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  傳統(tǒng)的不可降解地膜廢棄后產(chǎn)生的微塑料對生態(tài)環(huán)境和人類健康都構(gòu)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(jīng)在動物和人類的身體中被發(fā)現(xiàn)。因此，可生物降解的地膜被認為是目前最具發(fā)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(xué)強濤濤教授課題組/張慧潔副教授和惠州學(xué)院陳學(xué)軍教授合作提出利用制革工業(yè)的皮革廢棄物提取的明膠作為廉價的原材料，開發(fā)了高強度、高透光率的可生物降解地膜。受雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠的可犧牲鍵增強機理啟發(fā)，通過引入多重交聯(lián)得到高強度可生物降解地膜。多重交聯(lián)明膠基質(zhì)地膜由兩個具有相互作用的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)組成。第一個網(wǎng)絡(luò)是共價交聯(lián)明膠網(wǎng)絡(luò)，而第二個網(wǎng)絡(luò)是聚乙烯醇（PVOH）（一種可生物降解的親水性聚合物）網(wǎng)絡(luò)，由PVOH的結(jié)晶域交聯(lián)。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(jié)晶域作為能量耗散的犧牲鍵。因此，多重交聯(lián)明膠基質(zhì)地膜具有較高的斷裂應(yīng)力(12.03~31.99 MPa)和斷裂應(yīng)變(211.99%~379.73%)。這種高機械性能可與傳統(tǒng)的低密度聚乙烯地膜相媲美，符合GB/T 35795標準的規(guī)定。地膜除具有優(yōu)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(lián)明膠基質(zhì)地膜的各項性能均可協(xié)調(diào)，且具備生態(tài)友好性、低成本和優(yōu)異的性能，使其在生態(tài)農(nóng)業(yè)地膜方面具有很大的應(yīng)用潛力。

圖1 明膠基質(zhì)地膜的多重交聯(lián)結(jié)構(gòu)

圖2 （a）不同配比地膜的應(yīng)力-應(yīng)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(yīng)力和應(yīng)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(fā)、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(fā)表在國際期刊Chemical Engineering Journal上。文章的第一作者為陜西科技大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院博士生陳良，陜西科技大學(xué)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(xué)院陳學(xué)軍教授和陜西科技大學(xué)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