地膜对一年生和多年生作物生长和产量有很大帮助，使用有机或无机材料覆盖土壤，可以形成物理屏障，限制土壤水分蒸发，控制杂草，保持良好的土壤结构，并保护作物免受土壤污染。
而天然覆盖物有助于保持土壤有机质和土壤肥力，并为蚯蚓和其他有益土壤生物提供食物和庇护所。但是天然材料往往数量较少，质量不稳定，且需要更多劳动力进行铺设，甚至可能携带杂草种子。此外其可能在春季减缓土壤升温，进而延迟暖季蔬菜的生长和成熟。
因此大趋势是使用合成覆盖物，如由纸张、纸张和聚乙烯、箔和蜡的配方制成的薄膜。而聚乙烯制成的覆盖物至今仍在农业行业中广泛使用。
图1.使用聚乙烯覆盖的抬高床种植新鲜市场番茄
传统聚乙烯地膜虽能增产，但残留百年不降解，导致土壤板结和微塑料污染。因此我们迫切寻找新型生物可降解地膜，其应满足：
完全生物降解性：在自然条件下被微生物分解为水、二氧化碳或有机质，避免残留。
适宜的机械性能：具备抗拉强度、柔韧性和耐候性，确保覆盖期内不破裂。
功能适应性：根据作物需求调节保温、保墒、遮光或驱虫等功能。
环保安全性：不含重金属等有害成分，降解产物对土壤无毒性。
而聚酯由于其潜在的易水解酯键，在生物可降解材料中起着主导作用，主要由两大类组成——脂肪族（线性）聚酯和芳香族（芳香环）聚酯。已经商业化开发或正在商业化开发的生物可降解聚酯包括聚羟基脂肪酸酯、聚羟基丁酸酯、聚羟基己酸酯、聚羟基戊酸酯、聚乳酸、聚己内酯、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、聚丁二酸己二醇酯、脂肪族-芳香族共聚酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丁二酸对苯二甲酸酯、聚甲基乙二酸对苯二甲酸酯。
图 2.生物可降解聚酯家族
改性PBAT
PBAT(聚对苯二甲酸丁二醇-己二酸丁二醇)是一种所有原料均可直接来自石油化工原料的生物可降解树脂，可以在自然环境下被微生物分解，成为解决传统地膜白色污染的重要途径。分子结构中柔性的脂肪链赋予了其良好的柔韧性和成膜性，刚性的芳香族结构赋予其优异的力学性能。
图 3.聚己内酯（PBAT）和 1,4-丁二醇（B）
对苯二甲酸（T）和己二酸（A）组分结构
首先制备改性活性炭粉末：
(1)将活性炭粉末在强浓酸条件下进行活化处理，然后经过过滤、洗涤、干燥，获得活化处理的活性炭粉末；
(2)将上述活化处理的活性炭粉末与亚硫酰氯进行反应，获得酰氯化的活性炭粉末；优选的，其中活性炭粉末与氯化亚砜苯溶液(氯化亚砜体积分数40-50％)的用量关系为1kg活性炭粉末/2～3L氯化亚砜苯溶液；反应温度70℃-80℃，回流24h-36h；
(3)将上述酰氯化的活性炭粉末与含有伯氨基和/或仲氨基等基团的受阻胺光稳定剂进行接枝反应，然后进行蒸发、干燥，获得光稳定剂接枝改性的生物质基活性炭粉末，即改性活性炭粉末。
随后将生物基PBAT树脂，PLA树脂，PHA树脂，淀粉母粒，抗氧剂，润滑剂，改性活性炭粉末经过高混机混合均匀后，加入到双螺杆中进行剪切混炼塑化，最终经过挤出造粒后获得可遮光抑草、长诱导期的生物基降解农用地膜改性PBAT材料（双螺杆挤出机长径比48：1以上，螺杆转速为300-600转/分钟，挤出温度150℃-180℃）。
此技术优势：
(1)通过光稳定剂接枝活性炭方式，可以避免降低地膜在灌溉过程中造成的助剂流失，避免了直接添加在材料中在使用过程中快速流失的问题，导致材料耐光老化性能衰减过快的问题，有效延缓了地膜性能衰减，延长了地膜使用寿命。
(2)本发明获得降解农用地膜改性材料的生物基含量达35％以上，其中选用生物基质活性炭替代传统石化基炭黑原料进行满足染色遮光要求，并且选用本身生物基PBAT、PLA、PHA、淀粉，使得改性材料生物基含量较高，改性材料的原料来源不受限制，可持续供应生产，具有绿色环保、节能减排、原料可再生等优势。
03改性氧化淀粉复合碱木素
淀粉来源广泛，生物降解性优异，但纯粹使用淀粉制备所得的膜的力学性能差、耐水性不足阻碍了其广泛的应用。因此选择黏度低、力学性能强的氧化淀粉,同时引入既具备紫外屏蔽特性又有一定疏水性的碱性木质素作为改性材料，来制得复合材料作为地膜材料。
首先,将10.00g氧化淀粉和一定量的碱性木质素加入到烧杯中,添加去离子水以至总质量达到200.00g,于90℃水浴加热下搅拌30min;随后加入一定量的戊二醛,90℃水浴搅拌30min;然后加入一定量的丙三醇,继续90℃水浴搅拌30min;取出烧杯,放于室温水浴中,搅拌10min冷却;最后加入一定量的蜡乳液,室温高速搅拌30min;真空脱气(0.09MPa)5min,液体地膜制备完成。
图 4.地膜制备过程
对材料进行100h的人工紫外老化实验。实验后发现材料颜色变淡但并无开裂、起泡、剥落的紫外老化情况，说明其对于紫外光具有良好的抵抗性。这可能是由于材料中的碱性木质素含有芳基、酚羟基等官能团,以及分子间氢键、共轭作用，赋予了膜片抗紫外辐射的能力。
图5.人工紫外老化实验前、后样品图
竹基羧甲基纤维素
首先将高分子量 PVA 添加到 CMC 中，其中 PVA 可以增加 CMC 的粘度并增强液体薄膜的可塑性（图6A）。再利用戊二醛与CMC和 PVA的羟基反应，得到交联混合物，将其喷洒在土壤表面，可以迅速形成一层薄膜作为覆盖物（图6B）。被覆盖薄膜的土壤即使在倾斜的板子上也保持了其地形（图6B），表明这些覆盖物的机械强度良好。
此外，所有未经交联的竹部分形成的覆盖物表面形态粗糙（由虚线突出），而当使用交联剂时，覆盖物则平滑均匀（图6C）。因此交联剂可以显著提高覆盖物的可塑性和均匀性。
图 6. 竹基农业地膜的制作及其性能。A，竹源 CMC 和 PVA 混合物交联制备液体薄膜的示意图。B，喷洒了交联 CMC-PVA 地膜薄膜的土壤。B1-B3 分别是喷洒了竹蓝、竹木、竹黄源 CMC 基地膜交联混合物的土壤。C，制备的地膜照片。D 至 G 分别是竹基地膜的拉伸强度、伸长率、透光率和吸水率。H，使用地膜后的土壤含水量。I，通过在土壤中掩埋 57 小时后竹基地膜重量损失测定的生物降解性。
首先，随着交联剂用量的增加，竹基覆盖物的机械性能提高。如图6D 所示，当交联剂用量从 0 增加到 2.5%时，竹材、竹内和竹蓝基覆盖物的拉伸强度分别增加了 1.57 倍、1.51 倍和 1.39 倍。同时，当不使用交联剂时，所有竹基覆盖物都没有伸长，但伸长率分别显著增加到 140%、135%和 129%（图6E）。羧甲基取代羟基基团可以增加 CMC 链的柔韧性，从而提高所得覆盖膜的抗伸长性。 更灵活的链也可能增加 CMC 和 PVA 之间的分子缠结，从而实现最高的拉伸强度。
其次，通过交联，覆盖物的透光率显著增加。如图 4F 所示，随着戊二醛的使用，透光率增加，当添加 1.5%戊二醛时，所有三种竹基覆盖物的透光率增加了 1.7-1.8 倍。这是因为增强分子缠结并减少分子链之间空隙的交联。与透光率不同，覆盖物的吸水率在添加 1.0%戊二醛时达到最高值，但使用更多戊二醛后下降（图6G）。这可能是更高剂量的戊二醛引起的更多交联，这会导致紧密交联的结构，限制了覆盖膜吸水率的进一步增加。
第三，竹基覆盖物有效地减少了土壤中的水分流失。如图6H 所示，未使用覆盖物的土壤在 57 小时内水分蒸发；但在覆盖竹基覆盖物后，在此期间土壤中保留的水分显著更高。
最后，使用的覆盖膜已被埋入土壤中可发现，分别有 64.3%、63.8%和 55.6%的竹材、竹内层和竹蓝基覆盖膜已降解（图6I）。CMC 和 PVA 都是可生物降解聚合物。
