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纸基棉短绒薄膜：制备工艺、性能探究与应用前景

一、引言

1.1研究背景与意义

在现代工业与农业的发展进程中，塑料薄膜凭借其成本低廉、性能多样等优势，得到了极为广泛的应用。特别是在农业领域，农用地膜的使用极大地改善了农作物的生长环境，提高了农作物的产量与质量。然而，随着塑料薄膜使用量的持续增加以及使用年限的不断增长，其带来的环境问题也日益凸显。

塑料农膜在自然环境中极难降解，这导致农田里的残留塑料薄膜逐年累积。这些残留薄膜破坏了土壤原本的结构，阻碍了土壤中水分与养分的正常传输，进而对农作物的生长发育产生不利影响，严重威胁到农业的可持续发展。此外，废弃的塑料薄膜还会造成“视觉污染”，对生态环境的美观性造成破坏。不仅如此，残留塑料地膜长期积累还会造成农产品质量下降，危害人体健康，如某些塑料中的添加剂可能会在土壤中释放有害物质，被农作物吸收后进入食物链。据相关研究表明，我国每年因塑料农膜残留导致的农作物减产幅度相当可观，这无疑给农业生产带来了巨大的经济损失。

面对日益严峻的塑料薄膜污染问题，开发可降解的替代材料已成为当务之急。纸基棉短绒薄膜作为一种极具潜力的环保材料，逐渐进入了人们的视野。棉短绒是轧花后的棉籽上残留的短纤维，具有成熟度高、纤维短而粗、纤维素含量高等特点，且来源广泛，主要来自棉纺工业的废弃物。将棉短绒用于制备纸基薄膜，不仅可以实现废弃物的资源化利用，降低生产成本，还能有效减少对环境的污染，具有显著的环保效益。

从经济角度来看，纸基棉短绒薄膜的制备工艺相对简单，成本较低，具有良好的市场竞争力。它可以作为传统塑料薄膜的替代品，应用于农业、包装等多个领域，为相关产业的可持续发展提供新的选择。在农业领域，其可降解性使得它不会像塑料薄膜那样在土壤中残留，从而避免了对土壤环境的破坏，有利于长期的农业生产。在包装领域，它可以满足对环保包装材料的需求，减少包装废弃物对环境的压力。因此，开展纸基棉短绒薄膜的研制与性能研究具有重要的现实意义，有望为解决塑料薄膜污染问题提供有效的解决方案，推动相关产业朝着绿色、可持续的方向发展。

1.2国内外研究现状

在国外，对于纸基棉短绒薄膜的研究开展较早，并且在制备工艺和性能优化方面取得了一系列成果。一些研究团队通过改进制浆工艺，提高了棉短绒纤维的分离程度和纯度，从而改善了薄膜的力学性能。例如，采用先进的化学预处理方法，能够更有效地去除棉短绒中的杂质，使纤维在成膜过程中更好地相互交织，增强薄膜的强度。在表面处理技术方面，国外也进行了大量的探索，通过对薄膜表面进行特殊处理，如涂层、等离子处理等，提高了薄膜的防水性、阻隔性等性能，拓宽了其应用范围。此外，在应用研究方面，国外已将纸基棉短绒薄膜成功应用于一些高端包装领域，利用其环保特性和良好的外观性能，满足了市场对高品质环保包装材料的需求。

国内对于纸基棉短绒薄膜的研究近年来也逐渐增多。在制备工艺上，研究人员结合我国的实际情况，对传统的造纸工艺进行了优化和创新，以适应棉短绒的特性。例如，通过调整蒸煮用碱量、漂白双氧水用量等工艺参数，在保证纤维质量的同时，降低了生产成本。在性能研究方面，国内学者对纸基棉短绒薄膜的物理性能、降解性能等进行了深入研究，明确了影响薄膜性能的关键因素。同时，在农业领域的应用研究也取得了一定进展，一些地区开始尝试将纸基棉短绒薄膜作为农用地膜使用，并对其在实际应用中的效果进行了监测和评估。

然而，当前国内外的研究仍存在一些不足之处。在性能方面，虽然纸基棉短绒薄膜在某些性能上表现出一定的优势，但整体性能与传统塑料薄膜相比仍有差距。例如，其透光性、柔韧性等方面还不能完全满足一些应用场景的需求。在制备工艺方面，现有的工艺还不够成熟和稳定，生产效率有待提高，这限制了纸基棉短绒薄膜的大规模工业化生产。此外，对于纸基棉短绒薄膜在复杂环境下的长期性能变化以及降解机制的研究还不够深入，需要进一步加强这方面的研究工作，以更好地推动其实际应用。

1.3研究目的与内容

本研究的主要目的是成功研制出性能优良的纸基棉短绒薄膜，并全面深入地研究其各项性能，为其在相关领域的广泛应用提供坚实的理论基础和技术支持。

在具体研究内容方面，首先将系统研究纸基棉短绒薄膜的制备方法和工艺。通过对不同制浆工艺参数的优化，如蒸煮温度、时间、用碱量等，探究其对棉短绒纤维性能的影响，从而确定最佳的制浆工艺，以获得高质量的棉短绒纤维浆料。同时，对抄造、浸渍处理及表面施胶定型等后续工艺环节进行深入研究，考察不同工艺条件对薄膜成膜性、结构和性能的影响，确定各工艺的最佳参数，实现可自然降解棉短绒非织造农膜的制备。

其次，对制备好的纸基棉短绒薄膜进行全面的性能测试。包括力学性能测试，如断裂强度、撕裂强度、抗张力等，以评估薄膜在实际应用中的耐用性；透气、透湿性测试，了解薄膜对气体和水分的透过性