一种红茶茶渣一分为二双路径制备液态地膜与固态地膜材料的方法

摘要

本发明公开了一种红茶茶渣一分为二双路径制备液态地膜与固态地膜材料的方法。首先制备茶渣/氢氧化钠/尿素混合溶液，经低温、超声、过滤后得到滤液和滤渣。滤液部分与聚乙烯醇/聚氧化乙烯溶液按一定比例共混后喷洒得到液态地膜；滤渣部分分散在氢氧化钠/尿素体系的纤维素溶液中，相转化法制备得到纤维素/滤渣膜，然后将膜经海藻酸钠/琼脂粉/丙三醇混合溶液浸渍改性和氯化钙溶液交联改性，干燥后获得固态地膜。本发明一分为二双路径分别制备了液态地膜与固态地膜材料，具有无污染、易生物降解、降解产物可提高土壤肥力及生物相容性良好等优点，同时实现了茶渣、纤维素等生物质材料的高值化利用和对传统地膜材料的取代。

说明书

技术领域

本发明涉及一种红茶茶渣一分为二双路径制备液态地膜与固态地膜材料的方法，属于化工农林材料领域。

背景技术

地膜覆盖技术作为我国应用较为广泛的农业栽培技术之一，地膜覆盖可提高作物产量，减少农田农药投入，节省灌溉用水，并有助于满足不断增长的粮食需求，促进了我国农业经济的发展。然而，塑料地膜废弃后降解困难，地膜残留对土壤和生态环境造成了严重的破坏，同时对环境造成二次污染，因此以农林废弃物为原料，开展了对环境友好的生物质可降解地膜的研究。对地膜的生产技术和方法进行改进，使用无毒环保可降解的生物质原料，开发研制性能优良的可降解液态地膜和固态地膜，是解决目前膜污染问题的有效途径。

茶被认为是世界上仅次于水的第二大饮料，中国作为主要的茶叶生产国之一，每年在生产茶多酚、茶饮料、速溶茶等产品的同时，产生大量的剩余残渣，废弃的茶渣仍然残留较多的营养成分，直接舍弃会造成巨大的资源浪费，将茶渣作为堆肥材料可以对土壤带来积极影响。但是，茶渣中所含有的木质纤维素纤维尺寸稳定性差，缺乏热塑性，限制了它在膜材料方面的应用。聚乙烯醇是聚醋酸乙烯酯的水解产物，很适合与天然高分子材料共混，因为它具有高度的极性，可以在水溶液中操作，也可生物降解，具有良好的物理性能，如抗拉强度和断裂伸长率。此外，纤维素是最常用的天然物质之一，并已成为最重要的商业原料之一，它具有低成本、高比表面积、良好的生物相容性和可降解性。因此，可以将茶渣与聚乙烯醇和纤维素等可降解材料进行改性并混合，能够相互弥补自身缺点，从而用于地膜材料的制备。

发明内容

本发明提供一种红茶茶渣一分为二双路径制备液态地膜与固态地膜材料的方法，通过一定的预处理工艺将茶渣分为滤液和滤渣两部分。滤液部分与聚乙烯醇/聚氧化乙烯溶液按一定比例共混后喷洒得到液态地膜；滤渣部分均匀分散在氢氧化钠/尿素体系溶解的纤维素溶液中，相转化法制备得到纤维素/滤渣膜，然后将膜在海藻酸钠/琼脂粉/丙三醇混合溶液中浸渍改性后再转入到氯化钙溶液中进行交联，干燥后获得固态地膜。

为实现上述目的，本发明所制备的液态地膜厚度为50~400μm，干态下拉伸负荷强度为1.5~10MPa，断裂伸长率为60~310%，湿态下拉伸负荷强度为0.5~8MPa，断裂伸长率为200~320%；固态地膜厚度为50~400μm，干态下拉伸负荷强度为8~80MPa，断裂伸长率为0.5~10%，湿态下拉伸负荷强度为0.5~20MPa，断裂伸长率为1~30%。

本发明采用的技术方案是：一种红茶茶渣一分为二双路径制备液态地膜与固态地膜材料，首先制备茶渣/氢氧化钠/尿素混合溶液，经低温、超声、过滤后得到滤液和滤渣两部分。滤液部分与聚乙烯醇/聚氧化乙烯溶液按一定比例共混后喷洒得到液态地膜；滤渣部分均匀分散在氢氧化钠/尿素体系溶解的纤维素溶液中，相转化法制备得到纤维素/滤渣膜，然后将膜在海藻酸钠/琼脂粉/丙三醇混合溶液中浸渍改性后再转入到氯化钙溶液中进行交联，经干燥后获得固态地膜。

所述聚乙烯醇为相对分子量为20000~150000的一种水溶性聚合物。

所述聚氧化乙烯为相对分子量为100~400万的一种水溶性聚合物。

所述纤维素为棉浆粕、木材浆粕、竹木浆粕或草浆粕中的一种或多种混合浆粕中提取的天然纤维素。

所述琼脂粉为相对分子量为3000~8000的一种水溶性植物胶。

上述的红茶茶渣一分为二双路径制备液态地膜与固态地膜材料的方法，包括以下步骤：

（1）茶渣一分为二处理：将茶渣与氢氧化钠溶液混合后搅拌加热，冷却至常温后再加入尿素进行预冷、超声、过滤，分别得到滤液与滤渣。茶渣/氢氧化钠/尿素混合溶液各组分的质量百分比为茶渣4~6%、氢氧化钠6~8%、尿素10~12%、水补足，加热温度为80~95℃，预冷温度为-20~-10℃，超声时间为30~50min；

（2）液态地膜的制备：将步骤（1）的滤液部分与聚乙烯醇溶液、聚氧化乙烯溶液共混，柠檬酸调节溶液pH后喷洒成膜。混合溶液各组分的质量百分比为聚乙烯醇4~6%、聚氧化乙烯0.01~0.03%、滤液50%、水补足；

（3）固态地膜的制备：首先配制氢氧化钠/尿素体系溶液，预冷后加入纤维素和步骤（1）得到的滤渣部分并均匀分散，经超声脱泡后，以柠檬酸水溶液作为凝固浴，相转化法制备得到纤维素/滤渣膜，铸膜液各组分的质量百分比为氢氧化钠6~8%、尿素10~12%、纤维素2~4%、滤渣1~3%、水补足，预冷温度为-20~-10℃，柠檬酸水溶液的浓度为0.6~0.8%；然后将纤维素/滤渣膜在海藻酸钠/琼脂粉/丙三醇混合溶液中浸渍改性后再转入到氯化钙溶液中进行交联，经干燥得到固态地膜，海藻酸钠/琼脂粉/丙三醇混合溶液各组分的质量百分比为海藻酸钠0.5~1.5%、琼脂粉0.1~0.3%、丙三醇2~4%、水补足，氯化钙溶液的浓度为3~5%。

所述步骤（2）和步骤（3）柠檬酸为无水柠檬酸、一水合柠檬酸中的一种。

本发明的有益效果在于：以茶渣为主要原料，与聚乙烯醇和纤维素等可降解材料相结合，制备了液态地膜与固态地膜，具有可持续再生、无污染、易生物降解、有良好的生物相容性等优点，降解后可提高土壤肥力，可实现茶渣、纤维素等生物质材料的高值化利用和对传统地膜材料的取代。

具体实施方式

为了使本发明的发明目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本例。

实施例1 红茶茶渣一分为二双路径制备液态地膜与固态地膜材料

（1）茶渣一分为二处理：将茶渣与氢氧化钠溶液混合后搅拌加热，冷却至常温后再加入尿素进行预冷、超声、过滤，分别得到滤液与滤渣。茶渣/氢氧化钠/尿素混合溶液各组分的质量百分比为茶渣4%、氢氧化钠6%、尿素10%、水补足，加热温度为80℃，预冷温度为-20℃，超声时间为30min；

（2）液态地膜的制备：将步骤（1）的滤液部分与聚乙烯醇溶液、聚氧化乙烯溶液共混，柠檬酸调节溶液pH后喷洒成膜。混合溶液各组分的质量百分比为聚乙烯醇4%、聚氧化乙烯0.01%、滤液50%、水补足；

（3）固态地膜的制备：首先配制氢氧化钠/尿素体系溶液，预冷后加入纤维素和步骤（1）得到的滤渣部分并均匀分散，经超声脱泡后，以柠檬酸水溶液作为凝固浴，相转化法制备得到纤维素/滤渣膜，铸膜液各组分的质量百分比为氢氧化钠6%、尿素10%、纤维素2%、滤渣1%、水补足，预冷温度为-20℃，柠檬酸水溶液的浓度为0.6%；然后将纤维素/滤渣膜在海藻酸钠/琼脂粉/丙三醇混合溶液中浸渍改性后再转入到氯化钙溶液中进行交联，经干燥得到固态地膜，海藻酸钠/琼脂粉/丙三醇混合溶液各组分的质量百分比为海藻酸钠0.5%、琼脂粉0.1%、丙三醇2%、水补足，氯化钙溶液的浓度为3%。

实施例2 红茶茶渣一分为二双路径制备液态地膜与固态地膜材料

（1）茶渣一分为二处理：将茶渣与氢氧化钠溶液混合后搅拌加热，冷却至常温后再加入尿素进行预冷、超声、过滤，分别得到滤液与滤渣。茶渣/氢氧化钠/尿素混合溶液各组分的质量百分比为茶渣5%、氢氧化钠7%、尿素11%、水补足，加热温度为85℃，预冷温度为-15℃，超声时间为40min；

（2）液态地膜的制备：将步骤（1）的滤液部分与聚乙烯醇溶液、聚氧化乙烯溶液共混，柠檬酸调节溶液pH后喷洒成膜。混合溶液各组分的质量百分比为聚乙烯醇5%、聚氧化乙烯0.02%、滤液50%、水补足；

（3）固态地膜的制备：首先配制氢氧化钠/尿素体系溶液，预冷后加入纤维素和步骤（1）得到的滤渣部分并均匀分散，经超声脱泡后，以柠檬酸水溶液作为凝固浴，相转化法制备得到纤维素/滤渣膜，铸膜液各组分的质量百分比为氢氧化钠7%、尿素11%、纤维素3%、滤渣2%、水补足，预冷温度为-15℃，柠檬酸水溶液的浓度为0.7%；然后将纤维素/滤渣膜在海藻酸钠/琼脂粉/丙三醇混合溶液中浸渍改性后再转入到氯化钙溶液中进行交联，经干燥得到固态地膜，海藻酸钠/琼脂粉/丙三醇混合溶液各组分的质量百分比为海藻酸钠1%、琼脂粉0.2%、丙三醇3%、水补足，氯化钙溶液的浓度为4%。

实施例3 红茶茶渣一分为二双路径制备液态地膜与固态地膜材料

（1）茶渣一分为二处理：将茶渣与氢氧化钠溶液混合后搅拌加热，冷却至常温后再加入尿素进行预冷、超声、过滤，分别得到滤液与滤渣。茶渣/氢氧化钠/尿素混合溶液各组分的质量百分比为茶渣6%、氢氧化钠8%、尿素12%、水补足，加热温度为95℃，预冷温度为-10℃，超声时间为50min；

（2）液态地膜的制备：将步骤（1）的滤液部分与聚乙烯醇溶液、聚氧化乙烯溶液共混，柠檬酸调节溶液pH后喷洒成膜。混合溶液各组分的质量百分比为聚乙烯醇6%、聚氧化乙烯0.03%、滤液50%、水补足；

（3）固态地膜的制备：首先配制氢氧化钠/尿素体系溶液，预冷后加入纤维素和步骤（1）得到的滤渣部分并均匀分散，经超声脱泡后，以柠檬酸水溶液作为凝固浴，相转化法制备得到纤维素/滤渣膜，铸膜液各组分的质量百分比为氢氧化钠8%、尿素12%、纤维素4%、滤渣3%、水补足，预冷温度为-10℃，柠檬酸水溶液的浓度为0.8%；然后将纤维素/滤渣膜在海藻酸钠/琼脂粉/丙三醇混合溶液中浸渍改性后再转入到氯化钙溶液中进行交联，经干燥得到固态地膜，海藻酸钠/琼脂粉/丙三醇混合溶液各组分的质量百分比为海藻酸钠1.5%、琼脂粉0.3%、丙三醇4%、水补足，氯化钙溶液的浓度为5%。

对实施例1-3生产的液态地膜与固态地膜材料进行测试：液态地膜厚度为50~400μm，干态下拉伸负荷强度为5~10MPa，断裂伸长率为180~310%，湿态下拉伸负荷强度为3.5~8MPa，断裂伸长率为250~320%；固态地膜厚度为50~400μm，干态下拉伸负荷强度为20~60MPa，断裂伸长率为1~8%，湿态下拉伸负荷强度为1~15MPa，断裂伸长率为5~20%。

上述说明指出并描述了本发明的若干优选实施例，但应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其它实施例的排除。本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。