Композиционный материал для мульчирования почвы и способ его получения

Изобретение относится к аграрной и полимерной промышленности, в частности к производству биоразлагаемых композиционных материалов, предназначенных для мульчирования почвы. Изобретение направлено на создание композитного мульчирующего материала на основе доступного вторичного растительного сырья — лузги подсолнечника, в сочетании с полиэтиленом низкого давления (ПНД). Такой материал решает сразу несколько задач: подавление роста сорняков, сохранение влаги в почве, защита корней растений от ультрафиолетового излучения, снижение нагрузки на окружающую среду.

Материал представляет собой двухкомпонентную смесь: полиэтилен низкого давления (ПНД) (50–55% по массе) и модифицированная лузга подсолнечника (45–50%). Лузга подсолнечника подвергается предварительной модификации: сушка, химическая обработка раствором NaOH, ультразвуковая активация и сушка. Далее оба компонента подвергаются криогенному помолу в жидком азоте, что обеспечивает высокую степень гомогенизации и равномерное распределение волокон в полимерной матрице. После этого получают плёнку толщиной около 200 мкм.

Благодаря такому подходу достигается высокая степень взаимодействия между матрицей (ПНД) и наполнителем, что обеспечивает достаточную прочность и эластичность материала. При этом материал сохраняет способность к биоразложению — уже через 90 дней разложение достигает 30–43% в естественных условиях.

Изобретение может быть широко применимо в сельском хозяйстве: для укрытия междурядий, защиты растений от сорняков, снижения водоиспарения и регулирования температуры почвы.

– композиционный материал обладает бóльшим процентным наполнением ПНД (содержание модифицированной лузги подсолнечника (ЛП) более 45 масс %), не уступая в прочности;

– улучшенная технология изготовления, включающая в себя модифицирование наполнителя (ЛП), использование криогенного помола, которая позволяет в сравнении с прототипом лучше подготовить материал перед прессованием и повысить связь частиц между собой, тем самым улучшая физико-механические свойства композита;

– высокая биоразлагаемость материала после использования.

Изобретение защищено патентом № RU 2 832 328

Основным техническими решениями является:

1. Новый состав композиционного материала для мульчирования почвы: Матрица: полиэтилен низкого давления (ПНД) — 50–55% масс. Наполнитель: модифицированная лузга подсолнечника — 45–50% масс.

Использование высокопроцентного наполнителя при сохранении прочностных характеристик, что ранее было проблематично из-за дефектов поверхности плёнки при высоком содержании волокна.

2. Модификация наполнителя (лузги подсолнечника):

• Сушка при 80°C (≥60 мин)
• Просеивание
• Вымачивание в 4% растворе NaOH при 30°C
• Ультразвуковая обработка (10 мин)
• Центрифугирование
• Финальная сушка при 110°C (3 часа)

3. Использование криогенного помола:

Условия: смешивание компонентов в среде жидкого азота при температуре –170°C в течение 20 минут.

Результат: тонкое и равномерное измельчение, улучшение смешиваемости, повышение площади контакта компонентов, что способствует улучшению механических свойств материала.

4. Технология формирования плёнки:

Экструдирование при температуре 130°C с перемешиванием шнеками, формируя плёнку толщиной 200мкм ±0,2.

Финальный материал обладает улучшенными прочностными, упругими и биодеградационными характеристиками по сравнению с прототипами.

Разработка технологии и композиционного материала для мульчирования почвы исследованного состава.

Разработчики:

Черкашина Наталья Игоревна, Павленко Зоя Владимировна, Романюк Дмитрий Сергеевич, Сидельников Роман Владимирович, Рыжих Дарья Александровна, Пушкарская Дарья Васильевна, Домарев Семен Николаевич, Ручий Артём Юрьевич

Контакты:
308012, Россия, Белгород, ул. Костюкова, д. 46, БГТУ им. В.Г. Шухова

E-mail:
natalipv13@mail.ru