CN1327496A - 加速园圃纸降解的方法与园圃纸 - Google Patents

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Abstract

园圃纸加速降解的方法,其纸纤维素纤维被浸渍一种使纸具有耐恶劣天气特性的疏水树脂,根据这种方法,往纸上喷洒一种同时使树脂和纤维素降解的酶溶液。用于实施该方法的园圃纸。

Description

加速园圃纸降解的方法与园圃纸
本发明涉及一种园圃纸的降解方法与用于实施该方法的园圃纸。正如下面将要描述的，本发明还涉及实施所述方法的酶溶液。
在下面的说明中，特别描述了与覆盖生菜相关的本发明的降解方法以及园圃纸。
但是，这种纸可用于覆盖任何种类的植物，例如草莓、葡萄、西红柿、小西葫芦、茄子、甜椒、黄瓜、分葱等
曾提出过多种覆盖材料。
首先，人们知道黑色塑料薄膜，尽管它们的单位面积重量很低，但优点是坚固，因此耐老化。但是，这些塑料薄膜有许多缺陷，其中一个缺陷特别是不可生物降解。由于显而易见的生态原因，塑料不能够埋藏在土壤中。因此，收获结束后，耕种者希望耕土地，应该除去全部塑料。这种操作费用估计为总覆盖成本的20％。
另外，塑料受到太阳辐射照射时被非常快地加热，生菜叶贴近粘性土壤，并粘附在覆盖薄膜上，因此只能随除去的薄膜被除去。估计除去一吨塑料可带走一吨植物和所述塑料粘住留下的土壤。这样，塑料实际上是不可循环的，因此对于这样的操作，洗涤费用是极不可取的。
为了解决这些不同的问题，同时研制了园圃纸。特别在文件FR-A-2 016 071中描述的这些纸用脲-醛树脂处理，为的是提高它们在湿状态下的强度，于是降低了在地里使用时出现的破裂危险。
但是，虽然进行了这种处理，但在可使纸膨胀的灌溉期和可使纸收缩的干燥期的影响下，该纸还可能破裂。
另外，特别地，采用疏水树脂处理纸不可避免地导致纸的生物降解性降低。事实上，观察到这些类型的纸只是2年后才能达到完全的生物降解。
换句话说，面对的一个复杂问题是，在一定的时间内要使用耐恶劣天气的园圃纸，同时这种纸在收获之后非常短的时间内又能够降解。
为了解决这个问题，申请人研制了一种加速园圃纸降解的方法，该纸的纤维素纤维浸渍一种使纸具有耐恶劣天气特性的疏水树脂，根据这种方法，往纸上喷洒一种使树脂和纤维素同时降解的酶溶液。
换句话说，本发明的方法是在栽培区域上铺盖一种纸，纸的纤维浸渍一种树脂，使纸变得能耐潮湿，因此变成不可撕破的，同时与使用期相吻合。于是，例如，涉及草莓时，该纸在栽培区域应该保持9个月，而涉及生菜时，这个时间仅6个星期。在收获之后，喷洒酶溶液使纸降解，所述溶液不仅能够大大地加速纤维素的降解速度，而且还因树脂降解而避免树脂在土壤中的任何积累。为了更加加速纸的降解，然后耕地，以便将纸埋入土壤中。
根据本发明方法的第一个特征，疏水树脂选自单一的或混合的下述物质：脲-甲醛树脂、蜜铵-甲醛树脂、聚酰-胺-表氯醇树脂、聚乙烯-亚胺树脂、淀粉衍生物。
这些树脂是本技术领域的技术人员已知的，确切地在Grenoble纸技术中心于1986年1月第11期《le point sur…》文件中描述过。
在一种有利的实施方式中，选择的树脂是聚酰-胺-表氯醇树脂。
另外，为了同时降解树脂和纤维素，酶溶液含有能够催化水解树脂-树脂、树脂-纤维素和纤维素-纤维素键的酶。
在下文和权利要求中，术语“树脂-树脂键”表示能够被水解树脂的单体之间的键。
同样地，术语“树脂-纤维素键”表示树脂与纤维素连接的酯键。
最后，术语“纤维素-纤维素键”表示纤维素的糖苷键。
为了催化水解树脂与纤维素连接的酯键，选择的酶是酯酶。
同样地，为了催化水解纤维素的糖苷键，酶是选自单一或混合的细胞外生物降解酶、内葡聚糖酶和β-葡糖苷酶的纤维素酶。
最后，根据所述键的性质，选择能够催化水解构成树脂单体之间的键的酶。
实际上，涉及聚酰-胺-表氯醇树脂，酶选自酰胺酶和胺酶。
正如已经说明的，本发明还涉及用于实施上述方法的园圃纸。
除了本发明的园圃纸应该具有如能够根据前述方法被降解的组成之外，还应该具有能够用作覆盖材料的许多性质。
于是，该纸应该耐恶劣天气，如雨和风，和耐极端的气候条件，如冷、热，因此应该具有极好的机械性质。
因此，申请人确定的目的是制得一种纸，该纸可耐150-250千帕顶破强力。
纸应该具有的另外一个特征是，在灌溉水能够灌到土壤和植物根部的情况下，它是可透水的。但是，纸的孔隙应该具有如此的体积，以致这些孔隙可限制处在覆盖物下水蒸汽的蒸发，为了保持在土壤中足够湿度也应如此。
为了获得这样一些性质，申请人确定的目的是制得一种纸，该纸的透气性为在1千帕低压下，表面积为10厘米2，在六十秒内1500-3500厘米3。
为了达到这些目的，本发明的园圃纸的特征在于，它含有纤维组合物，以重量计含有：
·40-60％，有利地是50％产树脂植物的未漂白牛皮纸浆，
·10-30％，有利地是20％阔叶树的未漂白牛皮纸浆，
·20-40％，有利地是30％脱色(désencré)包装纸浆。
未漂白牛皮纸浆及其生产方式为本技术领域的技术人员所熟知。同样地，脱色包装纸浆如从包装残留物得到也为人们所知。
根据另外一个特征，园圃纸还含有以纸重量计为0.5-15％树脂，有利地是7-8％树脂。
若纸中树脂浓度低于0.5％重量，这种纸没有足够的耐潮湿性，灌溉或下雨时就会破裂。若树脂浓度高于15％重量，得到的纸没有最佳的机械强度，因此这种纸变得在经济上意义不大。
另外，为了避免微生物在纸表面繁衍，这种纸还含有抑真菌剂。
在一种有利的实施方式中，抑真菌剂只是洒在要埋的纸区域。在这种情况下，可使用空气加压喷嘴在制纸机喷洒实现抑真菌剂的沉积。
此外，当灌溉作物时，为了提高纸的伸长能力，而当干燥时，防止其破裂，纸要呈褶绉形式。采用在制纸机上绉纸操作所获得的这种褶绉，一方面能够使纸适合于土地的形状，因此土地稍微不平是可接受的，另外一方面在接下的灌溉和干燥作用下能够使纸适应于尺寸变化。
本发明还涉及用于实施加速前述园圃纸降解方法的酶溶液。
当然，正如已经说明的，所述酶溶液的组成随使用树脂和所述酶应该发挥作用的地方性质而改变。
但是实际上，该溶液总是含有能够将纤维素-纤维素键打断的纤维素酶和能够将树脂-纤维素键打断的酯酶。
根据一种有利的实施方式，酶溶液含有以重量计：
·10-20％纤维素酶，
·15-40％酰胺酶，
·15-40％酯酶，
·10-35％胺酶。
实际上，按照每平方米0.01-1克，有利地是0.3-0.4克纯酶喷洒酶溶液。
根据本发明另一种实施方式，酶溶液可以在微胶囊中直接地加入纸中。
因此，收获后园圃纸埋入土壤里，特别是采用耕作方法埋入土壤之后，即装有酶溶液的微胶囊的壁在机械作用下打破时，园圃纸就会降解。
换句话说，本发明还涉及园圃纸在埋入土壤之后能够快速降解的园圃纸，该纸的纤维素纤维被浸渍一种使纸具有耐恶劣天气特性的疏水树脂，其特征在于该纸还含有装酶溶液的微胶囊，在埋入土壤之后微胶囊的壁被打破，因此放出能够同时催化水解树脂和纤维素纤维的酶。
生产酶溶液的微胶囊以及将它们加入纸中，在本领域的技术人员范围内是已知的操作，因此不再作更详细说明。
此外，如前所述，酶溶液含有能够催化水解树脂-树脂键、树脂-纤维素键、纤维素-纤维素键的酶。
有利地，这些酶选自酯酶、纤维素酶、酰胺酶和胺酶。
为了纸具有令人满意的耐恶劣天气的性能，它含有以纸重量计为0.5-15％重量，有利地是7-8％重量树脂。
通过下述实施例将更好地体现本发明及其优点。
图1表示酶水溶液在涂布聚酰胺-胺-表氯醇树脂的纤维素纤维上不同的作用位点。
图2表示本发明纸的机械特性随时间的跟踪。
A/酶的水溶液作用位点
图1表示了在纤维素纤维被浸渍一种聚酰胺-胺-表氯醇树脂的情况下，本发明酶溶液中含有的酶的不同作用位点。
在图1a上，框内表示连接树脂单体的酰胺键，喷洒时由酰胺酶类型的酶催化其键的水解。
在图1b上，框内表示连接树脂单体的胺键，喷洒时由胺酶类型的酶催化其键的水解。
同样地，在图1c上，框内表示连接树脂与纤维素的酯键，喷洒时由酯酶类型的酶催化其键的水解。
最后，在图1d上，示意图表示纤维素的糖苷键，因纤维素酶类型的酶，特别是细胞外生物降解酶、内葡聚糖酶和β-葡糖苷酶的存在而催化其键的水解。
B/本发明园圃纸的生产
实施例1
生产其组成如下的园圃纸：
纤维组成：
·50％产树脂植物的未漂白牛皮纸浆，
·20％阔叶树的未漂白牛皮纸浆，
·30％脱色包装纸浆。
染料：
·炭黑                 以干纸浆计5.2％
添加剂：
·聚酰胺-胺-表氯醇树脂 以干纸浆计3％
·阳离子淀粉           以干纸浆计0.8％
使用纤维悬浮液，然后用FOURDRINIER型平台式造纸机生产纸薄膜，其机械特性列于下表：
特性 标准 单位 结果
单位面积重量厚度(10毫巴下)干燥断裂负荷*运行方向*横向伸长率*运行方向湿断裂负荷*运行方向*横向顶破强度透气性Cobb施胶湿度  NFQ 03-019NFQ 03-016NFQ 03-002NFQ 03-002NFQ 03-002NFQ 03-056NFQ 03-056NFQ 03-053NFQ 03-075EN 20 535NFQ 03-003 克/米2微米10牛顿/15毫米10牛顿/15毫米％10牛顿/15毫米10牛顿/15毫米千帕厘米3(10厘米2，1千帕，60秒)克/米2％  75±23784.552.9520.51.780.9616023001525.8
实施例2生产其组成如下的园圃纸：纤维组成：·50％产树脂植物的未漂白牛皮纸浆，·20％阔叶树的未漂白牛皮纸浆，·30％脱色包装纸浆。添加剂：·蜜胺甲醛树脂  以干纸浆计5.5％·阳离子淀粉    以干纸浆计0.8％纸板机械特性列于下表：
特性 标准 单位     结果
单位面积重量厚度(10毫巴下)干燥断裂负荷*前进方向*横向伸长率*前进方向湿断裂负荷*前进方向*横向顶破强度透气性Cobb施胶湿度  NFQ 03-019NFQ 03-016NFQ 03-002NFQ 03-002NFQ 03-002NFQ 03-056NFQ 03-056NFQ 03-053NFQ 03-075EN 20 535NFQ 03-003 克/米2微米10牛顿/15毫米10牛顿/15毫米％10牛顿/15毫米10牛顿/15毫米千帕厘米3(10厘米2，1千帕，60秒)克/米2％     80±23634.123.0519.51.51.019012501425.2
为了提高纸对土壤中含有的细菌和真菌的抗性，在造纸机网上水线处按照1200ppm活性物质喷洒抑真菌产品(由INTACE S.A.销售的FONGICIDE B-350)。
采用空气加压喷嘴进行并控制喷洒，以便其在纸保护带表面上淀积得比未处理部分更牢。该产品随沥水时吸入的水一起扩散到纸的本体中。因此，纸放在栽培区域上时，处理的区域会埋入土壤中，而未处理区域留在地表面。
还观察到，使用实施例1和2生产的纸，能够将白天和夜晚的土壤温度变化限制在约4-5℃范围。
因此，对塑料覆盖物与如实施例1和2提出的覆盖物在距栽培土壤5厘米处测量的温度，可得出下述温度变化：
白天 夜晚 温度变化
塑料 27℃  12℃  15℃
专利的黑纸 25℃  14℃  11℃
在白天和夜晚温度变化越小，植物生长量越多的情况下，这样一种纸性质是特别有利的。
C/本发明纸的机械性质跟踪
为了评价本发明纸的机械性质，进行过不同试验。
为此，往箱里装松软沃土，其上固定本发明的园圃纸，同时将纸的每个端部埋入该土壤中。
因此，园圃纸有所谓的“土壤外”部分和埋入土壤的部分。
对土壤外部分评价了不同的参数，即拉伸强度和真菌繁殖。
对埋入土壤的部分评价了在土壤表面处纸的撕裂强度、拉伸强度、降解和真菌繁殖。
在特定的条件下，即温度为28℃和高于95％相对湿度的饱和湿度空气，研究了这些不同参数。
每3天进行这些测量，这相应于敞开田间试验每9天进行一次测量。这些结果列于图2所示的表中。
正如这个表所表明的，在纸组合物中有杀真菌剂可以在十天栽培期，也即在敞开田间上于三十天栽培期避免真菌的任何繁殖。
同样地，埋入土壤部分的撕裂强度以及拉伸强度在栽培三十天后还是令人满意的。
反过来，未观察到埋入土壤部分纸的任何降解，这样可以证实该树脂大大地提高了纸耐恶劣天气的性能。
D/纸的降解
制备一种酶溶液，该溶液含有以重量计：
·15％纤维素酶
·30％酰胺酶
·30％酯酶
·25％胺酶。
得到的溶液稀释到1％，然后按照10-100克/米2喷洒在纸上和收获后的植物残留物上。然后耕作土地。
在不到15天园圃纸完全降解。
由前面说明内容可非常好地得出本发明和优点。
特别应指出，因本发明纸的组成，特别是存在树脂，本发明纸的优点是，该纸具有耐恶劣天气的特性，同时通过喷洒酶溶液，或者在耕土地之后纸中所述酶溶液微胶囊破裂，在收获后15天时间内，该纸能够非常快速地降解。
因此，在收获之后不再需要除去覆盖物，耕种者可以非常低的成本清理土地。相反地，植物废物返回土壤中却构成了极好的绿色肥料。

Claims (19)

1、园圃纸加速降解的方法，其纸纤维素纤维被浸渍一种使纸具有耐恶劣天气特性的疏水树脂，根据这种方法，往纸上喷洒一种能同时使树脂和纤维素降解的酶溶液。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于该树脂选自单一的或混合的下述物质：脲-甲醛树脂、蜜铵-甲醛树脂、聚酰-胺-表氯醇树脂、聚乙烯-亚胺树脂、淀粉衍生物。
3、根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于酶溶液含有能够催化水解树脂-树脂键、树脂-纤维素键、纤维素-纤维素键的酶。
4、根据权利要求3所述的方法，其特征在于酶选自酯酶、纤维素酶、酰胺酶和胺酶。
5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于纤维素酶选自细胞外生物降解酶、内葡聚糖酶和β-葡糖苷酶的纤维素酶。
6、根据权利要求1-5中任一权利要求所述的方法，其特征在于按照每平方米纸为0.01-1克纯酶将酶溶液喷洒在纸上。
7、用于实施权利要求1-6之一所述方法的园圃纸。
8、根据权利要求7所述的纸，其特征在于它含有纤维组合物，以重量计含有：
·40-60％产树脂植物的未漂白牛皮纸浆，
·10-30％阔叶树的未漂白牛皮纸浆，
·20-40％脱色包装纸浆。
9、根据权利要求8所述的纸，其特征在于它还含有以纸重量计为0.5-15％重量的树脂，有利地是7-8％。
10、根据权利要求9所述的纸，其特征在于它还含有抑真菌剂。
11、根据权利要求10所述的纸，其特征在于它呈褶绉状。
12、用于实施权利要求1-6之一所述方法的酶溶液。
13、根据权利要求12所述的酶溶液，其特征在于它含有以重量计：
·10-20％纤维素酶，
·15-40％酰胺酶，
·15-40％酯酶，
·10-35％胺酶。
14、在埋入土壤之后能够快速降解的园圃纸，该纸的纤维素纤维被浸渍一种使纸具有耐恶劣天气特性的疏水树脂，其特征在于该溶液还含有装酶溶液的微胶囊，在埋入土壤之后微胶囊的壁被打破，因此放出能够同时催化水解树脂和纤维素的酶。
15、根据权利要求14所述的纸，其特征在于该树脂选自单一的或混合的下述物质：脲-甲醛树脂、蜜铵-甲醛树脂、聚酰-胺-表氯醇树脂、聚乙烯-亚胺树脂、淀粉衍生物。
16、根据权利要求15所述的纸，其特征在于酶溶液含有选自能够催化水解树脂-树脂键、树脂-纤维素键、纤维素-纤维素键的酶。
17、根据权利要求16所述的纸，其特征在于酶选自酯酶、纤维素酶、酰胺酶和胺酶。
18、根据权利要求14-17之一的纸，其特征在于它还含有纤维组合物，以重量计含有：
·40-60％产树脂植物的未漂白牛皮纸浆，
·10-30％阔叶树的未漂白牛皮纸浆，
·20-40％脱色包装纸浆。
19、根据权利要求14-18之一的纸，其特征在于它还含有以纸重量计为0.5-15％重量的树脂，有利地是7-8％。
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