CN105819961B - 一种淀粉基植物保水营养土胚体及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及土壤保水剂技术领域，具体公开了一种淀粉基植物保水营养土胚体及其制备方法。该土胚体由以下重量份数的原料制备而成：珍珠岩250～320份、蛭石200～240份、海泡石100～160份、膨润土400～500份、土50～300份、有机土100～300份、植物屑20～50份、改性淀粉50～100份、水800～1000份；改性淀粉为交联醚化改性淀粉、瓜尔胶、聚丙烯酸钠和水混合的反应产物；交联醚化改性淀粉为原淀粉与交联剂和醚化剂在有机溶剂中反应的产物；瓜尔胶与原淀粉的质量比为2～5：100；聚丙烯酸钠与原淀粉的质量比为0.5～2：100。土胚体成型性好、吸水量大、保水期长、制作方便，能够循环使用。

Description

一种淀粉基植物保水营养土胚体及其制备方法

技术领域

本发明涉及土壤保水剂技术领域，具体涉及一种淀粉基植物保水营养土胚体及其制备方法。

背景技术

农业是一个国家的基础，农业种植的先进化，现代化和科学化直接影响到“三农”的发展。我国耕地总面积15亿亩，其中包括约占全国耕地面积的38％的旱地面积5.7亿亩，另外还有大面积的荒山和旱坡植树造林区，由于我国降雨量偏少，且分布不均匀，这直接影响了农业生产率的提高和植树造林树木的成活率，而且我国是一个水资源相对缺乏的国家，即使能灌溉的水田，也常因水源不足而苦于无奈，造成减产。随着国家大力推进和鼓励生态农业、观光农业、光伏农业和特色化大棚农业的力度和决心，各类蔬菜和作物所需土壤的保水性问题日益严峻，据统计，我国农业作物和瓜果蔬菜所灌溉的水量的利用效率很低，绝大部分水没有充分利用就流失或散失，因此提高土壤的保水性能成为了解决因干旱减产的蔬菜和农作物的产量的主要途径。

目前在大棚有机生态种植、农业观光种植、花卉观赏种植的过程中，通常是通过在土壤中加入或混合一些有效的吸水保水性材料或物质(如珍珠岩、蛭石等)，提高特定土壤的吸水性和保水性，这些保水性物质的加入和成型需要一定的粘结剂和成型剂制备成土胚体，将作物直接种植在土胚体中，提高作物的产率和生长。但是通常的粘结成型剂大多是聚乙烯醇、纤维素醚类物质，不仅成本高，而且降解缓慢，降解后产生大量的小分子化工物质，不利于作物的生长。因此，研究开发出一种易降解，安全环保，成本低的保水营养土胚体，对于生态农业、观光农业和花卉种植等领域的发展具有重要的经济价值。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种淀粉基植物保水营养土胚体，该土胚体吸水量大、保水期长、成型性好，并且能够循环使用，安全环保，对作物生长无副作用。

同时，本发明的目的还在于提供一种淀粉基植物保水营养土胚体的制备方法。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：

一种淀粉基植物保水营养土胚体，由以下重量份数的原料制备而成：珍珠岩250～320份、蛭石200～240份、海泡石100～160份、膨润土400～500份、土50～300份、有机土100～300份、植物屑20～50份、改性淀粉50～100份、水800～1000份；所述改性淀粉为交联醚化改性淀粉、瓜尔胶、聚丙烯酸钠和水混合的反应产物；其中交联醚化改性淀粉为原淀粉与交联剂和醚化剂在有机溶剂介质中反应的产物；所述瓜尔胶与原淀粉的质量比为2～5：100；聚丙烯酸钠与原淀粉的质量比为0.5～2：100。

所述植物屑为玉米秸秆碎、小麦秸秆碎、芝麻秸秆碎、玉米芯粉碎物或锯末。

所述有机土为煤渣、碳渣或植物发酵土。所述植物发酵土为植物的根、茎、叶等在土壤中发酵腐烂后的土壤。所述有机土也可以为市售的各类专用有机土，如蔬菜种植专用有机土、花卉养殖专用有机土等。

所述土为蔬菜种植、花卉种植、农作物种植用常规土壤。

所述改性淀粉由包括以下操作步骤的方法制备而得：

1)取交联剂、醚化剂加入有机溶剂中，得混合溶液，将原淀粉加入混合溶液中进行交联醚化反应，得反应物料1；

2)取聚丙烯酸钠和瓜尔胶加入到反应物料1中，混合均匀，之后再加入水，搅拌反应，得反应物料2；

3)将反应物料2进行干燥糊化处理，即得所述的改性淀粉。

所述原淀粉为马铃薯淀粉或糯玉米淀粉。

步骤1)中所述反应溶剂为质量浓度为55％～60％的乙醇水溶液；所述乙醇水溶液与原淀粉的质量比为150～200：100。

步骤1)中所述交联剂为三偏磷酸钠、环氧氯丙烷、三聚磷酸钠或三氯氧磷；所述交联剂与原淀粉的质量比为0.05～0.5：100。

步骤1)中所述醚化剂为氯乙酸、氯乙酸钠或环氧丙烷；所述醚化剂与原淀粉的质量比为5～10：100。

步骤1)中所述交联醚化反应的具体方法为：将原淀粉加入混合溶液中混合均匀后加热至40～50℃，之后加入PH调节剂调节pH＝11.1～11.35，反应8～12小时，得反应物料1。

所述pH调节剂为质量浓度为5％～8％的氢氧化钠溶液；所述pH调节剂与原淀粉的质量比为10～25：100。

步骤2)中所述加入水的质量与原淀粉的质量比为200～300：100。

步骤3)中所述干燥糊化处理的具体方法为：将反应物料2泵入滚筒干燥机上进行糊化；其中滚筒干燥机的工作参数条件为蒸汽压力0.3～0.5MPa，温度为100～140℃，转速500～700rpm，干燥糊化时间为10～15s。

上述淀粉基植物保水营养土胚体的制备方法，包括以下操作步骤：

A：取珍珠岩、蛭石、海泡石、膨润土、土、有机土和植物屑混合均匀，得固体混合料；

B：取改性淀粉加入水中混合均匀，得淀粉糊液，之后将淀粉糊液加入步骤A制备的固体混合料中，混合均匀，得混合物料；

C：取步骤B制备的混合物料采用挤压机挤出成型，干燥，即得所述的淀粉基植物保水营养土胚体。

步骤A中珍珠岩、蛭石、海泡石、膨润土、土、有机土和植物屑混合均匀的具体方法为：取珍珠岩、蛭石、海泡石、膨润土搅拌混合10～15min，搅拌速度30～35rpm，混合均匀，得固体混合料1；之后取土、有机土和植物屑加入固体混合料1中混合5～10min，混合均匀，得固体混合料。

步骤B中取改性淀粉加入水中搅拌混合均匀的时间为20～30min，搅拌速度40～45rpm。

步骤B中将淀粉糊液加入步骤A制备的固体混合料中的搅拌混合均匀的时间为15～20min，搅拌速度35～45rpm。

步骤C中所述干燥的具体方法为，在60～65℃条件下，干燥4～6小时。

步骤C中挤出成型可根据实际的应用需求，挤出特定形状和尺寸的土胚体。

本发明淀粉基植物保水营养土胚体，以珍珠岩、蛭石、海泡石、膨润土、土、有机土、植物屑、改性淀粉和水为原料制备而成。一方面，改性淀粉采用交联醚化改性淀粉与瓜尔胶和聚丙烯酸钠混合反应的特殊改性处理方法，使改性淀粉本身具有很好的吸水保水性能，吸水量能够达到自身的5～12倍，并且具有很好的粘结成型性，在本发明中作为粘结剂代替传统的聚乙烯醇、纤维素类物质，在自然界中最终降解为二氧化碳和水，不仅对植物无害而且能够被植物吸收利用，提高制备的营养土胚体的安全性和吸水保水性能；另一方面，各原料在限定的用量范围内协同作用，珍珠岩、蛭石、海泡石都是一种吸水性和保水性的矿物材料，体积大，质量轻便，混合在一起共同提高土胚体的吸水和保水性；膨润土主要是填充在大颗粒物料的网状结构中，促进体系的粘结和均匀；另外，利用土、有机土和植物屑的填充性和营养特性，提供植物生长所需的部分营养和活性，并有一定的吸水性和粘结性；改性淀粉加入水中开始糊化吸水产生粘性，与固体混合料混合后，将固体混合料粘结成型，而且改性淀粉中的离子基团与固体混合料中的物质形成空间网状结构，促进水分的吸收和保持。

总之，本发明淀粉基保水营养土胚体，成型性好、吸水量大、保水期长、能够制作成特定尺寸的商品化营养土胚体，制作方便，能够循环使用，适宜种植各类蔬菜、农作物和花卉。

本发明淀粉基保水营养土胚体的制备方法，采用挤压成型的方式，使得制备的土胚体可根据需要制备成任意特定的尺寸，操作简便，易于控制，适于工业化推广应用。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。

下述实施例中所用的土为蔬菜种植、花卉种植、农作物种植用常规土壤。

实施例1

本实施例淀粉基植物保水营养土胚体，由以下重量份数的原料制备而成：珍珠岩300份、蛭石220份、海泡石130份、膨润土450份、土150份、煤渣200份、玉米秸秆碎30份、改性淀粉75份、水900份；所述改性淀粉为交联醚化改性淀粉、瓜尔胶、聚丙烯酸钠和水混合的反应产物；其中交联醚化改性淀粉为原淀粉与交联剂和醚化剂在有机溶剂介质中反应的产物；所述瓜尔胶与原淀粉的质量比为3：100；聚丙烯酸钠与原淀粉的质量比为1：100；所述原淀粉为马铃薯淀粉。

其中改性淀粉由方法制备而得：具体操作步骤为：

1)取三偏磷酸钠、氯乙酸加入质量浓度为58％的乙醇水溶液中，混合均匀，得混合溶液，取马铃薯淀粉加入混合溶液中，得混合物料；

2)将步骤1)制备的混合物料加热至45℃，之后加入质量浓度为7％的氢氧化钠溶液调节混合物料的pH＝11.2，反应10小时，得反应物料1；

3)取聚丙烯酸钠和瓜尔胶加入到步骤2)制备的反应物料1中，混合均匀，之后再加入水，搅拌反应80分钟，得反应物料2；

4)将步骤3)制备的反应物料2泵入滚筒干燥机上进行干燥糊化，控制干燥机的蒸汽压力为0.4MPa，温度为120℃，转速为600rpm，时间为12s，之后将干燥糊化后的产物进行粉碎成粉末，即得所述的土壤保水用改性淀粉组合物；

乙醇水溶液与马铃薯淀粉的质量比为180：100；三偏磷酸钠与马铃薯淀粉的质量比为0.25：100；氯乙酸与马铃薯淀粉的质量比为7：100；氢氧化钠溶液与马铃薯淀粉的质量比为18：100；加入水的质量与马铃薯淀粉的质量比为250：100。

上述淀粉基植物保水营养土胚体的制备方法，包括以下操作步骤：

A：取珍珠岩、蛭石、海泡石、膨润土，32rpm转速下，搅拌混合12min，混合均匀，得固体混合料1；之后取土、有机土和植物屑加入固体混合料1中混合8min，混合均匀，得固体混合料；

B：取改性淀粉加入水中，42rpm转速下，搅拌混合25min，得淀粉糊液，之后将淀粉糊液加入步骤A制备的固体混合料中，42rpm转速下混合17min，得混合物料；

C：取步骤B制备的混合物料采用挤压机挤出成型，在62℃条件下，干燥5小时，即得所述的淀粉基植物保水营养土胚体。

本实施例中淀粉基植物保水营养土胚体的形状呈圆柱体，半径为5cm～5.5cm，高为9～12cm。

实施例2

本实施例淀粉基植物保水营养土胚体，由以下重量份数的原料制备而成：珍珠岩250份、蛭石200份、海泡石100份、膨润土400份、土50份、碳渣100份、玉米芯粉碎物20份、改性淀粉50份、水800份；所述改性淀粉为交联醚化改性淀粉、瓜尔胶、聚丙烯酸钠和水混合的反应产物；其中交联醚化改性淀粉为原淀粉与交联剂和醚化剂在有机溶剂介质中反应的产物；所述瓜尔胶与原淀粉的质量比为2：100；聚丙烯酸钠与原淀粉的质量比为0.5：100；所述原淀粉为糯玉米淀粉。

其中改性淀粉由方法制备而得：具体操作步骤为：

1)取环氧氯丙烷、氯乙酸钠加入质量浓度为55％的乙醇水溶液中，混合均匀，得混合溶液，取糯玉米淀粉加入混合溶液中，得混合物料；

2)将步骤1)制备的混合物料加热至40℃，之后加入质量浓度为5％的氢氧化钠溶液调节混合物料的pH＝11.1，反应12小时，得反应物料1；

3)取聚丙烯酸钠和瓜尔胶加入到步骤2)制备的反应物料1中，混合均匀，之后再加入水，搅拌反应6分钟，得反应物料2；

4)将步骤3)制备的反应物料2泵入滚筒干燥机上进行干燥糊化，控制干燥机的蒸汽压力为0.5MPa，温度为100℃，转速为700rpm，时间为10s，之后将干燥糊化后的产物进行粉碎成粉末，即得所述的土壤保水用改性淀粉组合物；

其中乙醇水溶液与糯玉米淀粉的质量比为150：100；环氧氯丙烷与糯玉米淀粉的质量比为0.05：100；氯乙酸钠与糯玉米淀粉的质量比为5：100；氢氧化钠溶液与糯玉米淀粉的质量比为10：100；加入水的质量与糯玉米淀粉的质量比为200：100。

上述淀粉基植物保水营养土胚体的制备方法，包括以下操作步骤：

A：取珍珠岩、蛭石、海泡石、膨润土，35rpm转速下混合10min，混合均匀，得固体混合料1；之后取土、有机土和植物屑加入固体混合料1中混合5min，混合均匀，得固体混合料；

B：取改性淀粉加入水中，45rpm转速下，混合20min，得淀粉糊液，之后将淀粉糊液加入步骤A制备的固体混合料中，45rpm转速下，混合15min，得混合物料；

C：取步骤B制备的混合物料采用挤压机挤出成型，在60℃条件下，干燥6小时，即得所述的淀粉基植物保水营养土胚体。

本实施例中淀粉基植物保水营养土胚体的形状呈圆柱体，半径为5cm～5.5cm，高为9～12cm。

实施例3

本实施例淀粉基植物保水营养土胚体，由以下重量份数的原料制备而成：珍珠岩320份、蛭石240份、海泡石160份、膨润土500份、土300份、植物发酵土300份、锯末50份、改性淀粉100份、水1000份；所述改性淀粉为交联醚化改性淀粉、瓜尔胶、聚丙烯酸钠和水混合的反应产物；其中交联醚化改性淀粉为原淀粉与交联剂和醚化剂在有机溶剂介质中反应的产物；所述瓜尔胶与原淀粉的质量比为5：100；聚丙烯酸钠与原淀粉的质量比为2：100；所述原淀粉为马铃薯淀粉。

其中改性淀粉由方法制备而得：具体操作步骤为：

1)取三聚磷酸钠、环氧丙烷加入质量浓度为60％的乙醇水溶液中，混合均匀，得混合溶液，取马铃薯淀粉加入混合溶液中，得混合物料；

2)将步骤1)制备的混合物料加热至50℃，之后加入质量浓度为8％的氢氧化钠溶液调节混合物料的pH＝11.35，反应8小时，得反应物料1；

3)取聚丙烯酸钠和瓜尔胶加入到步骤2)制备的反应物料1中，混合均匀，之后再加入水，搅拌反应160分钟，得反应物料2；

4)将步骤3)制备的反应物料2泵入滚筒干燥机上进行干燥糊化，控制干燥机的蒸汽压力为0.3MPa，温度为140℃，转速为500rpm，时间为15s，之后将干燥糊化后的产物进行粉碎成粉末，即得所述的土壤保水用改性淀粉组合物；

其中乙醇水溶液与马铃薯淀粉的质量比为200：100；三聚磷酸钠与马铃薯淀粉的质量比为0.5：100；环氧丙烷与马铃薯淀粉的质量比为10：100；氢氧化钠溶液与马铃薯淀粉的质量比为25：100；加入水的质量与马铃薯淀粉的质量比为300：100。

上述淀粉基植物保水营养土胚体的制备方法，包括以下操作步骤：

A：取珍珠岩、蛭石、海泡石、膨润土，30rpm转速下，混合15min，混合均匀，得固体混合料1；之后取土、有机土和植物屑加入固体混合料1中混合10min，混合均匀，得固体混合料；

B：取改性淀粉加入水中，40rpm转速下，混合30min，得淀粉糊液，之后将淀粉糊液加入步骤A制备的固体混合料中，35rpm转速下，混合20min，得混合物料；

C：取步骤B制备的混合物料采用挤压机挤出成型，在65℃条件下，干燥4小时，即得所述的淀粉基植物保水营养土胚体。

本实施例中淀粉基植物保水营养土胚体的形状呈圆柱体，半径为5cm～5.5cm，高为9～12cm。

对比例

本对比例土胚体不添加使用改性淀粉，其他原料和用量同实施例1，并采用实施例1同样的方法制备而得。

试验例

1、取实施例1～3任意制备的淀粉基植物保水营养土胚体，测试其表面pH值，结果显示本发明制备的淀粉基植物保水营养土胚体的表面pH值为6.0～7.0之间。

2、观察实施例1～3制备淀粉基植物保水营养土胚体的干燥过程，结果显示在整个干燥过程中，土胚体不变形、不坍塌、容易干燥，成型性好。

3、土胚体最大吸水量的检测：取对比例和实施例1制备的土胚体，向土胚体中滴加水，直至饱和，测定其吸水量，结果如下表1所示：其中吸水率为吸水量与土胚体干燥后质量的比值：

表1

测试指标	实施例1	对比例
			土胚体干燥后质量/g	600～650	570～600
吸水量/g	1100～1300	650～750
			吸水率	1.7～2.2	1.0～1.3

由上述表1所示数据可知，本发明植物保水营养土胚体中添加使用特殊改性技术处理后的改性淀粉作为粘合剂，使制备的土胚体相比未添加使用改性淀粉的土胚体，吸水量增加40％～120％，吸水性能明显增加。

4、土胚体保水性能测试：

试验原理：土胚体吸收的水分随着时间的延长，会不断散失，通过对胚体水分挥发量的测定，可以评价胚体的保水性能。

试验方法：分别取对比例和实施例1制备的土胚体最大吸水量检测中吸水饱和后的土胚体，放置在室温下，测定1天、2天、3天、5天、7天、15天、30天、60天和90天后土胚体的质量，测定结果如下表2所示：

表2

由上述表2所示数据可知，对比例中不添加使用改性淀粉制备的土胚体随着放置时间的延长，重量不断减轻，说明水分挥发多，保水性差，而且随着水分的流失结构变得松散，不能回收利用；实施例1中制备的土胚体放置90天后结构完整，体系均匀，可循环使用，有利于水分的保持，随着存放时间的延长，在30天以前，水分的挥发量≤17％，而对比例中挥发量高达46.15％，30天后实施例1制备的土胚体质量基本保持稳定，不发生明显的变化。由试验结果可知，本发明中添加使用经过特殊改性处理后的改性淀粉作为粘结剂制备的土胚体不仅使土胚体粘结成型，而且与其中的珍珠岩、海泡石等物料协同作用，提高土胚体的吸水保水性能，从而有利于水分的保持和植物的生长。

Claims (9)

1.一种淀粉基植物保水营养土胚体，其特征在于，由以下重量份数的原料制备而成：珍珠岩250～320份、蛭石200～240份、海泡石100～160份、膨润土400～500份、土50～300份、有机土100～300份、植物屑20～50份、改性淀粉50～100份、水800～1000份；所述改性淀粉为交联醚化改性淀粉、瓜尔胶、聚丙烯酸钠和水混合的反应产物；其中交联醚化改性淀粉为原淀粉与交联剂和醚化剂在有机溶剂介质中反应的产物；所述瓜尔胶与原淀粉的质量比为2～5：100；聚丙烯酸钠与原淀粉的质量比为0.5～2：100；

所述改性淀粉由包括以下操作步骤的方法制备而得：

1)取交联剂、醚化剂加入有机溶剂中，得混合溶液，将原淀粉加入混合溶液中进行交联醚化反应，得反应物料1；

2)取聚丙烯酸钠和瓜尔胶加入到反应物料1中，混合均匀，之后再加入水，搅拌反应，得反应物料2；

3)将反应物料2进行干燥糊化处理，即得所述的改性淀粉。

2.如权利要求1所述的淀粉基植物保水营养土胚体，其特征在于，所述植物屑为玉米秸秆碎、小麦秸秆碎、芝麻秸秆碎、玉米芯粉碎物或锯末。

3.如权利要求1所述的淀粉基植物保水营养土胚体，其特征在于，所述有机土为煤渣、碳渣或植物发酵土。

4.如权利要求1所述的淀粉基植物保水营养土胚体，其特征在于，步骤3)中所述干燥糊化处理的具体方法为：将反应物料2泵入滚筒干燥机上进行糊化；其中滚筒干燥机的工作参数条件为蒸汽压力0.3～0.5MPa，温度为100～140℃，转速500～700rpm，干燥糊化时间为10～15s。

5.如权利要求1所述的淀粉基植物保水营养土胚体，其特征在于，所述原淀粉为马铃薯淀粉或糯玉米淀粉。

6.一种如权利要求1所述的淀粉基植物保水营养土胚体的制备方法，其特征在于，包括以下操作步骤：

A：取珍珠岩、蛭石、海泡石、膨润土、土、有机土和植物屑混合均匀，得固体混合料；

B：取改性淀粉加入水中混合均匀，得淀粉糊液，之后将淀粉糊液加入步骤A制备的固体混合料中，混合均匀，得混合物料；

C：取步骤B制备的混合物料采用挤压机挤出成型，干燥，即得所述的淀粉基植物保水营养土胚体。

7.如权利要求6所述的淀粉基植物保水营养土胚体的制备方法，其特征在于，步骤A中珍珠岩、蛭石、海泡石、膨润土、土、有机土和植物屑混合均匀的具体方法为：取珍珠岩、蛭石、海泡石、膨润土混合10～15min，混合均匀，得固体混合料1；之后取土、有机土和植物屑加入固体混合料1中混合5～10min，混合均匀，得固体混合料。

8.如权利要求6所述的淀粉基植物保水营养土胚体的制备方法，其特征在于，步骤B中取改性淀粉加入水中混合均匀的时间为20～30min。

9.如权利要求6所述的淀粉基植物保水营养土胚体的制备方法，其特征在于，步骤C中所述干燥的具体方法为，在60～65℃条件下，干燥4～6小时。