基于可視化擠壓機創制的高抗水淀粉基可降解材料離子協同多重交聯機制及性能增強改性技術

農業科技

目前利用可降解共混膜替代傳統塑料地膜是從根本上解決我國地膜面源污染的最具潛力的技術途徑。然而成本高、適用性差、性能不穩定等瓶頸問題限制了可降解膜推廣應用。作為天然高分子，淀粉原料來源廣泛，成本較低，但受限于淀粉材料的親水性，高淀粉含量的可降解共混膜性能較差。因此，突破淀粉基材料高抗水和高力學強度的改性技術及機理研究至關重要。吳敏副教授團隊依托在可視化擠壓裝備創制和擠壓改性調控技術基礎，提出多物理場環境下的離子協同多重交聯改性技術（IMCM），構建了擠出機機筒反應環境量化評估優化方法，揭示IMCM改性對淀粉基材料抗水性能和力學性能的增強機制，并對在優化工藝下制備的淀粉基可降解膜進行了性能表征及試驗驗證。為具備成本和性能優勢的增強型淀粉基可降解膜的研發提供新思路和技術支撐。

創新性提出多物理場環境下的離子協同多重交聯改性技術，突破高淀粉含量（20%）可降解地膜力學性能、抗水性差的問題。同時，顯著降低可降解地膜原料成本。

目前我國土壤“白色污染”問題日趨突出，已經嚴重危害到我國土壤安全和農業可持續發展。中央到地方人民政府印發的《“十四五”時期鄉村振興戰略實施規劃》中均多次強調“加強農業面源污染綜合治理”。目前全國農業地膜使用量已接近150萬噸/年，國家統計局數據顯示，預計到2024年，我國地膜覆蓋面積將達3.3億畝，使用量超過200萬噸。因此，可降解地膜行業具有巨大的市場需求和政策扶持優勢。

目前成本高和保水性不足是制約可降解地膜產品應用推廣的關鍵難點。團隊依托在可視化擠壓裝備創制和擠壓改性調控技術基礎，成功制備高淀粉含量的可降解膜材料。可降低原料成本10%-20%，提高保水性能50%-90%。為具備成本和性能優勢的增強型淀粉基可降解膜產品的研發提供新思路和技術支撐。