一種麻類育秧膜的開發

宋 鎏 王 洪 許璐偉

1.東華大學紡織面料技術教育部重點實驗室，上海 201620；2.漳浦中龍紅麻籽貿易有限公司，福建 漳州 363000

據悉，我國水稻常年種植面積在0.3億hm2以上[1]。在傳統的育秧環節中，秧苗根系不牢、容易散秧、取秧運秧不便、漏插率高等問題一直存在。有時，育秧盤強度不夠也會導致散秧增多，此種情況下只好臨時改用人工進行插秧。這些都成為水稻種植的“瓶頸”[2]。

近年來，為解決上述難題，一種被稱為“育秧膜”的麻類非織造布得到了越來越廣泛的推廣和應用。麻類育秧膜作為一種完全可降解的薄膜，有著十分顯著的優勢。麻纖維具有良好的吸濕性能[3]，同時具有透氣、保溫、可降解、無污染等特點。以麻類育秧膜作為基膜的育秧技術，可明顯改善秧苗的生長，令秧苗根系盤結好，起秧時不傷根，還能提高機械插秧的作業效率和質量[4]，且綠色環保，值得推廣和應用。我國擁有豐富的麻類纖維資源，纖維加工時產生的落麻下腳料也較多。充分利用麻紡廠的落麻下腳料，既可以降低育秧膜的成本，又能增加麻紡廠的盈利[5]。

烯醇類膠黏劑的分子鏈上含有大量的側羥基，故其具有良好的水溶性。同時，它還具有良好的成膜性、黏接性、乳化性，以及生物降解性，能在有細菌的濕環境中完全分解成水和二氧化碳，無毒無害，環境友好[6]。纖維素類黏合劑價格低廉，易于降解，且黏合性能較好，適合工業生產，故在可完全降解的育秧膜中應用較多[7]。

本文將采用可生物降解的紅麻及麻紡廠的下腳料——落麻纖維為原料，并分別選用烯醇類膠黏劑和纖維素類膠黏劑為黏合劑，制備一種麻類育秧膜——紅麻/落麻育秧膜；研究分析原料配比、黏合劑種類、黏合劑質量分數對紅麻/落麻育秧膜力學性能、吸濕性、透氣性、均勻性的影響，并采用掃描電子顯微鏡表征纖維的細度及育秧膜的表面形態；最后進行種植試驗，觀察紅麻/落麻育秧膜對植物幼苗生長情況的影響。

1 試驗部分

1.1 試驗材料

纖維原料：紅麻纖維，長度為(20±5)mm，落麻纖維，長度為(4±2)mm，均由漳浦中龍紅麻籽貿易有限公司提供。

黏合劑：烯醇類膠黏劑、纖維素類膠黏劑，均由漳浦中龍紅麻籽貿易有限公司和實驗室聯合調制。

1.2 試驗儀器

本試驗使用的主要儀器見表1。

表1 試驗用主要儀器

1.3 試驗方法

1.3.1 黏合劑的制備

利用電子天平分別稱取適量的黏合劑粉末，溶于水中，加入轉子，利用磁力攪拌器進行攪拌，制備黏合劑質量分數分別為2.0%、2.5%和3.0%的溶液，再將制得的溶液分別倒入噴壺中待用。

1.3.2 紅麻/落麻育秧膜的制備

(1)成網：利用氣流成網機制備面密度為50 g/m2的紅麻/落麻纖網。

(2)取樣：裁剪出40 cm×40 cm的紅麻/落麻纖網試樣若干塊。

(3)噴涂：利用噴壺進行均勻噴涂，使黏合劑充分均勻地分布于紅麻/落麻纖網試樣表面，噴涂至試樣充分潤濕即可。

(4)烘燥：將噴涂有黏合劑的紅麻/落麻纖網試樣送入熱風烘燥機中，設定烘燥溫度為180 ℃、烘燥時間為6 min，制得紅麻/落麻育秧膜試樣。

1.4 性能測試

1.4.1 力學性能

參照GB/T 24218.3—2010《紡織品 非織造布試驗方法 第3部分：斷裂強力和斷裂伸長率的測定(條樣法)》，將紅麻/落麻育秧膜試樣剪成25 cm×5 cm的條狀，設置電子織物強力機的預加張力為2 N、隔距為200 mm、拉伸速度為100 mm/min、拉伸方式為定速拉伸，測試紅麻/落麻育秧膜的斷裂強力。

1.4.2 吸濕性

參照GB/T 24218.6—2010《紡織品 非織造布試驗方法 第6部分：吸收性的測定》，將紅麻/落麻育秧膜試樣剪成10 cm×10 cm的塊狀，測試其吸濕性。

1.4.3 透氣性

參照GB/T 24218.15—2018《紡織品 非織造布試驗方法 第15部分：透氣性的測定》，在規定的壓差下，測試一定時間內氣流垂直通過紅麻/落麻育秧膜試樣規定面積的流量，計算得到透氣率。

1.4.4 均勻性

參照GB/T 24218.1—2009《紡織品 非織造布試驗方法 第1部分：單位面積質量的測定》，將紅麻/落麻育秧膜試樣裁剪成10 cm×10 cm的塊狀，在標準大氣中調濕后稱取質量，再經計算得到面密度，最后由多組試樣的面密度計算面密度CV值。

1.4.5 表面形貌

利用掃描電子顯微鏡觀察紅麻/落麻育秧膜試樣中纖維的細度及表面形態。具體為，先將紅麻/落麻育秧膜試樣剪成適當的尺寸，再使用導電膠將其黏在樣品臺上，接著進行噴金處理，最后進行觀察。

1.5 種植試驗

使用塑料育秧軟盤育苗。軟盤底部分別鋪放和不鋪放本文制備的紅麻/落麻育秧膜，并撒入等量的雞毛菜種子和有機肥料。2019年1月8日開始種植，分別記錄種植10、15和20 d時幼苗的生長情況。

另外，本文還在企業中進行了水稻種植試驗，以觀察應用和未應用紅麻/落麻育秧膜對水稻種植的影響。

2 結果分析與討論

2.1 斷裂強力

2.1.1 原料配比的影響

控制黏合劑種類為纖維素類膠黏劑、黏合劑質量分數為2.5%不變，改變紅麻纖維與落麻纖維的質量配比(1∶9、2∶8和10∶0)，制備紅麻/落麻育秧膜，測試其縱向和橫向的斷裂強力，結果見圖1。

圖1 不同原料配比下紅麻/落麻育秧膜的斷裂強力

從圖1可以看出：隨著落麻纖維含量的減少，紅麻/落麻育秧膜的斷裂強力呈先增大后減小的趨勢。其中，當紅麻纖維與落麻纖維的質量配比為2∶8時，紅麻/落麻育秧膜的斷裂強力最高，為23.8 N。這是因為落麻纖維較細軟，可紡性好，將其與粗硬的紅麻纖維混合后，所得成網更均勻，這有利于噴涂的黏合劑分散均勻，制成的紅麻/落麻育秧膜斷裂強力高。但是當紅麻纖維含量減小到一定程度時，落麻纖維占主導地位，由于落麻纖維斷裂強力較紅麻纖維低，故導致紅麻/落麻育秧膜斷裂強力降低。

2.1.2 黏合劑種類的影響

控制紅麻纖維與落麻纖維質量配比為2∶8、黏合劑質量分數為2.5%不變，分別采用烯醇類膠黏劑和纖維素類膠黏劑制備紅麻/落麻育秧膜，測試其縱向和橫向的斷裂強力，結果見表2。

表2 不同黏合劑種類下紅麻/落麻育秧膜的斷裂強力

從表2可以看出：使用烯醇類膠黏劑時，所得紅麻/落麻育秧膜縱橫向斷裂強力更高，這與烯醇類膠黏劑具有良好的成膜性、黏接性有關。

2.1.3 黏合劑質量分數的影響

控制紅麻纖維與落麻纖維質量配比為2∶8、黏合劑種類為纖維素類膠黏劑不變，改變黏合劑質量分數(2.0%、2.5%和3.0%)，制備紅麻/落麻育秧膜，測試其縱向和橫向的斷裂強力，結果見圖2。

圖2 不同黏合劑質量分數下紅麻/落麻育秧膜的斷裂強力

從圖2可以看出：隨著黏合劑質量分數的增加，紅麻/落麻育秧膜的縱橫向斷裂強力隨之增加。這是因為黏合劑質量分數增加時，纖維與黏合劑之間的作用增強，黏附更緊密，故而斷裂強力增加。

另外，從圖1和圖2都能看出，紅麻/落麻育秧膜的縱向和橫向斷裂強力值相近，這表明試驗采取的氣流成網方式使得纖網中的纖維呈三維分布，纖網具有各向同性的優點。

2.2 吸濕性

育秧膜的吸濕性尤為重要，充足的水分可促進作物的生長。若育秧膜吸濕性差，則育秧膜中水分不足，作物無法吸收到土壤中的礦物質和有機營養，易導致作物青枯和死苗。紅麻/落麻育秧膜采用具有較強水分疏導能力的紅麻纖維和落麻纖維作為原料，且表面未做拒水處理，加之黏合劑親水性佳，故具有良好的吸濕性。

2.2.1 原料配比的影響

控制黏合劑為纖維素類膠黏劑、黏合劑質量分數為2.5%不變，改變紅麻纖維與落麻纖維的質量配比(1∶9、2∶8和10∶0)，制備紅麻/落麻育秧膜，測試并計算其吸收量，結果見圖3。其中，吸收量為育秧膜吸水前后的質量差與育秧膜吸水前的質量之比。

圖3 不同原料配比下紅麻/落麻育秧膜的吸收量

從圖3可以看出：隨著紅麻纖維含量的增加，紅麻/落麻育秧膜的吸收量呈先增大后減小的趨勢。其中，當紅麻纖維和落麻纖維的質量配比為2∶8時，紅麻/落麻育秧膜的吸收量最高，為8.87。這是由于當落麻纖維含量較高時，成網均勻性較差且較為緊密，故吸收量較低；隨著紅麻纖維含量的增加，纖網均勻度上升，且由于紅麻纖維較為粗硬，制成的纖網孔隙率增加，故吸濕性增加；但當紅麻纖維含量增大到一定比例時，落麻纖維含量變小，纖網孔隙過大導致易滲水，加之紅麻纖維吸濕性比落麻纖維差，故紅麻/落麻育秧膜的吸濕性變差。

2.2.2 黏合劑種類的影響

控制紅麻纖維與落麻纖維質量配比為2∶8、黏合劑質量分數為2.5%不變，分別采用烯醇類膠黏劑和纖維素類膠黏劑制備紅麻/落麻育秧膜，測試并計算其吸收量，結果見表3。

表3 不同黏合劑種類下紅麻/落麻育秧膜的吸收量

從表3可以看出：當黏合劑選用纖維素類膠黏劑時，紅麻/落麻育秧膜的吸收量較大，這是由于纖維素類膠黏劑親水性更強，而烯醇類膠黏劑分子鏈中雖含有水溶性良好的羥基，但親水性不及纖維素類膠黏劑。

2.2.3 黏合劑質量分數的影響

控制紅麻纖維與落麻纖維質量配比為2∶8、黏合劑為纖維素類膠黏劑不變，改變黏合劑質量分數(2.0%、2.5%和3.0%)，制備紅麻/落麻育秧膜，測試并計算其吸收量，結果見圖4。

圖4 不同黏合劑質量分數下紅麻/落麻育秧膜的吸收量

從圖4可以看出，采用不同黏合劑質量分數制備的3種紅麻/落麻育秧膜，其吸收量相差并不大，分別為8.73、8.87和8.96，都表現出很好的吸濕性。

2.3 透氣性

育秧膜的透氣性也很重要。透氣性差，則秧苗會發生青枯，嚴重時甚至出現高溫燒苗的現象。紅麻/落麻育秧膜具有較好的透氣增氧性，將其墊鋪于秧盤底面，可在育秧土底層形成較好的水-肥-氣平衡環境。

2.3.1 原料配比的影響

控制黏合劑為纖維素類膠黏劑、黏合劑質量分數為2.5%不變，改變紅麻纖維與落麻纖維的質量配比(1∶9、2∶8和10∶0)，制備紅麻/落麻育秧膜，測試其透氣率，結果見表4。

表4 不同原料配比下紅麻/落麻育秧膜的透氣率

從表4可以看出，隨著紅麻纖維含量的增加，紅麻/落麻育秧膜的透氣率也隨之增加。其中，純紅麻育秧膜的透氣率最高，這是因為紅麻纖維較粗硬，制成的纖網均勻度較差，孔隙多，故透氣率高，但同時其保溫性差，滲水率高。由于落麻纖維較細軟，落麻纖維與紅麻纖維混合后，制成的纖網較致密，透氣率會隨落麻纖維含量的增加而降低。當透氣率過低時，農作物的根系則無法進行呼吸。故綜合考慮，選擇紅麻纖維和落麻纖維的質量配比為2∶8，此時所得紅麻/落麻育秧膜的透氣率較為適中。

2.3.2 黏合劑種類的影響

控制紅麻纖維與落麻纖維質量配比為2∶8、黏合劑質量分數為2.5%不變，分別采用烯醇類膠黏劑和纖維素類膠黏劑制備紅麻/落麻育秧膜，并測試其透氣率，結果見表5。

表5 不同黏合劑種類下紅麻/落麻育秧膜的透氣率

從表5可以看出：選用烯醇類膠黏劑作為黏合劑時，紅麻/落麻育秧膜的透氣率較小。這是因為烯醇類膠黏劑黏性較好，其可使纖維間黏合更緊密，孔隙率減小，加之烯醇類膠黏劑具有較好的成膜性，故導致紅麻/落麻育秧膜的透氣性下降。

2.3.3 黏合劑質量分數的影響

控制紅麻纖維與落麻纖維質量配比為2∶8、黏合劑為纖維素類膠黏劑不變，改變黏合劑質量分數(2.0%、2.5%和3.0%)，制備紅麻/落麻育秧膜，并測試其透氣率，結果見表6。

表6 不同黏合劑質量分數下紅麻/落麻育秧膜的透氣率

從表6可以看出：隨著黏合劑質量分數的上升，紅麻/落麻育秧膜的透氣率下降。其中，當纖維素類膠黏劑質量分數為2.0%和2.5%時，兩種紅麻/落麻育秧膜的透氣性都較好。

2.4 均勻性

育秧膜的均勻性可用面密度CV值來表征。面密度CV值亦稱面密度不勻率，用變異系數表示。本文利用電子天平稱量并計算每塊紅麻/落麻育秧膜試樣單位面積的質量，再計算出面密度CV值。

2.4.1 原料配比的影響

控制黏合劑為纖維素類膠黏劑、黏合劑質量分數為2.5%不變，改變紅麻纖維與落麻纖維的質量配比(1∶9、2∶8和10∶0)，制備紅麻/落麻育秧膜，測試并計算其面密度CV值，結果見圖5。

圖5 不同原料配比下紅麻/落麻育秧膜的面密度CV值

從圖5可以看出：當紅麻纖維和落麻纖維的質量配比為2∶8時，面密度CV值最低(為6.0%)，成網最均勻。這是因為落麻纖維較細軟，可紡性好，當其與粗硬的紅麻纖維混合后，成網均勻性得到提高；但由于落麻纖維吸濕性強，易受環境濕度影響，成網時易發生團聚的現象，故當落麻纖維含量過高時，成網均勻性又變得較差。

2.4.2 黏合劑種類的影響

控制紅麻纖維和落麻纖維的質量配比為2∶8、黏合劑質量分數為2.5%不變，分別采用烯醇類膠黏劑和纖維素類膠黏劑制備紅麻/落麻育秧膜，測試并計算其面密度CV值，結果見表7。

表7 不同黏合劑種類下紅麻/落麻育秧膜的面密度CV值

從表7可以看出：選用纖維素類膠黏劑時，紅麻/落麻育秧膜的面密度CV值較低，均勻性好。烯醇類膠黏劑因水溶性較纖維素類膠黏劑差，且黏度比纖維素類膠黏劑大，故在制備紅麻/落麻育秧膜時，烯醇類膠黏劑不易散開，且易帶走周圍的纖維，導致紅麻/落麻育秧膜均勻性差。

2.4.3 黏合劑質量分數的影響

控制紅麻纖維和落麻纖維的質量配比為2∶8、黏合劑為纖維素類膠黏劑不變，改變黏合劑質量分數(2.0%、2.5%和3.0%)，制備紅麻/落麻育秧膜，測試并計算其面密度CV值，結果見圖6。

圖6 不同黏合劑質量分數下紅麻/落麻育秧膜的面密度CV值

從圖6可以看出，3種黏合劑質量分數下制備的紅麻/落麻育秧膜，面密度CV值分別為6.0%、6.5%和7.0%，相差不大，都表現出了很好的均勻性。

2.5 小結

考慮到育秧膜的吸濕性對育苗的影響更大，加之本研究的目的也是改善和提高育秧膜的吸濕性，故在確保吸濕性較優的前提下，參考斷裂強力和透氣率這兩項性能指標，確定紅麻/落麻育秧膜最優制備工藝——紅麻纖維與落麻纖維的質量配比為2∶8、黏合劑為纖維素類膠黏劑、黏合劑質量分數為2.5%。

3 纖維細度及育秧膜表面形態

在最優制備工藝條件下制備紅麻/落麻育秧膜，再采用TM-3000型掃描電子顯微鏡觀察紅麻/落麻育秧膜的表面形態(圖7)，并通過不同的放大倍數確定纖維的細度及纖維間的黏合方式。

圖7 紅麻/落麻育秧膜的掃描電子顯微鏡照片

從圖7可以看出：纖維形態呈圓柱形，有橫節和豎紋。紅麻纖維較粗硬，落麻纖維較細軟，通過標尺可確定紅麻纖維與落麻纖維的直徑分別為(22±4)μm和(16±1)μm。紅麻/落麻育秧膜表面有黏合劑黏合的痕跡，且可看出黏合方式為化學黏合。

4 種植試驗

將最優制備工藝條件下制備的紅麻/落麻育秧膜剪成40 cm×20 cm的試樣，平鋪入淺藍色軟盤中，并使用未鋪有紅麻/落麻育秧膜的紅色軟盤作為對照樣；然后將無菌營養土壤分別轉移至兩個軟盤中，土壤厚度約為5 cm；在兩個軟盤中分別撒入等量的肥料(7.5 g)與雞毛菜種子(500粒)，再分別鋪上薄薄一層土壤加以覆蓋，土壤厚度約1 cm；最后，將兩個軟盤放于陽臺上，在同樣的自然條件及光照條件下，每隔2 d澆水一次，且水量相同，分別記錄種植10、15和20 d時雞毛菜幼苗的生長情況(圖8)。

圖8 雞毛菜種植試驗實物照片

如圖8所示：在種植10 d和15 d時，淺藍色軟盤中雞毛菜的出芽率遠大于紅色軟盤中的出芽率；在種植20 d時，紅色軟盤中部分雞毛菜幼苗開始出現下垂的現象，推測原因可能是養分吸收不足導致的生長不良。兩個軟盤中肥料量相同，但淺藍色軟盤中紅麻/落麻育秧膜能起到更好的保濕作用，故而能促進雞毛菜的生長發育，令雞毛菜幼苗生長情況良好，葉挺色綠，產出率高。

此外，為研究紅麻/落麻育秧膜對農作物根系生長的影響，在雞毛菜種植20 d后，分別從兩個軟盤中出拔出幼苗，觀察并比較根部生長情況(圖9)。

圖9 雞毛菜根系生長情況對比

從圖9可以看出，淺藍色軟盤中雞毛菜幼苗根系旺盛且發達，莖葉整齊修長，而紅色軟盤中雞毛菜幼苗根系稀疏且瘦弱，莖葉參差不齊。原因在于，相較于傳統的土壤，紅麻/落麻育秧膜可通過調節使其中的肥料量維持在一個合適的濃度范圍[8]，并使肥料在其中均勻分布，故鋪有紅麻/落麻育秧膜的軟盤內雞毛菜長勢更佳。

此外，本文還利用研發的紅麻/落麻育秧膜在企業中進行了水稻種植試驗，發現應用和未應用紅麻/落麻育秧膜所育成的秧苗栽后存在著顯著的差別，具體如圖10所示。

圖10 水稻秧苗栽后種植試驗

從圖10可以明顯看出，應用紅麻/落麻育秧膜育成的秧苗，栽后發白根，長出新須的根數要比未應用紅麻/落麻育秧膜育成的秧苗栽后多得多，這充分說明應用紅麻/落麻育秧膜育成的秧苗根系發達，栽后新根長得快、緩苗期短、返青早。且試驗調查發現，應用紅麻/落麻育秧膜育成的秧苗栽后返青期比未應用紅麻/落麻育秧膜育成的秧苗栽后返青期會提早3～5 d左右，這為足穗打下了基礎[9]。此外，試驗還發現，未應用紅麻/落麻育秧膜育秧時，秧苗起秧費力，且根系容易受傷，而應用紅麻/落麻育秧膜育秧時，秧苗根系旺盛，且與纖維交叉盤結，起秧省力方便，不易傷根。

5 結論

(1)通過研究和分析原料配比、黏合劑種類、黏合劑質量分數對紅麻/落麻育秧膜力學性能、吸濕性、透氣性及均勻性的影響，確定制備紅麻/落麻育秧膜最優制備工藝——紅麻纖維與落麻纖維的質量配比為2∶8、黏合劑為纖維素類膠黏劑、黏合劑質量分數為2.5%。經最優制備工藝制得的紅麻/落麻育秧膜的斷裂強力為23.8 N、液體吸收量為8.87、透氣率為2 930 mm/s，面密度CV值為6.0%，且采用掃描電子顯微鏡分析測得，紅麻/落麻育秧膜中紅麻纖維的直徑為(22±4)μm、落麻纖維的直徑為(16±1)μm，黏合劑的黏合方式為化學黏合。

(2)種植試驗表明，紅麻/落麻育秧膜可加快種子的發芽，令芽苗粗壯、根系旺盛，值得在插秧、育秧環節中應用與推廣。