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大連工業(yè)大學(xué)王海松教授課題組 Carbohyd. Polym.：在大豆分離蛋白接枝羧甲基纖維素制備可降解地膜取得新進(jìn)展
2023-10-01  來源：高分子科技

  為了滿足農(nóng)作物生長及新鮮果蔬增產(chǎn)增值需求，不可降解的石油基地膜被大量使用了。市場上商用地膜主要由低密度聚乙烯（PE）制成，從土壤中清除和處理不可降解的PE地膜是一項昂貴、耗時和費力的工作，廢棄的PE地膜產(chǎn)生的微塑料嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境和危害人類健康。隨著限塑令的升級，可再生可降解環(huán)境友好的生物基地膜的開發(fā)和利用越來越受到關(guān)注。然而，天然聚合物因其較差的機械性能及功能單一限制了在地膜中應(yīng)用，所以現(xiàn)階段亟需開發(fā)一種高強度高韌性且具有良好土壤保濕保熵及肥料緩釋功能的生物基地膜代替?zhèn)鹘y(tǒng)的不可降解PE地膜。



  近期，大連工業(yè)大學(xué)生物基纖維材料與化學(xué)品團(tuán)隊提出一種通過酰胺化反應(yīng)在大豆分離蛋白（SPI）分子鏈上接枝羧甲基纖維素（CMC）制備高強度高韌性多功能可降解地膜的方法。論文發(fā)表在生物材料領(lǐng)域?qū)W術(shù)期刊Carbohydrate Polymers，王海松教授和杜健副教授為論文通訊作者，2021級化學(xué)專業(yè)碩士生王錢森為論文第一作者。


  研究首先利用可再生環(huán)境友好的羧甲基纖維素CMC進(jìn)行質(zhì)子化反應(yīng)，然后與來源廣泛的生物基的大豆分離蛋白SPI發(fā)生酰胺化接枝共聚，由于化學(xué)共價鍵及物理氫鍵的協(xié)同增強作用，制備的膜材料呈現(xiàn)出優(yōu)異的拉伸強度（42.15MPa）、延展性（斷裂伸長率24.8%），得益于分子鏈之間的交聯(lián)和纏結(jié)，薄膜的耐水性也得到了提高，并且網(wǎng)絡(luò)結(jié)果中包裹的尿素可以實現(xiàn)緩慢釋放，減少了肥料的流失和施肥頻率，長效促進(jìn)種子發(fā)芽和生長。該研究為制造具有高機械強度、高韌性具有土壤保濕保熵和肥料緩釋等的多功能全可生物降解地膜提供了借鑒。 


圖1. 大豆分離蛋白接枝羧甲基纖維素制備生物基可降解地膜的流程 


圖2.生物基可降解地膜的機械性能和機理 


圖3生物基地膜保濕保熵肥料緩釋促進(jìn)白菜種子發(fā)芽對比圖


  研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、遼寧省自然科學(xué)基金及興遼英才計劃科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才項目的資助。


  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2023.121410

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