在許多國家的農業(yè)生產(chǎn)中，人們經(jīng)常會(huì )使用地膜來(lái)提高農作物產(chǎn)量。這種薄膜通常由聚乙烯制成，用于覆蓋地面，以提高土壤溫度，保持土壤水分，維持土壤結構，防止害蟲(chóng)侵襲作物，控制雜草生長(cháng)，促進(jìn)作物生長(cháng)等功能。但不幸的是，聚乙烯這種石油基材料很難被生物降解，農民們必須在收獲季節結束時(shí)盡最大努力收集薄膜殘留物，否則這些殘留物就會(huì )污染田地。
最近，德國一個(gè)叫做Fraunhofer的硅酸鹽研究所的研究人員正在與歐洲的合作伙伴合作，開(kāi)發(fā)具有保護性混合涂層的可持續生物降解地膜紙。以減少傳統地膜殘留物對農田的污染。
塑料垃圾不僅污染海洋，還污染農田。根據德國拜羅伊特大學(xué)的一項研究，在常規農田中可以檢測到大的和小的塑料顆粒。在農業(yè)和園藝中，覆蓋在土壤或農田上的地膜會(huì )造成污染。它們的目的是延長(cháng)生長(cháng)季節，減少雜草，同時(shí)減少蒸發(fā)，改善土壤水分平衡。
石油基聚乙烯（PE）制成的薄膜必須在收獲后收集，這通常難免留下殘留物。因此，PE殘留物會(huì )在土壤中保留一段時(shí)間，并在土壤中累積，因為微生物無(wú)法分解它們。PE碎片會(huì )對土壤產(chǎn)生物理影響，并進(jìn)入食物鏈。
雖然由聚乳酸制成的可生物降解薄膜已經(jīng)面世，但它們非常昂貴。位于伍爾茨堡的弗勞恩霍夫ISC的一組研究人員正在與來(lái)自德國、芬蘭和挪威的研究和工業(yè)合作伙伴合作，開(kāi)發(fā)可生物降解的可持續替代品——大尺寸薄膜的環(huán)保替代品必須便宜且能夠批量生產(chǎn)。
生物降解紙取代塑料薄膜
項目合作伙伴依靠纖維素紙來(lái)開(kāi)發(fā)可持續薄膜。Fraunhofer的研究人員克勞斯·羅斯（Klaus Rose）博士說(shuō)：“紙張的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它可以很快分解而不留下任何殘留物，但分解速度太快，這種材料不能持續整個(gè)農耕季節。一旦下幾次雨，這種材料就會(huì )變軟，保護也不再有效?！?/p>
因此，需要一種功能性涂層來(lái)穩定紙張并防止快速降解。保護性混合涂層由ORMOCER制成，這種無(wú)機-有機雜化聚合物的材料類(lèi)別是30多年前在Fraunhofer硅酸鹽研究所開(kāi)發(fā)的。
研究人員解釋說(shuō)：“這種涂料由兩種不同的成分組成，即有機聚合物和無(wú)機硅酸鹽，它們通常不相容。但結合起來(lái)，它們在保持可降解性的同時(shí)提供了化學(xué)和機械穩定性?！碧娲牧蠎掷m大約三到六個(gè)月的農耕季節，然后應完全分解。最初的測試表明，紙的涂層增加了其濕強度，使其比未涂層的紙張更穩定。
新型雜交覆蓋紙
除了穩定功能涂層外，項目合作伙伴正在開(kāi)發(fā)一種全新的混合覆蓋紙，由功能化纖維素和摻入的有機纖維素以及功能化納米纖維素制成，由于其非常高的長(cháng)厚比，其特點(diǎn)是具有很高的固有穩定性。
這涉及到用混合聚合物粘合劑粘合纖維素纖維，像粘合劑一樣交聯(lián)單個(gè)纖維。網(wǎng)格密度影響穩定性。該粘合劑系統有效地起到涂層的作用。因此，混合紙不需要額外的涂層。開(kāi)發(fā)人員解釋說(shuō)：“紙張應經(jīng)過(guò)疏水處理，即防水。此外，它必須比普通紙張更耐撕裂。機械穩定性和抗紫外線(xiàn)是重要的性能，收獲后應將其翻耕?！?/p>
復合材料的最佳性能是實(shí)際的挑戰。一旦這項技術(shù)得到充分發(fā)展，包裝行業(yè)也可以從這種新材料中受益：“可生物降解的紙張代替塑料薄膜將對環(huán)境保護做出重大貢獻，”羅斯說(shuō)。
覆蓋紙采用卷對卷工藝生產(chǎn)。但這還沒(méi)有準備好，首先需要進(jìn)行大量的測試，比如用紙薄膜覆蓋對西紅柿和其他作物生長(cháng)的影響。我們期待這種新材料能盡快進(jìn)入量產(chǎn)階段，惠及全球，減少塑料垃圾對環(huán)境的污染。
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