陜科大強濤濤教授課題組/張慧潔副教授與惠州學院陳學軍教授合作CEJ：基于明膠多重交聯增強的可生物降解地膜
傳統的不可降解地膜廢棄后產生的微塑料對生態環境和人類健康都構成了巨大威脅。這些疏水性極強的微塑料長期積聚在土壤中會干擾作物根系生長，并流入到食物鏈中，它們已經在動物和人類的身體中被發現。因此，可生物降解的地膜被認為是目前最具發展前景的替代品。然而，目前市售的可生物降解地膜因為其高昂的售價在實際的銷售中受到了一定的限制。所以，價格親民、性能可靠的可生物降解地膜是廣受歡迎的。
在近期的研究中，陜西科技大學強濤濤教授課題組/張慧潔副教授和惠州學院陳學軍教授合作提出利用制革工業的皮革廢棄物提取的明膠作為廉價的原材料，開發了高強度、高透光率的可生物降解地膜。受雙網絡水凝膠的可犧牲鍵增強機理啟發，通過引入多重交聯得到高強度可生物降解地膜。多重交聯明膠基質地膜由兩個具有相互作用的交聯網絡組成。第一個網絡是共價交聯明膠網絡，而第二個網絡是聚乙烯醇（PVOH）（一種可生物降解的親水性聚合物）網絡，由PVOH的結晶域交聯。PVOH還通過氫鍵與明膠相互作用。明膠與PVOH之間的氫鍵以及一些PVOH結晶域作為能量耗散的犧牲鍵。因此，多重交聯明膠基質地膜具有較高的斷裂應力(12.03~31.99 MPa)和斷裂應變(211.99%~379.73%)。這種高機械性能可與傳統的低密度聚乙烯地膜相媲美，符合GB/T 35795標準的規定。地膜除具有優異的機械性能外，還具有良好的耐水性、透光性和在土壤中的生物降解性。多重交聯明膠基質地膜的各項性能均可協調，且具備生態友好性、低成本和優異的性能，使其在生態農業地膜方面具有很大的應用潛力。
圖1 明膠基質地膜的多重交聯結構
圖2 （a）不同配比地膜的應力-應變曲線。（b）高剛度和可延伸性演示圖像。（c）地膜的撕裂能和楊氏模量。（d）低密度聚乙烯地膜和各種常見的生物降解地膜的斷裂應力和應變，包括PLA、熱塑性淀粉、玉米蛋白、海藻/淀粉、PBAT和PLA/PBAT。
圖3 （a）地膜的溶脹率和溶解度比。（b）在去離子水中浸泡48小時后地膜性能演示圖像。（c）地薄膜的紫外-可見透過率曲線及圖像演示。（b）部分綠色蔬菜種子萌發、生長照片。
上述工作近日以“Fabrication and Evaluation of Biodegradable Multi-Cross-Linked Mulch Film Based on Waste Gelatin”為題發表在國際期刊Chemical Engineering Journal上。文章的第一作者為陜西科技大學輕工科學與工程學院博士生陳良，陜西科技大學強濤濤教授、張慧潔副教授為該論文的共同通訊作者，惠州學院陳學軍教授和陜西科技大學碩士生任雯琪為該論文的共同作者。
文章信息與鏈接：
Liang Chen, Taotao Qiang*, Xuejun Chen, Wenqi Ren, Hui Jie Zhang*. Fabrication and Evaluation of Biodegradable Multi-Cross-Linked Mulch Film Based on Waste Gelatin. Chem. Eng. J. 2021, CEJ 129639.
https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.129639
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