CN103922641A

CN103922641A - 一种制备新型农用岩棉的组合物及方法

Info

Publication number: CN103922641A
Application number: CN201410171949.8A
Authority: CN
Inventors: 居世宝; 王蕾; 曹友
Original assignee: HEBEI JINYUAN BUILDING MATERIALS TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: HEBEI JINYUAN BUILDING MATERIALS TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2014-04-28
Filing date: 2014-04-28
Publication date: 2014-07-16

Abstract

本发明公开了一种制备新型农用岩棉的组合物及方法，该岩棉包括A和B两组分，A组分的原料按重量份配比如下：玄武岩100份；石灰石30～35份；焦碳30～35份；矿渣3～4份；所述B组分的原料按重量份配比如下：改性岩棉酚醛树脂100份；氨水60～80份；精滤水340～420份；亲水剂3～5份；偶联剂1～1.5份。本发明提供了一种经特殊工艺和专用黏结剂加工成透气性佳、保水性优异的新型农用岩棉，此类新型农用岩棉具有化学稳定性好，无污染，不含有毒物质，纤维细疏松，空隙大，透气好，酸碱度适中，吸水性与保水能力强等特点，解决了直接采用工业岩棉进行无土育苗栽培普通存在水分和养分浪费、作物产量低下的技术难题。

Description

一种制备新型农用岩棉的组合物及方法

技术领域

本发明涉及无土栽培技术领域，具体涉及一种专用于蔬菜无土育苗栽培的一种制备新型农用岩棉的组合物及方法。

背景技术

随着物质生活水平的提高，人们对环境和绿色食品的要求越来越高，更加关注农产品是否健康、安全和低成本，绿色生态型无土栽培技术成为当今农业发展的一个方向，其系统可操作性强，经济社会生态效益显著，推动了我国设施农业的技术进步，具有十分广阔的应用前景。基质是栽培环境的一个重要因素，它对栽培作物的产量形成、品质优劣有决定作用。农用岩棉已被公认为最理想的无土栽培基质，利用岩棉进行无土栽培不仅设备装置简单，安装拆卸方便，便于立体栽培，而且培育出来的农作物产量高质量好，是无土栽培中大量使用的基质，主要应用于蔬菜种植和育苗生产中，由于其本身是一种化学惰性基质，质轻、多孔，对化学施肥不产生任何影响，并且作物根部气相比例高，疏水性强，是水培系统中比较理想的基质。

由于国外专用农业岩棉的成本极高，不适用于批量生产和应用，为降低成本，用户大量使用浸泡过的工业岩棉作为农用岩棉。工业岩棉本身存在着容重大、纤维粗且不均匀、杂质及渣球多、碱性大、表面不易亲水，浸水后又易变形，且弹性差，亲水性不佳。

工业岩棉应用于无土栽培存在以下缺陷：

１、工业岩棉常用于工业建筑保温隔热吸音降噪等方面，一般要求防潮，故在生产加工时添加憎水剂，其喷洒在其表面增强疏水性，以减少其表面吸水，应用于无土栽培时不吸水，水分及养分无法有效长时间保存在岩棉纤维内部，不能满足农作物生长发育；

2、工业岩棉的化学性质一般呈碱性，农用岩棉经过酸性营养液浸泡后能调整pH值，但工业岩棉用酸性营养液浸泡后pH值调整不大，碱性基质对幼苗时期的毒害作用很大，利用工业岩棉种植幼苗，叶边呈圆形且叶片小是比较常见的病态弱苗；

3、工业岩棉作为农用岩棉其体内所含元素大多处于不可利用的状态，不能被作物直接吸收，其次，工业岩棉纤维多呈水平片状，分布不均匀，并且片层之间的间隙较大，根系只能在片层缝隙中生长，移植时会造成伤根，须在根系很小的时候进行移植或必须连同工业岩棉一同移植，且根系无法蔓延至其他生长空间，造成根系不能舒展，不仅造成水分和养分浪费，还导致作物产量低下；

4、工业岩棉时以天然矿石为原料，不可避免地会存在重金属元素如镉、汞、铬等，用作农用岩棉时易造成作物污染，培育出的作物易被人体吸收后造成食物中毒，给人的身心健康带来危害；

5、工业岩棉由于玄武岩含量较低而呈黄色，出厂为条状产品，无任何外包装，不能制作成其他多样的农用岩棉制品，如生长块和育苗塞等。

因此，目前亟需一种满足农业无土栽培要求的低成本的新型农用岩棉。

发明内容

本发明目的在于提供一种制备新型农用岩棉的组合物及方法，解决国外少数专用农业岩棉的成本极高、不适用于批量生产和应用的问题；还解决现有无土栽培中大量应用的工业岩棉存在的吸水和保水性差、水分及养分无法有效长时间保存在岩棉纤维内部、不能满足农作物生长发育的问题；还解决现有工业岩棉的碱性基质毒害作物幼苗易造成叶边呈圆形且叶片小、棉毡容重大作物根系伸展受影响的问题；还解决现有工业岩棉存在重金属元素用于无土栽培易造成作物污染及岩棉制品单一的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种制备新型农用岩棉的组合物，其特征在于：包括A、B两组分；

所述A组分的原料按重量份配比如下：

玄武岩 100份；

石灰石 30～35份；

焦碳 30～35份；

矿渣 3～4份；

所述B组分的原料按重量份配比如下：

改性岩棉酚醛树脂 100份；

氨水 60～80份；

精滤水 340～420份；

亲水剂 3～5份；

偶联剂 1～1.5份。

所述玄武岩的粒度范围为80～120mm，超粒度范围小于10%。

所述石灰石的粒度范围为40～60mm，超粒度范围小于10%。

所述对矿渣的粒度范围为60～80mm，超粒度范围小于10%。

所述焦碳的粒度范围为80～140mm，超粒度范围小于10%。

所述氨水的重量百分比浓度为20～25％。

所述改性岩棉酚醛树脂中的游离酚的含量小于1.8mg/kg，游离醛的含量小于20mg/kg。

本发明还涉及一种上述新型农用岩棉的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、作为粘结剂的B组分的制备：按重量份配比将改性岩棉酚醛树脂、氨水、精滤水、亲水剂按先后顺序分别加入反应釜中并开始搅拌混合，边搅拌边缓慢加入偶联剂即用即配，温度保持在15～25℃，搅拌10～20分钟后备用；

步骤二、A组分原材料的称重与混合：将玄武岩、石灰石、焦碳和矿渣分别经机械振动下料至计量斗自动称重计量，按重量份配比并混合均匀；

步骤三、A组分原材料的熔融：将配置好的原材料混合后投入熔炉内进行1600℃高温熔融，熔炉内通入助燃风，所述助燃风经预热系统预热并加入氧气；

步骤四、A组分的熔融物进入离心机离心成纤：经高温熔融后的熔融物由熔炉虹吸口流出，经活动流槽导入离心机，流入离心机的高温熔融物在离心力和高速气流的复合作用下牵伸成纤；

步骤五、在纤维表面喷涂专用粘结剂B：在成纤过程中，将B组分采用空气雾化和多点喷射方式均匀地喷涂到纤维表面，此过程中未成纤的渣球由于速度差被分离出去；

步骤六、纤维进入集棉机成棉：成型后的纤维被吹送至集棉机上，经集棉机成为均匀网状的半成品；

步骤七、将制成的半成品经传送机送入固化成型机压缩烘干成型；

步骤八、将成型后的农用岩棉进行裁剪或打孔，制作成块状、条状或瓶塞状，对应作为生长块、生长条或育苗塞，至此成品制备完成。

所述步骤四中，所述离心机为四辊离心机，其成棉过程中采用四个高速运转辊轮：1#轮转速3000～4000r/min、2#轮转速4500～5500r/min、3#轮转速6500～7000r/min、4#轮转速7000～7500r/min。

所述步骤六中，所述集棉机为鼓式集棉机。

本发明针对农业无土栽培的技术需求，提出了一种专用于农业的新型农用岩棉，从原料配比和工艺优化两方面着手，解决现有技术中的不足，与现有技术相比具有以下特点和有益效果：

1、组分A和B的成分取材方便，成本较低，解决了国外少数专用农业岩棉的成本极高、不适用于批量生产和应用的问题，矿渣成分的广泛应用实现了废物再次利用，减少了工业废料负担，材料中重金属含量极低，解决了现有工业岩棉中含重金属元素易造成作物污染问题；

2、组分B作为粘结剂，其组分中含有一定量的亲水剂，不含憎水剂，因此粘结剂表面具有亲水作用，此种粘结剂应用于农用岩棉不仅可以保持农用岩棉浸水后长时间不变形，解决了传统工业岩棉中的粘结剂有憎水性、岩棉浸水后极易发生形变的问题；

3、新型农用岩棉原材料优选配比，喷涂专用黏结剂加工而成，无需再作基质消毒处理便可直接使用，稳定性好，酸碱度适中，解决了解决现有工业岩棉稳定性差、碱性基质毒害作物幼苗易造成叶边呈圆形且叶片小的问题；

4、与工业岩棉80～150k/cm??的容重相比，新型农用岩棉采用先进的生产工艺：选用鼓式集棉机代替传统的三角式集棉机，设备运转线速度提高，摆锤铺棉速度加快，棉层薄厚度分布均匀层次多，每分钟达20次/层时可生产较低密度农用岩棉，新型农用岩棉的容重一般在60～80kg/cm??之间，因此其孔隙率更高，约3%体积的纤维和97%体积的孔隙，吸水量高达90%以上，保水能力强，保证了农用岩棉的吸水性和持水性，截留水分和养分，解决了现有棉毡容重大导致作物根系伸展受影响的问题，以及吸水保水性差、水分及养分无法有效长时间保存在岩棉纤维内部、不能满足农作物生长发育的问题，为植物的生长创造了良好的生长环境；

5、新型农用岩棉采用特殊生产工艺：采用大容量熔制技术及熔炉富氧射氧先进技术，热熔体经炽热焦炭和烟气被加热至1600℃以上，熔体黏度较低便于成纤，通过引进国外最先进的四辊离心机，提高离心机辊轮转速和辊轮直径来改变纤维成纤直径及产品性能，高温熔体在四辊离心力作用下，被甩制成较细的纤维，通过高压风机经风环提供的高速气流作用下，增加了对熔体的复合牵伸作用，使纤维直径更细更长，棉纤维纤细疏松，熔体中有机生物体均被高温溶融消灭，同时也增强了纤维的风选作用，质量达到一定范围的渣球将飞越牵伸区，或提前抛落在渣球辊前或直接切向飞出，有较好的渣球分离效果。由于纤维较细较长且均匀呈网状，表面无渣球结构平滑，不会阻碍植物根系的伸展，离子吸附性非常小，无有毒成分沉积或盐类集富现象，可长期反复使用；

对新型农用岩棉和工业岩棉从结构性能、重金属含量及产品性能三方面进行比较，表1是新型农用岩棉与工业岩棉的结构和性能对照表，表2是新型农用岩棉与工业岩棉的重金属元素的含量对照表，表3是新型农用岩棉的产品性能参数，比较可知，新型农用岩棉在结构性能、重金属含量及产品性能等方面都明显优于传统工业岩棉。

表1 新型农用岩棉与工业岩棉的结构和性能对照表

项目名称	容重(g/cm³)	总孔隙度	饱和持水量	PH	电导率(ms/cm²⁾	结构
							工业岩棉	0.0817	83%	1.1	7.02	0.045	层理状
农用岩棉	0.0486	95%	1.9	6.71	0.061	均匀网状

表2 新型农用岩棉与工业岩棉的重金属元素的含量对照表

含量

Cr

Ni

Co

Ti

V

Zn

Zr

Mn

As

Cu

Cd

农用岩棉

<0.06

0.3

<0.006

0.2

<0.06

<0.01

<0.002

1.0

0.05

<0.02

/

工业岩棉

0.01-0.1

无

0.01-0.３

无

0.01-0.1

无

0.01-0.1

0.0001-0.01

0.003-0.1

表3 新型农用岩棉的产品性能参数

性能指标	新型农用岩棉	工业岩棉
			吸水率	> 600%	< 0.5kg/m²
PH值	6-8	8-9
			纤维平均直径，μm	<7	< 7
有机物含量，%	1.5-2.5	< 4
			渣球含量（颗粒直径≥0.25mm），%	≤ 5	≤ 12
游离酚	以苯酚计，< 1.8mg/kg	< 1%
			游离醛	以甲醛计，< 20mg/kg	< 0.8%

本发明主要提供了一种经特殊工艺和专用黏结剂加工成的透气性佳、保水性能优异的新型农用岩棉，为无土栽培提供了新型的基质材料，对发展我国的无土栽培具有积极意义。

具体实施方式

实施例1，这种制备新型农用岩棉的组合物，包括A、B两组分；

所述A组分的原料按重量份配比如下：

玄武岩 100份；

石灰石 30份；

焦碳 32份；

矿渣 3份；

所述B组分的粘接剂重量比如下：

改性岩棉酚醛树脂 100份；

氨水 60份；

精滤水 340份；

亲水剂 3份；

偶联剂 1份。

实施例2，这种制备新型农用岩棉的组合物，包括A、B两组分；

所述A组分的原料按重量份配比如下：

玄武岩 100份；

石灰石 32份；

焦碳 35份；

矿渣 4份；

所述B组分的粘接剂重量比如下：

改性岩棉酚醛树脂 100份；

氨水 80份；

精滤水 420份；

亲水剂 3.5份；

偶联剂 1份。

实施例3，这种制备新型农用岩棉的组合物，包括A、B两组分；

所述A组分的原料按重量份配比如下：

玄武岩 100份；

石灰石 35份；

焦碳 35份；

矿渣 4份；

所述B组分的粘接剂重量比如下：

改性岩棉酚醛树脂 100份；

氨水 80份；

精滤水 380份；

亲水剂 4份；

偶联剂 1.5份。

实施例4，这种制备新型农用岩棉的组合物，包括A、B两组分；

所述A组分的原料按重量份配比如下：

玄武岩 100份；

石灰石 30份；

焦碳 30份；

矿渣 4份；

所述B组分的粘接剂重量比如下：

改性岩棉酚醛树脂 100份；

氨水 70份；

精滤水 400份；

亲水剂 5份；

偶联剂 1份。

上述实施例1至4中，玄武岩的粒度范围为80～120mm，超粒度范围小于10%。

上述实施例1至4中，石灰石的粒度范围为40～60mm，超粒度范围小于10%。

上述实施例1至4中，对矿渣的粒度范围为60～80mm，超粒度范围小于10%。

上述实施例1至4中，焦碳的粒度范围为80～140mm，超粒度范围小于10%。

上述实施例1至4中，氨水的重量百分比浓度为20～25％。

上述实施例1至4中，改性岩棉酚醛树脂中的游离酚的含量小于1.8mg/kg，游离醛的含量小于20mg/kg。

其制备工艺过程包括如下步骤：

步骤一、专用粘结剂B的制备：按重量份配比将改性岩棉酚醛树脂、氨水、精滤水、亲水剂按先后顺序分别加入反应釜中并开始搅拌混合，边搅拌边缓慢加入偶联剂即用即配，温度保持在15～25℃，搅拌10～20分钟后备用；

步骤二、A组分原材料的称重与混合：将玄武岩、石灰石、焦碳和少量炼铁后的矿渣分别经机械振动下料至计量斗自动称重计量，按重量份配比并混合均匀；本实施例所用的玄武岩和石灰石的取材地点为河北省保定市易达矿业公司；

步骤三、A组分原材料的熔融：将配置好的原材料混合后投入熔炉内进行1600℃高温熔融，熔炉内通入助燃风，所述助燃风经预热系统预热并加入氧气，熔炉产生烟气排入废气处理系统处理后排放，所用设备为冲天炉，装设在配料器与四辊离心机之间，为立式结构，由双层夹芯壳体、预热层、熔化层、耐火层、测温装置、测料位装置、熔浆出口、助燃风加热机构、排烟气口、人孔、虹吸口等组成，是使冲天炉出熔浆的阶段性满足于农用岩棉连续生产的关键设备。冲天炉冷却水出水温度为60～95℃，最高98℃；负压为-20～-50Pa；鼓风量为4800～6700Nm³/h；鼓风温度为450～550℃，最高600℃；

步骤四、A组分的熔融物进入离心机离心成纤：经高温熔融后的熔融物由熔炉虹吸口流出，经活动流槽导入四辊离心机，流入四辊离心机的高温熔融物在离心力和高速气流的复合作用下牵伸成纤，输送带线速度为50～120 m/min；本实施例的四辊离心机由意大利STM生产，由高速运转的离心辊和环绕离心辊外的风环组成，辊轮直径为450mm，流入离心机的高温熔融物在离心辊的离心力和由风环喷出的高速气流的复合作用下牵伸成纤维，四辊离心机成棉过程中采用四个高速运转辊轮：1#轮转速3000～4000r/min、2#轮转速4500～5500r/min、3#轮转速6500～7000r/min、4#轮转速7000～7500r/min；油雾润滑为5～10次/min；冷却水温为50～80℃；

步骤五、专用粘结剂B的喷涂：在成纤过程中，将B组分采用空气雾化和多点喷射方式均匀地喷涂到纤维表面，此过程中未成纤的渣球由于速度差被分离出去；此时成型纤维的直径为3～4um，长度为250～350 um，渣球含量0.5mm为0，渣球总含量0.25mm为2～3%；

步骤六、纤维进入集棉机成棉：成型后的纤维被吹送至鼓式集棉机上，经鼓式集棉机成为均匀网状的半成品；

步骤七、将制成的纤维经过渡输送机送入摆锤机依据需要进行压缩，制作成不同结构形式的农用岩棉；

步骤八、将农用岩棉依据栽培实际需要进行打孔或裁剪，做成特定性状，农用岩棉被制作成块状、板状或瓶塞状，至此成品制备完成。

新型农用岩棉用于无土栽培时，根据种植的需要，将农用岩棉切割成大小不同的形状，如育苗塞、生长块和生长条等。育苗塞为育苗期使用，中间有眼，可直接播种，有的没有眼可作花卉扦插使用；生长块岩棉用于育苗和成苗的中间过渡生长阶段，在其四周包裹一层PVC，防止水分蒸发和根系蔓延到另一个生长块内；生长条岩棉在植物的成苗阶段使用，外面完全包裹一层外白内黑的PVC塑料层，防止水分过分蒸发，并保持根部适当的温度，防止藻类和病菌的滋生。热带地区可以不加外包装，方便加大蒸发量以降低根部的温度。

Claims

1.一种制备新型农用岩棉的组合物，其特征在于：包括A、B两组分；

所述A组分的原料按重量份配比如下：

玄武岩　　　　　　　　　　100份；

石灰石　　　　　　　　　　30～35份；

焦碳 30～35份；

矿渣 3～4份；

所述B组分的原料按重量份配比如下：

改性岩棉酚醛树脂 100份；

氨水 60～80份；

精滤水 340～420份；

亲水剂　　　　　　　　　 3～5份；

偶联剂 1～1.5份。

2.根据权利要求1所述的一种制备新型农用岩棉的组合物，其特征在于：所述玄武岩的粒度范围为80～120mm，超粒度范围小于10%。

3.根据权利要求1所述的一种制备新型农用岩棉的组合物，其特征在于：所述石灰石的粒度范围为40～60mm，超粒度范围小于10%。

4.根据权利要求1所述的一种制备新型农用岩棉的组合物，其特征在于：所述对矿渣的粒度范围为60～80mm，超粒度范围小于10%。

5.根据权利要求1所述的一种制备新型农用岩棉的组合物，其特征在于：所述焦碳的粒度范围为80～140mm，超粒度范围小于10%。

6.根据权利要求1所述的一种制备新型农用岩棉的组合物，其特征在于：所述改性岩棉酚醛树脂中的游离酚的含量小于1.8mg/kg，游离醛的含量小于20mg/kg。

7.根据权利要求1所述的一种制备新型农用岩棉的组合物，其特征在于：所述氨水的重量百分比浓度为20～25％。

8.一种利用权利要求1～7任意一项所述的组合物制备新型农用岩棉的方法，其特征在于：包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的一种制备新型农用岩棉的方法，其特征在于：所述步骤四中，所述离心机为四辊离心机，其成棉过程中采用四个高速运转辊轮：1#轮转速3000～4000r/min、2#轮转速4500～5500r/min、3#轮转速6500～7000r/min、4#轮转速7000～7500r/min。

10.根据权利要求8所述的一种制备新型农用岩棉的方法，其特征在于：所述步骤六中，所述集棉机为鼓式集棉机。