陳美玉，孫潤軍，夏斌斌，王　珊，何彩婷

玉米苞葉可降解育果袋材料制備及其性能分析

陳美玉1,2，孫潤軍1,2，夏斌斌1，王珊1，何彩婷1

（1. 西安工程大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院，西安 710048； 2. 西安工程大學(xué)功能性紡織材料及制品教育部重點實驗室，西安 710048）

為了提高廢棄玉米苞葉的再利用率，降低育果袋的生產(chǎn)成本，該研究采用堿煮法將玉米苞葉脫膠后提取玉米苞葉纖維，運用濕法成網(wǎng)技術(shù)將（5±0.5）mm的玉米苞葉纖維與廢舊書本紙屑按1.5:1的配比快速成型制備了育果袋材料樣品，并對其和市場具有代表性的5種育果袋的透氣、保溫、遮光性能以及水份管理能力等相關(guān)性能進行測試分析。結(jié)果表明：與市場參比樣品相比，所制備的材料具有優(yōu)良的套袋相關(guān)性能，其透氣率和透氣量分別達到了73.5 mm/s和173.7 L/m2·s；熱量損失僅為265 kJ/h；可見光和紫外光范圍內(nèi)透過率分別為0.4%和0.09%；不僅如此，所制備的材料在30 min內(nèi)芯吸高度達到了31 mm，平均濕蒸發(fā)速率為0.1165 g/h，保水性能明顯優(yōu)于市場葡萄專用育果袋樣品。

降解；纖維素；玉米苞葉；育果袋材料；透氣性；保溫性能；遮光性能；水份管理能力

0 引 言

隨著人們物質(zhì)生活水平的不斷提高，消費者保護自我和追求高品質(zhì)生活的意識越來越強烈，對水果的要求轉(zhuǎn)向了高品質(zhì)和無公害。套袋水果因品相好、口感佳、無公害而贏得了消費者的厚愛。水果套袋技術(shù)，不僅可提高果實的結(jié)果率[1]、提升果實的著色度[2-4]、減少果銹[5]、使果實免受病蟲及鳥類的侵害[6-7]、降低農(nóng)藥殘留[8-11]以及增加維C和水份含量[12]，還能在儲存期防止污染物和揮發(fā)物的入侵[13-14]，延長果品的儲存期[15-16]，增加果農(nóng)的經(jīng)濟收入。早在20世紀初，日本就開始研究對葡萄和梨進行套袋培育，70年代套袋技術(shù)在日本、韓國及美國等逐步被推廣應(yīng)用。20世紀80年代，日本研究人員嘗試使用商用的雙層紙袋對黃蘋果進行套袋，探索套袋與不套袋蘋果的果糖和有機酸含量的差異及對花青素發(fā)育的影響[17]。套袋的種類和材料可能對套袋水果產(chǎn)生巨大的影響，因此不同水果套袋推薦使用的材料可能完全不同[7,18]。目前，國外水果套袋材料品種繁多，主要包括：紙袋[19]、織物袋[20]、聚乙烯包裝袋[21]、透明聚丙烯微穿孔包裝袋[22]、尼龍袋[23]等。中國市場應(yīng)用的育果袋產(chǎn)品主要包括傳統(tǒng)的紙袋和塑料薄膜袋。研究表明：紙袋價格昂貴，雨天易打濕，袋子容易爛，導(dǎo)致果實感染病菌。塑料套袋價格低廉，可避免果品受病蟲害污染，但果品著色較差[2,24]。目前對于育果袋材料制備方面的專題研究報道并不是很多。羅英[2]對育果袋的結(jié)構(gòu)和性能進行了研究，并研制了一種由硬脂酸、硼砂和純堿配制而成的石蠟乳液，作為育果袋紙張生產(chǎn)的抗水劑，以顯著加強育果袋材料的抗水性。王玉珍[25]對目前水果的套袋技術(shù)、果袋質(zhì)量等方面存在的問題進行了分析探討，并結(jié)合實踐提出了合理化的建議與對策。果農(nóng)收獲水果后，果園里的廢舊育果袋滿地亂扔、隨處可見，給環(huán)境造成了極大的污染。隨著中國大力推行綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略，確保果農(nóng)收入和環(huán)境保護協(xié)調(diào)發(fā)展，對現(xiàn)有育果袋的改善和可降解育果袋材料的研發(fā)迫在眉睫。

研究表明：玉米苞葉中不僅纖維含量豐富，纖維柔韌性好[26-28]，且成本低，環(huán)境效益好。目前，已有研究表明將少量玉米苞葉纖維與棉混紡，可以制備粗特混紡紗線[29]。此外，玉米苞葉可用作編織工藝品[30-31]、現(xiàn)代環(huán)保餐具[32]或?qū)⒂衩装~纖維制備混凝土[33]、農(nóng)用可降解膜[34]等。但整體來說玉米苞葉再利用率仍然很低，目前主要被焚燒、掩埋或作為飼料[30]。

本文通過對玉米穗的天然育果袋——玉米苞葉脫膠提取纖維，與廢舊書本紙張中的木漿纖維一起制備育果袋用非織造織物。所用原料均來自于植物纖維，不僅具有生物相容性和可降解特性[35]，而且是對廢舊書本和玉米苞葉的再利用，降低了育果袋的生產(chǎn)成本。使用后可直接在果園粉碎，作為肥料埋入土壤，使果園整體環(huán)境優(yōu)美，將玉米苞葉變廢為寶，做到“以農(nóng)養(yǎng)農(nóng)”，研究結(jié)果可為育果袋的生產(chǎn)及研發(fā)提供重要的設(shè)計思路和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

玉米苞葉收集于農(nóng)貿(mào)市場，廢舊書本紙張少許；NaClO、NaOH、聚氧化乙烯（PEO）分散劑和Na2SiO3均為國產(chǎn)市售的分析純。

為了將所制備的育果袋材料與市場育果袋做對比，特選取具有代表性的塑料薄膜育果袋A、葡萄專用育果袋B以及單層、雙層和三層的育果袋C、D和E產(chǎn)品作為對照樣品，表1為市場育果袋參比樣品的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)。

表1 市場育果袋參比樣品的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)

1.2 玉米苞葉育果袋材料制備

1.2.1 玉米苞葉纖維的提取

玉米苞葉的組成與麻相似，因此采用堿煮法來提取玉米苞葉纖維。通過玉米苞葉煮練優(yōu)化工藝的綜合分析[28,36]以及預(yù)試驗，確定玉米苞葉纖維的脫膠工藝如下：首先配置濃度為10 %的NaClO溶液500 g，加入40 g玉米苞葉進行浸泡預(yù)處理10 min后，取出玉米苞葉進行清洗。再將NaOH、Na2SiO3分別按12和20 g/L的濃度依次加入到1 600 mL水中，加熱到90 ℃后加入預(yù)處理過的玉米苞葉，在90 ℃恒溫煮練150 min后，經(jīng)水洗后并放入90 ℃烘箱中恒溫烘干3 h，獲得脫膠后的干燥玉米苞葉纖維，經(jīng)稱量質(zhì)量為18.2 g，纖維的制成率為45.5%。通過對脫膠后的纖維隨機分析200根，獲得玉米苞葉纖維長度分布如表2所示，結(jié)果表明長度在>7～13 mm范圍的玉米苞葉纖維占整個纖維的67.5 %。

表2 脫膠后玉米苞葉纖維長度分布

1.2.2 育果袋材料的制備

采用902201濕法成網(wǎng)快速成型儀（德國HG公司）對玉米苞葉纖維和廢舊紙張打漿后進行濕法成網(wǎng)，制備可降解育果袋用的非織材料試驗樣品。廢舊書本紙張剪碎后，因其中的木漿纖維較短，所以打漿均勻，但成網(wǎng)后拉伸應(yīng)力較低，加入玉米苞葉短纖維可以使成網(wǎng)拉伸應(yīng)力得以提高。然而，如果加入的玉米纖維長度過長，會使得纖維分散性能下降，從而導(dǎo)致成網(wǎng)均勻性和拉伸應(yīng)力變差。為使制備的育果袋非織材料中纖維分布均勻，且具有一定的拉伸應(yīng)力，預(yù)試驗結(jié)果表明玉米苞葉纖維與紙張的質(zhì)量比為1.5:1，且玉米苞葉的纖維長度為（5±0.5）mm時，確保纖維均勻分散的同時，成網(wǎng)后拉伸應(yīng)力最優(yōu)。

試驗時首先把1.6 g紙張剪碎后放入燒杯中，加水沒過紙屑，倒入打漿機中完全打散（打漿度為51叩解度（°SR）。將2.4 g玉米苞葉纖維剪成長度為（5±0.5）mm加入紙漿中，并用清水將PEO分散劑進行稀釋后加入到混合的紙漿中，PEO的加入量為0.2%，采用HD2010W電動攪拌器（上海司樂儀器有限公司）進行充分攪拌融合，形成均一、分散的漿液，然后將玉米苞葉纖維和紙漿的混合漿液倒入到902201濕法成網(wǎng)快速成型儀（德國HG公司）中。整個纖維網(wǎng)成型過程包括：液體填充-氣泡攪拌-纖維靜置-溶液沉降-真空抽吸。最后將制備好的試樣放置202-3A烘箱（中國萊州電子儀器有限公司）中，90 ℃烘干2 h，從而獲得直徑為20 cm的育果袋材料試樣F，試樣厚度為0.35 mm，面密度為110 g/m2。

1.3 育果袋材料的相關(guān)性能測試與表征

1）力學(xué)性能測試

將可降解育果袋材料試樣F裁剪成100 mm×50 mm的試樣各4條，將其中2條試樣浸入水中，待試樣完全潤濕后取出，去除多余的水份。采用INSTRON5565萬能材料試驗機對試樣F進行干、濕狀態(tài)的力學(xué)性能測試，測試條件：溫度為22 ℃，相對濕度為36%，夾持距離為50 mm，拉伸速度為50 mm/min，測試結(jié)果取2次試樣的平均值。

2）微觀結(jié)構(gòu)

采用JCM-5000電鏡掃描儀（日本電子株式會社）對試驗樣品進行微觀結(jié)構(gòu)觀察和分析，加速電壓為10 kV。

3）透氣性能

采用YG461E/II型數(shù)字式透氣量儀（寧波紡織儀器廠）進行測試，因育果袋沒有統(tǒng)一的測試標準，故參照GB/T 5453-1997進行測量，樣品測試面積為20 cm2，壓差為100 Pa，每個樣品測試10次，取其平均值作為最終結(jié)果。

4）保溫性能

由于試驗樣品尺寸限制，樣品的保溫性能試驗采用自行設(shè)計的方法進行測試，試驗測試環(huán)境條件為：溫度（28±2）℃，相對濕度為（55±5）%，由于本次試驗在實驗室完成，不考慮風(fēng)速對測試結(jié)果的影響。

在1 600 mL的燒杯，加入1 400 mL的沸水，并測量其初始溫度。然后，將測試樣品套在燒杯的頂端，由上往下緩慢套上，并用橡皮筋將育果袋扎緊，防止熱量散失。每隔10 min測量一次燒杯中的溫度，每個樣品測試5次，最終取平均值。采用熱量損失來表征樣品的保溫性能，計算公式如式（1）所示。

=Δ（1）

式中為熱量，J；為水的比熱容，4.2 kJ/kg·℃；為燒杯中水的質(zhì)量，kg；Δ為一定時間內(nèi)燒杯內(nèi)水溫下降的溫度值，℃。

5）遮光性能

采用UV-1600/UV-1800/V-1600/V-1800紫外/可見分光光度計（上海美譜達儀器有限公司）進行測試，測試樣品裁剪為28 mm×8 mm的長條，波長掃描范圍設(shè)置為600.0～200.0 nm，掃描間隔設(shè)置為1.0 nm。

6）水分管理能力

a. 芯吸高度

使用YG(B) 871毛細管效應(yīng)測定儀（溫州市大榮紡織標準儀器廠）進行測試，執(zhí)行標準ZBW04019-90《紡織品毛細效應(yīng)試驗方法》。試驗樣品裁剪為200 mm× 25 mm的長條，使用重鉻酸鉀作為測試的特定溶液。

b. 水分干燥速率

使用M290DR水分干燥速率測試儀（SDL Atlas Ltd.）進行測試，將待測樣品裁剪為8 cm×8 cm的方塊，在待測樣品上用注射器均勻注射1 mL蒸餾水，注水完畢后進行測試，觀察并記錄一定時間內(nèi)水分質(zhì)量的變化。

2 結(jié)果與分析

2.1 力學(xué)性能測試

材料的力學(xué)性能是其基本性能之一。育果袋材料首先需要具有一定的抗拉伸能力，確保育果袋能承受果品套袋時的外力作用，以及套袋果品在生長過程由于果品質(zhì)量而產(chǎn)生的對育果袋的拉伸作用力。尤其是連綿陰雨天氣，育果袋材料完全被雨水浸泡，但其仍需要具有一定的承載能力，為此需要測試分析育果袋材料干、濕態(tài)的力學(xué)性能。圖1為育果袋材料干態(tài)和濕態(tài)的力學(xué)性能測試結(jié)果，可以看出育果袋材料干態(tài)、濕態(tài)能承受的最大載荷分別為20.02和13.79 N。按照一般正常水果的質(zhì)量不超過0.25 kg（相當于2.45 N）計算，育果袋材料作為一次性使用材料完全能夠滿足育果袋的基本力學(xué)性能要求。

目前，市場的紙質(zhì)育果袋由于結(jié)構(gòu)密實，雖然具有卓越的拉伸強力，但其延伸性能較差，所以在套袋的時候育果袋容易破裂。而本課題所制備的可降解育果袋材料F屬于非織材料，其與紙張相比，結(jié)構(gòu)蓬松，且具有一定的延伸性能（如圖2所示），這樣在給果品套袋的時候就不會出現(xiàn)破裂的現(xiàn)象。

2.2 微觀結(jié)構(gòu)分析

圖2為制備的育果袋材料F與市場參比樣品的掃描電鏡對比圖?？梢钥闯?，參比樣品A、B、C都為單層袋，表面都具有不均勻分布的微小孔隙。參比樣品D的外層有一定的孔隙、但內(nèi)層幾乎看不到微孔的存在。參比樣品E其外層和中層均可見不均勻分布的微孔，其內(nèi)層為非常稀薄的非織造布，孔徑較大，因此參比樣品E雖然是3層結(jié)構(gòu)，但其透氣性能主要取決于外層和中層，里層的非織造布對其透氣率幾乎沒有影響。本課題制備的育果袋材料F中玉米苞葉纖維鋪層均勻，證明在制備育果袋材料時玉米苞葉短纖分散均勻。且纖維之間具有一定的孔隙，這些孔隙的存在確保育果袋材料具有優(yōu)良的透氣性能。

2.3 透氣性能

透氣性是衡量育果袋是否優(yōu)質(zhì)的一個重要參考依據(jù)。水果在成熟前期，需要生長在一個相對密閉的小環(huán)境當中。因此，育果袋必須要具有一定的透氣性，這樣果實可以與外界進行正常的物質(zhì)交換，確保新陳代謝正常進行，有益于果實的成長。有研究表明育果袋的透氣性對蘋果的黑點病、重金屬鉛（Pb）以及總酸含量均具有顯著的影響[37]。

表3為育果袋材料試驗樣品F與市場育果袋參比樣品的透氣性測試結(jié)果，需要說明的是塑料薄膜參比樣品A于微孔太小，其透氣性能指標無法測出。表3結(jié)果表明：與市場育果袋參比樣品相比，育果袋材料F具有較高的透氣率和透氣量，分別達到了73.5 mm/s和173.7 L/m2·s，而市場上育果袋參比樣品中透氣率最大值為2.5 mm/s，透氣量最大值為0.3 L/m2·s。育果袋材料F的結(jié)構(gòu)屬于非織造織物，其結(jié)構(gòu)與紙張相比較為蓬松，纖維與纖維之間的縫隙孔洞較多，與市場育果袋參比樣品相比（見表1），育果袋材料F的厚度雖然較厚，但其透氣性與透氣量均遠大于市場育果袋參比樣品。需要說明的是，育果袋材料F的透氣率和透氣量測量值的離散性稍大，究其原因是在于試樣在濕法成型制備時，玉米苞葉纖維是人工剪成短纖維的，纖維長度控制不是均勻一致的，長度稍長纖維的加入會導(dǎo)致纖維分散均勻性下降，進而導(dǎo)致育果袋材料試樣F中纖維分布不是非常均勻。

表3 育果袋材料F與市場參比樣品的透氣性能對比

2.4 保溫性能

套袋后的水果生長在一個相對密閉的空間環(huán)境中，形成了一個微氣候區(qū)。在天氣驟變的情況下，育果袋如果能給水果提供一定的保溫防護，這在一定程度上可以減緩由于氣溫驟降對果實所產(chǎn)生的惡劣影響，確保果實的品質(zhì)、口感和產(chǎn)量。為此，研究育果袋材料的保溫性能非常重要。

圖3為溫度（28±2）℃，相對濕度為（55±5）%的環(huán)境條件下育果袋材料F與市場育果袋參比樣品的保溫性能對比圖，可以看出：育果袋材料F具有最優(yōu)的保溫性能，其對沸水保溫60 min，沸水的熱量損失為約265 kJ，而市場育果袋參比樣品中熱量損失最大的為樣品C，達到了364.56 kJ。塑料薄膜袋樣品A和葡萄專用袋樣品B由于其孔隙微小，其保溫效果也不錯，其熱量損失僅次于可降解育果袋材料F，但2.3節(jié)的研究結(jié)果表明塑料薄膜袋樣品A和葡萄專用袋樣品B透氣性較差。育果袋材料F在具有良好的透氣性能的同時還具有良好的保溫性能，究其原因在于玉米苞葉纖維具有中空結(jié)構(gòu)[26,28,38]，這樣纖維中含有一定數(shù)量的靜態(tài)空氣，使得玉米苞葉在具有良好的透氣性能的同時，還具有優(yōu)越的保暖功能。

2.5 遮光性能

水果在生長過程中，日光照射起著十分重要的作用。在果實的生長前期，日光的照射必須十分充足，以利于果實進行光合作用，將外界環(huán)境中的無機物轉(zhuǎn)化為有機物，以便儲存糖分和一些自然界中所轉(zhuǎn)化到的能量。水果成熟前約兩個月需對其進行套袋。水果套袋不僅可以防止鳥類的侵襲、病蟲的危害，還可以防止風(fēng)、雨和日光的損傷。在水果生長后期，日光主要影響果皮的著色程度。太陽中的藍光、紫光和青光等可以促進水果中花青素和葉綠素的形成，影響果實表面的著色。對水果套袋后使其在遮光條件下生長，可以抑制果皮葉綠素的形成，使水果表皮變?yōu)榧t色[39-41]。為此，分析探究育果袋的遮光性能十分必要。

圖4為育果袋材料F與市場參比樣品的遮光性能對比圖。結(jié)果表明：市場育果袋樣品D和E具有卓越的遮光性能，其在紫外和可見光范圍內(nèi)透光率均為0。雖然可以防護紫外光對果品的灼傷，但在可見光范圍內(nèi)完全遮光，并不利于果品的生長。塑料薄膜樣品A對波段為200～600 nm范圍的光線透過率遠高于可降解育果袋材料F和市場參比樣品，其不僅在可見光范圍內(nèi)透光率超過70%，在紫外光范圍（200～400 nm）內(nèi)也具有相當高的透過率，紫外透過率高容易使水果灼傷，對水果生長并不利。相比之下，育果袋材料F具有優(yōu)異的遮光性能，它在可見光（400～600 nm）范圍內(nèi)具有0.4%的透光率，確保水果在生長的過程中進行一定的光合作用。同時育果袋材料F在紫外光范圍（200～400 nm）內(nèi)的透過率僅為0.09%，這不僅有利于保護果品免受紫外光的灼傷，還有利于果品著色。

2.6 水分管理能力

水果生長周期是一個漫長的過程，其中一定會受到連續(xù)干旱或連綿陰雨天氣的影響，這就需要育果袋具備一定的水分管理能力，即具有一定的保水和導(dǎo)水功能。目前市場的紙品育果袋經(jīng)過雨水的侵蝕后，雨水滲入到纖維之間的空隙當中，纖維的溶脹作用會使纖維間的結(jié)合力下降，進而導(dǎo)致育果袋破裂。此外，連綿陰雨天氣，如果不能及時將水分導(dǎo)出，會使水果長期浸泡在雨水中，導(dǎo)致果銹或黑斑產(chǎn)生[42]，影響水果的品質(zhì)。而在連續(xù)干旱的天氣，育果袋應(yīng)該具有一定的保水能力，這樣才能確保水果在連續(xù)干旱時鎖住水分，確保水果能正常生長。因此，研究水分管理能力對于套袋性能非常重要。

2.6.1 導(dǎo)水性能

織物的芯吸效應(yīng)反映了水分通過毛細效應(yīng)傳遞的能力，即材料的導(dǎo)水性能。圖5為育果袋材料F與市場參比樣品的芯吸效應(yīng)對比圖?？梢钥闯觯号c市場參比樣品相比，育果袋材料F的導(dǎo)水性能最優(yōu)，其在30 min內(nèi)芯吸高度達到了31 mm。究其原因在于：所制備的育果袋材料F為非織造織物，與紙品套袋相比，其結(jié)構(gòu)蓬松，其中的玉米苞葉纖維經(jīng)過脫膠處理，纖維表面具有許多導(dǎo)水溝槽，內(nèi)部具有毛細空腔，而且加入的紙漿具有親水基團，因此其芯吸高度非常卓越，這樣連綿雨天育果袋中的積水能迅速排出，確保水果品質(zhì)。其次是參比樣品D也具有良好的芯吸能力，其在30 min芯吸高度達到了30 mm，原因在于樣品D是由粗紙制備而成的，紙漿中含有大量的親水性羥基。而參比樣品A為塑料制成的薄膜，不具有親水基團，因而芯吸能力最差，芯吸高度為0。為此，在利用塑料袋對水果進行套袋的時候，經(jīng)常會看到農(nóng)戶在塑料袋的底部戳一個小洞，以免連綿雨天套袋里的積水能夠盡快排出。

2.6.2 保水性能

保水性能是水果育果袋水分管理能力的另一個重要的方面，以單位時間內(nèi)育果袋的水分蒸發(fā)質(zhì)量來表示，水份蒸發(fā)的質(zhì)量越多，保水性能越差。圖6為育果袋材料F與市場參比樣品的水分蒸發(fā)能力對比圖?？梢钥闯觯菏袌龀Ｒ姷挠校咸褜Ｓ锰状鼧悠稡的濕蒸發(fā)能力最大，其保水性能最差。育果袋材料F的平均濕蒸發(fā)速率為0.1165 g/h，明顯低于單層葡萄專用套袋樣品B，即其保水性能好于葡萄專用套袋樣品B，但略低于市場套袋樣品D。究其原因在于市場育果袋樣品D為2層結(jié)構(gòu)，其中內(nèi)層為防水紙，因此其保水性能優(yōu)良。育果袋材料F雖然為單層，但厚度稍厚，其仍然具有良好的保水能力。

由此可見，課題所制備的育果袋材料F具有優(yōu)異的導(dǎo)水性能和優(yōu)良的保水性能，在連續(xù)干旱或連綿陰雨的時段具有良好的水分管理能力，有益于水果的正常生長。

3 結(jié) 論

采用堿煮法對玉米苞葉進行脫膠后提取纖維，將剪成（5±0.5）mm長的玉米苞葉纖維與廢舊書本紙張碎屑按1.5:1配比，借用濕法成網(wǎng)快速成型儀進行濕法成網(wǎng)，成功制備了育果袋材料。對制備的育果袋材料試樣及市場具有代表性的5種育果袋參比樣品的套袋相關(guān)性能進行測試與分析，研究結(jié)論如下：

1）制備的育果袋材料具有一定的抗拉伸能力，其干、濕態(tài)的拉伸載荷分別達20.02和13.79 N，可以滿足水果套袋的力學(xué)性能基本要求。

2）制備的育果袋材料的透氣率和透氣量遠高于市場參比樣品，分別達到了73.5 mm/s和173.7 L/m2·s；采用制備的育果袋材料對沸水保溫60 min時，沸水的熱量損失約265 kJ，保溫性能優(yōu)于市場參比樣品；在可見光和紫外光范圍內(nèi)光線透過率分別為0.4%和0.09%；制備的育果袋材料具有優(yōu)異的導(dǎo)水性能和良好的保水性能。

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Preparation of a degradable fruit bagging material from corn bracts and its relative performance

Chen Meiyu1,2, Sun Runjun1,2, Xia Binbin1, Wang Shan1, He Caiting1

(1.,,710048; 2.710048,)

This study aims to improve the utilization rate of abandoned corn bracts, while decreasing the production cost of the bag of fruit cultivating in sustainable agriculture. Five representative bags of fruit cultivating were collected in the market as the controlled samples, including the plastic film bag A, special bag B for grape, one-, two- and three-layered bag C, D, and E. The basic structural characteristics of controlled samples were firstly analyzed. Then, alkali cooking was used to degum the corn bracts for the extraction of fibers. Subsequently, the corn bract fibers were cut into 5±0.5 mm long, thereby mixing evenly with the waste paper scraps in a ratio of 1.5:1. The wet mesh forming was adopted to prepare the fruit-cultivating bag material F. The mechanical properties of material F were tested after fabrication. The experimental results showed that the prepared material F behaved a strong tensile resistance, where the tensile loads for the dry and wet material F were up to 20.02 and 13.79 N, respectively. Furthermore, an excellent extension performance was achieved for the high requirements of mechanical properties in the fruit bagging. A scanning electronic microscopy (SEM) was adopted to observe the microstructure of the prepared materials F and the controlled samples in the market, further to analyze the distribution of holes in the matrix. The bagging properties were also measured, including air permeability, heat-insulating property, shading property, and water management ability. The experimental data demonstrated that the fruit-cultivating bag material F presented an excellent air permeability. Specifically, the air-flow rate and permeability of material were 73.5 mm/s and 173.7 L/m2·s, respectively. In contrast to the controlled samples, the maximum air-flow rate and permeability were only 2.5 mm/s and 0.3 L/m2·s, respectively. In addition, the heat loss of boiling water was about 265 kJ, when the prepared material was used to keep the boiling water for 60 min. The transmittance of the material F was about 0.4 % in the visible light range, and 0.09% in the ultraviolet light range. The shielding properties showed that the prepared material ensured the photosynthesis of fruits during the growth process. Meanwhile, material F was expected to protect the fruit from ultraviolet light burning. Excellent ability of water conductivity was also achieved, where the core suction height reached 31 mm within 30 min. As such, the water in the fruit-cultivating bag during rainy days discharged quickly to enhance the quality of fruit products. Low wet evaporation indicated that the water retention performance was obviously better than that of the special bag B for the grape in the market. Most significantly, the thermal insulation performance of the new fabricated material was better than that of the controlled samples in the market.

degradation; cellulose;corn bracts; fruit cultivating bag material; air permeability; heat-insulating property; shading property; water management ability

陳美玉，孫潤軍，夏斌斌，等. 玉米苞葉可降解育果袋材料制備及其性能分析[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2021，37(5)：248-255.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.05.029 http://www.tcsae.org

Chen Meiyu, Sun Runjun, Xia Binbin, et al. Preparation of a degradable fruit bagging material from corn bracts and its relative performance[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(5): 248-255. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.05.029 http://www.tcsae.org

2020-09-20

2020-12-08

國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目（201810709005）；陜西省創(chuàng)新能力支撐計劃（2020PT-043）；國家自然科學(xué)基金（No.52073224）

陳美玉，正高級工程師，研究方向為功能性材料。Email：yuanshijidi@163.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2021.05.029

X505

A

1002-6819(2021)-05-0248-08