一種可控生物降解材料及其應用
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及生物降解材料領域，特別是一種可控生物降解材料及其應用。
【背景技術(shù)】
[0002]可生物降解是指在適當和可表明期限的自然環(huán)境條件下，能夠被微生物(如細菌、真菌和藻類等)分解或降解成低分子化合物。近年來，隨著農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)展，對農(nóng)作物、園藝花丼、瓜蔬及林木等進行先期育苗再移植的農(nóng)業(yè)種植技術(shù)從南到北逐漸推廣起來，容器育苗總量逐年加大，因此對育苗容器的需求也逐年增多。目前，育苗容器多為塑料材質(zhì)，但塑料在土壤中不宜分解，易危害土壤、環(huán)境安全，易造成白色污染，特別是近些年來資源環(huán)境壓力急劇加大，公眾環(huán)保意識提高，研制一種可應用于制備幼苗容器的可生物降解材料成為本領域研宄的熱點。
[0003]專利CN1478376中公開了一種秸桿貯水育苗容器，其以秸桿為原料，聚丙烯酰胺為黏合劑，加壓成型，但其塑模過程中聚丙烯酰胺使用量少，冷壓過程中模塑料水分含量大，脫模后需要自然晾曬或人工干燥，工藝繁瑣，且聚丙烯酰胺作為黏合劑使用，黏結(jié)力不強，遇水后易散開，缽體易在育苗期間散落，影響缽體隨苗移栽的效率；專利201110377910.8公開了一種可降解營養(yǎng)育苗容器，其以菌廢棄物、植物纖維為原料，成型效果好，但該專利所使用的黏合劑含聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯不可降解物質(zhì)，且脫模實僅得到育苗容器的半成品，需要后期進一步處理，工序繁瑣；專利200710185302.0報道了一種全降解高肥效育苗容器，由秸桿粉、粉煤灰、黏合劑、固化劑和防水劑混合后熱壓而成，但其以單純的脲醛樹脂為主要的黏合劑，脲醛樹脂難降解性，其器壁對植物根系穿透有阻礙作用，不利于幼苗移栽以后的生長；公開號為CN1268283的專利提供了一種植物纖維育苗缽，缽體材料包括植物纖維、干狀谷物淀粉、和脫模劑，干狀谷物淀粉作為黏合劑使用，在制備過程中需加水，熱壓成型中易產(chǎn)生放炮現(xiàn)象，產(chǎn)品外觀不僅粗糙，耐濕強度低，難以保證育苗期育苗缽形體完整性，無法滿足各種林木、蔬菜、花丼的育苗需求。
[0004]目前國內(nèi)外研宄制備可降解育苗容器的技術(shù)較多，采用的原材料主要是農(nóng)林作物下腳料、污泥、泥炭、食用菌廢菌糠等天然可降解生物質(zhì)材料，這些可降解材料中，或是使用完全可降解的生物質(zhì)黏合劑但濕強度不夠，育苗容器耐水性差，或是使用合成高分子樹脂，育苗容器強度高但難降解，影響了作物根系穿透性。因此，研制一種能既保證育苗期形體強度，同時在隨苗移栽后快速降解，滿足不同育苗期要求的可控生物降解材料，仍然是本領域亟待解決的技術(shù)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述問題，本發(fā)明提供一種可控生物降解材料，以該材料制備的育苗容器，可以滿足苗木、花丼等不同育苗周期作為對育苗容器降解性的要求，本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的:
一種可控生物降解材料，所述可控生物降解材料是由生物質(zhì)粉狀材料、黏合劑和復配催干劑以質(zhì)量比1:0.6-0.8:0.03-0.13混合后獲得； 所述復配催干劑為層狀硅酸鹽、蒙脫土、膨潤土中的一種或它們的組合物；
所述生物質(zhì)粉狀材料是這樣獲得的:將農(nóng)林廢棄物粉碎至10目以下，以氮肥調(diào)節(jié)碳氮比為25-30:1，調(diào)節(jié)水分含量為60-65%，再按l_5kg/t的質(zhì)量比接入秸桿腐熟劑，35-55°C溫度下發(fā)酵4-5d后晾干，即獲得所述生物質(zhì)粉狀材料；
所述黏合劑是通過如下方法獲得:
Ca)向脫脂大豆粉加入蒸餾水，配置成濃度為15-25%的豆柏懸濁液；
(b)將玄武巖纖維放入等離子體表面改性處理儀中，170W放電功率下處理3min，然后浸入0.05mol/L的馬來酸酐溶液中，加入占玄武巖纖維質(zhì)量0.5-1%的過氧化苯甲酰，浸泡2h后取出，103°C烘干，獲得等離子接枝玄武巖纖維；
(c)向反應釜中加入質(zhì)量分數(shù)36-37%的甲醛溶液，調(diào)節(jié)pH為8.5，加入聚乙烯醇，升溫至40°C，加入尿素，再升溫至60°C，保溫20min，然后加入步驟b獲得的等離子接枝玄武巖纖維，180-350rpm 攪拌反應 10_20min ；
其中，所加入甲醛溶液質(zhì)量為豆柏懸濁液質(zhì)量的2.5-4.2%,聚乙烯醇質(zhì)量為豆柏懸濁液質(zhì)量的0.9-1.3%，尿素為豆柏懸濁液質(zhì)量的1.8-3.5%，等離子接枝玄武巖纖維為豆柏懸濁液質(zhì)量的0.5-0.7% ；
Cd)將步驟a獲得的豆柏懸濁液加入反應釜中，調(diào)節(jié)pH為8.5，60°C反應30min ;然后再次加入尿素和脫脂大豆粉，60°C保溫20min，再冷卻至45°C，即獲得所述黏合劑；
其中，再次加入的尿素與豆柏懸濁液中脫脂大豆粉的質(zhì)量比為1-1.25:12.5，所加入脫脂大豆粉質(zhì)量為豆柏懸濁液中脫脂大豆粉質(zhì)量的1/3。
[0006]進一步，本發(fā)明中，所述農(nóng)林廢棄物為稻殼、秸桿粉、木材邊角料或竹粉中的一種或它們的組合物。
[0007]進一步，本發(fā)明中，所述氮肥為尿素、碳酸氫氨、磷酸二銨、硫酸二銨中的一種或多種。
[0008]如本發(fā)明所述可控生物降解材料在制備可降解育苗容器中的應用。
[0009]如本發(fā)明所述可控生物降解材料的應用，具體為，將水分含量為12-14%的可控生物降解材料液壓成型，制備可降解育苗容器。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:
(I)本發(fā)明可生物降解材料中，黏合劑是以脫脂大豆粉為基料，利用甲醛、尿素、聚乙烯醇和玄武巖纖維對其進行改性處理，通過堿解、變性、加成和縮聚等反應，豆柏粉中肽鏈斷裂，形成大小不一的氨基酸短鏈，促使在合成過程中蛋白分子鏈接枝聚乙烯醇、玄武巖纖維和甲醛/尿素的預聚物分子，增加了豆柏粉黏合劑的黏結(jié)強度和耐水性，同時脫脂大豆粉富含豐富的大豆氮，在生物降解過程中可釋放出大量營養(yǎng)元素，有利于幼苗生長。
[0011](2)本發(fā)明通過調(diào)節(jié)材料中尿素和等離子接枝玄武巖纖維的比例，實現(xiàn)生物降解的可控性能，一般來說，尿素所占比例越多，材料降解周期越短，通過對二者比例的調(diào)控，實現(xiàn)對該材料降解周期/育苗周期的調(diào)控，適應不同植物品種育苗周期的要求。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明實施例可降解育苗容器播種30天后圖片。
[0013]圖2為本發(fā)明實施例可降解育苗容器移栽45天后圖片。
【具體實施方式】
[0014]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明了，以下結(jié)合實施例，對本發(fā)明進一步詳細說明，應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0015]實施例1
(O制備生物質(zhì)粉質(zhì)材料
將破碎至10目以下的竹粉用磷酸二銨調(diào)整C/N比至25-30:1，調(diào)節(jié)水分至60-65%，接種秸桿腐熟劑，每噸生物質(zhì)粉狀材料接種Ikg的秸桿腐熟劑，溫度為35-55°C，發(fā)酵4-5天，自然晾干備用，獲得生物質(zhì)粉質(zhì)材料；
(2)制備黏合劑
(a)將脫脂大豆粉用蒸餾水溶解配制成質(zhì)量濃度為15%豆柏懸濁液備用；
(b)將玄武巖纖維進行等離子體處理，將其置于低溫等離子體表面改性處理儀(常州新區(qū)世泰等離子體技術(shù)開發(fā)有限公司，HD-1B型)中，放電功率為170W，處理時間為3min，然后放入0.05mol/L的馬來酸酐溶液中，以過氧化苯甲酰作為引發(fā)劑，過氧化苯甲酰的加入量為玄武巖纖維質(zhì)量的0.5-1%，浸泡2h后取出，并在103°C的干燥箱中烘干，獲得等離子接枝玄武巖纖維；
(c)取165g質(zhì)量分數(shù)為36.5%的甲醛溶液投入到反應釜，開啟攪拌器，以275轉(zhuǎn)/分鐘攪拌，用質(zhì)量分數(shù)為20%的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值為8.5，加入60g聚乙烯醇，開始升溫至40°C，投入120g尿素，1min內(nèi)升至60°C并保溫20min ;保溫結(jié)束后，加入35g等離子接枝玄武巖纖維，保溫20min ；
(d)向反應釜中加入6500g質(zhì)量濃度為15%的豆柏懸濁液，調(diào)節(jié)pH值為8.5，于60°C下堿解30min ;再加入10g尿素和325g脫脂大豆粉，保溫20min，開啟冷卻系統(tǒng)對反應釜冷卻，待溫度降至45°C時放料，即獲得黏合劑。
[0016]將5kg步驟(I)獲得的生物質(zhì)粉質(zhì)材料、3kg步驟(2)獲得的黏合劑，以及0.25kg蒙脫土投入高速混煉機中，攪拌速率100轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌混合均勻，即獲得所述可控生物降解材料。
[0017]將水分為14%的該可控生物降解材料放入液壓成型機模腔中，壓制成可降解育苗容器。
[0018]在具體操作過程中，所使用的甲醛溶液的質(zhì)量分數(shù)可以在36-37%范圍內(nèi)。
[0019]2014年6月，用本實施例獲得的可降解育苗容器80個，在江蘇省農(nóng)業(yè)科學院塑料試驗大棚中培育黃瓜幼苗，每個育苗容器播2個黃瓜種籽，同時設立塑料育苗容器作為對照。
[0020]可降解育苗容器播種后4天長出幼苗，發(fā)芽率比對照組高10%左右，12天后間去弱苗，每個育苗容器保留壯苗I株，播種后20天將黃瓜幼苗與可降解育苗容器一并移入大田，對照組去除塑料育苗容器后再移入