在许多国家的农业生产中，人们经常会使用地膜来提高农作物产量。这种薄膜通常由聚乙烯制成，用于覆盖地面，以提高土壤温度，保持土壤水分，维持土壤结构，防止害虫侵袭作物，控制杂草生长，促进作物生长等功能。但不幸的是，聚乙烯这种石油基材料很难被生物降解，农民们必须在收获季节结束时尽最大努力收集薄膜残留物，否则这些残留物就会污染田地。
最近，德国一个叫做Fraunhofer的硅酸盐研究所的研究人员正在与欧洲的合作伙伴合作，开发具有保护性混合涂层的可持续生物降解地膜纸。以减少传统地膜残留物对农田的污染。
塑料垃圾不仅污染海洋，还污染农田。根据德国拜罗伊特大学的一项研究，在常规农田中可以检测到大的和小的塑料颗粒。在农业和园艺中，覆盖在土壤或农田上的地膜会造成污染。它们的目的是延长生长季节，减少杂草，同时减少蒸发，改善土壤水分平衡。
石油基聚乙烯（PE）制成的薄膜必须在收获后收集，这通常难免留下残留物。因此，PE残留物会在土壤中保留一段时间，并在土壤中累积，因为微生物无法分解它们。PE碎片会对土壤产生物理影响，并进入食物链。
虽然由聚乳酸制成的可生物降解薄膜已经面世，但它们非常昂贵。位于伍尔茨堡的弗劳恩霍夫ISC的一组研究人员正在与来自德国、芬兰和挪威的研究和工业合作伙伴合作，开发可生物降解的可持续替代品——大尺寸薄膜的环保替代品必须便宜且能够批量生产。
生物降解纸取代塑料薄膜
项目合作伙伴依靠纤维素纸来开发可持续薄膜。Fraunhofer的研究人员克劳斯·罗斯（Klaus Rose）博士说：“纸张的一个优点是，它可以很快分解而不留下任何残留物，但分解速度太快，这种材料不能持续整个农耕季节。一旦下几次雨，这种材料就会变软，保护也不再有效。”
因此，需要一种功能性涂层来稳定纸张并防止快速降解。保护性混合涂层由ORMOCER制成，这种无机-有机杂化聚合物的材料类别是30多年前在Fraunhofer硅酸盐研究所开发的。
研究人员解释说：“这种涂料由两种不同的成分组成，即有机聚合物和无机硅酸盐，它们通常不相容。但结合起来，它们在保持可降解性的同时提供了化学和机械稳定性。”替代材料应持续大约三到六个月的农耕季节，然后应完全分解。最初的测试表明，纸的涂层增加了其湿强度，使其比未涂层的纸张更稳定。
新型杂交覆盖纸
除了稳定功能涂层外，项目合作伙伴正在开发一种全新的混合覆盖纸，由功能化纤维素和掺入的有机纤维素以及功能化纳米纤维素制成，由于其非常高的长厚比，其特点是具有很高的固有稳定性。
这涉及到用混合聚合物粘合剂粘合纤维素纤维，像粘合剂一样交联单个纤维。网格密度影响稳定性。该粘合剂系统有效地起到涂层的作用。因此，混合纸不需要额外的涂层。开发人员解释说：“纸张应经过疏水处理，即防水。此外，它必须比普通纸张更耐撕裂。机械稳定性和抗紫外线是重要的性能，收获后应将其翻耕。”
复合材料的最佳性能是实际的挑战。一旦这项技术得到充分发展，包装行业也可以从这种新材料中受益：“可生物降解的纸张代替塑料薄膜将对环境保护做出重大贡献，”罗斯说。
覆盖纸采用卷对卷工艺生产。但这还没有准备好，首先需要进行大量的测试，比如用纸薄膜覆盖对西红柿和其他作物生长的影响。我们期待这种新材料能尽快进入量产阶段，惠及全球，减少塑料垃圾对环境的污染。
来源：生物降解材料研究院
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