褐煤/淀粉共聚物微观作用机制及应用于地膜的基础研究

Plastic film for agriculture has achieved a great success, but the resulting "white pollution" has become a major obstacle to the sustainable development of modern agriculture。The research on degradable film is urgency. Lignite has the ability of humidity adjusting because of high porosity, use as organic fertilizer because of rich in humic acid, supply mineral elements of inorganic minerals, and low cost.Lignite is selected as the substitute of plastic film in this application. This is the bottleneck problem widely used in film that how to make a stronger interaction between lignite powder. Brown coal is a rigid polymeric material,and starch is a kind of flexible matrix.They are mixed for the preparation of film.Starch molecule contains multi-hydroxy,which can come into complex interactions.The microcosmic action mechanism would be studied,and so the effects of coal particle size, content of mineral, and the interaction between this blend and soil, dry and wet strength when applied to film. This application would provide a new type of low-carbon utilization of lignite, and would have a greater role in promoting innovation of agricultural film. And the kind of material can also be used in other areas.

塑料地膜应用于农业取得了巨大成效，但由此产生的"白色污染"已成为现代农业可持续发展的一大障碍，研制可降解地膜成当务之急。褐煤因有较大孔隙率，具有调湿能力，富含的腐殖酸可供有机肥，无机矿物可补充矿物元素，且储量丰富价格低廉，本项目以褐煤制备地膜取代塑料地膜。如何让褐煤粉间产生较强相互作用成膜，这是褐煤广泛应用于地膜的瓶颈。褐煤是有机刚性高分子，本项目以淀粉为柔性基质，采用褐煤悬浮液/淀粉乳液共混的复合方法制备地膜材料。淀粉分子含有大量羟基，可与褐煤表面的含氧官能团形成复杂相互作用。本项目主要研究褐煤粉与淀粉分子的微观相互作用机制，褐煤粒度、矿物含量对共混物性能的影响，以及该共混物应用于地膜时与土壤的相互作用、抗旱抗暴雨的干湿强度特性。该项目的成功实施将提供一种新型褐煤低碳资源化利用途径，对农用地膜革新产生较大推动作用，且该种材料还可用于其他领域。

煤是生产众多化学品和材料的基本原料之一，主要的技术路线是煤先气化制合成气，然后从合成气制甲醇、氢、一氧化碳等基本化学原料，再制备其他的高附加值产品。尽管这种技术路线在技术上和经济上可行，已经运行了数十年，但是总效率低下、碳排放、环境污染等缺点也已经严重影响环境。开发直接高效、低或者零污染从煤制备化学品的技术路线非常重要。. 从煤直接制备聚合物材料是直接利用煤的途径之一。在这个领域，研究工作集中于将煤粉与高分子共混以提高高分子材料的热稳定性、机械强度和导电性。这种处理的机理是煤的表面与高分子相互作用，煤作为添加剂起填充作用，并未作为材料的基质。煤直接制备材料的难点之一是固体煤颗粒很难与高分子均匀混合。. 本研究的目的是探索可行的煤与高分子均匀混合方法。众所周知，煤中有许多的氢键，尤其在低阶煤和风化煤中。若将这些氢键打开，然后使其与其他高分子之间重新形成氢键则可以制备新材料。本研究以褐煤、风化煤为原料，用氢氧化钠溶液使煤尽可能溶解于水中以破坏煤中氢键，然后加入PVA/CMS的水溶液，它们在水溶液状态可以均匀混合；然后将混合液脱水，形成新型复合膜材料。. 研究结果表明，煤可以与PVA/CMS形成相对强度较好的，均匀的新型聚合物。本技术路线中，煤被氢氧化钠萃取，部分形成腐殖酸钠溶液，部分为不溶的颗粒状残渣。腐殖酸钠通过氢键与PVA/CMS复合，残渣起填充的作用。氢键的存在被FTIR和XPS所证实。. 复合模材料的机械性能、热稳定性、以及应用于地膜的保温性、保水性、可降解性被详细研究。结果表明：（1）腐殖酸钠与PVA/CMS体系分子间氢键对膜有增韧作用，可提高膜断裂伸长率；残渣在膜中起到填充作用，能增强膜的强度；但是过多的煤会造成膜剂不足以包覆残渣，膜力学性能下降。（2）煤的加入可以增强复合膜材料的热稳定性。（3）煤的添加能够提高地膜的保水性。膜的保水性随着煤添加量的增加而变好，但随着煤粉粒度变大而先增大后减小。煤粉的粒度和添加量有一个最佳值。（4）添加煤能够有效提高地膜保温性，新型地膜的保温性随着煤粉添加量的增加而愈佳，但随着煤粉粒度的增大而愈差，煤粉粒度325目且添加量达到40%时地膜保温性能最好。（5）新型地膜的生物降解性随煤粉添加的增加先快后慢，添加量为10%时降解速率最快，煤的粒度越小越利于降解。