陕科大强涛涛教授课题组/张慧洁副教授与惠州学院陈学军教授合作CEJ：基于明胶多重交联增强的可生物降解地膜
传统的不可降解地膜废弃后产生的微塑料对生态环境和人类健康都构成了巨大威胁。这些疏水性极强的微塑料长期积聚在土壤中会干扰作物根系生长，并流入到食物链中，它们已经在动物和人类的身体中被发现。因此，可生物降解的地膜被认为是目前最具发展前景的替代品。然而，目前市售的可生物降解地膜因为其高昂的售价在实际的销售中受到了一定的限制。所以，价格亲民、性能可靠的可生物降解地膜是广受欢迎的。
在近期的研究中，陕西科技大学强涛涛教授课题组/张慧洁副教授和惠州学院陈学军教授合作提出利用制革工业的皮革废弃物提取的明胶作为廉价的原材料，开发了高强度、高透光率的可生物降解地膜。受双网络水凝胶的可牺牲键增强机理启发，通过引入多重交联得到高强度可生物降解地膜。多重交联明胶基质地膜由两个具有相互作用的交联网络组成。第一个网络是共价交联明胶网络，而第二个网络是聚乙烯醇（PVOH）（一种可生物降解的亲水性聚合物）网络，由PVOH的结晶域交联。PVOH还通过氢键与明胶相互作用。明胶与PVOH之间的氢键以及一些PVOH结晶域作为能量耗散的牺牲键。因此，多重交联明胶基质地膜具有较高的断裂应力(12.03~31.99 MPa)和断裂应变(211.99%~379.73%)。这种高机械性能可与传统的低密度聚乙烯地膜相媲美，符合GB/T 35795标准的规定。地膜除具有优异的机械性能外，还具有良好的耐水性、透光性和在土壤中的生物降解性。多重交联明胶基质地膜的各项性能均可协调，且具备生态友好性、低成本和优异的性能，使其在生态农业地膜方面具有很大的应用潜力。
图1 明胶基质地膜的多重交联结构
图2 （a）不同配比地膜的应力-应变曲线。（b）高刚度和可延伸性演示图像。（c）地膜的撕裂能和杨氏模量。（d）低密度聚乙烯地膜和各种常见的生物降解地膜的断裂应力和应变，包括PLA、热塑性淀粉、玉米蛋白、海藻/淀粉、PBAT和PLA/PBAT。
图3 （a）地膜的溶胀率和溶解度比。（b）在去离子水中浸泡48小时后地膜性能演示图像。（c）地薄膜的紫外-可见透过率曲线及图像演示。（b）部分绿色蔬菜种子萌发、生长照片。
上述工作近日以“Fabrication and Evaluation of Biodegradable Multi-Cross-Linked Mulch Film Based on Waste Gelatin”为题发表在国际期刊Chemical Engineering Journal上。文章的第一作者为陕西科技大学轻工科学与工程学院博士生陈良，陕西科技大学强涛涛教授、张慧洁副教授为该论文的共同通讯作者，惠州学院陈学军教授和陕西科技大学硕士生任雯琪为该论文的共同作者。
文章信息与链接：
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
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