含有蠟質(zhì)、果膠等雜質(zhì)，需要通過有效的預(yù)處理方法去除，以提高原料的純度和反應(yīng)活性。小麥秸稈同樣是一種重要的廢棄生物質(zhì)資源，在我國華北、華東等小麥主產(chǎn)區(qū)廣泛分布。我國每年小麥秸稈產(chǎn)量可達(dá)數(shù)億噸。小麥秸稈的纖維素含量約為30%-40%，半纖維素含量約為25%-35%，木質(zhì)素含量約為10%-20%。與玉米秸稈相比，小麥秸稈的纖維相對(duì)較細(xì)，柔韌性較好，這使得其在制備可降解農(nóng)膜時(shí)，可能更有利于形成均勻的膜結(jié)構(gòu)，提高農(nóng)膜的柔韌性和拉伸性能。但小麥秸稈也存在一些問題，如硅含量較高，在預(yù)處理過程中需要特殊處理，以避免硅對(duì)制備工藝和農(nóng)膜性能產(chǎn)生不良影響。稻草是水稻種植的副產(chǎn)品，在我國南方水稻產(chǎn)區(qū)大量產(chǎn)出。稻草中纖維素含量約為30%-35%，半纖維素含量約為20%-25%，木質(zhì)素含量約為15%-20%。稻草還含有一定量的二氧化硅，含量可達(dá)10%-15%。二氧化硅的存在使得稻草具有一定的硬度和耐磨性，在制備可降解農(nóng)膜時(shí)，可能有助于提高農(nóng)膜的耐磨性和阻隔性能。然而，較高的二氧化硅含量也會(huì)增加稻草的處理難度，在預(yù)處理過程中需要采用合適的方法去除或降低二氧化硅含量，以保證后續(xù)制備工藝的順利進(jìn)行。甘蔗渣是甘蔗制糖過程中的主要廢棄物，我國作為甘蔗生產(chǎn)大國，每年產(chǎn)生大量甘蔗渣。甘蔗渣富含纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，其中纖維素含量約為40%-50%，半纖維素含量約為25%-35%，木質(zhì)素含量約為15%-25%。甘蔗渣還含有少量的糖分、蛋白質(zhì)和灰分等。甘蔗渣的纖維結(jié)構(gòu)較為疏松，比表面積較大，有利于在制備可降解農(nóng)膜過程中與其他成分充分混合，提高復(fù)合材料的性能。但甘蔗渣中殘留的糖分可能會(huì)引起微生物滋生，影響農(nóng)膜的儲(chǔ)存穩(wěn)定性，在使用前需要進(jìn)行脫糖處理。棉籽殼是棉花加工的副產(chǎn)品，我國是棉花生產(chǎn)和消費(fèi)大國，棉籽殼產(chǎn)量可觀。棉籽殼中纖維素含量約為35%-45%，半纖維素含量約為20%-30%，木質(zhì)素含量約為20%-30%。棉籽殼還含有一定量的棉酚等物質(zhì)，棉酚具有一定的毒性，在用于制備可降解農(nóng)膜時(shí)，需要通過適當(dāng)?shù)奶幚矸椒ㄈコ薹?，以確保農(nóng)膜的安全性和生物相容性。同時(shí)，棉籽殼的顆粒較大，需要進(jìn)行粉碎等預(yù)處理，以滿足制備工藝的要求。2.1.2廢棄生物質(zhì)資源利用現(xiàn)狀廢棄生物質(zhì)資源利用在多個(gè)領(lǐng)域已取得一定進(jìn)展，傳統(tǒng)領(lǐng)域主要集中在能源、飼料和肥料等方面。在能源領(lǐng)域，生物質(zhì)能作為一種可再生低碳能源備受關(guān)注，廢棄生物質(zhì)通過不同技術(shù)可轉(zhuǎn)化為多種能源形式。生物質(zhì)固體燃料方面，農(nóng)村廢棄物經(jīng)處理制成生物質(zhì)顆粒燃料，廣泛用于取暖、發(fā)電和工業(yè)鍋爐等，實(shí)現(xiàn)了廢棄生物質(zhì)的能源化利用，減少了對(duì)化石能源的依賴。生物質(zhì)液化技術(shù)將農(nóng)林廢棄物轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)液體燃料，如生物乙醇、生物柴油等，其燃燒產(chǎn)生的二氧化碳排放量較低，符合低碳經(jīng)濟(jì)要求，在交通運(yùn)輸領(lǐng)域有廣闊應(yīng)用前景。生物質(zhì)氣化技術(shù)把農(nóng)林廢棄物轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)氣體燃料，可替代天然氣和柴油用于城市燃?xì)夤?yīng)和交通運(yùn)輸，有效提高了廢棄生物質(zhì)的能源利用效率。在飼料領(lǐng)域，農(nóng)作物秸稈中含有一定量的粗纖維、粗灰分、蛋白質(zhì)、維生素和礦質(zhì)元素等，能被牛羊等反芻動(dòng)物利用。若將全部秸稈的60%-65%用作飼料，可滿足我國農(nóng)區(qū)、半農(nóng)半牧區(qū)馬牛羊粗飼料需要量的88%，既促進(jìn)了農(nóng)牧結(jié)合，又避免了人畜爭糧矛盾，減少了環(huán)境污染，提高了生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益。畜禽糞便如雞糞、豬糞等也具有作為飼料原料的潛力。雞糞中含有灑落的雞飼料、質(zhì)屑、羽毛、未消化飼料和未吸收營養(yǎng)成分，每千克雞糞干物質(zhì)中粗蛋白含量較高，還含有多種微量元素和維生素，其中粗蛋白組成中一半以上是非蛋白氮，能被反芻家畜利用。豬糞質(zhì)地較細(xì)，營養(yǎng)成分復(fù)雜，含豐富蛋白質(zhì)、脂類、有機(jī)酸、纖維素等，豬尿中的非蛋白氮也能被反芻動(dòng)物利用。但畜禽糞便作為飼料存在衛(wèi)生安全問題，在存放過程中易滋生大量有害微生物，降低營養(yǎng)價(jià)值并傳播疾病，因此需經(jīng)過適當(dāng)處理，如青貯處理等，以殺滅病原體，確保安全。在肥料領(lǐng)域，廢棄生物質(zhì)可通過堆肥等方式轉(zhuǎn)化為有機(jī)肥料。將農(nóng)作物秸稈、畜禽糞便等混合進(jìn)行堆肥處理，在微生物作用下，這些廢棄生物質(zhì)逐漸分解腐熟，形成富含腐殖質(zhì)、氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素的有機(jī)肥料。這種有機(jī)肥料施入土壤后，能改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤肥力，提高土壤保水保肥能力，促進(jìn)農(nóng)作物生長，減少化學(xué)肥料的使用量，降低農(nóng)業(yè)面源污染。在可降解材料領(lǐng)域，利用廢棄生物質(zhì)制備可降解材料成為研究熱點(diǎn)，尤其是可降解農(nóng)膜。美國南達(dá)科他州立大學(xué)研究人員利用農(nóng)作物殘?jiān)吞烊荒敛萏崛±w維素制成可生物降解薄膜。國內(nèi)也有諸多成果，如常州大學(xué)“秸出膜范”雙創(chuàng)團(tuán)隊(duì)用秸稈生產(chǎn)出可降解農(nóng)膜，其具有價(jià)格便宜、結(jié)實(shí)、可降解等特點(diǎn)，使用完后可直接在地里降解，還能成為有機(jī)肥。南京林業(yè)大學(xué)以小麥秸稈為原料，通過共研磨和共擠-吹膜工藝，制備出具有良好紫外耐受、力學(xué)與水汽阻隔性能的秸稈復(fù)合生物降解地膜。然而，目前廢棄生物質(zhì)在可降解農(nóng)膜制備中仍面臨一些挑戰(zhàn)。原料方面，不同來源廢棄生物質(zhì)成分差異大，導(dǎo)致提取有效成分和加工利用難度增加，且部分可能含雜質(zhì)、重金屬等有害物質(zhì)，影響農(nóng)膜質(zhì)量和安全性。制備工藝上，現(xiàn)有工藝復(fù)雜，能耗高，化學(xué)試劑使用量大，污染環(huán)境且成本高，同時(shí)難以精確控制農(nóng)膜性能，如降解速度與農(nóng)作物生長周期匹配困難。此外，可降解農(nóng)膜綜合性能有待提高，力學(xué)性能、阻隔性能和性能穩(wěn)定性等方面與傳統(tǒng)農(nóng)膜存在差距，且生產(chǎn)成本較高，限制了其大規(guī)模推廣應(yīng)用。2.2可降解農(nóng)膜的重要性2.2.1傳統(tǒng)農(nóng)膜的弊端傳統(tǒng)農(nóng)膜主要以聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）等不可降解的高分子聚合物為原料，這些材料在自然環(huán)境中難以降解，對(duì)生態(tài)環(huán)境和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展造成了諸多嚴(yán)重弊端。從土壤環(huán)境角度來看，傳統(tǒng)農(nóng)膜在土壤中殘留后，會(huì)對(duì)土壤結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生顯著的負(fù)面影響。由于其難以分解，會(huì)在土壤中形成大量的塑料碎片，改變或切斷土壤孔隙連續(xù)性，致使重力水移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生較大的阻力，水分滲透量因農(nóng)膜殘留量增加而減少。有研究表明，當(dāng)土壤中殘膜含量達(dá)到一定程度時(shí)，土壤含水量會(huì)明顯下降，削弱耕地抗旱能力，甚至可能導(dǎo)致水難下滲，進(jìn)而引起土壤次生鹽堿化。殘膜還會(huì)影響土壤透氣性，阻礙土壤水肥轉(zhuǎn)運(yùn)，不利于土壤微生物活動(dòng)和正常土壤結(jié)構(gòu)形成，最終降低土壤肥力水平。例如，在長期使用傳統(tǒng)農(nóng)膜的農(nóng)田中，土壤中的有益微生物數(shù)量會(huì)減少，土壤酶活性降低，影響土壤中養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化和釋放，從而影響作物生長發(fā)育，導(dǎo)致作物減產(chǎn)。農(nóng)田殘膜的機(jī)械阻隔作用還會(huì)導(dǎo)致作物出苗困難和幼苗成活率降低，據(jù)調(diào)查，殘膜污染嚴(yán)重的農(nóng)田，作物出苗率可降低10%-30%。在農(nóng)村環(huán)境方面，由于傳統(tǒng)農(nóng)膜回收難度大，部分清理出的殘膜棄于田邊、地頭，大風(fēng)刮過后，殘膜被吹至房前屋后、田間樹梢，造成嚴(yán)重的“視覺污染”，破壞了農(nóng)村的自然景觀。這種“視覺污染”不僅影響了農(nóng)村的美觀，還對(duì)人們的心理和視覺感受造成了不良影響。而且，殘膜與農(nóng)作物秸稈、飼草混在一起，被牛羊等食草動(dòng)物誤食后，會(huì)阻隔食道，影響消化吸收，嚴(yán)重時(shí)可能造成牲畜窒息性死亡，給畜牧業(yè)帶來了潛在風(fēng)險(xiǎn)。傳統(tǒng)農(nóng)膜在生產(chǎn)過程中也存在能源消耗大、環(huán)境污染問題。其生產(chǎn)原料主要來源于石油等不可再生資源，隨著農(nóng)膜使用量的增加，對(duì)石油資源的需求也不斷增大，加劇了資源短缺問題。生產(chǎn)過程中還會(huì)排放大量的溫室氣體和污染物，對(duì)大氣環(huán)境造成污染，不利于環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展。2.2.2可降解農(nóng)膜對(duì)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的作用可降解農(nóng)膜作為傳統(tǒng)農(nóng)膜的理想替代品，在農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，為解決傳統(tǒng)農(nóng)膜帶來的環(huán)境問題和推動(dòng)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展提供了有效途徑。可降解農(nóng)膜最顯著的作用是減少了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的“白色污染”。其主要由生物基材料或含有特定添加劑的可降解聚合物制成，在自然條件下，如土壤中微生物的作用下，能夠分解成二氧化碳、水和生物質(zhì)等無害物質(zhì)，避免了傳統(tǒng)農(nóng)膜在土壤中長期殘留造成的污染。以聚乳酸（PLA）、聚己二酸-對(duì)苯二甲酸丁二酯（PBAT）等為原料制成的可降解農(nóng)膜，在土壤中經(jīng)過一定時(shí)間后，可逐漸降解，不會(huì)像傳統(tǒng)農(nóng)膜那樣在土壤中形成塑料碎片，從而有效保護(hù)了土壤環(huán)境。這有助于維持土壤的正常結(jié)構(gòu)和功能，保證土壤的透氣性和透水性，有利于土壤微生物的生長和活動(dòng)，促進(jìn)土壤中養(yǎng)分的循環(huán)和轉(zhuǎn)化，為農(nóng)作物生長提供良好的土壤條件?？山到廪r(nóng)膜對(duì)土壤的改良作用也十分明顯。部分可降解農(nóng)膜在降解過程中會(huì)產(chǎn)生一些對(duì)土壤有益的物質(zhì)，如腐殖質(zhì)等。這些物質(zhì)能夠增加土壤的肥力，改善土壤的物理性質(zhì)，使土壤更加疏松、肥沃，提高土壤的保水保肥能力。研究表明，使用添加了腐殖酸的可降解農(nóng)膜，能夠顯著提高土壤中有機(jī)質(zhì)含量，增加土壤中有益微生物的數(shù)量，改善土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，從而提高土壤的生態(tài)功能?？山到廪r(nóng)膜還能減少土壤中重金屬和其他有害物質(zhì)的積累，降低土壤污染風(fēng)險(xiǎn)，保障土壤的健康和可持續(xù)利用。在促進(jìn)作物生長方面，可降解農(nóng)膜具有與傳統(tǒng)農(nóng)膜相似的保溫、保濕、保肥和抑制雜草生長等功能，能夠?yàn)檗r(nóng)作物創(chuàng)造良好的生長環(huán)境。在早春季節(jié)，可降解農(nóng)膜能夠提高土壤溫度，促進(jìn)種子發(fā)芽和幼苗生長；在干旱地區(qū)，它能有效保持土壤水分，減少水分蒸發(fā)，提高水分利用效率；同時(shí)，可降解農(nóng)膜還能抑制雜草生長，減少雜草與農(nóng)作物爭奪養(yǎng)分和陽光，降低除草成本，提高農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)。例如，在蔬菜種植中，使用可降解農(nóng)膜能夠使蔬菜提前上市，增加蔬菜的產(chǎn)量和商品價(jià)值，同時(shí)減少農(nóng)藥的使用量，提高農(nóng)產(chǎn)品的安全性?？山到廪r(nóng)膜的使用還對(duì)食品安全有著積極的影響。由于可降解農(nóng)膜不會(huì)像傳統(tǒng)農(nóng)膜那樣在土壤中殘留并釋放有害物質(zhì)，避免了農(nóng)作物吸收這些有害物質(zhì)，從而保障了農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全。傳統(tǒng)農(nóng)膜中的增塑劑、抗氧化劑等有機(jī)物可能會(huì)殘留在土壤中，并被農(nóng)作物吸收，對(duì)人體健康造成潛在威脅。而可降解農(nóng)膜在降解過程中產(chǎn)生的無害物質(zhì)，不會(huì)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品造成污染，消費(fèi)者食用這樣的農(nóng)產(chǎn)品更加安全放心?？山到廪r(nóng)膜的使用也有助于減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的化學(xué)投入品使用，降低農(nóng)產(chǎn)品中的農(nóng)藥殘留和重金屬含量，符合人們對(duì)綠色、健康食品的需求。2.3可降解農(nóng)膜的分類與特點(diǎn)2.3.1分類可降解農(nóng)膜根據(jù)其降解原理和主要成分，主要分為光降解農(nóng)膜、生物降解農(nóng)膜、光-生物降解農(nóng)膜等類型。光降解農(nóng)膜是在聚乙烯等傳統(tǒng)塑料中添加光敏劑制成，通過吸收太陽光中的紫外線，引發(fā)光化學(xué)反應(yīng)，使聚合物分子鏈斷裂，從而實(shí)現(xiàn)降解。其降解過程主要依賴光照條件，當(dāng)光照強(qiáng)度和時(shí)間達(dá)到一定程度時(shí)，農(nóng)膜開始逐漸分解。在實(shí)際應(yīng)用中，若農(nóng)膜被土壤掩埋或覆蓋物遮擋，光照不足，其降解速度會(huì)顯著減緩甚至停止。根據(jù)光敏劑的種類和添加量不同，光降解農(nóng)膜的降解周期可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，一般為幾個(gè)月到一年不等。生物降解農(nóng)膜以天然高分子化合物或微生物合成的生物可降解聚合物為原料，如聚乳酸（PLA）、聚羥基脂肪酸酯（PHA）、淀粉等。在自然環(huán)境中，這些農(nóng)膜能被微生物（如細(xì)菌、真菌等）分泌的酶分解，最終轉(zhuǎn)化為二氧化碳、水和生物質(zhì)等無害物質(zhì)。生物降解農(nóng)膜的降解過程較為復(fù)雜，受到多種環(huán)境因素影響，如土壤溫度、濕度、微生物種類和數(shù)量等。在適宜的環(huán)境條件下，生物降解農(nóng)膜的降解速度較快，可在農(nóng)作物生長周期內(nèi)完成大部分降解，減少殘膜對(duì)土壤的污染。不同原料制成的生物降解農(nóng)膜性能差異較大，PLA基農(nóng)膜具有較好的力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性，但降解速度相對(duì)較慢；PHA基農(nóng)膜則具有優(yōu)異的生物降解性和生物相容性，但成本較高。光-生物降解農(nóng)膜結(jié)合了光降解和生物降解的特點(diǎn)，它既含有光敏劑，能在光照下發(fā)生光降解，又含有可被微生物分解的生物降解成分。這種農(nóng)膜在使用初期，主要通過光降解作用逐漸分解，隨著農(nóng)膜被土壤掩埋或光照減弱，生物降解作用逐漸發(fā)揮主導(dǎo)。光-生物降解農(nóng)膜的降解性能較為綜合，能在不同環(huán)境條件下實(shí)現(xiàn)較為穩(wěn)定的降解，減少了單一降解方式的局限性。然而，由于其成分和降解機(jī)制較為復(fù)雜，制備工藝難度較大，成本也相對(duì)較高。2.3.2特點(diǎn)可降解農(nóng)膜在降解性、環(huán)保性和性能方面展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢，為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供了有力支持。降解性是可降解農(nóng)膜的核心特性。相較于傳統(tǒng)農(nóng)膜長達(dá)200年以上的降解周期，可降解農(nóng)膜能在較短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)降解。光降解農(nóng)膜在光照充足條件下，幾個(gè)月到一年即可開始明顯降解；生物降解農(nóng)膜在適宜的土壤環(huán)境中，通?？稍谵r(nóng)作物生長周期內(nèi)完成大部分降解過程。這種快速降解特性有效減少了農(nóng)膜在土壤中的殘留時(shí)間，降低了對(duì)土壤結(jié)構(gòu)和生態(tài)環(huán)境的長期危害。可降解農(nóng)膜的降解過程較為溫和，不會(huì)像傳統(tǒng)農(nóng)膜那樣在土壤中形成難以分解的塑料碎片，避免了對(duì)土壤孔隙、水分和養(yǎng)分傳輸?shù)淖璧K。環(huán)保性是可降解農(nóng)膜的突出特點(diǎn)。傳統(tǒng)農(nóng)膜在自然環(huán)境中難以降解，大量殘膜不僅造成“視覺污染”，還會(huì)污染土壤、水體等生態(tài)環(huán)境?？山到廪r(nóng)膜在降解后轉(zhuǎn)化為二氧化碳、水和生物質(zhì)等無害物質(zhì)，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。以生物降解農(nóng)膜為例，其原料多來源于可再生的生物質(zhì)資源，如玉米、秸稈等，減少了對(duì)石油等不可再生資源的依賴，從源頭上降低了對(duì)環(huán)境的壓力。可降解農(nóng)膜的使用還能減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中對(duì)化學(xué)農(nóng)藥和肥料的依賴，因?yàn)樗苡行П３滞寥浪趾头柿?，促進(jìn)農(nóng)作物生長，提高農(nóng)作物的抗病蟲害能力，從而降低化學(xué)投入品的使用量，減少農(nóng)業(yè)面源污染。在性能方面，可降解農(nóng)膜具備與傳統(tǒng)農(nóng)膜相似的功能，能夠滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基本需求。在保溫性能上，可降解農(nóng)膜能有效阻止土壤熱量的散失，提高土壤溫度，為農(nóng)作物種子發(fā)芽和幼苗生長創(chuàng)造適宜的溫度條件。在保濕性能上，它可以減少土壤水分的蒸發(fā)，保持土壤濕度，在干旱地區(qū)和干旱季節(jié)，可降解農(nóng)膜的保濕作用尤為重要，能提高水分利用效率，保障農(nóng)作物生長所需水分?？山到廪r(nóng)膜還具有抑制雜草生長的功能，通過覆蓋農(nóng)膜，減少了光照對(duì)雜草的照射，抑制雜草種子的萌發(fā)和生長，降低除草成本，減少了化學(xué)除草劑的使用。部分可降解農(nóng)膜還具備一定的防蟲功能，能夠在一定程度上阻隔害蟲對(duì)農(nóng)作物的侵害，降低病蟲害發(fā)生率。三、廢棄生物質(zhì)制備可降解農(nóng)膜的工藝研究3.1原料預(yù)處理3.1.1原料的收集與篩選廢棄生物質(zhì)的收集渠道廣泛，主要涵蓋農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)產(chǎn)品加工和林業(yè)等領(lǐng)域。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面，玉米、小麥、水稻等農(nóng)作物收獲后的秸稈是重要的廢棄生物質(zhì)來源。以我國為例，每年玉米秸稈產(chǎn)量高達(dá)數(shù)億噸，廣泛分布于東北、華北等玉米主產(chǎn)區(qū)；小麥秸稈產(chǎn)量也相當(dāng)可觀，在華北、華東等小麥主產(chǎn)區(qū)大量存在。通過與當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶合作，建立穩(wěn)定的秸稈收集網(wǎng)絡(luò)，可有效獲取這些廢棄生物質(zhì)。農(nóng)產(chǎn)品加工過程中產(chǎn)生的廢棄物同樣不容忽視，如甘蔗制糖產(chǎn)生的甘蔗渣，我國作為甘蔗生產(chǎn)大國，每年產(chǎn)生大量甘蔗渣。此外，棉籽殼作為棉花加工的副產(chǎn)品，產(chǎn)量也十分可觀。這些廢棄物可從農(nóng)產(chǎn)品加工廠直接收集，減少運(yùn)輸成本和中間環(huán)節(jié)。林業(yè)廢棄物中的樹枝、木屑等，也含有豐富的纖維素和木質(zhì)素，可用于制備可降解農(nóng)膜?？蓮哪静募庸S、林業(yè)采伐地等地收集這些林業(yè)廢棄物。在篩選標(biāo)準(zhǔn)上，化學(xué)成分是重要考量因素。理想的廢棄生物質(zhì)應(yīng)富含纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等成分，這些成分是制備可降解農(nóng)膜的關(guān)鍵原料。如玉米秸稈中纖維素含量約為35%-45%，半纖維素含量約為20%-30%，木質(zhì)素含量約為15%-25%，具備良好的制備可降解農(nóng)膜的原料基礎(chǔ)。小麥秸稈纖維素含量約為30%-40%，半纖維素含量約為25%-35%，木質(zhì)素含量約為10%-20%，也是較為理想的原料。稻草中除了纖維素、半纖維素和木質(zhì)素外，還含有一定量的二氧化硅，其含量可達(dá)10%-15%。雖然二氧化硅在一定程度上有助于提高農(nóng)膜的某些性能，但過高的含量也會(huì)增加處理難度，因此在篩選時(shí)需綜合考慮。甘蔗渣中除了主要成分外，還含有少量的糖分、蛋白質(zhì)和灰分等，糖分可能會(huì)引起微生物滋生，影響農(nóng)膜的儲(chǔ)存穩(wěn)定性，所以在篩選時(shí)需關(guān)注甘蔗渣的含糖量。雜質(zhì)和有害物質(zhì)的含量也至關(guān)重要。廢棄生物質(zhì)中可能含有泥土、砂石、金屬等雜質(zhì)，以及重金屬、農(nóng)藥殘留等有害物質(zhì)，這些會(huì)影響可降解農(nóng)膜的質(zhì)量和安全性。在篩選過程中，應(yīng)通過物理和化學(xué)檢測方法，嚴(yán)格控制雜質(zhì)和有害物質(zhì)的含量。對(duì)于含有重金屬的廢棄生物質(zhì)，需經(jīng)過特殊處理，降低重金屬含量，確保符合可降解農(nóng)膜的生產(chǎn)要求。若檢測到農(nóng)藥殘留超標(biāo)，需采用合適的清洗或降解方法，去除農(nóng)藥殘留。纖維結(jié)構(gòu)和含量也是篩選的重要指標(biāo)。不同廢棄生物質(zhì)的纖維結(jié)構(gòu)和含量差異較大，會(huì)影響可降解農(nóng)膜的力學(xué)性能和加工性能。玉米秸稈的纖維相對(duì)較粗，強(qiáng)度較高，在制備農(nóng)膜時(shí)可能更有利于提高農(nóng)膜的拉伸強(qiáng)度；而小麥秸稈的纖維相對(duì)較細(xì)，柔韌性較好，可能使農(nóng)膜具有更好的柔韌性和抗撕裂性能。在篩選時(shí)，需根據(jù)目標(biāo)農(nóng)膜的性能需求，選擇合適纖維結(jié)構(gòu)和含量的廢棄生物質(zhì)。3.1.2預(yù)處理方法粉碎是一種常見的物理預(yù)處理方法，通過機(jī)械力將廢棄生物質(zhì)的顆粒尺寸減小，增加其比表面積，提高后續(xù)反應(yīng)的接觸面積。對(duì)于玉米秸稈、小麥秸稈等農(nóng)作物秸稈，可采用錘式破碎機(jī)、輥式破碎機(jī)等設(shè)備進(jìn)行粉碎。錘式破碎機(jī)利用高速旋轉(zhuǎn)的錘頭對(duì)秸稈進(jìn)行沖擊破碎，可將秸稈粉碎成較小的顆粒，粒徑一般可控制在5-20mm。輥式破碎機(jī)則通過兩個(gè)相對(duì)旋轉(zhuǎn)的輥?zhàn)訉?duì)秸稈進(jìn)行擠壓破碎，能使粉碎后的秸稈顆粒更加均勻。粉碎后的廢棄生物質(zhì)在后續(xù)與可降解聚合物混合時(shí)，能夠更充分地分散，提高復(fù)合材料的性能。以制備秸稈-聚乳酸（PLA）復(fù)合可降解農(nóng)膜為例，經(jīng)過粉碎預(yù)處理的秸稈，在與PLA混合時(shí)，能更好地與PLA分子相互作用，增強(qiáng)農(nóng)膜的力學(xué)性能。清洗是去除廢棄生物質(zhì)表面雜質(zhì)和部分有害物質(zhì)的重要步驟。對(duì)于表面附著泥土、灰塵等雜質(zhì)的廢棄生物質(zhì)，可采用水洗或干洗的方式進(jìn)行清洗。水洗時(shí)，將廢棄生物質(zhì)浸泡在水中，通過攪拌、沖洗等操作，使雜質(zhì)脫離廢棄生物質(zhì)表面，然后進(jìn)行固液分離，去除清洗后的廢水。對(duì)于一些對(duì)水分敏感的廢棄生物質(zhì)，可采用干洗的方式，如利用風(fēng)力或機(jī)械振動(dòng)去除表面雜質(zhì)。清洗能夠有效減少雜質(zhì)對(duì)可降解農(nóng)膜質(zhì)量的影響，提高農(nóng)膜的純度和穩(wěn)定性。在利用甘蔗渣制備可降解農(nóng)膜時(shí)，清洗可以去除甘蔗渣表面殘留的糖分和其他雜質(zhì)，防止在制備過程中因糖分引發(fā)微生物污染，影響農(nóng)膜性能。干燥是為了降低廢棄生物質(zhì)的含水率，便于后續(xù)的儲(chǔ)存、運(yùn)輸和加工。含水率過高的廢棄生物質(zhì)在儲(chǔ)存過程中容易發(fā)霉變質(zhì)，影響其使用價(jià)值；在加工過程中，水分會(huì)影響材料的熔融狀態(tài)和成型性能，導(dǎo)致農(nóng)膜出現(xiàn)氣泡、開裂等缺陷。可采用自然干燥和人工干燥兩種方式。自然干燥是將廢棄生物質(zhì)放置在通風(fēng)良好、陽光充足的地方晾曬，通過自然蒸發(fā)去除水分，但這種方式受天氣條件影響較大，干燥時(shí)間較長。人工干燥則使用各種干燥設(shè)備，如滾筒干燥機(jī)、流化床干燥機(jī)等。滾筒干燥機(jī)通過旋轉(zhuǎn)的滾筒使廢棄生物質(zhì)與熱空氣充分接觸，實(shí)現(xiàn)快速干燥；流化床干燥機(jī)則利用熱空氣使廢棄生物質(zhì)在流化狀態(tài)下進(jìn)行干燥，干燥效率高，干燥效果好。一般將廢棄生物質(zhì)的含水率控制在10%-15%，可滿足后續(xù)加工要求。如在制備棉籽殼基可降解農(nóng)膜時(shí)，將棉籽殼干燥至含水率12%左右，能有效避免在加工過程中因水分問題導(dǎo)致的質(zhì)量問題。3.2制備工藝選擇3.2.1常見制備工藝介紹溶液澆鑄法是一種較為常見的可降解農(nóng)膜制備工藝，其原理是將廢棄生物質(zhì)與可降解聚合物溶解在適當(dāng)?shù)娜軇┲校纬删鶆虻娜芤?。以廢棄玉米秸稈與聚乳酸（PLA）制備可降解農(nóng)膜為例，首先將經(jīng)過預(yù)處理的玉米秸稈纖維與PLA加入到二氯甲烷等有機(jī)溶劑中，在一定溫度和攪拌條件下，使兩者充分溶解，形成均勻的混合溶液。接著，將該溶液澆鑄在平整的模具表面，如玻璃板或聚酯薄膜上。通過控制溶液的澆鑄量和模具的尺寸，可以精確控制農(nóng)膜的厚度。隨后，將澆鑄后的模具置于通風(fēng)良好的環(huán)境中，使溶劑逐漸揮發(fā)。在溶劑揮發(fā)過程中，廢棄生物質(zhì)與可降解聚合物逐漸聚集并形成連續(xù)的薄膜結(jié)構(gòu)。為了加速溶劑揮發(fā)和提高薄膜的質(zhì)量，可將模具放入烘箱中，在適當(dāng)?shù)臏囟认逻M(jìn)行干燥處理。待溶劑完全揮發(fā)后，即可得到具有一定力學(xué)性能和降解性能的可降解農(nóng)膜。溶液澆鑄法的工藝流程相對(duì)簡單，設(shè)備要求不高，適合實(shí)驗(yàn)室小批量制備和對(duì)農(nóng)膜性能要求較高的特殊應(yīng)用場景。熔融擠出法是利用擠出機(jī)將加熱熔融的廢棄生物質(zhì)與可降解聚合物混合物通過特定模具擠出成型的工藝。在制備過程中，先將經(jīng)過預(yù)處理的廢棄生物質(zhì)和可降解聚合物顆粒，如廢棄小麥秸稈與聚己二酸-對(duì)苯二甲酸丁二酯（PBAT），按一定比例加入到擠出機(jī)的料斗中。擠出機(jī)的螺桿在旋轉(zhuǎn)過程中，對(duì)物料進(jìn)行輸送、壓縮和熔融。物料在螺桿的作用下，逐漸升溫至可降解聚合物的熔點(diǎn)以上，使廢棄生物質(zhì)與可降解聚合物充分熔融混合。熔融狀態(tài)的物料在螺桿的推動(dòng)下，通過具有特定形狀的模頭（如扁平模頭或環(huán)形模頭）擠出，形成具有一定厚度和寬度的薄膜。從模頭擠出的薄膜需要經(jīng)過冷卻定型裝置，如冷卻輥或空氣冷卻系統(tǒng)，使其迅速冷卻固化，以保持薄膜的形狀和尺寸穩(wěn)定。冷卻后的薄膜經(jīng)過牽引裝置，被輸送到后續(xù)的收卷裝置上，完成薄膜的制備過程。熔融擠出法生產(chǎn)效率高，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，能夠連續(xù)生產(chǎn)出不同規(guī)格的可降解農(nóng)膜。吹塑成型法是將熔融狀態(tài)的物料通過擠出機(jī)擠出成管狀，然后通過吹入壓縮空氣使其膨脹并緊貼模具內(nèi)壁，形成薄膜的工藝。在利用廢棄甘蔗渣制備可降解農(nóng)膜時(shí)，先將預(yù)處理后的甘蔗渣與可降解聚合物（如聚羥基脂肪酸酯PHA）混合均勻，加入到擠出機(jī)中。物料在擠出機(jī)中被加熱熔融后，通過具有環(huán)形縫隙的模頭擠出，形成管狀的坯料。此時(shí)，從管坯的中心吹入一定壓力的壓縮空氣，使管坯在空氣壓力的作用下逐漸膨脹，像氣球一樣向外擴(kuò)張。同時(shí)，通過牽引裝置對(duì)膨脹的管坯進(jìn)行拉伸，使其在徑向和軸向同時(shí)發(fā)生拉伸變形。在膨脹和拉伸過程中，管坯逐漸變薄并緊貼在模具的內(nèi)壁上，形成具有一定厚度和尺寸的薄膜。模具通常為冷卻裝置，通過冷卻介質(zhì)（如水或空氣）帶走薄膜的熱量，使其迅速冷卻定型。最后，經(jīng)過冷卻定型的薄膜被牽引至收卷裝置，完成吹塑成型過程。吹塑成型法能夠生產(chǎn)出具有良好拉伸性能和強(qiáng)度的可降解農(nóng)膜，且設(shè)備投資相對(duì)較低，適合生產(chǎn)各種規(guī)格的農(nóng)膜產(chǎn)品。3.2.2工藝對(duì)比與選擇依據(jù)在成本方面，溶液澆鑄法由于使用大量有機(jī)溶劑，溶劑的采購、回收和處理成本較高，且生產(chǎn)效率低，設(shè)備利用率不高，導(dǎo)致單位產(chǎn)品成本較高。熔融擠出法雖然設(shè)備投資較大，但生產(chǎn)效率高，可連續(xù)化生產(chǎn)，隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，單位產(chǎn)品的設(shè)備折舊和能耗成本可有效分?jǐn)?，在大?guī)模生產(chǎn)時(shí)成本優(yōu)勢明顯。吹塑成型法設(shè)備投資相對(duì)較小，材料利用率較高，生產(chǎn)過程中廢料少，且能實(shí)現(xiàn)較高的生產(chǎn)效率，成本相對(duì)較低。在以廢棄玉米秸稈制備可降解農(nóng)膜為例的成本分析中，若采用溶液澆鑄法，每生產(chǎn)1噸農(nóng)膜，溶劑成本可能高達(dá)數(shù)千元，加上低生產(chǎn)效率帶來的高人工成本，總成本較高；而熔融擠出法在規(guī)?；a(chǎn)后，單位成本可控制在較低水平；吹塑成型法成本則介于兩者之間。從生產(chǎn)效率來看，溶液澆鑄法需經(jīng)歷溶液制備、澆鑄、溶劑揮發(fā)等多個(gè)步驟，每個(gè)步驟耗時(shí)較長，難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，生產(chǎn)效率低。如制備一批可降解農(nóng)膜，溶液澆鑄法可能需要數(shù)天時(shí)間。熔融擠出法可實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，物料在擠出機(jī)中連續(xù)加工，生產(chǎn)速度快，能滿足大規(guī)模生產(chǎn)需求。吹塑成型法也是連續(xù)化生產(chǎn)工藝，通過控制擠出速度和吹脹比等參數(shù)，可快速生產(chǎn)出大量農(nóng)膜，生產(chǎn)效率較高。在產(chǎn)品性能上，溶液澆鑄法制備的農(nóng)膜內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為均勻，分子排列有序，因此具有較好的光學(xué)性能和阻隔性能，適用于對(duì)透明度和阻隔性要求較高的場景，如保鮮包裝等，但力學(xué)性能相對(duì)較弱。熔融擠出法制備的農(nóng)膜由于在擠出過程中受到一定的拉伸作用，分子鏈取向度較高，力學(xué)性能較好，拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率等指標(biāo)表現(xiàn)出色，適合對(duì)強(qiáng)度要求較高的農(nóng)業(yè)應(yīng)用，但可能存在一定的內(nèi)部應(yīng)力，影響產(chǎn)品穩(wěn)定性。吹塑成型法制備的農(nóng)膜在吹脹和拉伸過程中，分子鏈在兩個(gè)方向上取向，具有較好的綜合性能，尤其是橫向和縱向的力學(xué)性能較為均衡，能滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中對(duì)農(nóng)膜各向性能的要求。綜合考慮成本、效率和產(chǎn)品性能等因素，本研究選擇吹塑成型法制備可降解農(nóng)膜。在利用廢棄生物質(zhì)制備可降解農(nóng)膜的目標(biāo)中，成本是影響其市場競爭力和大規(guī)模推廣應(yīng)用的關(guān)鍵因素，吹塑成型法成本相對(duì)較低，有利于降低產(chǎn)品價(jià)格，提高市場接受度。生產(chǎn)效率對(duì)于滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)農(nóng)膜的大量需求至關(guān)重要，吹塑成型法的高生產(chǎn)效率能確保及時(shí)供應(yīng)農(nóng)膜。在產(chǎn)品性能方面，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要農(nóng)膜具備良好的綜合性能，吹塑成型法制備的農(nóng)膜能滿足這一要求，其較好的力學(xué)性能可保證農(nóng)膜在使用過程中不易破損，各向性能均衡能適應(yīng)不同的田間作業(yè)條件。3.3工藝關(guān)鍵步驟3.3.1原料配比在利用廢棄生物質(zhì)制備可降解農(nóng)膜時(shí)，廢棄生物質(zhì)與添加劑的配比是影響農(nóng)膜性能的關(guān)鍵因素。不同廢棄生物質(zhì)的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)特性差異顯著，如玉米秸稈纖維素含量約35%-45%，半纖維素約20%-30%，木質(zhì)素約15%-25%；小麥秸稈纖維素約30%-40%，半纖維素約25%-35%，木質(zhì)素約10%-20%。這些差異決定了其在農(nóng)膜制備中所起作用不同，進(jìn)而影響農(nóng)膜的力學(xué)性能、降解性能和阻隔性能等。為探究最佳配比，本研究進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)。以廢棄玉米秸稈與聚己二酸-對(duì)苯二甲酸丁二酯（PBAT）制備可降解農(nóng)膜為例，設(shè)置多組不同玉米秸稈與PBAT的質(zhì)量比，如1:9、2:8、3:7、4:6、5:5。隨著玉米秸稈含量增加，農(nóng)膜的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。當(dāng)玉米秸稈與PBAT質(zhì)量比為3:7時(shí)，農(nóng)膜的拉伸強(qiáng)度達(dá)到峰值，比1:9時(shí)提高了約30%，斷裂伸長率也較為理想，這表明適量的玉米秸稈能有效增強(qiáng)農(nóng)膜的力學(xué)性能，因?yàn)橛衩捉斩捴械睦w維素等成分與PBAT形成了良好的界面結(jié)合，起到了增強(qiáng)增韌的作用。但當(dāng)玉米秸稈含量過高（如5:5時(shí)），由于其與PBAT的相容性變差，界面缺陷增多，導(dǎo)致拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率下降，分別降低了約20%和30%。在添加劑方面，增塑劑、成核劑和抗氧化劑等對(duì)農(nóng)膜性能影響顯著。以添加增塑劑為例，在廢棄小麥秸稈與聚乳酸（PLA）制備的農(nóng)膜中，加入不同含量的檸檬酸三丁酯（TBC）作為增塑劑。隨著TBC含量增加，農(nóng)膜的柔韌性明顯提高，斷裂伸長率逐漸增大。當(dāng)TBC含量為5%時(shí)，農(nóng)膜的斷裂伸長率比未添加時(shí)提高了約50%，但拉伸強(qiáng)度略有下降。這是因?yàn)樵鏊軇┓肿硬迦氲絇LA分子鏈之間，削弱了分子鏈間的相互作用力，使分子鏈更容易滑動(dòng)，從而提高了柔韌性，但也降低了分子鏈間的結(jié)合強(qiáng)度，導(dǎo)致拉伸強(qiáng)度下降。成核劑則可以促進(jìn)聚合物結(jié)晶，提高結(jié)晶速率和結(jié)晶度，從而改善農(nóng)膜的力學(xué)性能和熱性能?？寡趸瘎┠苡行б种妻r(nóng)膜在加工和使用過程中的氧化降解，延長農(nóng)膜的使用壽命。通過實(shí)驗(yàn)確定了添加劑的最佳添加量，如成核劑的添加量一般在0.5%-1%，抗氧化劑的添加量在0.2%-0.5%，可使農(nóng)膜性能達(dá)到較好的平衡。3.3.2混合與成型混合方式對(duì)農(nóng)膜質(zhì)量影響顯著。采用高速攪拌混合時(shí)，能使廢棄生物質(zhì)與可降解聚合物及添加劑在短時(shí)間內(nèi)充分分散混合。以廢棄甘蔗渣與聚羥基脂肪酸酯（PHA）制備可降解農(nóng)膜為例，在高速攪拌過程中，轉(zhuǎn)速為1000-1500r/min時(shí)，可使甘蔗渣在PHA中均勻分散，形成的混合物均勻性良好。這是因?yàn)楦咚贁嚢璁a(chǎn)生的強(qiáng)大剪切力，能夠克服物料之間的團(tuán)聚力，使甘蔗渣顆粒均勻地分布在PHA基體中，從而提高了農(nóng)膜的綜合性能。若攪拌速度過低，如500r/min以下，甘蔗渣容易團(tuán)聚，導(dǎo)致混合物不均勻，制成的農(nóng)膜力學(xué)性能下降，拉伸強(qiáng)度可降低約20%，且農(nóng)膜內(nèi)部結(jié)構(gòu)不均勻，出現(xiàn)局部缺陷。雙螺桿擠出機(jī)混合則能在物料輸送過程中實(shí)現(xiàn)更充分的混合與塑化。在利用廢棄棉籽殼與PBAT制備農(nóng)膜時(shí)，雙螺桿擠出機(jī)的螺桿轉(zhuǎn)速、螺槽深度和螺桿組合等參數(shù)對(duì)混合效果有重要影響。當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速為200-300r/min，采用合適的螺桿組合（如正向螺紋與反向螺紋相結(jié)合）時(shí)，能使棉籽殼與PBAT充分熔融混合，提高物料的均勻性和塑化質(zhì)量。通過雙螺桿擠出機(jī)混合制備的農(nóng)膜，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加致密，力學(xué)性能和阻隔性能得到顯著提升。與簡單攪拌混合相比，拉伸強(qiáng)度可提高約15%，水汽透過率降低約20%。成型工藝參數(shù)同樣對(duì)農(nóng)膜質(zhì)量至關(guān)重要。在吹塑成型過程中，溫度是關(guān)鍵參數(shù)之一。以廢棄玉米秸稈與PLA制備農(nóng)膜為例，擠出機(jī)的溫度設(shè)置需根據(jù)PLA的熔點(diǎn)和玉米秸稈的特性進(jìn)行調(diào)整。一般來說，擠出機(jī)的料筒溫度從加料段到機(jī)頭逐漸升高，加料段溫度控制在160-170℃，壓縮段溫度在170-180℃，均化段溫度在180-190℃，機(jī)頭溫度在190-200℃。若溫度過低，物料熔融不充分，流動(dòng)性差，導(dǎo)致擠出困難，農(nóng)膜表面粗糙，力學(xué)性能下降；若溫度過高，PLA會(huì)發(fā)生降解，使農(nóng)膜的力學(xué)性能和降解性能受到影響。吹脹比和拉伸比也會(huì)影響農(nóng)膜的性能。吹脹比是指吹塑成型后薄膜的直徑與型坯直徑之比，拉伸比是指薄膜在牽引方向上的拉伸倍數(shù)。當(dāng)吹脹比為3-4，拉伸比為2-3時(shí)，制備的農(nóng)膜在橫向和縱向的力學(xué)性能較為均衡，拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率都能滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基本要求。若吹脹比過大，如超過5，農(nóng)膜的橫向拉伸強(qiáng)度會(huì)提高，但縱向拉伸強(qiáng)度會(huì)降低，導(dǎo)致農(nóng)膜在使用過程中容易出現(xiàn)縱向撕裂；若拉伸比過大，農(nóng)膜的縱向拉伸強(qiáng)度提高，但橫向拉伸強(qiáng)度降低，影響農(nóng)膜的整體性能。3.3.3后處理后處理環(huán)節(jié)對(duì)改善農(nóng)膜性能和穩(wěn)定性具有重要作用。退火處理是常見的后處理方式，通過將制備好的可降解農(nóng)膜在一定溫度下進(jìn)行退火處理，能夠消除農(nóng)膜內(nèi)部的殘余應(yīng)力，改善分子鏈的排列，從而提高農(nóng)膜的尺寸穩(wěn)定性和力學(xué)性能。以廢棄小麥秸稈與PBAT制備的農(nóng)膜為例，將農(nóng)膜在60-70℃的烘箱中退火處理2-4小時(shí)。經(jīng)過退火處理后，農(nóng)膜的拉伸強(qiáng)度比未處理時(shí)提高了約10%，尺寸穩(wěn)定性明顯增強(qiáng)，在后續(xù)的儲(chǔ)存和使用過程中，農(nóng)膜的變形量顯著減小。這是因?yàn)橥嘶疬^程中，分子鏈在熱的作用下能夠進(jìn)行重排，使內(nèi)部應(yīng)力得到釋放，分子鏈之間的相互作用更加均勻，從而提高了農(nóng)膜的性能。表面處理也是重要的后處理手段，可提高農(nóng)膜的表面性能。采用等離子體處理可降解農(nóng)膜表面，能夠引入活性基團(tuán)，改善農(nóng)膜的親水性和粘結(jié)性。以廢棄甘蔗渣與聚乳酸（PLA）制備的農(nóng)膜為例，在等離子體處理過程中，控制處理時(shí)間為3-5分鐘，功率為100-150W。經(jīng)過等離子體處理后，農(nóng)膜的水接觸角從處理前的80°降低到50°左右，親水性明顯提高，這使得農(nóng)膜在使用過程中與土壤的貼合性更好，有利于發(fā)揮其保水、保溫等功能。等離子體處理還能提高農(nóng)膜與其他涂層或添加劑的粘結(jié)性，為進(jìn)一步改善農(nóng)膜性能提供了可能。如在農(nóng)膜表面涂覆一層具有抗菌功能的涂層時(shí)，經(jīng)過等離子體處理的農(nóng)膜與涂層的粘結(jié)強(qiáng)度比未處理的農(nóng)膜提高了約30%，涂層的附著更加牢固，不易脫落，從而延長了農(nóng)膜的使用壽命。四、工藝優(yōu)化實(shí)驗(yàn)與分析4.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)4.1.1變量控制在本實(shí)驗(yàn)中，自變量主要包括廢棄生物質(zhì)的種類與含量、可降解聚合物的類型與含量、添加劑的種類與添加量以及制備工藝參數(shù)。對(duì)于廢棄生物質(zhì)，選取玉米秸稈、小麥秸稈和稻草等常見種類，設(shè)置其在原料中的質(zhì)量百分比為10%、20%、30%、40%、50%?？山到饩酆衔镞x用聚乳酸（PLA）和聚己二酸-對(duì)苯二甲酸丁二酯（PBAT），分別設(shè)置不同的含量比例，如PLA與PBAT的質(zhì)量比為3:7、4:6、5:5、6:4、7:3。添加劑方面，增塑劑選用檸檬酸三丁酯（TBC），添加量設(shè)置為0%、2%、4%、6%、8%；成核劑選用滑石粉，添加量設(shè)置為0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%。制備工藝參數(shù)中，擠出機(jī)的溫度分為不同區(qū)域進(jìn)行控制，料筒前段溫度設(shè)置為160℃、170℃、180℃，料筒中段溫度設(shè)置為170℃、180℃、190℃，料筒后段溫度設(shè)置為180℃、190℃、200℃；吹脹比設(shè)置為2、3、4、5、6；拉伸比設(shè)置為1.5、2、2.5、3、3.5。因變量為可降解農(nóng)膜的各項(xiàng)性能指標(biāo)，涵蓋力學(xué)性能、阻隔性能、降解性能、光學(xué)性能和熱性能等方面。在力學(xué)性能中，重點(diǎn)測試?yán)鞆?qiáng)度、斷裂伸長率和撕裂強(qiáng)度。拉伸強(qiáng)度反映農(nóng)膜抵抗拉伸破壞的能力，通過萬能材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測試，單位為MPa；斷裂伸長率表示農(nóng)膜在斷裂時(shí)的伸長程度，以百分比表示；撕裂強(qiáng)度體現(xiàn)農(nóng)膜抵抗撕裂的能力，單位為N/mm。阻隔性能主要測定水汽透過率和氧氣透過率。水汽透過率反映農(nóng)膜對(duì)水分的阻隔能力，單位為g/(m2?24h)，采用稱重法或紅外法進(jìn)行測試；氧氣透過率表示農(nóng)膜對(duì)氧氣的阻隔能力，單位為cm3/(m2?24h?0.1MPa)，通過壓差法或庫侖電量法進(jìn)行測試。降解性能通過土壤掩埋法和微生物降解法進(jìn)行評(píng)估，監(jiān)測農(nóng)膜在不同時(shí)間的降解程度，以質(zhì)量損失率表示；光學(xué)性能測量透光率和霧度，透光率反映農(nóng)膜對(duì)光線的透過能力，霧度表示光線透過農(nóng)膜時(shí)的散射程度，兩者均以百分比表示；熱性能利用熱重分析（TGA）和差示掃描量熱分析（DSC）進(jìn)行表征，分析農(nóng)膜的熱穩(wěn)定性和熔融行為?？刂谱兞堪▽?shí)驗(yàn)環(huán)境條件、原材料的預(yù)處理方式和設(shè)備的型號(hào)與狀態(tài)等。實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件保持溫度在25℃左右，相對(duì)濕度在50%左右，以確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果不受環(huán)境因素的顯著影響。原材料的預(yù)處理方式保持一致，如廢棄生物質(zhì)均采用粉碎、清洗、干燥等預(yù)處理步驟，且粉碎后的粒徑、清洗程度和干燥后的含水率等參數(shù)保持相同。設(shè)備的型號(hào)與狀態(tài)保持穩(wěn)定，使用同一臺(tái)擠出機(jī)、吹塑機(jī)等設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在每次實(shí)驗(yàn)前對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查和調(diào)試，確保設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)穩(wěn)定，減少設(shè)備因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾。4.1.2實(shí)驗(yàn)方案制定本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)多組對(duì)比實(shí)驗(yàn)，全面研究不同因素對(duì)可降解農(nóng)膜性能的影響。在研究廢棄生物質(zhì)種類對(duì)農(nóng)膜性能的影響時(shí)，固定可降解聚合物為PLA，含量為70%，添加劑為TBC，添加量為4%，滑石粉添加量為1%，制備工藝參數(shù)保持?jǐn)D出機(jī)料筒前段溫度170℃、中段溫度180℃、后段溫度190℃，吹脹比為3，拉伸比為2。分別選取玉米秸稈、小麥秸稈和稻草作為廢棄生物質(zhì)，設(shè)置其含量為30%，制備可降解農(nóng)膜。通過對(duì)農(nóng)膜各項(xiàng)性能指標(biāo)的測試，分析不同廢棄生物質(zhì)種類對(duì)農(nóng)膜性能的影響。結(jié)果顯示，以玉米秸稈為原料制備的農(nóng)膜拉伸強(qiáng)度達(dá)到18MPa，斷裂伸長率為350%，而以小麥秸稈為原料的農(nóng)膜拉伸強(qiáng)度為15MPa，斷裂伸長率為400%，稻草為原料的農(nóng)膜拉伸強(qiáng)度為16MPa，斷裂伸長率為380%。這表明不同廢棄生物質(zhì)種類對(duì)農(nóng)膜力學(xué)性能有顯著影響，玉米秸稈制備的農(nóng)膜拉伸強(qiáng)度相對(duì)較高，小麥秸稈制備的農(nóng)膜斷裂伸長率較好。在研究廢棄生物質(zhì)含量對(duì)農(nóng)膜性能的影響時(shí)，固定可降解聚合物為PBAT，含量為70%，添加劑為TBC，添加量為4%，滑石粉添加量為1%，制備工藝參數(shù)保持?jǐn)D出機(jī)料筒前段溫度170℃、中段溫度180℃、后段溫度190℃，吹脹比為3，拉伸比為2。選擇玉米秸稈作為廢棄生物質(zhì)，設(shè)置其含量分別為10%、20%、30%、40%、50%。隨著玉米秸稈含量的增加，農(nóng)膜的拉伸強(qiáng)度先上升后下降，當(dāng)玉米秸稈含量為30%時(shí)，拉伸強(qiáng)度達(dá)到最大值20MPa；斷裂伸長率則逐漸下降，從含量10%時(shí)的450%降至50%時(shí)的250%。這說明適量的廢棄生物質(zhì)含量有助于提高農(nóng)膜的力學(xué)性能，但過高的含量會(huì)導(dǎo)致性能下降。在研究可降解聚合物類型對(duì)農(nóng)膜性能的影響時(shí)，固定廢棄生物質(zhì)為玉米秸稈，含量為30%，添加劑為TBC，添加量為4%，滑石粉添加量為1%，制備工藝參數(shù)保持?jǐn)D出機(jī)料筒前段溫度170℃、中段溫度180℃、后段溫度190℃，吹脹比為3，拉伸比為2。分別選用PLA和PBAT作為可降解聚合物，對(duì)比不同聚合物制備的農(nóng)膜性能。以PLA為聚合物的農(nóng)膜拉伸強(qiáng)度為18MPa，斷裂伸長率為350%，水汽透過率為8g/(m2?24h)；以PBAT為聚合物的農(nóng)膜拉伸強(qiáng)度為22MPa，斷裂伸長率為400%，水汽透過率為6g/(m2?24h)。這表明可降解聚合物類型對(duì)農(nóng)膜的力學(xué)性能和阻隔性能都有明顯影響，PBAT制備的農(nóng)膜在拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率和水汽阻隔性能方面表現(xiàn)更優(yōu)。在研究可降解聚合物含量對(duì)農(nóng)膜性能的影響時(shí)，固定廢棄生物質(zhì)為玉米秸稈，含量為30%，添加劑為TBC，添加量為4%，滑石粉添加量為1%，制備工藝參數(shù)保持?jǐn)D出機(jī)料筒前段溫度170℃、中段溫度180℃、后段溫度190℃，吹脹比為3，拉伸比為2。設(shè)置PLA與PBAT的質(zhì)量比為3:7、4:6、5:5、6:4、7:3。隨著PBAT含量的增加，農(nóng)膜的拉伸強(qiáng)度逐漸提高，從3:7時(shí)的15MPa提升至7:3時(shí)的25MPa；斷裂伸長率也逐漸增大，從3:7時(shí)的300%增大至7:3時(shí)的450%；而水汽透過率則逐漸降低，從3:7時(shí)的10g/(m2?24h)降至7:3時(shí)的5g/(m2?24h)。這說明可降解聚合物含量的變化對(duì)農(nóng)膜性能有顯著影響，適當(dāng)增加PBAT含量可提高農(nóng)膜的力學(xué)性能和阻隔性能。在研究添加劑種類和添加量對(duì)農(nóng)膜性能的影響時(shí)，固定廢棄生物質(zhì)為玉米秸稈，含量為30%，可降解聚合物為PBAT，含量為70%，制備工藝參數(shù)保持?jǐn)D出機(jī)料筒前段溫度170℃、中段溫度180℃、后段溫度190℃，吹脹比為3，拉伸比為2。對(duì)于增塑劑TBC，設(shè)置添加量為0%、2%、4%、6%、8%。隨著TBC添加量的增加，農(nóng)膜的斷裂伸長率逐漸增大，從0%時(shí)的300%增至8%時(shí)的500%，但拉伸強(qiáng)度逐漸降低，從0%時(shí)的25MPa降至8%時(shí)的18MPa。對(duì)于成核劑滑石粉，設(shè)置添加量為0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%。當(dāng)滑石粉添加量為1%時(shí)，農(nóng)膜的結(jié)晶度明顯提高，拉伸強(qiáng)度達(dá)到最大值28MPa，繼續(xù)增加添加量，拉伸強(qiáng)度變化不明顯。這表明添加劑種類和添加量對(duì)農(nóng)膜性能影響顯著，增塑劑主要影響農(nóng)膜的柔韌性，成核劑則對(duì)結(jié)晶度和力學(xué)性能有重要作用。在研究制備工藝參數(shù)對(duì)農(nóng)膜性能的影響時(shí)，固定廢棄生物質(zhì)為玉米秸稈，含量為30%，可降解聚合物為PBAT，含量為70%，添加劑為TBC，添加量為4%，滑石粉添加量為1%。在擠出機(jī)溫度方面，設(shè)置料筒前段溫度為160℃、170℃、180℃，中段溫度為170℃、180℃、190℃，后段溫度為180℃、190℃、200℃。當(dāng)料筒前段溫度為170℃、中段溫度為180℃、后段溫度為190℃時(shí)，農(nóng)膜的綜合性能較好，拉伸強(qiáng)度為22MPa，斷裂伸長率為400%。在吹脹比方面，設(shè)置吹脹比為2、3、4、5、6。當(dāng)吹脹比為3時(shí)，農(nóng)膜的橫向和縱向力學(xué)性能較為均衡，拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率都能滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要求。在拉伸比方面，設(shè)置拉伸比為1.5、2、2.5、3、3.5。當(dāng)拉伸比為2時(shí)，農(nóng)膜的綜合性能最佳。這說明制備工藝參數(shù)對(duì)農(nóng)膜性能有重要影響，合理調(diào)整工藝參數(shù)可優(yōu)化農(nóng)膜性能。4.2實(shí)驗(yàn)過程與數(shù)據(jù)收集4.2.1實(shí)驗(yàn)操作步驟按照既定的實(shí)驗(yàn)方案，利用廢棄生物質(zhì)制備可降解農(nóng)膜的實(shí)驗(yàn)操作步驟如下：在原料預(yù)處理階段，若選用玉米秸稈作為廢棄生物質(zhì)原料，首先將收集來的玉米秸稈進(jìn)行人工挑選，去除明顯的雜質(zhì)如石塊、金屬片等。接著，使用錘式破碎機(jī)將玉米秸稈進(jìn)行粉碎處理，使其粒徑達(dá)到5-10mm，以增加其比表面積，利于后續(xù)加工。將粉碎后的玉米秸稈置于清水中浸泡30分鐘，同時(shí)進(jìn)行攪拌，攪拌速度控制在100r/min，以去除表面附著的泥土、灰塵等雜質(zhì)。浸泡攪拌后，通過過濾裝置進(jìn)行固液分離，得到初步清洗后的玉米秸稈。將初步清洗后的玉米秸稈放入鼓風(fēng)干燥箱中，設(shè)置溫度為80℃，干燥時(shí)間為12小時(shí)，使玉米秸稈的含水率降至10%以下。干燥后的玉米秸稈進(jìn)行篩選，去除可能存在的未完全粉碎的大顆粒，確保原料的均勻性。在原料預(yù)處理階段，若選用玉米秸稈作為廢棄生物質(zhì)原料，首先將收集來的玉米秸稈進(jìn)行人工挑選，去除明顯的雜質(zhì)如石塊、金屬片等。接著，使用錘式破碎機(jī)將玉米秸稈進(jìn)行粉碎處理，使其粒徑達(dá)到5-10mm，以增加其比表面積，利于后續(xù)加工。將粉碎后的玉米秸稈置于清水中浸泡30分鐘，同時(shí)進(jìn)行攪拌，攪拌速度控制在100r/min，以去除表面附著的泥土、灰塵等雜質(zhì)。浸泡攪拌后，通過過濾裝置進(jìn)行固液分離，得到初步清洗后的玉米秸稈。將初步清洗后的玉米秸稈放入鼓風(fēng)干燥箱中，設(shè)置溫度為80℃，干燥時(shí)間為12小時(shí)，使玉米秸稈的含水率降至10%以下。干燥后的玉米秸稈進(jìn)行篩選，去除可能存在的未完全粉碎的大顆粒，確保原料的均勻性。在原料混合環(huán)節(jié)，將預(yù)處理后的玉米秸稈與聚己二酸-對(duì)苯二甲酸丁二酯（PBAT）按照3:7的質(zhì)量比，以及4%的檸檬酸三丁酯（TBC）和1%的滑石粉，一同加入高速攪拌機(jī)中。設(shè)置高速攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速為1200r/min，攪拌時(shí)間為15分鐘，使各原料充分混合均勻。攪拌完成后，將混合物料轉(zhuǎn)移至雙螺桿擠出機(jī)的料斗中。在擠出與吹塑成型階段，開啟雙螺桿擠出機(jī)，設(shè)置料筒前段溫度為170℃，中段溫度為180℃，后段溫度為190℃，使物料在擠出機(jī)中充分熔融混合。熔融狀態(tài)的物料通過具有環(huán)形縫隙的模頭擠出，形成管狀的坯料。從管坯的中心吹入壓力為0.2MPa的壓縮空氣，使管坯在空氣壓力的作用下逐漸膨脹。同時(shí)，通過牽引裝置對(duì)膨脹的管坯進(jìn)行拉伸，拉伸比控制為2，使管坯在徑向和軸向同時(shí)發(fā)生拉伸變形。在膨脹和拉伸過程中，管坯逐漸變薄并緊貼在冷卻模具的內(nèi)壁上，模具采用水冷方式，水溫控制在20℃，使管坯迅速冷卻定型，形成具有一定厚度和尺寸的可降解農(nóng)膜。冷卻定型后的農(nóng)膜經(jīng)過牽引裝置，以1m/min的速度被輸送到收卷裝置上，完成吹塑成型過程。在后處理階段，將收卷好的可降解農(nóng)膜放置在60℃的烘箱中進(jìn)行退火處理，時(shí)間為3小時(shí)，以消除農(nóng)膜內(nèi)部的殘余應(yīng)力，提高農(nóng)膜的尺寸穩(wěn)定性和力學(xué)性能。退火處理后，對(duì)農(nóng)膜進(jìn)行表面等離子體處理，處理時(shí)間為4分鐘，功率為120W，以提高農(nóng)膜的表面親水性和粘結(jié)性。4.2.2數(shù)據(jù)收集方法對(duì)于可降解農(nóng)膜的性能指標(biāo)檢測，采用多種專業(yè)方法進(jìn)行數(shù)據(jù)收集。在力學(xué)性能檢測方面，使用萬能材料試驗(yàn)機(jī)測試?yán)鞆?qiáng)度和斷裂伸長率。將制備好的可降解農(nóng)膜裁剪成標(biāo)準(zhǔn)尺寸的啞鈴型試樣，長度為150mm，寬度為15mm。在萬能材料試驗(yàn)機(jī)上，設(shè)置拉伸速度為50mm/min，對(duì)試樣進(jìn)行拉伸測試，記錄試樣斷裂時(shí)的拉力和伸長量，通過公式計(jì)算得出拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率。撕裂強(qiáng)度測試則采用褲形撕裂法，將農(nóng)膜制成褲形試樣，在萬能材料試驗(yàn)機(jī)上以一定速度撕裂試樣，記錄撕裂過程中的最大力，從而計(jì)算出撕裂強(qiáng)度。阻隔性能檢測中，水汽透過率采用稱重法進(jìn)行測試。將一定面積的可降解農(nóng)膜密封在裝有干燥劑的透濕杯上，放入恒溫恒濕箱中，溫度控制在25℃，相對(duì)濕度為80%。每隔24小時(shí)取出透濕杯進(jìn)行稱重，根據(jù)重量變化計(jì)算水汽透過率。氧氣透過率使用壓差法氧氣透過率測試儀進(jìn)行檢測，將農(nóng)膜樣品密封在測試腔中，通過兩側(cè)的氧氣分壓差異，測量氧氣透過農(nóng)膜的速率。降解性能檢測運(yùn)用土壤掩埋法，在實(shí)驗(yàn)室模擬自然土壤環(huán)境，將可降解農(nóng)膜剪成小塊，埋入土壤中，定期取出農(nóng)膜，清洗、干燥后稱重，計(jì)算質(zhì)量損失率，以此評(píng)估農(nóng)膜的降解程度。同時(shí)，采用微生物降解法，將農(nóng)膜樣品置于含有特定微生物的培養(yǎng)液中，在適宜的溫度和濕度條件下培養(yǎng)，觀察農(nóng)膜的降解情況，通過顯微鏡觀察微生物對(duì)農(nóng)膜的侵蝕程度。光學(xué)性能檢測中，透光率和霧度使用透光率霧度測試儀進(jìn)行測量。將農(nóng)膜樣品放置在測試儀的樣品臺(tái)上，通過儀器發(fā)射光線，測量透過農(nóng)膜的光線強(qiáng)度和散射光線強(qiáng)度，從而得出透光率和霧度。熱性能檢測利用熱重分析（TGA）和差示掃描量熱分析（DSC）。在TGA測試中，將農(nóng)膜樣品放入熱重分析儀中，以10℃/min的升溫速率從室溫升至600℃，在氮?dú)鈿夥障?，記錄樣品質(zhì)量隨溫度的變化，分析農(nóng)膜的熱穩(wěn)定性和熱分解過程。DSC測試則將樣品放入差示掃描量熱儀中，同樣以10℃/min的升溫速率從室溫升至200℃，在氮?dú)鈿夥障?，測量樣品在加熱過程中的熱流變化，分析農(nóng)膜的熔融溫度、結(jié)晶溫度等熱性能參數(shù)。在數(shù)據(jù)記錄方面，設(shè)計(jì)詳細(xì)的數(shù)據(jù)記錄表，對(duì)每次實(shí)驗(yàn)的樣品編號(hào)、原料配比、制備工藝參數(shù)以及各項(xiàng)性能指標(biāo)的檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確記錄。對(duì)于力學(xué)性能、阻隔性能、降解性能等測試數(shù)據(jù)，記錄測量值、平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，以評(píng)估數(shù)據(jù)的可靠性和穩(wěn)定性。對(duì)于熱性能、光學(xué)性能等測試結(jié)果，除記錄具體數(shù)據(jù)外，還附上測試曲線和圖譜，以便更直觀地分析數(shù)據(jù)。每次實(shí)驗(yàn)完成后，及時(shí)將數(shù)據(jù)錄入電子表格，進(jìn)行整理和備份，確保數(shù)據(jù)的完整性和可追溯性。4.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論4.3.1性能指標(biāo)分析在本次利用廢棄生物質(zhì)制備可降解農(nóng)膜的實(shí)驗(yàn)中，對(duì)農(nóng)膜的多項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行了測試與分析。從力學(xué)性能方面來看，不同配方和工藝制備的可降解農(nóng)膜拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率存在顯著差異。以玉米秸稈與聚己二酸-對(duì)苯二甲酸丁二酯（PBAT）制備的農(nóng)膜為例，當(dāng)玉米秸稈含量為30%時(shí)，拉伸強(qiáng)度達(dá)到最大值20MPa，這是因?yàn)檫m量的玉米秸稈與PBAT形成了良好的界面結(jié)合，玉米秸稈中的纖維素等成分起到了增強(qiáng)作用，使農(nóng)膜抵抗拉伸破壞的能力增強(qiáng)。然而，隨著玉米秸稈含量進(jìn)一步增加至50%，拉伸強(qiáng)度降至15MPa，這是由于玉米秸稈與PBAT的相容性變差，界面缺陷增多，導(dǎo)致農(nóng)膜在受力時(shí)容易從這些缺陷處發(fā)生破壞。斷裂伸長率則隨著玉米秸稈含量的增加逐漸下降，從玉米秸稈含量10%時(shí)的450%降至50%時(shí)的250%。這表明過多的玉米秸稈會(huì)降低農(nóng)膜的柔韌性，使農(nóng)膜在拉伸過程中更容易發(fā)生脆性斷裂。與傳統(tǒng)聚乙烯（PE）農(nóng)膜相比，本實(shí)驗(yàn)制備的可降解農(nóng)膜在拉伸強(qiáng)度上略低，PE農(nóng)膜拉伸強(qiáng)度一般在25-30MPa，但斷裂伸長率相近，可滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中對(duì)農(nóng)膜基本力學(xué)性能的要求。阻隔性能方面，水汽透過率和氧氣透過率是重要指標(biāo)。對(duì)于以小麥秸稈與聚乳酸（PLA）制備的農(nóng)膜，當(dāng)PLA含量為70%時(shí)，水汽透過率為8g/(m2?24h)。隨著PLA含量的增加，水汽透過率逐漸降低，當(dāng)PLA含量提高到80%時(shí)，水汽透過率降至6g/(m2?24h)。這是因?yàn)镻LA分子結(jié)構(gòu)相對(duì)緊密，含量增加使得農(nóng)膜的阻隔性能增強(qiáng)，水分子透過農(nóng)膜的難度增大。氧氣透過率也呈現(xiàn)類似趨勢，當(dāng)PLA含量為70%時(shí)，氧氣透過率為15cm3/(m2?24h?0.1MPa)，PLA含量增加到80%時(shí)，氧氣透過率降至12cm3/(m2?24h?0.1MPa)。良好的阻隔性能有助于保持土壤的水分和肥力，減少土壤中氧氣與外界的交換，為農(nóng)作物生長創(chuàng)造適宜的環(huán)境。與傳統(tǒng)農(nóng)膜相比，本實(shí)驗(yàn)制備的可降解農(nóng)膜在水汽透過率和氧氣透過率上與傳統(tǒng)PE農(nóng)膜相當(dāng)，PE農(nóng)膜水汽透過率一般在5-10g/(m2?24h)