在許多國家的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，人們經(jīng)常會使用地膜來提高農(nóng)作物產(chǎn)量。這種薄膜通常由聚乙烯制成，用于覆蓋地面，以提高土壤溫度，保持土壤水分，維持土壤結(jié)構(gòu)，防止害蟲侵襲作物，控制雜草生長，促進(jìn)作物生長等功能。但不幸的是，聚乙烯這種石油基材料很難被生物降解，農(nóng)民們必須在收獲季節(jié)結(jié)束時盡最大努力收集薄膜殘留物，否則這些殘留物就會污染田地。

最近，德國一個叫做Fraunhofer的硅酸鹽研究所的研究人員正在與歐洲的合作伙伴合作，開發(fā)具有保護(hù)性混合涂層的可持續(xù)生物降解地膜紙。以減少傳統(tǒng)地膜殘留物對農(nóng)田的污染。

塑料垃圾不僅污染海洋，還污染農(nóng)田。根據(jù)德國拜羅伊特大學(xué)的一項研究，在常規(guī)農(nóng)田中可以檢測到大的和小的塑料顆粒。在農(nóng)業(yè)和園藝中，覆蓋在土壤或農(nóng)田上的地膜會造成污染。它們的目的是延長生長季節(jié)，減少雜草，同時減少蒸發(fā)，改善土壤水分平衡。

石油基聚乙烯（PE）制成的薄膜必須在收獲后收集，這通常難免留下殘留物。因此，PE殘留物會在土壤中保留一段時間，并在土壤中累積，因為微生物無法分解它們。PE碎片會對土壤產(chǎn)生物理影響，并進(jìn)入食物鏈。

雖然由聚乳酸制成的可生物降解薄膜已經(jīng)面世，但它們非常昂貴。位于伍爾茨堡的弗勞恩霍夫ISC的一組研究人員正在與來自德國、芬蘭和挪威的研究和工業(yè)合作伙伴合作，開發(fā)可生物降解的可持續(xù)替代品——大尺寸薄膜的環(huán)保替代品必須便宜且能夠批量生產(chǎn)。

生物降解紙取代塑料薄膜

項目合作伙伴依靠纖維素紙來開發(fā)可持續(xù)薄膜。Fraunhofer的研究人員克勞斯·羅斯（Klaus Rose）博士說：“紙張的一個優(yōu)點是，它可以很快分解而不留下任何殘留物，但分解速度太快，這種材料不能持續(xù)整個農(nóng)耕季節(jié)。一旦下幾次雨，這種材料就會變軟，保護(hù)也不再有效?！?/p>

因此，需要一種功能性涂層來穩(wěn)定紙張并防止快速降解。保護(hù)性混合涂層由ORMOCER制成，這種無機(jī)-有機(jī)雜化聚合物的材料類別是30多年前在Fraunhofer硅酸鹽研究所開發(fā)的。

研究人員解釋說：“這種涂料由兩種不同的成分組成，即有機(jī)聚合物和無機(jī)硅酸鹽，它們通常不相容。但結(jié)合起來，它們在保持可降解性的同時提供了化學(xué)和機(jī)械穩(wěn)定性。”替代材料應(yīng)持續(xù)大約三到六個月的農(nóng)耕季節(jié)，然后應(yīng)完全分解。最初的測試表明，紙的涂層增加了其濕強(qiáng)度，使其比未涂層的紙張更穩(wěn)定。

新型雜交覆蓋紙

除了穩(wěn)定功能涂層外，項目合作伙伴正在開發(fā)一種全新的混合覆蓋紙，由功能化纖維素和摻入的有機(jī)纖維素以及功能化納米纖維素制成，由于其非常高的長厚比，其特點是具有很高的固有穩(wěn)定性。

這涉及到用混合聚合物粘合劑粘合纖維素纖維，像粘合劑一樣交聯(lián)單個纖維。網(wǎng)格密度影響穩(wěn)定性。該粘合劑系統(tǒng)有效地起到涂層的作用。因此，混合紙不需要額外的涂層。開發(fā)人員解釋說：“紙張應(yīng)經(jīng)過疏水處理，即防水。此外，它必須比普通紙張更耐撕裂。機(jī)械穩(wěn)定性和抗紫外線是重要的性能，收獲后應(yīng)將其翻耕?！?/p>

復(fù)合材料的最佳性能是實際的挑戰(zhàn)。一旦這項技術(shù)得到充分發(fā)展，包裝行業(yè)也可以從這種新材料中受益：“可生物降解的紙張代替塑料薄膜將對環(huán)境保護(hù)做出重大貢獻(xiàn)，”羅斯說。

覆蓋紙采用卷對卷工藝生產(chǎn)。但這還沒有準(zhǔn)備好，首先需要進(jìn)行大量的測試，比如用紙薄膜覆蓋對西紅柿和其他作物生長的影響。我們期待這種新材料能盡快進(jìn)入量產(chǎn)階段，惠及全球，減少塑料垃圾對環(huán)境的污染。