2012 届毕业设计 （论文）毕业设计报告 （论文）(2012 届)题 所 班 学 生 姓 学 同 组 成 指 导 教 属目 ： 系： 级： 名： 号： 员： 师：农用聚乙烯薄膜的研究现状 材料工程技术系 复材 0921 刘 璐 周 慧
-1-2012 届毕业设计 （论文）摘要虽然我国农地膜的产量及覆盖面积均居世界之首。 但我国目前农膜的发展水平与世 界先进水平相比，仍有很大的差距，这些差距主要表现在产品品种少、大型生产设备与 国外有很大差距、各种耐候、耐高温、高性能薄膜的研究落后等等。农用聚乙烯薄膜具 有保温性、防雾无滴、耐热性、透光性、耐候性、彩色专用等特性。在国外的研究进展 主要有生物降解地膜、光降解地膜、光/生物双降解地膜、植物纤维基地膜和液态喷洒式 可降解地膜；国内的研究进展主要有环保型麻地膜、可控光生物降解地膜、多功能可降 解液态地膜和生物降解淀粉薄膜。废农膜可以利用在改性沥青路、制造泡沫塑料、制造 石蜡、制造防滑板和管件上。今后我国农业产业的布局必定向区域化、特色化发展，产 业中心将继续向优势产区发展，设施结构趋大型化，环境调控趋智能化。关键词：薄膜 聚乙烯 性能 降解 回收-2-2012 届毕业设计 （论文）目录第一章：绪论 ............................................... 41.1 聚乙烯薄膜概述 .................................................................................................. 4 1.2 背景及研究意义 ................................................................................................. 4 1.3 研究现状及发展趋势 .......................................................................................... 5 1.4 暴露出的主要质量问题 ...................................................................................... 5第二章 农用聚乙烯薄膜的性能及发展 .......................... 62.1 保温性 .................................................................................................................. 6 2.2 防雾无滴 .............................................................................................................. 6 2.3 耐热性 ................................................................................................................. 7 2.4 透光性 ................................................................................................................. 7 2.5 耐候性 ................................................................................................................. 8 2.6 彩色专用 ............................................................................................................. 8第三章 农用聚乙烯薄膜的降解类型及发展 ...................... 93.1 可降解农膜现状及进展 ...................................................................................... 9 3.2 国外的研究进展 ................................................................................................. 9 3.2.1 生物降解地膜 .......................................................................................... 9 3.2.2 光降解地膜 .............................................................................................. 9 3.2.3 光/生物双降解地膜 ............................................................................... 10 3.2.4 植物纤维基地膜 .................................................................................... 10 3.2.5 液态喷洒式可降解地膜 ........................................................................ 11 3.3 国内的研究进展 ............................................................................................... 11 3.3.1 环保型麻地膜 ........................................................................................ 11 3.3.2 可控光生物降解地膜 ............................................................................ 11 3.3.3 多功能可降解液态地膜 ........................................................................ 11 3.3.4 生物降解淀粉薄膜 ................................................................................ 12第四章 废农膜的回收与利用 ................................. 124.1 废农膜的产生 ................................................................................................... 12 4.1.1 自然老化 ................................................................................................ 12 4.2 废旧聚乙烯薄膜的用途 .................................................................................... 12 4.2.1 现状 ......................................................................................................... 12 4.2.2 废农用聚乙烯薄膜改性沥青路 ............................................................. 13 4.2.3 废农用聚乙烯薄膜制造泡沫塑料 ......................................................... 13 4.2.4 利用废聚乙烯薄膜制造石蜡 ................................................................. 13 4.2.5 利用废旧聚乙烯薄膜制造防滑板和管件 ............................................ 14第五章 总结与展望 ......................................... 145.1 总结 ................................................................................................................... 14-3-2012 届毕业设计 （论文）5.2 展望 ................................................................................................................... 15参考文献 .................................................. 15第一章：绪论1.1 聚乙烯薄膜概述农膜是指农业用薄膜的简称，是继种子、化肥、农药之后的农业重要生产资料，它 的应用为我国农业生产带来了一场革命，对农业增效、农民增收作出了重要贡献，具体 指棚膜、地膜以及一些特种膜。我国主要是棚膜和地膜、饲草用膜、遮阳网、防虫网等 现代农用覆盖材料。我国是传统的农业大国，近年来，农膜制造业发展迅速，农膜产量 和覆盖面积均居世界第一。我国农用塑料的实际消费量仅次于美国，居世界第二位。其 中，地膜覆盖已占据世界第一位。同时，我国属大陆性季风气候，适宜发展设施园艺， 栽培园艺多样化将成为园艺产业新的增长点，至 2010 年，全国园艺设施面积将增加到 300 万公顷，功能性棚膜的比重占棚膜年销量 40％以上，地膜覆盖栽培面积将扩大到 2000 万公顷以上，地膜的年耗用量增加到 78 万吨左右；畜牧、水产专用暧棚面积扩大 到 l0 万公顷左右，氨化、青贮、缠绕膜的年需求量将达到 30 万吨左右。 在塑料地膜覆盖应用中， 我国开展了地面覆盖栽培高产机理的研究及覆盖技术适应 性观察；覆盖条件下小气候变化规律的研究；土壤理化性质变化与作物生育关系及对产 量形成的影响；光热效应、水热效应、水肥条件变化等对作物生育影响的研究工作。地 面覆盖技术有提高地温、保持土壤水分；保持土壤疏松防止板结；阻止土壤淋溶，保持 提高土壤肥效；灭草作用；驱避虫灾和减轻病害；防灌降温；防盐碱危害；反射强光， 降低地温，促进果实着色作用；保持产品洁净防止产品污染等。1.2 背景及研究意义农用塑料包括农膜、农用喷、滴灌管等，畜禽养殖膜和渔业用塑料等。常使用的薄 膜为普通聚氯乙烯薄膜、聚氯乙烯无滴膜、普通聚乙烯薄膜、聚乙烯无滴膜、聚乙烯多 功能复合膜以及 EVA 多功能复合膜等。现代农业正在向集约化、产业化、国际化、特 色化发展，农用薄膜不仅是持续繁荣的中国农业，也是世界各先进国家农业的支柱产业 之一。 我国农业产业布局也将向区域化、 特色化发展， 产业中心将继续向优势产区发展， 设施结构趋大型化，环境调控趋智能化。 随着城乡居民生活水平的提高，社会对超时令蔬菜的需求量日益增加，推动了以塑 料大棚蔬菜生产为主的塑料园艺设施栽培的迅猛发展， 进而聚乙烯薄膜的市场规模急剧 扩大。虽然我国农地膜的产量及覆盖面积均居世界之首。但我国目前农膜的发展水平与 世界先进水平相比，仍有很大的差距，这些差距主要表现在产品品种少、大型生产设备 与国外有很大差距、各种耐候、耐高温、高性能薄膜的研究落后等等。农用地膜具有较 高的透光性、保温性、抗拉伸强度与抗穿透力。但它们的主要原料均为高分子聚合物， 在结构上又是由不断重复、结合紧密的碳氢长链所构成，这种化学结构决定了农用膜具 有易老化、难分解的特性，加上功能单一，不便于防虫、除草、施肥，且用完后形成的-4-2012 届毕业设计 （论文）碎片遗弃在土壤里不易分解，这种“ 白色污染” 给土壤环境带来了不良后果，所以多 光谱、防虫、除草、光解、自溶与草纤维等性能的无公害、能降解的新型农用地膜还需 进步研究。1.3 研究现状及发展趋势农用薄膜是农业重要的生产资料，它的应用为我国农业生产带来了一场革命，对农 业增效、农民增收作出了重要贡献。据了解，中国农膜产量已居世界首位，2007 年农膜 产量达 96.06 万吨，是世界其他国家总和的 1.6 倍。数据显示，全国适宜农膜覆盖的种 植面积有一多半尚为空白；功能膜比重仅占 30%，而国外达到 80%；高中档农膜产量均 不能满足市场需要。 我国农膜的生产缺口还很大， 每年进口量的 70％是在广东进口或转 口的。农膜生产没有高深的技术要求，现有的 LDPE 和 LLDPE 装置完全可以满足生产 要求。只要国家放宽政策，国内产品完全可以顶替进口，夺占这部分市场。可见，我国 农膜行业的发展前景十分广阔，市场潜力巨大。[1] 目前，有越来越多的消费者和政府把目光放在聚乙烯薄膜塑料袋的环保问题上，由 此推进了新技术的研发进程，生物基和生物降解型聚乙烯薄膜的种类层出不穷，其开发 应用前途一片光明。并且它在作物栽培、保护、贮存、加工、运销等各个环节发挥越来 越重要的作用。薄膜温室、薄膜温床、薄膜复盖、薄膜粮仓、薄膜粮袋、薄膜衬里贮水 池和贮水湖、薄膜田埂等已大量使用。农用塑料薄膜已成为人类向大自然作斗争，夺取 农业增产的有效工具。 农用塑料薄膜的品种现以聚乙烯和聚氯乙烯为主， 其次是聚丙烯、 乙烯―醋酸乙烯共聚物、聚醋、聚酞胺、聚丁烯、聚氟乙烯。日本以耐久性和保温性良 好的聚氯乙烯为主，欧洲、美国和苏联则以价廉和易于加工的聚乙烯为主。为了进一步 改进薄膜质量和满足多种用途的需要， 当前塑料薄膜的研制和生产正沿着提高薄膜使用 寿命和研制特定性能薄膜这两个方面发展。1.4 暴露出的主要质量问题设备陈旧，加工工艺不稳定。由于设备陈旧，控制精度下降，有的企业无法进行相 应的调整或调整难度加大，有的企业不等工艺稳定就急于生产，造成产品质量不稳定。 片面追求经济效益。目前一些生产企业在激烈的市场竞争中，为使产品好销，在生 产中降低聚乙烯地膜的厚度，一些地膜的厚度仅为 0.004mm，由于厚度太薄，造成物理 机械性能也随之降低。 这样的地膜由于强度过低， 覆盖时容易发生破裂， 不能起到保温、 防寒的作用，根这无法满足农业生产的需要。 企业自身管理不善。 国家质量监督检验检疫总局要求地方各级质量技术监督部门要 加大查处和宣传力度，严厉查处生产企业违反强制性国家标准的生产行为，加强对流通 领域经销的农、地膜产品质量的抽查力度，不允许收购和销售不符合国家强制标准要求 的产品。-5-2012 届毕业设计 （论文）第二章 农用聚乙烯薄膜的性能及发展2.1 保温性塑料棚膜保温性能的优劣直接关系到植物生长的好坏，因此，要保持塑料棚内的温 度，必须控制从棚壁逸出的热量，尤其是在夜间和寒冷的冬天，塑料棚膜的保温性更加 重要。广泛使用的农业保温覆盖塑料薄膜有聚氯乙烯薄膜和聚乙烯薄膜两种。但这两种 薄膜各有欠缺， 聚氯乙烯具有可塑性， 聚乙烯保温性差。 克服聚氯乙烯可塑性的方法有， 在其表面上涂一层丙烯系合成树脂溶液中添加表面活性剂以后的组成物等方法， 但这样 还不足以完全解决可塑缺陷。 近年来温室覆盖材料发展极快，各种材料层出不穷，因此对不同覆盖材料的保温性 能进行测试很有实际意义。 中国农业大学农业部设施农业生物环境工程重点开放实验室 [2] 牟超 ，马承伟，张义根据《温室覆盖材料保温性能测定方法》制订的标准测试条件和 操作程序下，使用覆盖材料传热系数测试台，对多种温室覆盖材料的传热系数进行了测 定， 得到在相同实验条件下， 外覆盖材料的保温性能依次为： 中空PC板＞玻璃＞PE薄膜。 内覆盖材料的保温性能优劣为：缀铝膜＞的确良布＞无纺布＞PE膜，并且缀铝膜反射率 高的一面朝外，能获得更好的保温效果。外保温覆盖材料的芯材对它的保温性有较大影 响，依次为：毛毡＞发泡聚乙烯＞镀铝膜＞防水布＞无纺布＞薄膜。 日刊《化学与工业势》报道。日本大日精化工业公司提出，在聚乙烯或聚苯乙烯中 混入一定量的聚乙烯对酞酸盐或聚丁烯对酞酸盐来提高聚乙烯或聚苯乙烯薄膜的保温 性。另外旧本东洋曹达工业公司也提出，在以烯烃系树脂组成的基础材料聚乙烯或乙烯 一醋酸乙烯聚合体中加入一定量的硫酸锶来提高保温性。2.2 防雾无滴有滴膜膜内温度高， 适用于春秋两季， 对喜温作物效果好， 缺点是膜内易形成雾滴， 影响透光。无滴膜(又称流滴膜)表面含亲水物质，膜内水滴顺膜流下，湿度低，透光性 好，膜内外温差大，性能普遍优于有滴膜。为了改善膜的流滴性能，一般可以通过对膜 进行表面极性改性或是添加流滴剂， 在应用时往往同时添加或在膜表面涂覆流滴剂与防 雾剂，即始之兼有防雾和流滴的功能，从而进一步提高膜的透光性。流滴剂为多种非离 子型表面活性剂复配物，消雾剂为特殊型表面活性剂，如含氟表面活性剂和含硅表面活 性剂。 塑料棚膜的防雾滴性实际包括无滴性和防雾性两方面。 防雾性要求是近年提出的新 的质量要求。一般通过混炼添加防雾滴剂和在薄膜表面进行防雾滴性处理，达到无滴和 消雾的效果。 北京市化学工业研究院和临安市塑料化工助剂厂都开发出了流滴消雾效果 良好的流滴消雾体系，涂覆型流滴消雾体系已经成为制取功能化棚膜的重要途径之一。 山东省塑料工业试验厂的李开辉在聚乙烯防雾无滴薄膜的开发及应用的实验中发 现防雾剂全氟烷在薄膜中由氟无机物形成一个核，它能把棚内空气中的水份吸收，同时 还能抑制膜表面上的水份蒸发，并促进无滴剂无滴效果的发挥；所有这些薄膜表面的水 份都在无滴剂作用下，通过薄膜表面往下流到土壤中去，从而使棚内空气中水份减少， 达到防雾的效果。 兰州化学工业公司化工研究院的高级工程师郝秀梅和王美玲在涂敷聚乙烯薄膜防-6-2012 届毕业设计 （论文）雾性研究实验中采用外涂布工艺技术制备聚乙烯防雾膜，通过对薄膜的透光率、雾度、 -30℃低温实验，对粘结性、力学性能、实验室不同温度水浴和自制田间大棚覆盖防雾 性测试进行评价，并和内添加法的防雾性进行对比。结果表明，涂层对薄膜的透光率、 力学性能没有影响，耐低温性良好，粘结性强，防雾性好，40℃水浴 360 天，60℃水浴 150 天，80℃水浴 37 天，田间大棚已达 15 个月，是内添加法防雾膜防雾期的 5 倍。从 而也证明了外涂布防雾膜具有优良的防雾持久性。 河北工业大学化工系的李家政和王强在热处理和稳定剂对 PE 防滴膜性能的影响实 验中发现对加有稳定剂的防滴膜进行热处理，在一定温度下，热处理一定时间后，无滴 期大大地延长，超过一定时间则无滴期又开始下降。这一现象是由于热处理改变了稳定 剂在膜内的分散状态及稳定剂与防滴剂的相互作用的结果。 电镜照片直接证实了这种改 变。力学性能测试结果表明，热处理后防滴膜的拉伸强度、直角撕裂强度略上升，伸长 率略下降。这为提高农膜的使用寿命提供了一个良好的途径。但需在防滴膜中加人稳定 剂。因为只有它才能使小分子在膜中经热处理后形成相对稳定的分散相的聚集。热处理 对防滴膜的力学性能影响不是很大。 周立国[3] 等人研究了聚甘油硬脂酸(PGFE) 酯作为流滴剂使用时其羟值、酯值、酸 值对农用膜无滴性的影响，并且对聚甘油的聚合度与无滴性之间的关系进行了探讨。结 果表明：PGFE 的羟值为 350、酯值为 148、酸值小于 3 时农用膜无滴性好。2.3 耐热性低密度聚乙烯（LDPE）薄膜由于软化温度低，耐热性能差，不能作为蒸煮食品包 装和其他耐热包装材料使用。华侨大学应用化学系林柏松的耐热聚乙烯薄膜研究表明， 若在LDPE上接枝共聚具有耐热性能的单体，或者在LDPE表面进行交联处理，均能大大 改善其耐热性。并且采用正交设计方法，可获得反应条件的单体用量、引发剂用量、反 应时间、反应温度和不同溶剂，对接枝度的影响规律。同时，得到最佳接枝度的反应条 件。接枝M M A 的L D P E 薄膜可提高耐热性能，接枝度为17.4 % ~ 23.0 %的薄膜加热 至140℃，其抗张强度可达到9.2~ 9.8 M Pa，因此这样改进的薄膜可用作耐热包装材料。 天津轻工业学院的钱仲裕和夏荣秀在耐热聚乙烯薄膜的研制实验中简短地介绍了 光化学交联低密度聚乙烯的原理和方法。在试验中使用了若干种光敏剂，它能使聚乙烯 在紫外线的照射下，发生交联。在最初的5分钟光照时间内，凝胶含量增加，以后的5~20 分钟内，凝胶含量基本保持不变。在聚乙烯光化学交联的同时，发生断链，致使交联聚 乙烯薄膜的强度降低。交联改善了聚乙烯膜的耐热性。低密度聚乙烯交联薄膜可用于罐 式硫化(155℃，30分钟）的电线和电缆的隔离层材料。通过试验，找到了适合在空气中 紫外光化学交联聚乙烯的光敏剂4和12。这两种光敏剂混合使用的6膜，耐热性较好，可 用作罐式硫化的电线电缆隔离层材料。 中国石油兰州化工研究中心的王卓妮和樊洁在加工温度对低密度聚乙烯薄膜热收 缩性能的影响实验中考察了熔体温度及热收缩温度对低密度聚乙烯(牌号为1810D)薄膜 热收缩性能的影响。结果表明，熔体温度对薄膜横向热收缩率的影响较纵向大；在吹膜 过程中，适宜的熔体温度为200 ～230℃；适当提高熔体温度或热收缩温度，有利于提 高薄膜的热收缩性能，减小薄膜纵横向热收缩差异。2.4 透光性北京市塑料研究所的韩昌泰和王国华等人采用 LDPE、LLDPE、EVA 等为主体原料-7-2012 届毕业设计 （论文）并配合多种功能性助剂制成多层复合保温高透光棚膜，得到的是一种耐老化性好、无滴 性持久、防尘、长久透光性优良、促进作物生长的新型棚膜。它的研制成功，为农业提 供了一种比较理想的目光温室覆盖材料。 中科院长春应用化学研究所的刘南安及吉林省科技厅的关丽宏等人在高透光增强 线型聚乙烯的研究中研讨了添加成核透明剂等对线型低密度聚乙烯(LLDPE)结构与性能 的影响。发现添加成核透明剂后 LLDPE 的结晶结构均匀细密，光学性能与力学性能大 幅度提高。并且分子量分布宽可引起散色光，增加雾度，不利于透光性。当然高分子量 高结晶度有利于成核透明剂发挥作用，也可相对减少用量，可使蔬菜增产 10％。 华南理工大学材料学院曾芳勇[4] 在线型低密度聚乙烯薄膜透光性的研究中，发现 Unipol 气相流化床工艺生产的线型低密度聚乙烯( LLDPE )的结晶度高，薄膜透光性比 高压低密度聚乙烯薄膜的透光性差，影响了 LLDPE 薄膜的应用与推广。分析认为，降 低 LLDPE 薄膜中的灰分含量、调整 LLDPE 薄膜的结晶性能，有助于降低 LLDPE 薄膜 的雾度，提高 LLDPE 薄膜的透光性。乙烯分压从 0. 85M Pa 降至 0. 60M Pa 时，LLDPE 薄膜的雾度下降了 3%~5%；使用高活性催化剂和优质添加剂，可使 LLDPE 薄膜中灰分 的质量分数从 4X10-4 降至 1X10-4； 成核剂的使用及吹膜工艺参数的调整， 可改善 LLDPE 薄膜晶核的形态及尺寸，达到了改善 LLDPE 薄膜透光性的目的。2.5 耐候性安徽省合肥塑料工业研究所的张冶华在 PVC 系树脂中适量配台增塑剂、稳定剂以 及特定的有机磷化合物、环氧树脂、防雾滴剂、有机磷酸醇化合物或有机磷酸金属盐的 组成物，经压延成型制膜，所制软质 PVC 农用大棚薄膜具有高耐候性、防雾滴性及高 频焊合性皆优的特点， 尤其是高频焊合性扰异对于幅宽不够而需要搭缝焊接的压延薄膜 更显得重要。 北京化工大学材料科学与工程学院王胜、 黄皓浩对聚乙烯分子结构对其耐候性影响 的评估表明。近年来，随着农业的发展以及环境问题日益受到人们的重视，对棚膜的耐 候性提出了更高的要求。 改善棚膜的耐候性， 一方面， 要从树脂添加的稳定剂方面入手， 选用高效的稳定剂；另一方面，也要从树脂本身的耐候性入手，选用具有优良耐候性的 基础树脂，提高树脂资源的利用率，从而降低农业生产成本。节省树脂资源。通过运用 层次分析法，确定丁聚乙烯结构对耐候性影响的权重。从而提出丁聚乙烯基础树脂耐候 性评估指标。有助于棚膜生产厂家合理选用棚膜用基础树脂。2.6 彩色专用一般来说，植物的生长离不开阳光，对光线质量也有严格的要求。因此人们可以通 过合理选择薄膜，调节透光成份与强度，设计出符合作物生长需要的光质量条件。为此 日本的碳化物(Carbide)公司开发了一种可以阻隔近紫外线的功能佳农用薄膜，用它来代 替传统的薄膜，使番茄、甜茭、黄瓜等作物减少病害， 收到增产的好效果。-8-2012 届毕业设计 （论文）第三章 农用聚乙烯薄膜的降解类型及发展3.1 可降解农膜现状及进展目前世界上解决塑料薄膜白色污染的途径有两个，一是回收塑料薄膜，二是开发可 降解农膜。但由于我国地膜用量和覆盖面积大，企业生产的薄膜厚度太薄(6 微米，低于 国家规定 8 微米，美国 24 微米，韩国 20 微米，日本 15 微米)，回收起来异常困难，在 经济上得不偿失，因此，目前最重要的是加强对降解地膜的开发与应用。[5]3.2 国外的研究进展3.2.1 生物降解地膜 法国目前研究较多的是聚酯类地膜与淀粉和聚酯混合型地膜， 聚酯类地膜的原料主 要来源于石油产品，淀粉主要采用玉米淀粉。日本采用纤维素与甲壳素水溶液制膜，德 国采用直链淀粉或高直链淀粉及其它天然高分子材料制膜。 赫玉欣和由文颖是河南科技大学化工与制药学院的教授， 他们在淀粉基生物降解塑 料的应用研究现状及发展趋势中简述了开发淀粉塑料的意义及研究发展趋势， 指出含淀 粉量低的填充型淀粉塑料由于其组分大部分为非降解树脂，难以符合环保要求，发展的 趋势是开发含淀粉量在80％以上(其余组分均可降解)能完全降解的所谓全淀粉或基本全 淀粉热塑性塑料，蒙脱土为增强相的热塑性淀粉纳米复合材料是研究的热点。 C专利（生物可降解塑料及其制造方法）中讲解到生物可降解塑料技术是 以变性淀粉和聚乙稀为主体的可降解塑料，它在环境中可被微生物和光所降解。降解时 间根据所处环境及所用原料不同而有所不同，降解最快的制品可在半个月内全部溃烂 （薄膜，地面覆盖试验） ，降解最慢的制品可持效约8个月左右（薄膜，树苗嫁接保护试 验） ，普通薄膜制品的降解通常在使用后2个月开始，3个月左右薄膜完全溃烂。 华中农业大学食科系的熊汉国和吴俊等人以及武汉绿华降解塑料有限公司的曾庆 想，他们以天然高聚物玉米淀粉为原料，经增塑、增强、交联后制备全生物降解薄膜。 通过正交实验确定了三种增塑剂的协同作用最佳配比，探索了增强剂、交联剂对薄膜力 学性能的影响，研究了该薄膜的生物降解特性，并通过 X-衍射对该膜的结构进行表征。 结果表明：三种增塑剂的最佳用量为 15%水、2%丙三醇、2%尿素，20%增强剂聚乙烯 醇、5%交联剂乙二醛，所制备的膜强度达到国标 GB4456-84 所规定的标准：淀粉经塑 化、交联后，次价键断裂，晶区被破坏，使淀粉具备热塑性。该膜微生物生长达到 4 级， 土埋 20 天后， 失重率达到 90%。 该研究结果为用淀粉制造一次性生物降解膜、消除“白 色污染” 、提供了理论依据和实际参考。 3.2.2 光降解地膜 该技术由英国和以色列首创，并在英国、以色列和南非应用。由于光降解地膜降解 速度很难控制，降解速度快，再加上这种地膜只有在光下才能降解，而埋在土壤里的部 分因见不到阳光而不能分解，降解后碎片不易继续粉化或被土壤同化，污染土壤问题仍 未得到根本解决。 因此它的使用很受限制。 另外成本比普通膜高， 使推广应用受到限制。-9-2012 届毕业设计 （论文）[6]中国纺织大学纺织化学工程系睦伟民在可光降解聚乙姗薄膜的研究中以硬脂酸的 铁盐和铈盐为光敏剂用母粒法制备了可光解聚乙烯薄膜，用差示扫描仪法（DSC） 、热 重分析法（TGA） 、熔体流动指数（MI）和红外光语(IR)分别表征光敏剂、光敏母拉和 可光降解薄膜。根据经不同时间氙灯或自然暴晒后羧基指数及力学性能的变化，研究了 这两种光敏剂含对薄膜降解性能的影响。 3.2.3 光/生物双降解地膜 在通用高分子材料中添加光敏剂、自动氧化剂、抗氧剂和作为微生物培养基的生物 降解助剂等的添加型技术而制成光/生物双降解地膜。 主要代表为淀粉型光， 生物降解地 膜。目前，很多国家正在研究淀粉型降解地膜材料一淀粉的改性问题。光/生物双降解地 膜虽然把地膜降解成小颗粒，短期内对作物生长不会有太明显的负面影响，不过随着使 用时间的延长，土壤中塑料颗粒逐渐增加，而且非常难以清除，可能带来潜在的更严重 污染，不利于农业的可持续发展。 刘再满[7]提出采用傅里叶变换红外光谱、示差扫描量热、凝胶渗透色谱和气相色谱质谱联用等方法，研究了质量分数为 35%的淀粉光/生物降解聚乙烯薄膜的光降解性能、 产物结构及降解机理。结果表明，可通过光敏剂种类和用量调节薄膜的光降解速度。硬 脂酸铁和硬脂酸铈的光敏化作用相近，均优于二乙基二硫代氨基甲酸铁；在光敏剂质量 分数为 0.2%~0.3%时制得的光/生物降解薄膜光降解性能较好。 随着薄膜的光降解程度增 大，羰基指数和薄膜中聚乙烯的结晶度升高，而熔点和相对分子质量下降。其光降解产 物中含有低分子量的烷烃、酮、醛、酯、一元羧酸和二元羧酸等。 3.2.4 植物纤维基地膜 目前日本已研究开发出一系列的纸地膜产品，主要有经济合理型纸地膜、纤维网型 纸地膜、有机肥料型纸地膜、生化型纸地膜和化学高分子型纸地膜。但这些纸地膜由于 抗风雨能力差、易破碎，遇雨后撕破强力大大降低，不适宜机械铺膜，所以纸地膜并未 在日本农业生产上推广应用。 为了寻找塑料地膜的替代产品，解决应用塑料地膜造成的严重农田污染问题，中国 科学院沈阳应用生态研究所的李文军和中国科学院研究生院的刘作新等人对一种植物 纤维地膜进行了玉米田间覆盖试验研究。结果表明，植物纤维地膜在玉米苗期具有显著 的增温保墒作用。有利于保全苗，促进玉米的生长发育，显著提高玉米产量和水分利用 效率。 与露地相比， 覆盖植物纤维地膜在不同测定时期内可提高土壤温度 0.5℃～1.7℃， 增加土壤含水量 1.4％～6.1％；提高产量 10．8％。植物纤维地膜覆盖 8 周后抗张强度 损失率接近 90％，120 天后地表残留量基本为零，表明植物纤维基地膜具有很好的降解 性。 天津轻工业学院的高玉杰和谢来苏在“纸基农用地膜的开发及应用”实验中介绍了 以植物纤维原料为主的农用纸基地膜的研制与应用。采用常规造纸工艺，以草浆配加部 分木浆，添加适当助剂或辅料，首先生产地膜原纸，然后选用适宜的透明助剂对原纸进 行涂布，纸基地膜具备实际使用所必需的干、湿强度，适于风雨晴阴等全天候使用。经 实地种植试验表明，纸基地膜的各项使用性能与塑料地膜基本相当。纸基地膜的研制开 发，是消除塑膜污染的有效途径之一。但由于纸基地膜的成本相对较高，在大范围农田 推广应用还有一定困难，进一步降低成本，或配套相关的环保政策是纸基地膜被广泛应- 10 -2012 届毕业设计 （论文）用的前提。 3.2.5 液态喷洒式可降解地膜 液态喷洒式可降解地膜强度可以根据具体用途而定，地膜也可以被制成黑色，以抑 制地面杂草的生长。此外，还可以在喷洒地膜前，向其中加入化肥或农药。庄稼收获后， 这些地膜就可以在耕地时被混入土壤，并随之降解，不会造成污染。目前，这种产品已 经开始在瑞典、德国和意大利试用，主要用于西红柿、芦笋、草莓、马铃薯和花卉种植。3.3 国内的研究进展3.3.1 环保型麻地膜 环保型麻地膜是一种植物纤维地膜，它以麻类纤维为主要原料，在不改变麻类纤维 特性的情况下， 采用无纺布制造工艺和特有的后整理工艺试制而成。 产品具有强度较高， 保温、保湿效果好，能有效地促进农作物生长发育。使用后在土壤中降解性能良好，无 污染，并有培肥土壤作用。该产品填补了国内空白，与国外同类产品相比，性能更优、 成本更低，具有很大推广应用价值。 为了探明麻地膜降解性能与土壤 pH 和土壤微生物的相关性，中国农业科学院麻类 研究所的宋建龙， 王朝云等人利用生石灰调节土壤 pH， 将土壤 pH 调节为弱酸性、 中性、 弱碱性 3 个不同的水平，将麻地膜埋入 3 种不同的土壤中，定期测定其失重率及其周围 土壤微生物种类和数量的变化。结果表明，麻地膜在 3 种不同 pH 条件下的降解速率表 现为： 弱碱性＞中性＞弱碱性。 在土壤微生物方面， 碱性土壤中土壤微生物的总量最多， 中性土壤中居中，酸性土壤中越少，对比 3 种微生物的变化，在碱性土壤中放线菌的数 量有显著性增加。 碱性土壤有利于麻地膜的降解， 由于在碱性土壤中放线菌的数量最多， 且麻地膜的降解性能与土壤放线菌的数量呈显著正相关。 3.3.2 可控光生物降解地膜 黑龙扛省农科院栽培所的李忠杰在可控降解地膜应用现状及发展前景中表明地膜 技术的引进给农民带来了巨大的经济效益和社会效益， 促进了传统农业向现代化农业转 变的科学技术。随之带来的白色污染又破坏了人们的生存环境，因此解决白色污染势在 盛行。 实验中对国内多个厂家提供的不同种类的可控降解膜由科研单位试验， 结果证明： 比较成熟的光降解膜的诱导期基本上可以满足农艺要求。 并且可控光生物降解膜与普通 地膜有同等的功效而且能够降解是我国地膜发展的方向， 也是发展可持续性农业的必要 前提。 3.3.3 多功能可降解液态地膜 这种多功能可降解液态地膜是以褐煤、风化煤或泥炭对造纸黑液、海藻废液、酿酒 废液或淀粉废液进行改性，通过木质素、纤维素和多糖在交联剂的作用下形成高分子， 再与各种添加剂、硅肥、微量元素、农药和除草剂混合制取获得。 孙亚萍[8]在多功能可降解液态地膜在花生生产的实际应用研究中提到通过多功能可- 11 -2012 届毕业设计 （论文）降解黑色液态地膜与普通地膜对作物生长情况影响的对比应用试验。 揭示了液态地膜在 减少土壤残膜污染的同时，与普通地膜具有相近的保温、增产、提高效益等作用。 3.3.4 生物降解淀粉薄膜 生物降解地膜根据不同农作物生长期、不同降解诱导期的要求，利用然料配方的比 例实现对降解地膜的可控性。在微生物、氧、光等自然条件作用下，在完成了对农作物 的保温、保墒、除草等功能后，逐步分解成为细微粉末，直至完全降解为水和二氧化碳， 实现对农田环境的无害化。第四章 废农膜的回收与利用4.1 废农膜的产生4.1.1 自然老化 农用薄膜暴露于大气之中，受到阳光、温度、湿度等因素的影响，对薄膜的性能造 成破坏，大大缩短了农用薄膜的使用寿命。在国外，农膜几乎百分之百为长寿命农膜， 而我国耐候功能膜的使用在近几年才得到了迅速发展。 自然大气暴露试验是评价农用大棚膜耐候性最为有效的方法， 能为农用大棚膜的使 用提供准确指导。因此有关专家组织了七种典型的农用大棚薄膜在海南（热带） 、广州 （ 亚热带）进行自然环境的大气暴露试验，研究了农用大棚膜的机械性能（拉伸强度、 断裂伸长率、撕裂强度） 、光学性能（透光率）在自然环境下的变化规律和使用耐久性。 结果表明： 拉伸强度和断裂伸长率对薄膜老化十分敏感，在自然暴露期间变化明显，能准确反 映出薄膜在整个老化期间的变化，可作为评价塑料薄膜耐老化性能的测试方法。 正是由于薄膜的自然老化导致有越来越多的废农膜产生， 所以将废旧农膜回收再利 [9] 用是急需解决的问题。4.2 废旧聚乙烯薄膜的用途4.2.1 现状 聚乙烯塑料薄膜随着农用地膜覆盖技术的推广，其用量日益增大，因而废弃聚乙烯 塑料薄膜的量也随之增加，这就严重地污染了环境，如何处理废聚乙烯薄膜已成为人们 极其关注的问题。并且随着我国经济的发展产生对塑料制品需求的不断增加、废旧塑料 利用途径不断扩大以及环境治理要求的不断提高，废旧塑料利用的前景是十分光明的。 常见的再生塑料制品有再生农膜、各种包装袋和垃圾袋、再生农用管道、垃圾箱、土工 合成材料等。- 12 -2012 届毕业设计 （论文）4.2.2 废农用聚乙烯薄膜改性沥青路 随着经济建设的发展，公路交通量、车辆荷载和车速不断的提高，对沥青路面提出 了更高的技术要求，这就是在高温季节，沥青要有足够的粘结力和热稳定性；在低温季 节，沥青要有一定的弹塑性；另外还应具有抗老化性、韧性和耐磨性。因此，沥青路用 性能的改善和提高，仍是世界各国公路部门关注而广泛研究的课题。 太原市塑料研究所工程师白启荣[10]， 她在废旧聚乙烯塑料改性沥青路用性能的研究 中提到利用农用地膜、塑料大棚、食品袋、商品包装袋及其它塑料包装袋等废弃的聚乙 烯薄膜作为路用沥青改性剂，有利于提高沥青路面的使用质量，延长路面的使用寿命， 具有较高的经济效益和社会效益。变废为宝，减少环境污染，是一种环保产品。废旧聚 乙烯塑料来源充足，价格低廉，在经济上为推广利用废旧聚乙烯塑料改性沥青开阔了前 景。实践证明，废旧塑料应用在公路建设中是可行的。利用废旧聚乙烯塑料改性道路沥 青，工艺可行，设备简单，完全可以在工程中使用。 4.2.3 废农用聚乙烯薄膜制造泡沫塑料 太原机械学院郭李有、董雯蓉及李德苹，他们在关于利用废农用聚乙烯薄膜制造泡 沫塑料的研究中主要内容是探讨将废农用薄膜回收为制造泡沫塑料原杆的可能性的问 题。得出在废聚乙烯中添加价格低廉的碳酸钙作为填料、加入自制的低分子量聚乙烯作 为脱模剂；并加入自制的硫化磷脂作为分散剂和助发泡剂；采用化学发泡制得发泡良好 的泡沫塑料是可能的结论。 1 制备出外观和韧性较好的泡沫塑料并以此代替新聚乙烯做发泡材料这是完全可 能的。 2 改变配方中各组分配比和工艺条件，可以制备出不同规格的泡沫塑料，应用于多 方面的需要，可作为绝热材料、包装材料、吸音材料、绝缘材料、装饰材料、减震材料 及日用品（如泡沫拖鞋、泡沫凉鞋等） 。 3 废聚乙烯的粒料颜色发暗黑色，为了改善制品的外观，加些适量的增白材料是行 之有效的。 4 在配方中加入硫化磷酯和不加硫化磷酯的效果不同， 说明硫化磷酯是很好的助发 泡剂。 5 在配方中加入我们自制的低分子量聚乙烯，脱模效果很好，可以代替价格较贵的 硬脂酸作脱模剂。 6 由于设计配方利用了废聚乙烯、价廉的碳酸钙作填料，自制的硫化磷脂作分散剂 和助发泡剂，自制的低分子量聚乙烯作脱模剂，可使成本大大降低，便于推广应用。据 初步估计，原料成本费可降低二分之一左右。 4.2.4 利用废聚乙烯薄膜制造石蜡 太原机械学院袁凤英在利用废聚乙烯薄膜制造石蜡的研究中主要讨论了用废架乙 烯薄膜制石蜡的可行性。采用高温、低压的反应条件，加入自制的催化剂；可制得石蜡， 其熔点在 54~57℃，产率达 80%以上，该研究给塑料的利用，净化环境提供了可靠的依 据。实验表明高温减压条件下，废聚乙烯制石蜡用自制的 201 催化剂效果较好，制得的 石蜡呈半透明、微黄色固体。熔点为 81℃，产率 81%。并且改变催化剂和工艺条件， 可以制出颜色不同、熔点不同的蜡，适应多方面的需要。在配方设计中用了废聚乙烯和- 13 -2012 届毕业设计 （论文）自制催化剂，使成本大大降低，经济效益和社会效益显著。人工艺简单，操作方便，有 利于推广和应用 4.2.5 利用废旧聚乙烯薄膜制造防滑板和管件 中韩共同技术开发项目：8-2废弃物资源计划，主要是回收废旧塑料薄膜制备防滑 板和管件。延续了中韩共同技术开发项目“废旧农用塑料薄膜的回收造粒技术开发” ， 深入研究回收废旧塑料薄膜制造再生塑料制品的工艺，并以再生塑料制备防滑板和管 件，讨论影响再生制品品质的因素和生产成本，以期在此基础上有所改进，使得制造的 再生制品能够投入市场使用。第五章 总结与展望5.1 总结本文主要研究了农用聚乙烯薄膜的背景、研究意义、研究现状、发展趋势、性能及 发展、降解类型及发展以及废农膜的回收与利用。现将几点列举如下： 农用塑料包括农膜、农用喷、滴灌管等，畜禽养殖膜和渔业用塑料等。常使用的薄 膜为普通聚氯乙烯薄膜、聚氯乙烯无滴膜、普通聚乙烯薄膜、聚乙烯无滴膜、聚乙烯多 功能复合膜以及 EVA 多功能复合膜等。 现代农业正在向集约化、产业化、国际化、特色化发展，农用薄膜不仅是持续繁荣 的中国农业，也是世界各先进国家农业的支柱产业之一。我国农业产业布局也将向区域 化、特色化发展，产业中心将继续向优势产区发展，设施结构趋大型化，环境调控趋智 能化。 3、农用薄膜是继种子、化肥、农药之后的农业重要生产资料，它的应用为我国农 业生产带来了一场革命，对农业增效、农民增收作出了重要贡献。只要国家放宽政策， 国内产品完全可以顶替进口，夺占这部分市场。可见，我国农膜行业的发展前景十分广 阔，市场潜力巨大。 4、目前，有越来越多的消费者和政府把目光放在聚乙烯薄膜塑料袋的环保问题上， 由此推进了新技术的研发进程，生物基和生物降解型聚乙烯薄膜的种类层出不穷，其开 发应用前途一片光明。并为了进一步改进薄膜质量和满足多种用途的需要，当前塑料薄 膜的研制和生产正沿着提高薄膜使用寿命和研制特定性能薄膜这两个方面发展。 5、农用聚乙烯薄膜具有保温性（塑料棚膜保温性能的优劣直接关系到植物生长的 好坏） 、防雾无滴（表面含亲水物质，膜内水滴顺膜流下，湿度低，透光性好，膜内外 温差大，性能普遍优于有滴膜） 、耐热性（耐热性差所以不能作为蒸煮食品包装和其他 耐热包装材料使用） 、透光性（降低 LLDPE 薄膜中的灰分含量、调整 LLDPE 薄膜的结 晶性能，有助于降低 LLDPE 薄膜的雾度，提高 LLDPE 薄膜的透光性） 、耐候性（选用 高效的稳定剂、选用具有优良耐候性的基础树脂可以改善耐候性） 、彩色专用（可以通 过合理选择薄膜，调节透光成份与强度，设计出符合作物生长需要的光质量条件）等特 性。 6、可降解农膜目前在国外的研究进展主要有生物降解地膜、光降解地膜、光/生物 双降解地膜、植物纤维基地膜和液态喷洒式可降解地膜；国内的研究进展主要有环保型 麻地膜、可控光生物降解地膜、多功能可降解液态地膜和生物降解淀粉薄膜。- 14 -2012 届毕业设计 （论文）7、聚乙烯塑料薄膜随着农用地膜覆盖技术的推广废弃聚乙烯塑料薄膜的量也随之 增加， 这就严重地污染了环境， 所以如何处理废聚乙烯薄膜已成为人们极其关注的问题。 废农膜可以利用在改性沥青路、制造泡沫塑料、制造石蜡、制造防滑板和管件上。5.2 展望农膜技术对我国农业结构转型和可持续发展有重要的促进作用。 聚乙烯薄膜科技含 量高、附加值高的产品，无论是原料选择，还是加工和消费过程，都没有或不释放任何 有毒、有害物，有利于环保和实现绿色消费，属于环境友好产品，具有良好的应用前景。 农膜覆盖给农民带来了巨大的经济效益。农用地膜具有较高的透光性、保温性、抗拉伸 强度与抗穿透力。并且在今后的发展中这些性能还会更强，性价比也会更高。但由于我 国地膜在世界上用量最大，厚度又最薄，废弃地膜污染问题也就进而出现了，目前已经 有很多降解和回收利用方法，在不久的将来降解的方法会越来越趋向于简单化，降解的 时间也会越来越短期化，回收利用的区域也会越来越广泛。也就是我国农业产业布局必 定向区域化、特色化发展，产业中心将继续向优势产区发展，设施结构趋大型化，环境 调控趋智能化。参考文献[1] 李洁涛.农用薄膜的现状和发展趋势[N]. 前沿报告，2009 [2] 牟超.温室覆盖材料保温性能的研究[J]. 中国农业大学农业部设施农业生物环境工程 重点开放实验室，中国农业工程学会 2007 年学术年会论文集 [3] 周立国.PGFE 对农用膜无滴性的影响[J]. 山东轻工业学院化学工程学院，2009，21 （1） ：40～42. 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