本发明属于领域，特别涉及一种可降解高性能植物纤维综合农用地膜及其制备方法。
背景技术：
随着塑料工业的迅速发展，在农业方面，由于农用地膜的使用，有效的控制了土壤的温度和湿度，减少了水分和营养物质的流失，促进了农作物的高产和稳定，从而增加了农业生产的效益。
农用塑料地膜在20世纪中叶开始应用。1955年日本首次应用于草莓生产，并进行推广。60年代初，法国、意大利、美国等国家开始在蔬菜、水果、咖啡、烟草、棉花等作物生产上应用农用塑料地膜，均获得良好效果。我国自1978年从日本引进塑料农用地膜覆盖技术以来，地膜覆盖技术在国内农业生产中得到了迅速推广，极大地提高了我国农作物产量。
但与此同时，由于地膜的一次性使用，降解时间长达二三百年，用后易破碎在农田中并夹杂了大量的沙土，很难回收利用。每年都会有大量的残膜留在土壤中。塑料地膜多为分子量数万至数十万的聚乙烯，它们在自然界中很难降解。这些地膜碎片可在土壤中形成阴隔层，使土壤中的水、气、肥等流动受阻，造成土壤结构板结，严重危害生态环境，造成白色污染。因此，解决残留地膜污染土壤问题，已经成为地膜覆盖栽培技术的当务之急。
日本、美国、意大利、法国、德国、加拿大等发达国家，于上个世纪末相继着手研究可降解地膜。主要类型包括：生物降解地膜、光降解地膜、光/生物降解地膜和利用植物纤维制成的可降解地膜。其中，生物降解地膜可分为化学合成分子基地膜、天然高分子基地膜两大类，但只有所含的淀粉成分可降解，其中的塑料成分并不能降解。光降解地膜分为添加型光降解地膜和合成型光降解地膜两大类，光降解地膜降解速度快、很难控制，且这种地膜只有在光下才能降解，因此它的使用很受限制。光/生物降解地膜能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，但随着使用时间的延长，土壤中塑料颗粒逐渐增加，难以清除，可能带来比使用塑料地膜更严重的污染，不利于农业的可持续发展。植物纤维基地膜是利用植物纤维，如针叶木、阔叶木、麻、苇等多种天然原料生产地膜，如日本研究开发的纸地膜、麻地膜。纸地膜可被土壤微生物完全降解，没有污染，但所述纸地膜抗风雨能力差、易破损，遇雨后撕破强力大大降低，不易机械化铺膜，同时价格较贵，目前在生产上使用量较少。20世纪末，日本研制出农用麻地膜，主要以纸浆和麻纤维为原料，韧性较纸地膜大大增强，提高了机械化铺设的效率，但日本麻纤维缺乏，价格昂贵，难以大量推广应用。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明提供了一种可降解高性能植物纤维综合农用地膜及其制备方法。所述地膜采用植物纤维等天然原料生产，采用新工艺制成的地膜，不仅韧性较强，适合机械化铺设，而且可在土壤中完全降解，属于环保型产品。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种可降解高性能植物纤维综合农用地膜，制备所述农用地膜的原料包括植物纤维、淀粉、纤维素、增强剂、防水剂和助滤剂，所述各原料的重量份数比为：
植物纤维 60~75
淀粉 5~15
纤维素 3~10
增强剂 0.5~5
防水剂 0.5~15
助滤剂 4~10。
进一步的，所述植物纤维为稻草植物纤维、棉杆植物纤维或木材残料植物纤维。
进一步的，所述稻草植物纤维的提取方法包括以下步骤：
1）清洗、除尘：通过高压泵喷洗、揉搓将原料稻草，去除包括尘土、沙石、泥土在内的杂质，并利用高磁铁去除铁杂质，得到清洁干净的稻草原料；
2）膨化：向稻草原料中添加酸碱，利用酸碱综合处理工艺处理稻草原料，将原料置于膨化机中，2.8-3.6个大气压下，旋转28-30分钟排出，静置2-3小时自行反应，得到孰料待用；
3）搓丝：把待用的熟料，用双螺杆搓丝分离，纤维送到前面，渣料排出，并把纤维料加温到130℃，按2%-6%的比例添加双氧水，使丝状达到白度要求80度以上，得到搓丝合格的料；
4）反应仓：将搓丝合格的料慢慢降温达到丝状白度稳定后（80度以上），直接送入热磨机，经过热磨机处理，纤维达到扣解度36，白度达到80度以上，得到片状纤维；
5）揉搓分离：把片状纤维揉搓成分散状，并把包括尘埃在内的杂质排出，得到纤维初产品；
6）压滤：将纤维初产品送至压滤机，首次压滤将所含水分挤压到含水60%-70%，二次压滤后含水40%~50%，三次压滤后含水量达到14%-20%，即得到所述的植物纤维。
进一步的，步骤2）中所述的酸碱综合处理工艺中所使用的酸碱分别为双氧水和烧碱，两者的添加量均为稻草原料的4%~10%。
进一步的，所述淀粉为造纸用淀粉。
进一步的，所述防水剂为油、胶以及松香的混合物。
进一步的，所述助滤剂为硅藻土助滤剂。
所述的可降解高性能植物纤维综合农用地膜的制备方法，利用三喷三压制膜工艺，具体包括以下步骤：
将植物纤维疏解后，加入淀粉混合搅拌均匀后，经筛选机筛选后入一号池料作为底料；纤维素和增强剂混合搅拌均匀后入二号料池作为中料；助滤剂、防水剂混合搅拌后入三号料池作为面料；三个池有三个喷料泵，按照克重调整计量泵喷料数量，三种原材老按底料、中料和面料的顺序依次将三种料喷到长网上，经挤压机、烘干机、传送机、复卷机、分切机，即得到所述的可降解高性能植物纤维综合农用地膜。
本发明相比现有技术的有益效果为：
1、本发明所述的可降解高性能植物纤维综合农用地膜，是一种质地介于纸张和布料之间的薄膜，它比塑料薄膜成本低30%，给农民降低种地成本；
2、本发明所述的可降解高性能植物纤维综合农用地膜，可以通过控制原料中淀粉和防水剂用量，控制所述农用地膜的降解时间；
3、本发明所述的可降解高性能植物纤维综合农用地膜，所用原材料是稻草、秸秆，年年皆有，废料变宝；
4、本发明所述的可降解高性能植物纤维综合农用地膜，保温性能好，冷热温差平衡性能强；
5、本发明所述的可降解高性能植物纤维综合农用地膜，是一种新型的可降解农用地膜，约3-8个月可风化降解，而且风化后给土壤增加氮磷钾肥料，用可降解的高性能纤维农用地膜可生产出优质粮油蔬菜瓜果，是节能减排低碳环保、利国利民创新项目；
6、本发明所述的可降解高性能植物纤维综合农用地膜，是淀粉与超强度纤维混合而成，采用喷射技术，产品由防水层、增强层和覆盖层三层组成，降解性、强度和防水性更好。
具体实施方式
实施例1
一种可降解高性能植物纤维综合农用地膜，制备所述农用地膜的原料包括植物纤维、造纸用淀粉、纤维素、增强剂、防水剂和助滤剂，所述各原料的重量份数比为：
植物纤维 60~75
造纸用淀粉 5~15
纤维素 3~10
增强剂 0.5~5
防水剂 0.5~15
助滤剂 4~10。
进一步的，所述植物纤维为稻草植物纤维、棉杆植物纤维或木材残料植物纤维；所述防水剂为油、胶以及松香的混合物；所述助滤剂为硅藻土助滤剂。
进一步的，所述油、胶以及松香的混合比例为1~5:1~2;1~5，且所述的油为包括植物油、动物油、矿物油等在内任何形式的油类物质。
进一步的，所述稻草植物纤维的提取方法包括以下步骤：
1）清洗、除尘：通过高压泵喷洗、揉搓将原料稻草，去除包括尘土、沙石、泥土在内的杂质，并利用高磁铁去除铁杂质，得到清洁干净的稻草原料；
2）膨化：稻草添加4%的含量，99%片碱，每吨加双氧水含量26%加15%，渗透剂0.2%，将上述原料置于膨化机中，2.8-3.6个大气压下，旋转28-30分钟排出，静置2-3小时自行反应，得到孰料待用；
3）搓丝：把待用的熟料，用双螺杆搓丝分离，纤维送到前面，渣料排出，并把纤维料加温到130℃，按2%-6%的比例添加双氧水，使丝状达到白度要求，得到搓丝合格的料；
4）反应、热磨：将搓丝合格的料慢慢降温达到丝状白度稳定后，直接送入热磨机，经过热磨机处理，纤维达到扣解度36，白度达到80度以上，得到片状纤维；
5）揉搓分离：把片状纤维揉搓成分散状，并把包括尘埃在内的杂质排出，得到稻草纤维初产品；
6）压滤：将稻草纤维初产品送至压滤机，首次压滤将所含水分挤压到含水60%-70%，二次压滤后含水40%~50%，三次压滤后含水量达到14%-20%，即得到所述的稻草植物纤维。
所述的可降解高性能植物纤维综合农用地膜的制备方法，包括以下步骤：
将植物纤维疏解后，加入淀粉混合搅拌均匀后，经筛选机筛选后入一号池料作为底料；纤维素和增强剂混合搅拌均匀后入二号料池作为中料；助滤剂、防水剂混合搅拌后入三号料池作为面料；三个池有三个喷料泵，按照克重调整计量泵喷料数量，三种原材老按底料、中料和面料的顺序依次将三种料喷到长网上，经挤压机、烘干机、传送机、复卷机、分切机，即得到所述的可降解高性能植物纤维综合农用地膜。
所述面料起到防水、透明化和保温的作用。
实施例2
本是实施例是实施例1基础上的优选方案，所述各原料的重量份数比为：
稻草植物纤维 70
造纸用淀粉 10
纤维素 5
增强剂 5
防水剂 5
硅藻土助滤剂 5。
所述稻草植物纤维的提取方法包括以下步骤：
1）清洗、除尘：通过高压泵喷洗、揉搓将原料稻草，去除包括尘土、沙石、泥土在内的杂质，并利用高磁铁去除铁杂质，得到清洁干净的稻草原料；
2）膨化：稻草添加4%的含量，99%片碱，每吨加双氧水含量26%加15%，渗透剂0.2%，将上述原料置于膨化机中，2.8-3.6个大气压下，旋转28-30分钟排出，静置2-3小时自行反应，得到孰料待用；
3）搓丝：把待用的熟料，用双螺杆搓丝分离，纤维送到前面，渣料排出，并把纤维料加温到130℃，按2%-6%的比例添加双氧水，使丝状达到白度要求，得到搓丝合格的料；
4）反应、热磨：将搓丝合格的料慢慢降温达到丝状白度稳定后，直接送入101型热磨机，从一号送到二号到三号热磨，经三个热磨机处理，纤维达到扣解度36，白度达到80度以上，得到片状纤维；
5）揉搓分离：把片状纤维揉搓成分散状，并把包括尘埃在内的杂质排出，得到稻草纤维初产品；
6）压滤：将稻草纤维初产品送至压滤机，首次压滤将所含水分挤压到含水60%-70%，二次压滤后含水40%~50%，三次压滤后含水量达到14%-20%，上定量秤打包待用，即得到所述的稻草植物纤维。
所述可降解高性能植物纤维综合农用地膜的制备方法，请参见实施例1。
制备得到的农用地膜不经风吹雨淋暴晒可库存一年时间，覆盖到地面经风吹雨淋冷热暴晒最多8个月风化。
本发明制备得到的农用地膜，于2014年开始免费提供给农户使用，分别用在玉米地、草莓和土豆等农作物种植上，将当地农民使用2年，普遍反映良好，保温性能良好，优于降解效果非常明显，铺设3个月后，开始强度逐渐下降，秋收后不用清理，第二年可以直接耕种，不会对第二年耕种产生任何影响，3-8个月风化降解后变成含氮磷钾的肥料，农产品产量比使用塑料地膜有所提高，农产品的口感和产量均优于普通农业塑料地膜。
具体的，所述农用地膜具有增温保墒效应，玉米生育前期本发明所述的农用地膜的增温保墒效果同普通塑料地膜接近，苗期5cm土层日均增温1.7℃，140cm土层贮水增加量较露地高33.0mm，玉米根系层（0-40cm）土壤含水量提高6.1%，增温保墒效应显著，中后期随着农用地膜的降解其效应逐渐下降。
所述农用地膜覆盖能促进农作物生长发育，增加产量。利用农用地膜覆盖，加快了玉米各器官的生长发育进程，其株高和叶面积指数在测定期间始终高于露地处理，玉米提前10天成熟；覆盖农用地膜提高了玉米的净光合速率和蒸腾速率，有利于增产，所述农用地膜覆盖玉米产量达到13038.7kg·hm2，增产效应显著，同时水分利用效率提高13.8%。
所述农用地膜具有很好的降解性，覆盖110天后，目测观察地表部分无残留存膜；土埋9周后，强度和重量损失分别达到100%和51.1%，电镜扫描结果也显示地膜表面形态和结构也发生了明显变化；所述农用地膜经加热老化后虽然其物理性能变化甚微，但总体上呈降低趋势，表面该农用地膜具有可降解性。
另外，本发明制备得到的农用地膜，经过吉林省产品质量监督检验院检测，其直角撕裂强度横向达到12.4 kN/m，纵向14 kN/m；拉伸强度横向4.5MP/a，纵向5.7MP/a；断裂标称应变横向9%，纵向5%，性能明显优于塑料地膜和其它可降解农用地膜。