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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(duì)生態(tài)環(huán)境和人類(lèi)健康都構(gòu)成了巨大威脅。這些疏水性極強(qiáng)的微塑料長(zhǎng)期積聚在土壤中會(huì)干擾作物根系生長(zhǎng)，并流入到食物鏈中，它們已經(jīng)在動(dòng)物和人類(lèi)的身體中被發(fā)現(xiàn)。因此，可生物降解的地膜被認(rèn)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?yàn)槠涓甙旱氖蹆r(jià)在實(shí)際的銷(xiāo)售中受到了一定的限制。所以，價(jià)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(qiáng)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(jià)的原材料，開(kāi)發(fā)了高強(qiáng)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(qiáng)機(jī)理啟發(fā)，通過(guò)引入多重交聯(lián)得到高強(qiáng)度可生物降解地膜。多重交聯(lián)明膠基質(zhì)地膜由兩個(gè)具有相互作用的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)組成。第一個(gè)網(wǎng)絡(luò)是共價(jià)交聯(lián)明膠網(wǎng)絡(luò)，而第二個(gè)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(guò)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(jī)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(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。地膜除具有優(yōu)異的機(jī)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(xiàng)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(jiàn)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(shí)后地膜性能演示圖像。（c）地薄膜的紫外-可見(jiàn)透過(guò)率曲線及圖像演示。（b）部分綠色蔬菜種子萌發(fā)、生長(zhǎng)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(guó)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(qiáng)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