CN104499380A - 一种利用纤维质固废物制备育苗容器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用纤维质固废物制备育苗容器的方法，该方法依次包括以下步骤：（1）粉碎原料：把纤维质固废物原料晒干，并将原料粉碎，然后和增强体混合得到混合物料；（2）将混合物料进行机械活化预处理，得到改性纤维；（3）配浆：将改性纤维输送到配浆池中，添加防水助剂搅拌均匀，加水稀释,得到固液比为1:2-6的浆料；（4）吸滤成型：将浆料输入到模腔中进行吸滤脱水成型，得湿坯制品,过滤水送回配浆池循环使用；（5）热压定型：将湿坯制品转移到热压模中，在高温高压下进行热压，并去除热压过程中产生的水分，得到育苗器。本发明利用纤维质固废物制备育苗容器的方法，该方法具有工艺简单、无污染、成本低、产品成型率高等优点。

Description

一种利用纤维质固废物制备育苗容器的方法

技术领域

本发明涉及一种可降解容器的制备方法，尤其是一种利用纤维质固废物制备育苗容器的方法。

背景技术

随着经济发展和科技进步，由传统的育苗方式到容器育苗技术，容器育苗它具有育苗时间短、幼苗整齐健壮，不伤根、运输方便、成活率高、管理方便等特点，目前，我国普遍使用的育苗容器大多数是塑料(如PVA、PE等)制品，但塑料育苗容器不透气、不透水，又由于它具有一定的韧性和强度，会阻碍根系的伸展，不利于幼苗的生长发育，而且塑料在自然条件下极难降解，造成环境污染，为解决塑料残膜污染土壤的问题，可降解育苗容器应运而生，在国外多用纸钵代替塑料钵，虽然其透气性、直立性均优于塑料钵，但是纸的成本高，纸浆模塑技术所使用的化学浆，在制浆过程中得率低、污染严重，在所有的可降解育苗容器中，植物纤维基的育苗容器最受关注，近年来国内外专家、学者开展了大量研究工作，并取得一定进展。

1.发明名称：一种可降解育苗容器及其制备方法和应用，授权公告号：CN102504560B，申请人：江苏省农业科学院，本发明公开了一种可降解育苗容器及其制备方法和应用，育苗容器的制备原料包括胶粘剂、生物质粉状材料和交联剂，其特征在于：胶粘剂是以植物淀粉为基料，以过氧化氢为氧化剂，以脲醛树脂预聚物和聚乙烯醇为改性剂复配形成的无盐改性氧化淀粉胶，所述植物淀粉为小麦淀粉或玉米淀粉或马铃薯淀粉；所述生物质粉状材料为稻壳粉或秸秆粉或锯末粉或其他农林废弃物粉料；交联剂为低聚酰胺；育苗容器的制备方法是：先通过氧化剂对植物淀粉氧化后，再用改性剂对其改性，形成胶粘剂；在生物质粉状材料中加入胶粘剂和交联剂，经搅拌、脱水和模塑成型后获得可降解育苗容器。该发明的缺陷在于：所使用的原料成本较高，育苗容器成型效果差且易成型失败的问题，同时各种物料分布不够均匀，导致产品力学性能差。

2.发明名称：一种全降解高肥效育苗钵，申请人：王书秀，授权公告号：CN101167430A,本发明公开了一种全降解高肥效育苗钵，该育苗钵由秸秆粉、粉煤灰、粘合剂、固化剂和防水剂经过配料、混合搅拌后填入模具中热压硫化出模并挂膜而成。该发明的缺陷在于：用的粘合剂、固化剂成本高，且粉煤灰不易分解，育苗钵的成型效果差且成型容易失败等。

目前制备植物纤维基育苗容器主要采用玉米秸秆、高粱秸秆、稻草、麦秸、棉杆等为植物纤维原料，添加适量粘合剂、助剂等添加剂进行生产的。在制备植物纤维基育苗容器经常使用增强体来增加基体材料的拉伸强度、弹性模量、冲击强度等，目前主要使用的增强体有有机合成的高聚物，如聚丙烯酰胺增强体，但此类增强体有效成分低，成本高，难降解造成污染；淀粉类增强体，其价格便宜，但其增强效果差；酚醛树脂和树脂氰胺做增强体，成本高且造成污染。

植物纤维基育苗容器的制备方法有干法和湿法两种，干法工艺首先是将植物纤维进行粉碎干燥，预处理使其含水率＜5％，然后加入各种辅料、防水助剂、胶粘剂在高速搅拌机中混合均匀、干燥，送到模具中热压成型，干法成型工艺简单、制备过程无“三废”产生，育苗容器成型效果差且易成型失败的问题，同时也存在各种物料混合不均匀，容器各部分材质不一致，导致力学性能差，产品韧性差脆性大，跌落破损率高，表面不光滑等问题。

湿法工艺一般采用原料打浆→配料→模压成型→烘干→定型的制造工艺，湿法工艺能克服干法工艺中存在的问题，但湿法工艺较干法工艺复杂，且由于在模压成型后，工件上留有大量的水分(约55-60％)，最终制品的含水率为12-14％，因此在工件的烘干过程中要脱去约占工件重量一半的水分，这部分水分全部要靠吸收热量变成水蒸气脱去，能耗较大。

不管是干法还是湿法工艺，一般需对植物纤维原料进行预处理，对植物纤维进行预处理可以增强纤维之间的结合力，提高纤维的保水力和合成材料的强度。目前，对植物纤维原料进行预处理的方法主要有(1)机械粉碎技术，机械粉碎是指将物料处理成细小颗粒，该方法不仅能耗高，而且对某些材料处理效果不佳；(2)化学方法预处理技术，一般使用氨水、稀硫酸等对秸秆纤维进行预处理，但是该方法使得投资的成本较高，还带来环境污染问题；(3)对于湿法成型工艺，需要对原料进行适度的打浆预处理，打浆是利用物理(机械)方法处理植物纤维，以增强纤维之间的结合力，打浆是以水为介质，通过机械等作用处理水中的纤维，从而提高了材料的力学性能，但打浆浓度较低，需要大量水，从而导致大量废水处理的问题。

发明内容

本发明的目的在于解决上述植物纤维基育苗容器的制备方法和植物纤维原料预处理存在的问题，提供一种利用纤维质固废物制备育苗容器的方法，该方法具有工艺简单、无污染、操作简便、产品成型率高、成本低等优点。

为实现以上目的本发明所采用的技术方案为：

本发明提供一种利用纤维质固废物制备育苗容器的方法,该方法包括以下步骤：

(1)粉碎原料

所述粉碎原料是将纤维质固废物原料晒干，使其含水量为<15％；把原料粉碎至40～80目，然后和增强体混合，得到混合物料；

所述纤维质固废物为木薯酒槽、剑麻渣、甘蔗渣、桑枝、稻草、木屑和锯末中的任一种或两种以上组合，优选为木薯酒槽；所述木薯酒槽是木薯或木薯生产淀粉后所得木薯渣经发酵生产酒精的固体固废物，主要成分为纤维素、木质素、半纤维和粗脂肪、粗蛋白等一些分子化合物，其中纤维复合物含量超过70％；

所述增强体为甘蔗渣漂白浆和木纤维漂白浆中的任一种或两种组合；

所述纤维质固废物与增强体的重量份数比为100：5-20；

(2)改性预处理

所述改性预处理为机械活化预处理：将上述混合物料和研磨介质堆体积按照100g：

200-300ml加入搅拌球磨器中，调节好转速为200-350rpm并通入室温水降温，达到8-20min活化时间后，停止搅拌，取出原料和磨球，并将它们分离，得到改性纤维；

(3)配浆

所述配浆是将上述改性纤维输送到配浆池中，在配浆池添加防水助剂并搅拌均匀，加水稀释,得到固液比为1:2-6的浆料；

所述改性纤维和防水助剂的重量份数比100：0.5-2；

(4)吸滤成型

所述吸滤成型是将上述浆料输入到模腔中进行吸滤脱水成型，得湿坯制品，所得的湿坯制品含水量为15-25％，过滤水送回配浆池循环使用；

所述吸滤成型是依靠真空力使片材拉伸变形，真空力容易实现、掌握与控制，并且吸滤成型能在相对简单的机械条件下连续操作；

(5)热压定型

所述热压定型是将上述湿坯制品转移到热压模中，在高温高压下进行热压，并去除热压过程中产生的水分，得到产品。成型后的湿坯制品进行热压定型，以使得制品更加密实，同时提高强度，使制品的形状和所得到的尺寸长期保持不变，制品的壁厚均匀，外观表面光滑。

在制备育苗器的工艺中，之所以需要对原料进行改性预处理是由于不同种类植物组成成分及晶体结构不同而具有不同的物理化学特性，通过预处理可破坏纤维素的晶体结构，部分分离纤维素、半纤维素和木质素的结合，对原料进行预处理来增强纤维之间的结合力，提高纤维的保水力和合成材料的强度。

所述机械活化是固体物质在摩擦、碰撞、冲击、剪切等机械力作用下，使晶体结构及物化性能发生改变，使部分机械能转变成物质的内能，从而引起固体的化学活性增加。目前，该技术已应用于制备超微及纳米粉末、纳米复合材料、弥散强化合金结构材料、金属精炼、有机材料的合成等领域，在制备育苗器领域该技术尚未有应用，然而，在制备育苗器过程中需要对植物纤维进行预处理，传统预处理方法存在能耗大、环境污染、成本高等问题，为了解决上述对植物纤维预处理存在的问题，本发明将机械活化技术引入到植物纤维预处理中。

本发明所述机械活化预处理是将纤维质固废物和增强体在摩擦、碰撞、冲击、剪切等机械力作用下，可使纤维质固废物(木薯酒槽、甘蔗渣、剑麻渣、甘蔗渣、桑枝、稻草、木屑、锯末)和增强体(甘蔗渣漂白浆、木纤维漂白浆)的纤维束分裂、颗粒细化，使得纤维质固废物和增强体的晶体结构受到了破坏、晶粒尺寸减小、结晶度降低，表面粗糙程度增加，纤维氢键的能量提高、表面羟基化和自由羟基含量提高，从而增强了纤维质固废物和增强体中的纤维之间的结合力，提高纤维的保水力和育苗器的强度。同时机械活化还具有加热烘干法(固体颗粒因在球磨过程中物质内部迅速发展的裂纹使其顶端温度和压力增高，顶端温度可达1300K以上)、蒸汽爆破法和热磨处理等物理方法植物纤维预处理的效果，整个机械活化预处理过程中耗能低，无三废排放，对环境无污染。

进一步的，上述的防水助剂为烷基烯酮聚合体、丙烯酸脂类聚合物、硬脂酸铬络合物和肉豆蔻酸铬络合物中的任一种或两种以上组合。

进一步的，上述步骤(4)是在真空度为-0.01～-0.006MPa进行。

进一步的，上述步骤(5)是在压力为5-8MPa和温度为110-160℃的高温高压下进行热压。

进一步的，上述步骤(5)在高温高压下热压，其热压时间为10-20s。

进一步的，上述方法制备得到的育苗器一次模塑成型率≧90％，1m跌落破损率≤5％(100次)，比拉伸强度≧1.5Km。

与现有的技术相比，本发明取得的有效效果：

1.使用纤维质固废物为主要原料，原料来源广泛，废物的利用不但可以减少物资消耗，减少环境污染，进一步地综合利用这些废渣，变废为宝，实现资源的可持续循环，而且还可以大大降低生产育苗器的成本。

2.所使用的增强体具有成本低、增强效果好、对操作工人身体健康无影响且容易降解对环境无污染等优点。

3.所采用的预处理为机械活化预处理，它具有成本低、工艺简单、能耗低、无“三废”产生等优点，解决了传统的干法和湿法预处理存在的成本高、能耗大、污染环境等问题。

4.所采用的吸滤成型能在相对简单的机械条件下连续操作，容易操作和控制，同时由于纤维质物料经过机械活化预处理后，物料处于松软状态，容易吸滤脱水，有效降低了热压成型蒸发的水分，降低了能耗，同时还具有成本低、操作简单、产品成型率高等优点。

5.该制备方法得到的育苗器，产品性能优于且成本低于目前同类产品，目前同类产品的一次塑模成型率低于85％，1m跌落破损率为10％左右，比拉伸强度低于1.2km，而本产品其中一次模塑成型率≧90％；1m跌落破损率≤5％(100次)，比拉伸强度(拉伸强度与密度的比值)≧1.5km。

6.本发明使用的方法与传统方法相比，具有工艺简单、无污染、操作简单、成本低、产品成型率高等优点，本发明解决了干法工艺成型效果差且易成型失败，各种物料混合不均匀、容器各部分材质不一致，导致力学性能差产品韧性差脆性大，跌落破损率高，表面不光滑等问题，也解决了湿法工艺复杂，能耗大等问题；同时也解决了干法和湿法预处理存在的问题。

附图说明

图1为本发明的工艺流程框图。

具体实施方式

下面结合实施例有本发明进一步说明，但本发明的保护范围不仅限于实施例。

实施例1

一种利用纤维质固废物制备育苗容器的方法,依次进行以下步骤：

(1)粉碎原料：

选取10kg木薯酒槽晒干，使含水量为13％,将木薯酒槽粉碎至60目，然后和0.5kg甘蔗渣漂白浆混合，得到混合物料。

(2)机械活化预处理：

将上述混合物料和研磨介质堆体积按照100g:200mL的比例加入搅拌球磨器中，调节好转速为200rpm并通入室温水降温，达到15min活化时间后，停止搅拌，取出原料和磨球，并将它们分离，得到改性纤维。

(3)配浆：

将上述改性纤维输送到配浆池中，在配浆池添加与改性纤维质量比例为100:0.5的烷基烯酮聚合体防水助剂并搅拌均匀，加水稀释,得到固液比为1:3的浆料。

(4)吸滤成型：

将上述浆料输入到模腔中在真空度为-0.01MPa下进行吸滤脱水成型,得到含水量为18％的湿坯制品，过滤水送回配浆池循环利用。

(5)热压定型：

将上述湿坯制品转移到热压模中，在压力为5Mpa和温度为120℃的高温高压下进行热压20s，湿坯内的水分经汽化后被热压下模真空吸走，得到育苗器。得到的育苗器经检验后性能如表1所示。

实施例2

一种利用纤维质固废物制备育苗容器的方法,依次进行以下步骤：

(1)粉碎原料：

选取10kg甘蔗渣晒干，使含水量为10％,将木薯酒槽粉碎至80目，然后和1.5kg木纤维漂白浆混合，得到混合物料。

(2)机械活化预处理：

将上述混合物料和研磨介质堆体积按照100g:250mL的比例加入搅拌球磨器中，调节好转速为250rpm并通入室温水降温，达到12min活化时间后，停止搅拌，取出原料和磨球，并将它们分离，得到改性纤维。

(3)配浆：

将上述改性纤维输送到配浆池中，在配浆池添加与改性纤维质量比例为100:1.2的丙烯酸脂类聚合物防水助剂并搅拌均匀，加水稀释,得到固液比为1:2的浆料。

(4)吸滤成型：

将上述浆料输入到模腔中在真空度为-0.03MPa下进行吸滤脱水成型,得到含水量为15％的湿坯制品，过滤水送回配浆池循环利用。

(5)热压定型：

将上述湿坯制品转移到热压模中，在压力为6Mpa和温度为110℃的高温高压下进行热压15s，湿坯内的水分经汽化后被热压下模真空吸走，得到育苗器。得到的育苗器经检验后性能如表1所示。

实施例3

一种利用纤维质固废物制备育苗容器的方法,依次进行以下步骤：

(1)粉碎原料：

选取10kg木薯酒槽和剑麻渣混合物晒干，使含水量为12％,将木薯酒槽粉碎至60目，然后和1.0kg木纤维漂白浆和甘蔗渣漂白浆混合物混合，得到混合物料。

(2)机械活化预处理：

将上述混合物料和研磨介质堆体积按照100g:280mL的比例加入搅拌球磨器中，调节好转速为300rpm并通入室温水降温，达到12min活化时间后，停止搅拌，取出原料和磨球，并将它们分离，得到改性纤维。

(3)配浆：

将上述改性纤维输送到配浆池中，在配浆池添加与改性纤维质量比例为100:0.8的硬脂酸铬络合物防水助剂并搅拌均匀，加水稀释,得到固液比为1:4的浆料；

(4)吸滤成型：

将上述浆料输入到模腔中在真空度为-0.045MPa下进行吸滤脱水成型,得到含水量为22％的湿坯制品，过滤水送回配浆池循环利用。

(5)热压定型：

将上述湿坯制品转移到热压模中，在压力为6Mpa和温度为135℃的高温高压下进行热压20s，湿坯内的水分经汽化后被热压下模真空吸走，得到育苗器。得到的育苗器经检验后性能如表1所示。

实施例4

一种利用纤维质固废物制备育苗容器的方法,依次进行以下步骤：

(1)粉碎原料：

选取10kg甘蔗渣和稻草混合物晒干，使含水量为12％,将混合物粉碎至40目，然后和1.2kg甘蔗渣漂白浆混合，得到混合物料。

(2)机械活化预处理：

将上述混合物料和研磨介质堆体积按照100g:300mL的比例加入搅拌球磨器中，调节好转速为350rpm并通入室温水降温，达到8min活化时间后，停止搅拌，取出原料和磨球，并将它们分离，得到改性纤维。

(3)配浆：

将上述改性纤维输送到配浆池中，在配浆池添加与改性纤维质量比例为100:1.35的肉豆蔻酸铬络合物和烷基烯酮聚合体混合物并搅拌均匀，加水稀释,得到固液比为1:3.5的浆料；

(4)吸滤成型：

将上述浆料输入到模腔中在真空度为-0.05MPa下进行吸滤脱水成型,得到含水量为15％的湿坯制品，过滤水送回配浆池循环利用。

(5)热压定型：

将上述湿坯制品转移到热压模中，在压力为7Mpa和温度为140℃的高温高压下进行热压10s，湿坯内的水分经汽化后被热压下模真空吸走，得到育苗器。得到的育苗器经检验后性能如表1所示。

实施例5

一种利用纤维质固废物制备育苗容器的方法,依次进行以下步骤：

(1)粉碎原料：

选取10kg剑麻渣晒干，使含水量为10％,将混合物粉碎至40目，然后和0.8kg木纤维漂白浆混合，得到混合物料。

(2)机械活化预处理：

将上述混合物料和研磨介质堆体积按照100g:230mL的比例加入搅拌球磨器中，调节好转速为300rpm并通入室温水降温，达到18min活化时间后，停止搅拌，取出原料和磨球，并将它们分离，得到改性纤维。

(3)配浆：

将上述改性纤维输送到配浆池中，在配浆池添加与改性纤维质量比例为100:1.35硬脂酸铬络合物并搅拌均匀，加水稀释,得到固液比为1:5的浆料。

(4)吸滤成型：

将上述浆料输入到模腔中在真空度为-0.06MPa下进行吸滤脱水成型,得到含水量为23％的湿坯制品，过滤水送回配浆池循环利用。

(5)热压定型：

将上述湿坯制品转移到热压模中，在压力为6Mpa和温度为150℃的高温高压下进行热压15s，湿坯内的水分经汽化后被热压下模真空吸走，得到育苗器。得到的育苗器经检验后性能如表1所示。

实施例6

一种利用纤维质固废物制备育苗容器的方法,依次进行以下步骤：

(1)粉碎原料：

选取10kg木屑和锯末混合物晒干，使含水量为10％,将混合物粉碎至80目，然后和2kg木纤维漂白浆和甘蔗渣漂白浆混合，得到混合物料。

(2)机械活化预处理：

将上述混合物料和研磨介质堆体积按照100g:280mL的比例加入搅拌球磨器中，调节好转速为200rpm并通入室温水降温，达到20min活化时间后，停止搅拌，取出原料和磨球，并将它们分离，得到改性纤维。

(3)配浆：

将上述改性纤维输送到配浆池中，在配浆池添加与改性纤维质量比例为100:2烷基烯酮聚合体和肉豆蔻酸铬络合物混合物并搅拌均匀，加水稀释,得到固液比为1:6的浆料。

(4)吸滤成型：

将上述浆料输入到模腔中在真空度为-0.02MPa下进行吸滤脱水成型,得到含水量为20％的湿坯制品，过滤水送回配浆池循环利用。

(5)热压定型：

将上述湿坯制品转移到热压模中，在压力为8Mpa和温度为160℃的高温高压下进行热压10s，湿坯内的水分经汽化后被热压下模真空吸走，得到育苗器。得到的育苗器经检验后性能如表1所示。

实施例7

一种利用纤维质固废物制备育苗容器的方法,依次进行以下步骤：

(1)粉碎原料：

选取10kg桑枝和锯末混合物晒干，使含水量为10％,将混合物粉碎至40目，然后1.5kg甘蔗渣漂白浆混合，得到混合物料。

(2)机械活化预处理：

将上述混合物料和研磨介质堆体积按照100g:300mL的比例加入搅拌球磨器中，调节好转速为350rpm并通入室温水降温，达到10min活化时间后，停止搅拌，取出原料和磨球，并将它们分离，得到改性纤维。

(3)配浆：

将上述改性纤维输送到配浆池中，在配浆池添加与改性纤维质量比例为100:1.5烷基烯酮聚合体防水助剂并搅拌均匀，加水稀释,得到固液比为1:5的浆料。

(4)吸滤成型：

将上述浆料输入到模腔中在真空度为-0.05MPa下进行吸滤脱水成型,得到含水量为25％的湿坯制品，过滤水送回配浆池循环利用。

(5)热压定型：

将上述湿坯制品转移到热压模中，在压力为6Mpa和温度为150℃的高温高压下进行热压20s，湿坯内的水分经汽化后被热压下模真空吸走，得到育苗器。得到的育苗器经检验后性能如表1所示。

表1为实施例制备得到的育苗器的性能

表1中的对比例1采用的是背景技术中一种可降解育苗容器及其制备方法和应用(CN102504560B)得到的育苗器，对比例2采用的是背景技术中一种全降解高肥效育苗钵(CN101167430A)得到的育苗器。

Claims (5)

1.一种利用纤维质固废物制备育苗容器的方法,其特征在于：该方法依次包括以下步骤：

（1）粉碎原料

所述粉碎原料是将纤维质固废物原料晒干，使其含水量为<15%,把原料粉碎至 40～80目，然后和增强体混合，得到混合物料；

所述纤维质固废物为木薯酒槽、剑麻渣、甘蔗渣、桑枝、稻草、木屑和锯末中的任一种或两种以上组合物；

所述增强体为甘蔗渣漂白浆和木纤维漂白浆中的任一种或两种组合物；

所述纤维质固废物与增强体的重量份数比为100：5-20；

（2）改性预处理

所述改性预处理为机械活化预处理：将上述混合物料和研磨介质堆体积按照100g：200-300ml加入搅拌球磨器中，调节好转速为200-350rpm并通入室温水降温，达到8-20min活化时间后，停止搅拌，取出原料和磨球，并将它们分离，得到改性纤维；

（3)配浆

所述配浆是将上述改性纤维输送到配浆池中，在配浆池添加防水助剂并搅拌均匀，加水稀释,得到固液比为1:2-6的浆料；

所述改性纤维和防水助剂的重量份数比100：0.5-2；

（4）吸滤成型

所述吸滤成型是将上述浆料输入到模腔中进行吸滤脱水成型，得湿坯制品，所得的湿坯制品含水量为15-25%；

（5）热压定型

所述热压定型是将上述湿坯制品转移到热压模中，在高温高压下进行热压，并去除热压过程中产生的水分，得到产品。

2.根据根据权利1所述利用纤维质固废物制备育苗容器的方法,其特征在于：所述防水助剂为烷基烯酮聚合体、丙烯酸脂类聚合物、硬脂酸铬络合物和肉豆蔻酸铬络合物中的任一种或两种以上组合物。

3.根据权利2所述利用纤维质固废物制备育苗容器的方法，其特征在于：所述步骤（4）是在真空度为-0.01 ~ -0.006MPa进行。

4.根据权利2所述利用纤维质固废物制备育苗容器的方法，其特征在于：所述步骤（5）是在压力为5-8MPa和温度为110-160℃的高温高压下进行热压。

5.根据权利要求1-4任一所述一种利用纤维质固废物制备育苗容器的方法，其特征在于：该方法制备得到的产品一次模塑成型率≧90%，1m跌落破损率≤5%，比拉伸强度≧1.5Km。