CN102876062B - 一种全降解仿瓷秸秆花盆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种全降解仿瓷秸秆花盆及其制备方法，它以粉碎的秸秆粉为原料，加入明胶黏合剂，秸秆粉与明胶黏合剂的重量比为1:0.5～0.8；经混料后，再经热压成形制得全降解仿瓷秸秆花盆。通过本发明所用的工业明胶经过硅烷偶联剂Kh-550、氯化锌、硼砂复合改性剂交联改性，利用了三者的优势互补，获得了良好的效果。封闭了明胶蛋白质中羟基，降低了胶的水溶性；增长了明胶蛋白质的肽链，生成了部分配合物，使胶体柔性增强，保持胶液了降解特性。该全降解仿瓷秸秆花盆产品应用于国内城市绿化和景观造型和美化、生态旅游、度假村、家庭、单位、公共场所、餐饮业、酒店、宾馆、会议室、办公室、学校、会所、医院、农村等。

Description

一种全降解仿瓷秸秆花盆及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种作为全降解仿瓷秸秆花盆技术，它以秸秆和工业明胶（EdibleKglutin）为原料研制的一种全降解、环保型仿瓷秸秆新产品，属于农业废弃物无害化处理和资源化利用、环保新产品技术领域。

背景技术

我国是农业大国,每年产生的农作物秸秆量均在7亿吨左右,其中玉米、高粱、棉花等秸秆数量约2亿吨,麦秸和稻草约4亿吨,油料作物秸秆约1亿吨,可供收集利用的总量在6亿吨以上。

目前秸秆的研究、开发利用技术主要可以归纳为：秸秆还田技术、能源化技术、饲料化技术和工业利用技术，如：提取纤维素可用于纺织、造纸、物质汽化和发酵生产甲烷气，秸秆发电等，用于生产可降解型包装材料、轻质建材，多种食品与糕点、酿醋酿酒、制作饴糖等；稻草编织、建筑材料等。总的来讲，国内外对于秸秆再利用的研究比较多，用途在逐步扩大，秸秆产品已经由低档的应用逐步向高档应用方面转化，秸秆产品受到越来越多的人们的重视和接受，秸秆产品市场前景广阔、长久。

但目前仍有31.31％的秸秆被焚烧,是环境污染的主要来源。如江苏的空气完好率目前要求为307天,在空气不好的58天里有21天是农民焚烧秸秆所造成的，存在安全隐患，浪费了宝贵的可再生利用资源。政府要求到2015年江苏的空气完好率要达到347天，其中寻找更多秸秆出路、杜绝焚烧是重要的工作任务。已有研究表明：农作物秸秆的主要成分与部分阔叶树材相似,可以替代此类森林木材，且来源广泛,只要有人类的生产耕作,就有农作物秸秆的产生,因而同样具有可持续发展和利用的良好特性和价值。

发明内容

本发明是针对目前秸秆花盆为部分降解以及生产工艺技术上存在的问题，提供一种全降解仿瓷秸秆花盆。

本发明还提供上述全降解仿瓷秸秆花盆的制备方法，该新技术产品在生产和使用过程中均无污染，产品全降解，安全健康，可以逐步取代塑料产品，解决农业废弃物带来的环境问题，为农民创收，既可节约大量木材资源、又可减少废弃产品垃圾污染环境，可取得双赢效果。

本发明的目的是通过以下措施来实现的：

一种全降解仿瓷秸秆花盆，其特征在于：它以粉碎的秸秆粉为原料，加入明胶黏合剂，秸秆粉与明胶黏合剂的重量比为1:0.5～0.8；经混料后，再经热压成形制得全降解仿瓷秸秆花盆。

上述全降解仿瓷秸杆花盆，它通过以下方法制得：

1）将秸秆用粉碎机粉碎至80～160目，待用；

2）取工业明胶放入反应釜中，加入水，用50－65℃水浴加热、搅拌溶解后，加入占工业明胶重量0.001-0.03的复合改性剂，搅拌反应1～3小时，保温反应2～4小时，制得明胶黏合剂，待用；

其中所加入水重量为工业明胶的8－12倍，复合改性剂中由硅烷偶联剂Kh-550:氯化锌:硼砂按重量比为1:0.5-1:1-1.5配成；

3）取粉碎的秸秆粉放入搅拌器中，加入步骤2制得的明胶黏合剂，搅拌15～25min，搅拌器转速500-2000转/分，混合后出料；其中秸秆粉与明胶黏合剂的重量比为1:0.5～0.8；

4）将混合好的料放入热压机的模具中，在110～150℃、20～30MPa的压力下压制，即得全降解仿瓷秸秆花盆产品。

本发明还提供全降解仿瓷秸秆花盆的制作方法，其具体过程如上。

其中，所述秸秆为水稻、棉花、油菜、竹或向日葵秸秆。

其中，所述工业明胶是指从制革废弃物中提取的工业明胶。

本发明的有益效果：

1）本发明的全降解仿瓷秸秆花盆产品，是采取从制造皮革产生的废弃物中提取出的工业明胶和秸秆粉为原料制成新产品，充分利用了秸秆和皮革废弃物再生资源，降低了环境污染；原料来源丰富，价格便宜。

2）本发明使用硅烷偶联剂Kh-550、氯化锌、硼砂复合改性剂将明胶改性制作全降解环保黏合剂，用于全降解秸秆仿瓷花盆制作，产品韧性好、不黏膜具、耐候性高、性能稳定、符合花盆指标要求。

改性剂选择实验：

改性剂	制作花盆情况
		Kh-550、氯化锌、硼砂	混合物料在压制产品时，流动性好、不黏膜具，制作的产品光泽好、强度高、韧性好，满足花盆制作条件和质量指标要求。
Kh-550	混合物料在压制产品时，流动性差，制作的产品易碎，韧性差，不能满足花盆制作条件及产品要求。
		氯化锌	混合物料在压制产品时，黏膜具，不易操作，制作的产品光泽不好、不耐水或湿物，不能满足花盆制作条件及产品要求。
硼砂	混合物料可以压制成产品，但制作的产品光泽不好、不耐水或湿物，不符合花盆产品要求。

以上实验结果说明：Kh-550、氯化锌、硼砂改性剂单独使用，不能满足本产品要求，只有复合使用可满足要求。

主要作用机理：

Kh-550与明胶交联后形成不溶于水的网状结构物，强度高，但流动性较小。

硼砂与明胶交联后形成配合物，流动性高、有一定韧性，与Kh-550优势互补。

氯化锌主要起催化作用，促使Kh-550的交联反应进行的比较完全，同时也可以形成配合物。Kh-550、氯化锌、硼砂混合改性明胶所制作的胶液与固体物料达到良好的粘结作用，满足花盆制作条件，使制作的花盆产品符合质量指标要求。

Kh-550、氯化锌、硼砂单独作为明胶改性剂在医药、胶片方面已有应用，但三种交联剂合起来共同使用且用于秸秆花盆方面的研究未见报道。

3）本发明的产品制备方法与现有技术的不同。主要表现在：全部生产工艺过程无三废产生，环保；产品压制温度110～150℃比目前一般产品压制温度160～190℃明显降低，节约了能源。

4）本发明的技术产品外观有仿瓷特性、古香古色特征，品味高；色彩、样式多：如可制成卡通、动物、字画、山水、风景、人物等图案。本发明产品全降解、便宜、更新快，满足了消费者新鲜感和好奇心。

相比已有技术，本发明解决了如下问题：

1. 通过本发明所用的工业明胶经过Kh-550、氯化锌、硼砂复合改性剂交联改性，利用了三者的优势互补，获得了良好的效果。封闭了明胶蛋白质中羟基，降低了胶的水溶性；增长了明胶蛋白质的肽链，生成了部分配合物，使胶体柔性增强，保持了胶液降解特性。该环保新型黏合剂，用于制作全降解秸秆仿瓷花盆产品，解决了目前秸秆花盆所用黏合剂不可降解、韧性差、性能不稳定以及成本高的问题，也拓宽了再生资源－明胶的应用范围。 

2. 本发明技术避免了大量使用甲醛的污染，生产工艺环保、产品制作能耗低。

3. 全降解秸秆仿瓷花盆用料量约为陶瓷的1/2～2/3，相比陶瓷其制作成本低和重量轻，具有市场竞争力。

4. 产品可以满足家庭、会所、公共场所、苗木培育等多方面使用。

5.产品生物降解。使用3~4年不用后，在自然条件下经过3~5年完全降解，降解的最终产物为CO₂和水。

6．本发明对于落实政府的政策、减少秸秆焚烧量、改善空气质量、提高人民健康水平、提升地方在世界的地位、优化生存环境、可持续发展等方面具有重要意义。

本发明技术产品具有以下特性：

1）原料来源于农作物废弃物秸秆（棉花、油菜等），廉价易得，可再生。

2）产品中无有害物。使用安全，对环境、人体健康无危害，产品使用废弃后，在自然条件下可完全降解，不污染环境。使用废弃后，也可作为燃料燃烧，提供热能。

4）本发明技术大量利用了秸秆资源，解决了部分秸秆焚烧带来的环境污染和安全隐患，为农民增收节支开源。

5）产品品种多、美观、高雅、新颖；价格低，普通消费者能接受，市场容量大，经济效益好。

6）生产工艺环保，无废水、废弃物、废气产生。

7）本发明技术即利用了废弃物、生产的产品又环保，是替代塑料、陶瓷等不易降解产品良好技术，有利于发展绿色环保产品。

产品应用于：国内外城市绿化和景观造型和美化、生态旅游、度假村、家庭、单位、公共场所、餐饮业、酒店、宾馆、会议室、办公室、学校、会所、医院、农村等。出口东南亚、西欧、印度、加拿大、以色列、美国、日本、韩国、非洲等国家。

本发明与已有方法的不同：

1.已有秸秆产品所用黏合剂为不可降解树脂或塑料。本发明采用的是工业明胶，既是一种蛋白质,又是一种高分子生物材料，使用少量硅烷偶联剂Kh-550、氯化锌、硼砂复合改性剂进行改性，硅烷偶联剂Kh-550、氯化锌、硼砂复合改性剂与蛋白质中的伯胺基可形成环状吡啶结构，封闭了明胶蛋白质中的羟基，使分子链增长，形成的胶液黏性增大、水溶性降低，并保持了胶液的降解性能，满足秸秆产品黏合剂要求，该全降解黏合剂原料及制作成本较低。

2.本发明新型环保胶液是含有蛋白质的水溶液胶体，而秸秆中也含有大量纤维素、蛋白质、糖、淀粉等，均不需要高温压制条件，所以，本技术产品压制温度低于已有技术产品温度40～50℃，节能。

3.制作工艺不同。已有技术制作脲醛树脂和三聚氰胺树脂需要大量甲醛，反应温度比较高，工艺不够环保。本发明方法胶液的制作仅需极少量硅烷偶联剂Kh-550、氯化锌、硼砂复合改性剂作为明胶的胶联剂，反应温度比较低，无三废产生，工艺简单、环保。

4.产品特点不同。本发明技术产品中秸秆和胶均为环保、降解材料，因此，产品为全降解、环保、使用安全。其它秸秆产品仅为部分降解，而且甲醛含量较高，不够环保。

5.产品种类应用范围不同。本发明技术可作高、中、低档多种形式新产品，而且具有仿瓷、古香古色的特征，满足各层次消费需求，符合国际发展趋势，市场容量大，经济效益高。而其它秸秆产品主要是中、低档产品制作。

具体实施方式

以下实施例所用原料说明如下：

制得的明胶黏合剂，为蛋白类物质，在室温下不能久放，最好现制现用；

交联剂：硅烷偶联剂Kh-550、氯化锌、硼砂三者作为复合改性剂，市面购买，工业级。

颜料氧化铁、石蜡脱模剂均为市面购买，工业级。

石蜡脱模剂和颜料氧化铁，均粉碎至120~160目

实施例1

原料：工业明胶（工业级），溶剂：自来水。交联剂：硅烷偶联剂Kh-550、氯化锌、硼砂配成的复合改性剂（工业级），油菜秸秆粉（80～160目）。

取工业明胶10Kg放入反应釜中，加入8倍重的自来水，在55℃水浴加热、搅拌下溶解制得溶液。向该溶液中加入0.08Kg复合改性剂，保温、搅拌反应1小时，继续保温反应3小时，制得明胶黏合剂液体，待用；复合改性剂中硅烷偶联剂Kh-550:氯化锌:硼砂重量比为1:0.5:1。

取粉碎的油菜秸秆粉10Kg（可加入颜料氧化铁0.1Kg）放入高速搅拌器（转速2000转/分）中，加入6Kg的上述明胶黏合剂液体，高速搅拌15～20min，出料。

将混合好的料，放入热压机的模具中，在110℃、20MPa的压力下压制成型，取出，打磨边角后，即为全降解仿瓷秸秆花盆产品。

实施例2：

原料：工业明胶（工业级）。溶剂：自来水。交联剂：由硅烷偶联剂Kh-550、氯化锌、硼砂三者配成的复合改性剂（工业级）。棉花秸秆粉（80～160目）。

取工业明胶20Kg放入反应釜中，加入12倍重的自来水，在65℃水浴加热、搅拌下溶解制得溶液。向该溶液中加入0.5Kg复合改性剂，保温、搅拌反应2小时既可；继续保温反应4小时，制得明胶黏合剂液体，待用；复合改性剂中硅烷偶联剂Kh-550、氯化锌、硼砂重量比为1:0.8:1.2；

取上述粉碎的棉花秸秆粉15Kg（为了上色以脱模方便，可加入颜料氧化铁0.1Kg、石蜡脱模剂0.01Kg）放入高速搅拌器中，加入12Kg的上述明胶黏合剂液体，高速搅拌20～25min，出料。

将混合好的料放入热压机的模具中，在130℃、25MPa的压力下压制成型，取出，打磨边角后，即得全降解仿瓷秸秆花盆产品。

实施例3：

原料：工业明胶（工业级）。溶剂：自来水。交联剂：由硅烷偶联剂Kh-550、氯化锌、硼砂三者配成的复合改性剂（工业级）。向日葵秸秆粉（80～160目）。

取工业明胶20Kg放入反应釜中，加入10倍重的自来水，在60℃水浴加热、搅拌下溶解制得溶液。向该溶液中加入0.1Kg复合改性剂，保温、搅拌反应2小时既可，继续保温反应3小时，制得明胶黏合剂液体，待用；复合改性剂中硅烷偶联剂Kh-550:氯化锌:硼砂重量比为1:1:1.5。

取粉碎的秸秆粉15Kg和少许石蜡脱模剂（0.1Kg）放入高速（转速1000转/分）搅拌器中，加入10Kg的上述明胶黏合剂液体，高速搅拌20～25min，出料。

将混合好的料放入热压机的模具中，在150℃、30MPa的压力下压制成型，取出，打磨边角后，即得全降解仿瓷秸秆花盆产品。

本发明全降解仿瓷秸秆花盆与同类产品指标比较

全降解仿瓷秸秆花盆指标测定及比较结果统计于下表1。

表1 全降解仿瓷秸秆花盆的主要指标测定数据

    上表1中，全降解仿瓷秸秆花盆为实施例1制得的产品；可降解秸杆花盆与秸杆填充塑料花盆均为同一规格，可降解秸杆花盆自制，所用胶为脲醛树脂。秸杆填充塑料花盆是市购的。由表1统计数据看出，全降解仿瓷秸秆花盆产品中秸秆含量高，性能比较好，降解速度比较快，降解后不污染环境、降解产物可作为肥料还田，回归自然。可降解秸秆花盆脆性大、韧性小，降解速度慢，而且不能全降解。秸秆填充塑料花盆降解性能更差，废弃后难以回收，影响土壤水、肥流动进而影响作物生长。

与同类研究产品的比较

目前国内市场主要使用的有陶土烧制和塑料制造的两类花盆；国外则以降解塑料和纸质花盆为主。 制作陶土花盆不仅大量毁田取土，而且燃烧煤炭，造成环境污染；产品笨重，容易破碎，制造和运输及使用成本都高。使用废弃后无法处理，增加了环境负担。

目前多数秸秆花盆使用的胶为脲醛树脂和三聚氰胺树脂，这两种胶均为不可降解树脂且甲醛含量比较高、性能不稳定、耐候性差，生产工艺以及产品不够环保，降解率也不高，破裂率高，影响出口和大量使用。

塑料花盆、塑料中填充秸秆花盆不仅强度差、容易老化破裂，不可降解、难以回收利用。老化后破碎的残片留在土壤里，即使经历百年也难以自然降解，并不断导致土壤劣化，带来粮食、蔬菜或花卉大量减产；落入水中，会污染水体，影响水质；焚烧处理，又会产生十余种有毒气体污染大气。塑料制作又消耗着有限的石油资源，随着世界原油价格的不断上涨，其成本也越来越高。

目前，降解塑料花盆有生物降解、光降解塑料以及聚乳酸类全降解三种。将淀粉改性接枝后与塑料混合，采用微生物降解方式，称之为生物降解塑料；光降解塑料主要是在塑料中掺入一定量的光敏剂、以促使其更多地吸收紫外线，加快老化和裂解过程。当前降解塑料的技术尚不成熟，它可以减轻污染，但不能完全解决污染问题。降解塑料由于不能完全降解，其残存的塑料成分，仍然会对土壤造成较大危害；降解塑料的价格是普通塑料价格的二至三倍，国内真正使用者很少。而国外部分试验用的聚乳酸类全降解材料，难以大面积推广应用的主要原因是价格过高(是普通塑料的十倍)，让人们望而却步，限制了其使用。

本发明技术产品所用秸秆和工业明胶均为降解原料，产品韧性好、耐候性强、花色、品种多，档次高、美观。且产品工艺环保、成本较低。产品使用后，埋在土中可被土壤、污水、海水中的细菌、霉菌、藻类等微生物分解为分子量较小的碎片，然后进一步被自然界的细菌分解、消化、吸收，最后生成二氧化碳和水等物质。或者使用后也可当作燃料烧火，提供能源，不污染。

综合目前国内以秸秆为原料的产品有多种制作方法，产品有多种用途，但本研究技术及产品环保、成本较低，具有长期发展优势。

Claims (5)

1.一种全降解仿瓷秸秆花盆，其特征在于：它以粉碎的秸秆粉为原料，加入明胶黏合剂，秸秆粉与明胶黏合剂的重量比为1:0.5～0.8；经混料后，再经热压成形制得全降解仿瓷秸秆花盆；

其中所述明胶黏合剂通过以下方法配制而成：

取工业明胶放入反应釜中，加入水，用50－65℃水浴加热、搅拌溶解后，加入为工业明胶重量0.001-0.03的复合改性剂，搅拌反应1～3小时，保温反应2～4小时，制得明胶黏合剂；其中所加入水重量为工业明胶的8－12倍，复合改性剂由硅烷偶联剂Kh-550:氯化锌:硼砂按重量比为1:0.5-1:1-1.5配制而成。

2.根据权利要求1所述的全降解仿瓷秸杆花盆，其特征在于，它通过以下方法制得：

1）将秸秆用粉碎机粉碎至80～160目，待用；

2）取工业明胶放入反应釜中，加入水，用50－65℃水浴加热、搅拌溶解后，加入为工业明胶重量0.001-0.03的复合改性剂，搅拌反应1～3小时，保温反应2～4小时，制得明胶黏合剂，待用；

其中所加入水重量为工业明胶的8－12倍，复合改性剂由硅烷偶联剂Kh-550:氯化锌:硼砂按重量比为1:0.5-1:1-1.5配成；

3）取粉碎的秸秆粉放入搅拌器中，加入步骤2制得的明胶黏合剂，搅拌15～25min，搅拌器转速500-2000转/分，混合后出料；其中秸秆粉与明胶黏合剂的重量比为1:0.5～0.8；

4）将混合好的料放入热压机的模具中，在110～150℃、20～30MPa的压力下压制，即得全降解仿瓷秸秆花盆产品。

3.一种全降解仿瓷秸秆花盆的制作方法，其具体过程如下：

1）将秸秆用粉碎机粉碎至80～160目，待用；

2）取工业明胶放入反应釜中，加入水，用50－65℃水浴加热、搅拌溶解后，加入为工业明胶重量0.001-0.03的复合改性剂，搅拌反应1～3小时，保温反应2～4小时，制得明胶黏合剂，待用；

其中所加入水重量为工业明胶的8－12倍，复合改性剂由硅烷偶联剂Kh-550:氯化锌:硼砂按重量比为1:0.5-1:1-1.5配成；

3）取粉碎的秸秆粉放入搅拌器中，加入步骤2制得的明胶黏合剂，搅拌15～25min，搅拌器转速500-2000转/分，混合后出料；其中秸秆粉与明胶黏合剂的重量比为1:0.5～0.8；

4）将混合好的料放入热压机的模具中，在110～150℃、20～30MPa的压力下压制，即得全降解仿瓷秸秆花盆产品。

4.根据权利要求3所述的全降解仿瓷秸秆花盆的制作方法，其中，所述秸秆为水稻、棉花、油菜、竹或向日葵秸秆。

5.根据权利要求3所述的全降解仿瓷秸秆花盆的制作方法，其中，所述工业明胶是指从制革废弃物中提取的工业明胶。