CN106069278B - 一次性可降解自营养轻质花盆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一次性可降解自营养轻质花盆及其制备方法，所述花盆由黄粉虫虫粪、淀粉、PVA在交联剂的作用下反应形成具有弹性的混合物，然后将混合物进行压制而成。本发明还具体公开了所述花盆的制备方法。所得花盆表面光洁、色泽柔和、质地细腻；挺度好、韧性高，重量轻、不易破损，便于发货运输和日常使用；温差适应范围大；透气性好，可降解并且降解的物质可作为植物的营养。最大的优点是价廉物美并且是符合循环经济的环保产品。

Description

一次性可降解自营养轻质花盆及其制备方法

技术领域

本发明属于花盆技术领域，具体涉及一种一次性可降解自营养轻质花盆及其制备方法。

背景技术

随着社会经济的飞速发展，人们的生活也变得越来越丰富多彩，用花卉来装扮生活已经由时尚变为必不可少，在欧洲花卉已经成为种植行业的重要组成部分，英国育苗花盆和盆栽花盆需求量急剧增大，表明了花卉艺术已经成为了日常生活中必不可少的一部分。然而人们在享受美妙景观的同时也给环境带来了一定的污染。

一般的塑料花盆会给环境带来白色污染。欧洲限制生产的聚乙烯塑料花盆就对大地造成了很严重的白色污染，这种白色污染的厉害之处在于若放任不管，它能在大地上存在几百年而不能完全降解，如果对其燃烧处理放出的气体还会对环境造成二次污染，回收处理耗费成本过高而得不偿失。目前，随地丢弃的白色垃圾不仅造成土地的劣质化，更是对农业生产，水利发电，地球环境产生很不利的影响。

在人们越来越注重生活质量的今天，花盆的材料也必须考虑到对环境的影响，所以就有了除陶瓷花盆、木制花盆、塑料花盆以外的一次性可降解花盆。

现有可降解花盆的生产主要采用以下几种方式：1、使用秸秆与淀粉压制成型；2、使用植物纤维压制成型；3、用城市污泥混合PVA生产等。以上几种方式生产出来的花盆虽然也能满足可降解、环境适应力好及成本低的优点，但是现有技术生产出来的花盆的耐水性不够并且需要特殊的粉碎设备造成粉尘污染大，并所使用的原材料从营养成分上不能给予植株较多的助长原料。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种一次性可降解自营养轻质花盆及其制备方法，本发明公开的花盆不仅可降解、质量轻、成本低并且可为植株提供丰富的营养元素。

为达到上述目的，本发明提供了如下的技术方案：

1、一次性可降解自营养轻质花盆，所述花盆由黄粉虫虫粪、淀粉、PVA在交联剂的作用下反应形成具有弹性的原材料，然后将原材料进行压制而成。

优选的，所述花盆所含黄粉虫虫粪、淀粉、PVA质量比例为2～5:1～3:2～5。

优选的，所述交联剂为环氧氯丙烷、己二酸或六偏磷酸盐中的一种或几种。

优选的，淀粉和PVA的质量和与交联剂的体积比(g:ml)为1:0.01～0.02。

优选的，所述黄粉虫虫粪包含如下成分：氮、磷、钾、有机物、粗蛋白、钙、镁、锌、铜、锰、铁，铅含量小于1mg/kg，砷盐含量小于1mg/kg。

2、所述一次性可降解自营养轻质花盆的制备方法，包括如下步骤：

1)向PVA多次少量加入水混合成溶液，在温度为40℃～50℃搅拌溶液直到PVA体积增到原始体积的6～8倍，溶液颜色变为青灰色，然后将溶液加热至90～100℃，继续搅拌使PVA完全溶于水中，标记为溶液I；

2)将淀粉和虫粪与水混合，标记为溶液II，将溶液I与溶液II均匀混合，标记为溶液III，用NaOH溶液调节溶液III pH值为9～10，向溶液III中加入交联剂和NaCl并保持温度为55～60℃持续搅拌2-3小时，然后用盐酸调节pH至6～8得溶液IV；

3)保持溶液温度为40～60℃，去除溶液IV的多余水分直至材料具有弹性，然后将材料放入模具中挤压，然后将模具放入烘箱中于50～60℃烘干，取出模具中的花盆即得到一次性可降解轻质花盆。

优选的，所述模具使用前需清洗干净、干燥并涂好脱模剂。

优选的，所述脱模剂为硅油。

用环氧氯丙烷交联淀粉是用环氧基团与淀粉分子上的羟基加成反应，一个环氧基团可以和两个羟基进行反应，将同一分子或者不同分子间的两个羟基通过反应而被连接在一起，许多的环氧基团反应后就能使淀粉分子间和分子内形成三维网状结构从而得到交联淀粉。交联反应其实是大幅度提升了淀粉颗粒的氢键作用力，交联化学键就起到了分子间的桥梁的作用，从而改变淀粉的性能。聚乙烯醇分子上同样含有大量的醇羟基，也能与环氧氯丙烷进行交联反应，所以将聚乙烯醇与淀粉分子共混后，加入环氧氯丙烷后，两种材料能够共同交联形成三维互穿网络结构，使混合物具有更高的物理加工性能。

黄粉虫粪俗称虫粪沙，虫粪沙干燥无异味，虫粪上具有非常多的微小气孔，而且虫粪的表面涂有一层消化道分泌出来的粘液形成的膜状物，能够使土壤疏松，提升氧气含量，保持土壤水分。虫粪中含有大约83％粗有机物和每样2％左右的氮磷钾和硼、锌、镁、锰、铜多种微量元素。

本发明的有益效果在于：本发明以淀粉，黄粉虫虫粪和PVA按比例混合，然后进行化学交联的方法来改性其中的PVA和淀粉以制得具有较好性能的花盆材料，然后进一步通过模具压制得到成型的花盆。本发明所用材料不需要特殊的粉碎设备进行粉碎，从而避免了造成粉尘污染大的问题，所得花盆表面光洁、色泽柔和、质地细腻；挺度好、韧性高，重量轻、不易破损，便于发货运输和日常使用；温差适应范围大；透气性好；可降解；降解的物质可作为植物生长所需的营养。最大的优点是价廉物美并且是符合循环经济的环保产品。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图：

图1表示黄粉虫虫粪电镜扫描图；

图2为PVA、淀粉、虫粪未加交联剂，相互混合得到样品所测得的红外光谱图；

图3为PVA、淀粉、虫粪加入环氧氯丙烷做交联剂得到的样品所测的红外光谱图；

图4为植物生长效果图。

具体实施方式

下面对本发明的优选实施例进行详细的描述。实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。

对所用黄粉虫粪进行微观结构观察，得到如图1所示的电镜扫描图，由图1可看出虫粪是由众多微小团粒结构堆砌而成，这些小团粒的尺寸约在0.5～1μm之间。小团粒间通过黄粉虫消化道分泌液的粘接作用并在肠道的蠕动挤压作用下，最终形成粒径约250μm自然气孔率很高的团粒结构，也就是我们肉眼能看到的粪沙。

对黄粉虫虫粪中的成分进行检测得到如下表1所示的数据：

由上表可反映出黄粉虫虫粪含有丰富的营养物质，具有一定的利用价值，但是由于每个养殖户的养殖习惯不同、饲料配方的差异，使各营养成分有一定差异。

实施例1 一次性可降解轻质花盆的制备

1)称取一定量的PVA加入烧杯中，总共加入质量为PVA8～9倍的蒸馏水(蒸馏水在溶胀过程中分多次加入)，将烧杯放到水浴锅中加热到40℃并用转子低速搅拌40分钟以上进行溶胀(若直接将PVA在高温下溶解，则会出现包状和皮溶内生的现象，无法正常溶解)直到PVA体积增到到开始的7倍左右，颜色变为青灰色，再将水浴锅的温度升高为98℃，提高搅拌速率搅拌1h后，让PVA完全溶解在水中；

2)另取一个烧杯将定量的淀粉和虫粪加入其中并加一些水搅拌均匀，然后将淀粉和虫粪悬浮液与PVA溶液混合均匀，配置NaOH溶液，用胶头滴管慢慢滴入混合物，调节pH值为10左右，加入交联剂环氧氯丙烷和NaCl(抑制淀粉颗粒膨胀)。将装着配好混合物的烧杯放入60℃的水浴锅中保持恒温并一直搅拌，反应2-3小时后取出，用HCl溶液调节pH至7；

3)将得到的材料在40～60℃的温度范围内搅拌除去材料中多余的水分，直到材料具有弹性后，放入清洗干净、干燥好并涂好脱模剂(硅油)的模具中，合上阳模与阴模，用力挤压直到两模贴合严密，之后将模具放入烘箱中低温烘干，取出模具中的花盆即得到产品。

以下对花盆性能测试具体如下：

(1)硬度测定

将制作好的块状样品平放于桌面，用邵氏硬度计测试样品上的多个地方硬度值取其平均值。

(2)韧性测定

韧性指物体柔软坚实、不易折断破裂的性质。将韧性分为6个等级，等级越高则韧性越大，用手弯折拉扯去感觉，越难损坏的样品韧性越大。韧性为0表示样品很脆，轻轻弯折就被折断，韧性为1时损毁花盆的力度比0要大一些，以此类推，到韧性为5的时候，样品就很难用手将其折断或者拉扯开来。

(3)吸水率测定

将称量好质量的样品分别放入装好水的锥形瓶中，放置半个月后取出锥形瓶中样品再次称取其质量，按公式计算出吸水率。

吸水率＝(吸水后样品质量-吸水前样品质量)/吸水前样品质量*100％

(4)密度的测定

称好样品样品的质量，在量筒中装上一定量的水并读出水的体积，将样品放入量筒中保证全部淹没在液面以下，读出此时量筒中水的体积，按照公式计算出密度。

密度＝样品质量/(加入样品后水的体积-加入样品前水的体积)

(5)降解性测定

将样品质量称量好并做好记录，之后把样品带到野外一个环境正常的地方，除去这块地方的野草，然后把样品按顺序埋进土里，并在表面撒上植物的种子，几个月之后观察种子发芽及生长情况，挖出样品干燥好后称其质量，按公式计算出降解率。

降解率＝(降解前样品质量-降解后样品质量)/降解前样品质量*100％

(6)红外测试

将样品分别磨成粉末，然后用KBr与粉末一起研磨，压片，进行红外测试并记录数据。

实施例2 组分配比的确定

按表2所示的组分配比比例进行实验得到几组样品，并对其硬性、脆性、表观以及成本进行评估。

表2 分配比比例测试数据

而这几组样品中也就样品3的性能外观最好，样品6也还可以。

实施例3 交联剂环氧氯丙烷用量的确定

环氧氯丙烷在碱性条件下能交联改性淀粉和PVA，为了确定交联剂的用量，可以采用控制PVA淀粉虫粪配比不变，在一个合适的范围内改变交联剂的用量，按照上述化学交联法的实验步骤制造出样品，待其干燥后，比较样品的表观性能来大致确定交联剂的用量。检测数据如表3所示：

表3交联剂用量选择

从表3可看出，第三组样品的吸水率最低，硬度好，韧性与其他几组相差不大，所以第三组交联剂用量最合适，选择交联剂用量(体积ml)在数值上为淀粉与PVA质量和(g)的0.05倍。

实施例4 各种组分含量变化对材料物理性能的影响

(1)虫粪对样品性能的影响

采用表4所列数据验证虫粪对样品性能的影响。

表4 虫粪对样品性能的影响

由表4可知，在PVA和淀粉含量不变时，在一定范围增大虫粪的用量会降低材料的韧性，使材料脆性更大，受弯折能力变弱，但对样品的吸水性和硬度的影响却很小。说明淀粉的交联和PVA的改性反应形成了三维网状结构，将虫粪颗粒锁在三维网状结构内部，而水却被隔绝在交联化合物之外，使得虫粪接触不到水就不能吸收水分。

(2)PVA对材料性能的影响

采用表5所列数据验证PVA对样品性能的影响。

表5PVA对材料性能的影响

样品1用手轻轻一捏就像沙一样散掉，说明交联淀粉粘性不够，不加PVA材料不能成型。而PVA的比例增大后材料的硬度和韧性也会跟着提高。

(3)淀粉对样品性能的影响

采用表6所列数据验证淀粉对样品性能的影响。

表6淀粉对样品性能的影响

由表6可知，其他组分含量不变，增大淀粉用量，会减小样品的吸水性。材料硬度和韧性却没有明显的变化。说明交联淀粉对材料的力学性能影响并不大，只是使组分间的结合变为更加紧密，能够让材料的表面更加光滑细腻，对花盆观赏性能具有很大的提高，所以也是必不可少的主要组分之一。而吸水率的减小则是由于淀粉进行交联后其吸水性就已经比淀粉低了很多，交联形成的三维结构能阻挡外界水分子对样品内部的入侵，所以表现为吸水率随着淀粉用量增大而减小。在花盆制造过程中可以在保证性能合格的基础上添加适量的淀粉去提升花盆的外观,淀粉含量过大会增大花盆成本。

(4)花盆的降解

制作一次性可降解花盆，那么材料的可降解性能和降解时间对花盆来说是非常重要的，值得重点考虑。在做过的样品中挑了一些做降解性能的测试实验，并在测试中顺便考察样品对种植于其上植物的发芽和生长是否有很大的影响。样品在自然环境条件下进行了120天的降解实验。发现撒在样品上方的并覆盖了泥土的种子长成茂盛作物并充满生机，说明植物不仅不受伤害，还能吸收花盆降解后产生的营养物质。从泥土下方取出样品后，发现原本比较光滑的表面已经布满了小孔，象泡沫一样，并且硬度和韧性都较原来有所下降，更容易对其破坏，在已经部分降解了的样品上可以看到植物的根已经有很多穿过样品进入到更深的土壤里。表7所示的数据表示样品在土壤中的降解情况：

表7样品在土壤中降解情况

实施例5 红外测试图谱

图2为PVA、淀粉、虫粪未加交联剂，按相同比例相互混合得到样品所测得的红外光谱图，图3为同样比例的PVA、淀粉、虫粪加入环氧氯丙烷做交联剂的情况下，交联反应后得到的样品红外光谱图。由两个图可以看出变化最大的依然是羟基峰(3500cm^-1左右)的大小，图2的羟基峰明显大于图3，说明在环氧氯丙烷的改性下，材料分子上的羟基被消耗，变为相互连接紧密的的分子链。此外，在1100cm^-1左右，为材料中的C-O伸缩振动峰。由图2可知，未交联时，该吸收峰较强。由图3可知，该吸收峰强度变弱，这是由于受交联网络的约束作用，在一定程度上束缚了C-O的振动。

实施例6 植物生长情况

取成型好的花盆，装满泥土并移植几颗植物种植其中。将花盆随意放置在一个露天的环境中，一个月后观察植物的长势，得到如图4所示的效果图。由图可看出，植物生长茂盛，且花盆对植物的生长无害。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (5)

1.一次性可降解自营养轻质花盆，其特征在于，所述花盆由黄粉虫虫粪、淀粉、PVA在交联剂的作用下反应形成具有弹性的原材料，然后将原材料进行压制而成，所述黄粉虫虫粪、淀粉、PVA质量比为2~5:1~3: 2~5；所述淀粉和PVA的质量和与交联剂的体积比为1:0.01~0.02，g:ml；所述交联剂为环氧氯丙烷、己二酸或六偏磷酸盐中的一种或几种；所述花盆按如下方法制备：

1）向PVA多次少量加入水混合成溶液，在温度为40℃~50℃搅拌溶液直到PVA体积增到原始体积的6~8倍，溶液颜色变为青灰色，然后将溶液加热至90~100℃，继续搅拌使PVA完全溶于水中，标记为溶液I；

2）将淀粉和黄粉虫虫粪与水混合，标记为溶液II，将溶液I与溶液II均匀混合，标记为溶液III，用NaOH溶液调节溶液III pH值为9~10，向溶液III中加入交联剂和NaCl并保持温度为55~60℃持续搅拌2-3小时，然后用盐酸调节pH至6~8得溶液IV；

3）保持溶液温度为40~60℃，去除溶液IV的多余水分直至材料具有弹性，然后将材料放入模具中挤压，然后将模具于50~60℃烘干，取出模具中的花盆即得到一次性可降解自营养轻质花盆。

2. 根据权利要求1所述一次性可降解自营养轻质花盆，其特征在于，所述黄粉虫虫粪包含如下成分：氮、磷、钾、有机物、粗蛋白、钙、镁、锌、铜、锰、铁，铅含量小于1 mg/kg，砷盐含量小于1 mg/kg。

3.权利要求1或2所述一次性可降解自营养轻质花盆的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）向PVA多次少量加入水混合成溶液，在温度为40℃~50℃搅拌溶液直到PVA体积增到原始体积的6~8倍，溶液颜色变为青灰色，然后将溶液加热至90~100℃，继续搅拌使PVA完全溶于水中，标记为溶液I；

2）将淀粉和黄粉虫虫粪与水混合，标记为溶液II，将溶液I与溶液II均匀混合，标记为溶液III，用NaOH溶液调节溶液III pH值为9~10，向溶液III中加入交联剂和NaCl并保持温度为55~60℃持续搅拌2-3小时，然后用盐酸调节pH至6~8得溶液IV；

3）保持溶液温度为40~60℃，去除溶液IV的多余水分直至材料具有弹性，然后将材料放入模具中挤压，然后将模具于50~60℃烘干，取出模具中的花盆即得到一次性可降解自营养轻质花盆。

4.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述模具使用前需清洗干净、干燥并涂好脱模剂。

5.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于，所述脱模剂为硅油。