CN107371918B - 植物保护垫 - Google Patents

Abstract

一个实施方案提供了使用回收的一次性尿片制成的模块式绿色屋顶托盘、室内植物生长培养基和园艺生长培养基、用于杂草和水分控制的树木保护垫。所述生长培养基和树木保护垫含有来自尿片的高吸水性材料，这种材料能够吸收水分，大大减少灌溉，从而提供一种抗旱特性。一个实施方案还提供一种进行一次性尿片的100％再循环的制造方法。

Description

植物保护垫

本申请是申请日为2012年9月24日、申请号为201280057849.1、发明名称“一次性尿片再循环及其应用”的专利申请的分案申请。

背景技术

本文所述的全部或部分主题受美国国家科学基金会小企业创新研究基金(NSFSBIR)资助(NSF SBIR 1046780)而实施。美国政府可能拥有本文所述主题的权利。

绿色屋顶系统用在建筑物的屋顶上，并提供植被生长的环境。绿色屋顶系统可以提供降低能耗、隔音、食品和花卉生产、减少温室气体排放、保护栖息地和生物多样性、雨水保持、减少城市热岛效应，以及其他益处。

屋顶绿化系统的主要问题包括结构强度、管理或避免漏水和屋顶植物的灌溉。带绿色屋顶的建筑物必须足够坚固以支持生长培养基和植物，尤其是其用水饱合之后。因为有可能在一些系统中会在屋顶上产生持续的水压，所以防水是一个挑战。上述方面对密集型绿色屋顶很重要，而灌溉对粗放型绿色屋顶很重要。目前的屋顶绿化技术采用轻质的生长培养基，以减少对基础结构的负荷。对于平屋顶，主要关注的问题是防水和结构设计。对于斜屋顶，生长培养基固定和保水则需要格外的考虑。搭板(斜板)或台阶状的设计已被用于这种类型的屋顶。粗放型绿色屋顶的生长培养基层较浅，使得水的吸收和保留较少。在降水量少和/或高蒸发率的地区，可能每天都需要灌溉，这可能会抵消掉绿色屋顶系统带来的成本节约。

树木的保护存在着类似的需要提供制备生长环境的情况。树木保护是很重要的，尤其是对于幼树和新种植的树木，它们的根系尚未充分发育。最广泛使用的方法是用从绿色垃圾再循环的木屑覆盖。这可以保持水分，减少来自杂草的竞争，让树木在早期生长中获得生存必需的营养物质。但这些木屑不是非常有效和持久的，并且会很快降解掉。通常树木需要在每年春季进行重新覆盖。

对于树木保护，特别是对于幼树有一种替代的解决方案，就是在树的周围放置防草布。这些防草布通常由塑料材料制成，其功能就像是覆盖层，但持续时间更长。现在市场上有两种不同类型的防草布：带孔隙的布和不带孔隙的布。主要的区别是，带孔隙的防草布可以让雨水渗入，而不带孔隙的防草布则不能。似乎带孔隙的防草布对于使水渗透通过更有效，但是在市场上其较不受客户喜欢。优选无孔隙布的观点在于：允许水渗入的相同的孔隙由于其高表面积和小孔径能够让渗入的水迅速蒸发出来。这两种类型的防草布和木屑覆盖物主要依靠树木周围的土壤保持水分。防草布或覆盖物没有或具有非常有限的吸收水的能力。因此，取决于土壤和天气的性质，水分含量可在很宽的范围内变化。

与此同时，数千亿污染的尿片每年被当作固体废物处置，其中只有很小一部分被回收。这主要是由于缺乏高效和成本有效的再循环技术。如果这些弃置的尿片中的有价值的材料能得到妥善处理，它们可以大的用途。

一次性尿片是由多种组分制成。首先，由纤维素或醋酸纤维素和高吸收性聚合物(SAP)来制成吸收垫，例如，利用聚丙烯酸钠来吸收体液。该垫然后被放到由聚酯无纺布或棉纸制成的棉纸载体(tissue carrier)中。然后将该棉纸包裹的垫夹在用于内部的无纺布层和用于外部的非渗透膜之间。无纺布包括允许水流动到吸收垫的亲水层和使与皮肤接触的表面保持干燥的疏水层。非渗透膜由聚乙烯或布状的聚烯烃膜制成，以防止液体泄漏。使用热熔粘合剂将所有上述组分粘合一起。弹性材料，例如聚氨酯、聚酯或橡胶被用于腰部和腿部的袖口中，以保持紧密性。胶带或钩带用来提供机械夹紧，以实现闭合。其他组分，例如施用于最表面层上的乳液、装饰膜、湿度指示器以及采集和分布层在一次性尿片中是很常见的。

一次性尿片的复杂设计来自消费者对舒适、有效、易于使用和便宜产品的需要。然而，这样的体系使得传统再循环利用现有技术不可能做到高效和低成本。因此，大部分使用过的一次性尿片以作为固体废弃物堆放在垃圾填埋场而告终。能够消费再循环材料的产品以及可生产高纯度材料的适当净化技术的匮乏在垃圾填埋问题中起着巨大作用。

附图简述

图1.具有卡扣联锁设计的模块式绿色屋顶托盘的一个实施方案的截面图。组件：1.培养基；2.罩；3.舌片；4.凹槽；5.墙；6.胶粘剂；7.底层；和8.舌片。

图2.具有卡扣联锁设计的模块式绿色屋顶托盘的一个实施方案的全视图。

图3.具有卡扣联锁设计的模块式绿色屋顶托盘的一个实施方案的顶视图。

图4.利用卡扣联锁设计连接在一起的两个模块式绿色屋顶托盘的一个实施方案。

图5.图形呈现在没有非机织罩下高吸水性聚合物含量对水分损失的影响。

图6.图形呈现在非机织罩下高吸水性聚合物含量对水分损失的影响。

图7.用于杂草控制和水分保持的树木保护垫的一个实施方案。

图8.在没有非机织罩(上面的图像组)和有非机织罩(下面的图像组)情况下，种子在生长培养基中的生长展示。

图9.显示分离一次性尿片组分的一个实施方案的示意图。

图10.利用湿法成网工艺在有或无精制步骤情况下制备的无纺布垫的一个实施方案。

图11.以图表方式显示从水/高吸水性聚合物混合物收集的水样的总有机碳。

图12.以图表方式显示5个月后WCMC垫对幼树生长的影响。

图13.展示一个湿法成网工艺的工艺流程图的例子。

图14.显示从一次性尿片制造杂草控制和水分保持垫的方法的一种实施方案的流程图。

图15.显示由再循环的尿片材料模塑的板和垫的实施方案。

实施方案的详述

一个实施方案提供一种具有三层结构的轻质、模块式绿色屋顶托盘。其底层(防水层)由来自再循环一次性尿片的再生热塑性材料制成，其中心层是包含高吸水性聚合物的抗干旱生长培养基，并且其顶层是多孔的无纺布罩。这样的设计也描绘了一种新颖的三维卡扣锁定装置。图1说明了这种绿色屋顶模块设计。

一个实施方式提供了具有三维卡扣锁定装置的模块式绿色屋顶托盘。如果需要，此卡扣联锁机构可与粘合剂结合起来，使得它们能被永久地彼此连接。此卡扣联锁装置设计优于采用二维联锁的常规系统。

一个实施方式提供了具有使用低密度和大孔径非机织垫的罩的模块式绿色屋顶托盘。此罩在运输和安装过程中充当生长培养基的密封罩，允许植物通过孔隙长出，延长生长培养基的水分保留时间，并防止侵蚀。

一个实施方式提供了具有使用低密度和大孔径非机织垫的罩的模块式绿色屋顶托盘。使用非机织罩的水分保留时间比不用此罩的水分保留时间长70％。

一个实施方式提供用于抗干旱生长培养基的组合物，其中使来自再循环一次性尿片的再生且增强的高吸水性聚合物(SAPs)与土壤均匀混合，所述土壤可以是常规土壤、泥炭沼、粘土、膨胀粘土(商品名为珍珠岩)，或它们的混合物。SAP是指从尿片中回收的包括高吸水性聚合物颗粒和纤维素纤维的吸水性材料。再生且增强的高吸水性聚合物的组成范围可以是在生长培养基总湿重的10–90％之间，该范围包括所有的值和在其之间的子范围，包括基于生长培养基的总湿重的10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85和90wt％。在一个实施方案中，该组成在湿高吸水性聚合物重量的40-75％之间。

一个实施方案提供一种用于抗干旱生长培养基的组合物，相比用于一定深度的绿化屋顶的其他市售生长培养基，饱和的生长培养基所含水量多20％，但重量却轻20％。由于这种新型生长培养基的抗干旱和轻质特征，建筑设计、植被选择和维护将会灵活得多。这样的生长培养基能够广泛应用于各类不同的绿色屋顶：粗放型、半密集型和密集型。它能够对设计建筑物的绿色屋顶提供更多灵活性以满足负载能力要求。这种生长培养基也适用于非模块式绿色屋顶设计。这种生长培养基可用于各种植物(草、景天属植物、开花和高大植物)的种植。其也可以用于室内盆栽植物和其他园艺植物。发明人的生长培养基已经被证明可适用于极端条件，如干旱、高温、低温和高降水量。

一个实施方案提供一种具有三层结构的用于控制杂草和保持水分的幼树保护垫。底层(半渗透层)是用以将中心层保持于适当位置的多孔非机织罩；中心层是含有高吸水性聚合物的吸水垫；顶层是从再循环一次性尿片或任何其他塑料材料制成的不渗透性或半渗透性板或膜。该顶层具有带孔的漏斗形斜坡(dip)，以便通过吸收垫收集吸收雨水。

一个实施方式提供了从再循环的一次性尿片分离、回收和增强高吸水性聚合物的再循环方法。

一个实施方式提供了从一次性尿片回收热塑性材料的再循环方法。这些热塑性材料包括聚烯烃如聚乙烯和聚丙烯、聚酯和高弹体等。

一个实施方案还提供了一种混合方法，其对于从再循环的热塑性塑料和由于分离不充分而存在的少量纤维素材料产生高强度材料是必需的。

一个实施方案提供了一种新型绿色屋顶模块，其含有从来自一次性尿片的再循环高吸水性聚合物开发的新型抗旱、轻质生长培养基。除了常规的绿色屋顶系统的益处，对于给定深度的生长培养基，该系统提供了20％的吸收水量增加和20％的总重量减少。这将提供大得多的植物选择和更低的基础设施要求。在其允许更多的现有建筑物适合加装绿色屋顶的同时，其也意味着对新建筑的建设成本更低。在干旱易发地区，这种生长培养基在浇水频率低得多的情况下消耗更少的水。由于水分保留能力，高吸水性聚合物在生长培养基中的存在还可具有优异的暴雨管理特点。该生长培养基也可有助于促成美国领先能源与环境设计(LEED)的材料和资源类别认证，尤其是再循环类、区域材料和快速再生材料亚类。在目前的绿色屋顶市场上使用的普通生长培养基不一定具有这些类别的资格。该产品可以是单独的生长培养基材料或模块式绿色屋顶产品。此外，再循环的高吸水性聚合物还可以作为生长培养基添加剂。

涉及生长培养基的其他应用也被计划和考虑在该范围内。例如，它可以用做室内和室外的盆栽土壤、温室和苗圃土壤以及一般园艺用添加剂。进入模块式绿色屋顶市场使其本身容易适用于窗口花园模块、生态墙(living wall)，以及也为空间有限、没有花园的人们提供其他盆栽可食用植物。

首先将收集在尿片袋中的污染的婴儿尿片使用次氯酸钠溶液(漂白剂)消毒和清洗。婴儿粪便及其他人类废物在此过程中从尿片中分离出来。最初的清洁和消毒后，将尿片、塑料袋和湿纸巾切碎，以使其在水中沉淀。添加不同类型的盐，以调节水的分离能力。由于它们的密度与水存在差异，这些材料作为两层静置。密度低于水的顶层主要为热塑性塑料，例如聚烯烃(聚乙烯或聚丙烯纤维或条)、聚酯非织造垫、高弹体等。比水重的底层主要是浸泡过的高吸水性聚合物与纤维素纤维混合物以及部分聚酯。通过该方法的分离效率是非常有限的。因此，每个分开部分的纯度对于它们的其他用途而言太低。有利的是，所述应用不需要高纯度材料。如果需要，小部分原生塑料树脂或其他更高纯度的再循环材料可用于提高防水性能。

在这种不同的尿片组分的部分分离后，聚烯烃部分在高温下(聚烯烃的熔点以上)被压缩模塑成正方形盘状物，如图1所示。这些盘状物用来盛装生长培养基，提供防水或水可渗透的底层(7)和4个侧壁(5)以及支撑整个模块的重量。在压缩模塑过程中，卡扣联锁结构也被引入。所述卡扣联锁结构的两个舌片(3和8)和凹槽(4)被模制到每个盘状物上。粘合剂(6)可以在被应用到凹槽内部以将相邻的托盘永久连接在一起。

在盘状物制造后，生长培养基(1)被放置在盘状物内。由于生长培养基的一种组分——回收的高吸水性聚合物处于湿状态，因此生长培养基可处于湿状态。所述生长培养基包括回收的高吸水性聚合物和轻质土壤。轻质土壤由总体积的22.74vol％膨胀粘土(Miracle-

珍珠岩)、68.22vol％的泥炭沼(Miracle-

泥炭沼)和9.04vol％的水组成。其他的轻质土壤也可使用。图5和图6示出了在有或没有非机织罩情况下，生长培养基的组成与水分保留之间的关系(2)。失水的程度随着高吸水性聚合物含量的增加而降低。随着高吸水性聚合物的含量范围从0％到100％，30％水分保留时间几乎是双倍的。因此，它们的抗旱性能可显著不同。为了检验它们的抗旱性能，将400颗

草种或25株移植草种植在尺寸为20厘米x 20厘米x4.5厘米的容器内的上述生长培养基中。经过一个月少量灌溉后，观察到只有含有75vol％SAP/25vol％土壤和50vol％SAP/50vol％土壤的容器中草活着。通过将400颗

草种施用于相同大小的容器进行微调测试，以便确定生长培养基的最佳含量。结果表明：65％的高吸水性聚合物/35％的土壤是我们的生长培养基的最佳含量。实施例1和2阐述了生长培养基的性能。

熔接在托盘上面的机织或非机织织物可以是聚酯、聚丙烯或尼龙。对非机织或机织织物进行特别筛选，使得其孔隙大到植物如草足以长出来。相比没有此类罩的那些，使用非机织/机织织物罩的保水时间能延长多达70％且更多。该范围包括在其之间的所有的值和子范围，包括多达10、20、30、40、50、60和70％及更长。

在水存在于热塑性塑料和高吸水性聚合物颗粒的粉碎混合物中的情况中，所述第一盐溶液可以通过在搅拌或者没有搅拌下添加固体盐到粉碎混合物中获得。水可以在消毒步骤中残留在粉碎混合物中，它可在消毒步骤之后加入，或者它可以是漂洗消毒的尿片组分后残留的，或者它可以是在漂洗步骤之后添加的，或者以上两种或多种的任意组合。或者，所述第一盐溶液可首先由水和盐制得，然后使该溶液与切碎的混合物接触。或者，所述第一盐溶液可以利用将固体盐添加至粉碎混合物和将盐溶液添加至粉碎混合物的组合来获得。在一个实施方案中，使所述盐或盐溶液与粉碎混合物接触，并伴随搅拌或搅动或两者兼有。

在一个实施方式中，固体盐的量被添加到粉碎混合物，以形成第一盐溶液并实现上层和下层的分离。在一个实施方案中，足够量的盐溶液加入到粉碎混合物，以形成第一盐溶液并实现上层和下层的分离。在一个实施方案中，所述盐溶液是所述第一盐溶液。在另一个实施方案中，所述第一盐溶液在盐或盐溶液加入到粉碎混合物中时形成。在一个实施方案中，所述盐溶液的浓度没有特别限定，并且按重量计可以合适地在大于1至70％的范围内。该范围包括期间所有的值和子范围，包括基于盐溶液的总重量，大于1、2、3、4、5、6、7、8、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65和70wt％的盐。在一个实施方案中，所述第一盐溶液的浓度没有特别限定，按重量计可以合适地在大于1至70％的范围内。该范围包括期间所有的值和子范围，包括基于第一盐溶液的总重量，大于1、2、3、4、5、6、7、8、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65和70wt％的盐。在一个实施方案中，所述盐溶液或所述第一盐溶液的浓度基于所述溶液的总重为约10wt％。

在尿片组分分离过程中，将氯化钠、氯化钾、碳酸钠、碳酸钾、氯化钙、硫酸钙的某一水溶液，或其中两种或多种的混合物，添加到分离介质中以调节分离能力。因为无机盐会降低高吸水性聚合物微粒的水分吸收，因此水的分离能力通过添加无机盐来调整。如果不添加盐，高吸水性聚合物颗粒以其最大程度溶胀，这会降低其密度，造成分离效果差。加入水溶性钙溶液，以便通过在高吸水性聚合物颗粒外面形成聚丙烯酸钙来调整高吸水性聚合物的凝胶强度(方案1)。聚丙烯酸钙不是高吸水性聚合物，因此当它们出现在高吸水性聚合物颗粒内部或外面时，其充当物理交联剂。水溶性钙(相当于氯化钙)与干燥高吸水性聚合物的比例应保持在按质量计低于3:10。较高的钙量会破坏高吸水性聚合物颗粒并产生非高吸收性聚合物，这被宝洁公司、西雅图固体废物利用部门以及位于华盛顿州西雅图的Rabanco回收公司，在尿片回收中试工厂中，用作从所需的纸浆产品除去高吸水性聚合物的方法。在一个实施方案中，被破坏的高吸水性聚合物可经历进一步的回收过程，以便用钠或钾代替钙阳离子。实施例3和4提供了利用稀释的氯化钠或氯化钾溶液作为分离介质，进行尿片组分分离以及高吸水性聚合物回收的过程和配方。实施例5提供了利用稀释的氯化钙溶液作为分离介质，进行尿片组分分离以及高吸水性聚合物回收和增强的过程和配方。实施例6描述了如何使用水溶性碳酸盐回收钙破坏的高吸水性聚合物。

方案1、使用氯化钙的高吸水性聚合物增强

只有当高吸水性聚合物很难从材料的其余部分分离，在分离介质中或在随后的处理中更高的钙浓度才可能是所需的。尿片中所用材料的复杂性以及众多的不同制造商和品牌，可能导致这样的情况：两种或更多种不同材料熔接在一起，而且其密度都在溶胀高吸水性聚合物颗粒的相似范围中。钙与高吸水性聚合物重量比为1：1的情况下的钙浓度，能够将高吸水性聚合物的溶胀比降低至小于该高吸水性聚合物自身重量的三倍。碳酸钠或碳酸钾可用于回收被钙破坏的高吸水性聚合物。该反应示于方案2。实施例5和6提供了被高钙溶液破坏之后进行高吸水性聚合物回收的过程和两个配方。

方案2、使用碳酸钠或碳酸钾的高吸水性聚合物回收反应

热塑性聚合物构成一次性尿片中的大部分材料。这些材料包括聚乙烯、聚丙烯和高弹体。所有这些材料的比重小于1，这使得它们在水分离介质中漂浮。简单的湿法分离过程可得到热塑性塑料和高吸水性聚合物颗粒。类似于造纸工艺的湿法成网过程(美国专利5,409,573)可用于将各组分放置传送带上并单独干燥用于后面的模塑工艺。高吸水性聚合物还可以一直保持在湿润状态，直到模块式绿色屋顶托盘组装过程的最后一步。

由于包含聚乙烯类、聚丙烯类、聚酯类、聚丙烯酸类、高弹体和纤维素纤维的已回收热塑性塑料的混合物性质，对该混合物直接模塑会导致机械性能差的模块。使用双螺杆挤出方法的配合方法可以混合这些成分直到产生具有极大改善的机械性能的聚合物掺合物。实施例7和8讨论了这两种情况，其中压缩片材的破坏强度和断裂伸长率显著不同。

一个实施方案涉及使用再循环的尿片材料制作一种超级耐旱且轻质的模块式绿色屋顶产品。发明人发现绿色屋顶材料和一次性尿片存在相似性。一次性尿片的不同组分以简单、经济和环境友好的制备和加工方式被分离出来。所分离的材料用来形成绿色屋顶模块的不同部分。一次性尿片中的热塑性材料可再加工成绿色屋顶托盘，而高吸水性颗粒可以与其他生长培养基结合形成新型高保水性生长培养基。一次性尿片的高吸水特征被转换成绿色屋顶产品的抗旱特性。相比砾石和常规土壤，热塑性材料和高吸水性性材料的低密度则转变为所提出的绿色屋顶模块的轻质特征。

该再循环过程中的一个关键步骤在于不同尿片组分的分离。基于其在水中的相对密度，尿片中的组分可以大致分为两类：漂浮的那些(聚烯烃)和沉淀的那些(高吸水性物质、纸浆和少量无纺布)。发明人发现湿法成网技术，如在造纸工艺中使用的技术，可用于利用含或不含其它添加剂的水作为分离介质的分离及随后的成垫过程。所提出的产品(对材料纯度要求低)和再循环与处理过程都排除了传统的冗长和昂贵的再循环过程的严格要求，对于其而言，高纯度组分为目标产品。

一个实施方式提供了一种含有高吸水性材料的生长培养基，其比市售的生长培养基可吸收多得多的水。高吸水能力可以大大减少灌溉，从而提供抗旱特征。给定一定的生长培养基厚度，此生长培养基相比当前市场上的产品可在其总重量能够降低20％的同时可含有多出20％的水。本研究还表明利用所提出的经济的再循环和制造工艺进行弃置尿片的100％再循环的可行性。

现在已经发现，相对失水速率随着高吸水性聚合物含量的增加而降低。如图2所示，随着当高吸水性聚合物含量范围从0％到100％，水保留时间(以70％水分损失计)几乎变为两倍。在该试验中，SAP是指从尿片中回收的包括高吸水性聚合物颗粒和纤维素纤维的吸水性材料。

利用非机织罩在运输和安装过程中给生长培养基提供了密封罩。其也允许植物通过孔隙生长，延长了生长培养基的水分保留时间，并防止冲蚀。结果还表明，用这种非机织垫的水分保留时间相比不用可延长70％，如图3所示。

在一个实施方案中，考虑到生长和抗旱性，生长培养基组合物大约是40-75％的湿SAP重量。平衡组分可以是市售的生长培养基。然而，在一个实施方案中，可能要避免含铁土壤。图8显示了植被建立在有或无非机织罩的不同的生长培养基成分中的比较。

结果还表明，对于给定的绿色屋顶生长培养基厚度，相比其他市售的生长培养基，饱和的生长培养基包含多20％的含水量，但重量轻20％，这决定了何种植物生长以及该植物如何生长。这种特征，再加上抗旱和轻质特征为建筑结构设计、植被选择和维护提供了灵活性。

一个实施方式提供了从再循环的一次性尿片中分离、回收和增强高吸水性聚合物(SAP)的再循环方法。几种无机盐可以被添加到分离介质，并且除了SAP颗粒中建立的化学网络之外，该处理通过产生物理交联网络而使SAP增强(方案1)。这种交联网络的程度可以基于吸水性设计要求利用回收反应来调节(方案2)。此方法的优点在于：(1)显着地增加一次性尿片组分的分离效率，(2)减缓生长培养基中的SAP降解，并避免对实际环境潜在的污染。

在一个实施方案中，热塑性材料可以使用湿法成网法从一次性尿片中回收，用配合过程来均化所回收的材料，并用任选的压缩模塑过程来生产绿色屋顶托盘或其他工程材料。图9显示了在分离和湿法成网过程中拍摄的照片，其展示了不同尿片组分在分离介质中的分离。

在一个实施方案中，除湿法成网法外，可以使用精炼过程。该精炼过程允许形成分布均匀的、高强度的，整洁的且易于处理的垫。图10显示了利用和没有利用精炼过程制备的非机织垫的比较。

现在已经发现，在降解试验中可溶性SAP可导致高含量的总有机碳(TOC)含量。开发出了通过利用经济的沉淀剂而将TOC降低致不可检测水平的处理方法。(图11)

一个实施方案提供了用于清洗和消毒脏一次性尿片的方法。初步的微生物学测试表明，按照该方法细菌可被完全消灭。表1示出了微生物测试结果。

表1.微生物测试结果。

使用前的一次性尿片通过使用木材削片粉碎机来粉碎，这是最初设计的过程。然而这种类型的机器的工作机理不适合处理像一次性尿片这样的软材料。机器非常容易堵塞，而且切碎的部分并不满足在水中有效分离的要求。配备了双轴研磨齿轮的商业级碎纸机可胜任此任务。尽管必须进行多次，以获得小的颗粒大小(～5毫米的线性尺寸)，但是得到的碎片对于用湿法分离是可以接受的。在阿克伦大学还进行了平行的尝试，通过使用塑料粉碎机将尿片研磨成更细的颗粒。然而这些细颗粒(～1毫米的线性尺寸)没有能够在水或其它分离介质中达到有效的分离。此时，分离与粒度的相关性原因还未知。需要进一步的研究和优化来达到更好的分离。

通过使用纯水作为分离介质，可看到可见的分离，如图9a所示。但因为SAP颗粒被高度溶胀并占据容器内很大的体积，因此分离效率非常低。水的粘度似乎也很高。另外由于SAP颗粒的高溶胀比，它们的密度基本上与水相同。这个问题可通过使用盐溶液来解决。

三层沉淀中只有两层可见，因为聚酯非机织物密度上无法与SAP颗粒区分。原因在于聚酯非机织物具有高孔隙率，SAP颗粒可存在于其中并且还被进行了亲水性处理。但是，由于聚酯非机织物是次要组分，它没有被进一步分离。因此，聚烯烃和剩余物可以被充分分离，尤其是在盐溶液中。

通常认为一次性尿片含有7％聚酯非机织织物。然而，现在已经发现，这仅仅对一些品牌的一次性尿片是质量准确的。因此，在一个实施方案中，聚酯非机织物不作为单独的组分来回收。

如上所述，纯水的分离效率很差。此外，其花费很长的时间和大量的水来分离很少量的尿片组分。为了解决这个问题，SAP颗粒的溶胀体积必须减小，也就是说，密度要增加。

将氯化钠、氯化钾、碳酸钠、碳酸钾、氯化钙、硫酸钙的水溶液，或其中两种或更多种的混合物加入分离介质中，以调节分离能力。水的分离能力通过加入一定量的无机盐来调节，因为盐会降低SAP微粒的吸水能力。如果不添加盐，SAP颗粒以其最大程度溶胀，这会降低其密度而造成不佳分离。当加入水溶性钙盐后，就会形成聚丙烯酸钙盐(方案1)，其不是高吸水性聚合物，也不会在水中不溶胀。这种最初认为是不合适的反应被用于在SAP颗粒中形成化学交联网络。通过控制该网络的百分比，可以调节SAP颗粒的凝胶强度以及吸水能力。该反应也可用于螯合SAP的水溶性部分，这另外可增加来自绿色屋顶的废水流和径流水中总有机碳含量。

在一个实施方案中，湿法成网法可用于分离和后续的垫形成之一或两者。湿法成网试验是成功的。在一个实施方案中，利用湿法成网过程中最基本组成的简单系统可用来分离和清洁材料。在实施或优化该过程时，可以考虑固体/水比例、盐浓度、搅拌强度、可重复使用的分离介质(盐水)的量、总用水量和湿法成网垫的干燥时间。湿法成网法的非限制性实例可见于1995年4月25日授权的美国专利号5,409,573，以及2007年塑料工程师技术协会年度暨展览会摘要第2260-65页张伟等人发表的“竹纤维生态复合材料湿法成网处理”，其中每一个的相关内容通过引用并入本文。

在湿法成网试验过程中，发现由热塑性材料制成的垫是松散的且缺乏强度。即使处理时非常小心，它仍然很容易破碎，如图10所示。还注意到大片的热塑性塑料之间没有粘合力，这有碍于形成均匀且自支撑的垫。因此，在实际湿法成网形成垫之前增加了精炼过程。该精炼过程将纸浆纤维在介质中重新分配，并且该纸浆纤维在垫中充当粘合剂。所得到的垫示于图10中，与无精制而形成的垫相比较。除了通过压缩模塑形成托盘和板中的用途，所形成的粘着的且自支撑的垫本身也可以是一种产品，用于诸如过滤器、地被、冲蚀控制垫、树木保护垫、防杂草垫等应用。

在生长培养基试验过程中观察到高吸水性聚合物的降解问题。在铁锈(氧化铁)或任何水溶性铁离子的存在下，高吸水性聚合物会失去其吸水能力。铁可以是降解高吸水性聚合物的催化剂，或者像钙盐一样简单地使其瓦解。因此，在一个实施方案中，可能需要在生长培养基和容器中避免铁。

从再循环的一次性尿片中生产所提出的新型模块式绿色屋顶产品可行的，而且相比目前市场上产品它拥有许多优点。最独特的功能是超强抗旱性和轻质。其他相关特征包括减少固体废物、改善雨水管理、更节能、景观美化更美丽、减少污染等等。

已经设计了所提出的制造工艺、湿法分离和湿法成网形成，而且已经完成了利用分批设备的初始试验。结果表明，借助一些修改和连续的工艺，其是再循环一次性尿片的有效途径。该工艺和和产品设计允许100％再循环一次性尿片，其中不同的组分转换成模块式绿色屋顶托盘产品中的相应部分。

使用原型绿色屋顶模块评估了在这种生长培养基中的植被发育。在有限的研究期间内，在含40-75％的再循环高吸水性聚合物的生长培养基中观察到健康的植物生长。在热和紫外线照射下的快速降解实验显示出在所收集水样中的相对高的总有机碳含量。但其借助简单的处理能够显著降低。热和辐射引起的降解可影响生长培养基的使用寿命。准备了初步的消毒方法并按照该方法来清洁脏尿片。常见的消毒剂，如相对低浓度的漂白液在该研究中即完成令人满意的工作。

实施例1.在生长培养基中从种子开始的植被建立

生长培养基包括回收的SAP和含几种成分的轻质土壤。轻质土壤由22.74体积％膨胀粘土(Miracle-

珍珠岩)、68.22体积％的泥炭沼(Miracle-

泥炭沼)和9.04体积％的水构成。生长培养基组成在湿态下按质量计是：100％SAP/0％土壤、75％SAP/25％土壤、50％SAP/50％土壤、25％SAP/75％土壤和0％SAP/100％土壤。湿态是指没有自由流动水的最大水保持容量。这些生长培养基放置在尺寸20厘米x 20厘米x4.5厘米的容器内。在每个容器中，400颗

草种栽种于生长培养基中，5毫米深。所有这些容器被放置在模拟的每天24小时的全日照环境中。为了保持草的健康发芽和生长，在测试期间提供额外的水。提供额外水的目的是任何时刻不能观察到游离水。因为大约以周为间隔只浇少量的额外水，因此在生长培养基中的草暴露于模拟的干旱条件。

在含100％SAP的容器中的草的生长和发芽要少得多，原因在于透气性差而且根系发育差。在该容器中稀疏发芽的草两周后即死亡。在含25％和0％SAP的容器中的草最初发芽情况类似于与其他两个含75％和50％SAP的容器。然而，草在前两个容器中的生长最终变得缓慢并在四周内死亡。相反，含75％和50％SAP的两个容器能够使草活到第45日，而且在浇水后它们能够存活另外两个星期。额外用水的总量约为3000毫升。

实施例2.具有非机织罩的生长培养基中从种子开始的植被生长

该生长培养基包括回收的SAP和含几种成分的轻质土壤。轻质土壤由22.74体积％膨胀粘土(Miracle-

珍珠岩)、68.22体积％的泥炭沼(Miracle-

泥炭沼)和9.04体积％的水构成。生长培养基组成在湿态下按质量计是：100％SAP/0％土壤、75％SAP/25％土壤、50％SAP/50％土壤、25％SAP/75％土壤和0％SAP/100％土壤。湿态是指没有自由流动水的最大水保持容量。这些生长培养基放置在尺寸20厘米x 20厘米x4.5厘米的容器内。在每个容器中，400颗

草种栽种于生长培养基中，5毫米深。每个容器中的生长培养基的顶部放置非机织织物。该非机织织物是专门选择的，以便孔径大小足够大，从而使草芽生长穿过。所有这些容器被放置在模拟的每天24小时的全日照环境中。为了保持草的健康发芽和生长，在测试期间提供额外的水。提供额外水的目的是任何时刻不能观察到游离水。因为大约以周为间隔只浇少量的额外水，因此在生长培养基中的草暴露于模拟的干旱条件。

在含100％SAP的容器中的草的生长和发芽要少得多，原因在于透气性差而且根系发育差。在该容器中稀疏发芽的草两周后即死亡。在含25％和0％SAP的容器中的草最初发芽情况类似于与其他两个含75％和50％SAP的容器。然而，草在前两个容器中的生长最终变得缓慢并停止浇水后五周内死亡。第45日，而且在浇水后它们能够存活另外两个星期。然而，额外的用水的总量只有约1800毫升。这一结果表明，在生长培养基上部采用非机织罩，能够显著减少水的使用量，同时仍然允许草在干旱条件下存活较长时间。

实施例3.用稀释氯化钠溶液作为分离介质来分离尿片组分

在1000毫升的烧瓶中，首先加入15克粉碎的尿片组分，然后添加1000毫升自来水。搅拌混合物并使其沉降15分钟。然而，15分钟后，该混合物很难被搅拌，并且没有游离水在烧瓶中流动。因为SAP吸收大量的水并且溶胀成大得多的颗粒，因此烧瓶中的所有组分变成凝胶状。然而，通过添加5克氯化钠到烧瓶中，这使氯化钠的总浓度达到0.5％wt，SAP颗粒收缩到小于氯化钠加入之前的大小的50％。因此，该混合物颗粒变得更容易搅拌并自由流动。在进一步搅拌和沉淀后，大部分聚烯烃，例如聚乙烯和聚丙烯浮到烧瓶的顶部，而SAP沉到烧瓶底部。分离可以通过除去上层大部分聚烯烃并除去下层的大部分SAP颗粒来完成。

通过单次沉降的分离效率不足以从热塑性塑料中除去高吸水性聚合物。这通过来自热塑性塑料的压缩模塑板的吸水性来证明。因此，采用两次分离，得到较高纯度的聚烯烃。回收的热塑性塑料是10克；回收的高吸水性聚合物的湿重是250克，干燥后的是5克。

在5加仑的容器中，8升自来水加40克氯化钠用于分离120克粉碎的尿片组分。在下层的溶胀高吸水性聚合物除去后，将溶液再利用来分离从上层回收的热塑性塑料中的高吸水性聚合物。这个过程重复总共三次。回收了80克热塑性塑料；回收了40克干高吸水性聚合物。最后用1000升的水来清洗热塑性塑料，而这些水又可以再用于进一步的分离。

实施例4.用稀释氯化钾溶液作为介质分离尿片组分

在1000毫升的烧瓶中，首先加入15克粉碎的尿片组分，然后添加1000毫升自来水。搅拌混合物并使其沉降15分钟。然而，15分钟后，该混合物很难被搅拌，并且没有游离水在烧瓶中流动。因为SAP吸收大量的水并且溶胀成大得多的颗粒，因此烧瓶中的所有组分变成凝胶状。然而，通过添加5克氯化钾到烧瓶中，这使氯化钾的总浓度达到0.5％wt，SAP颗粒收缩到小于氯化钾加入之前的大小的50％。因此，该混合物颗粒变得更容易搅拌并自由流动。在进一步搅拌和沉淀后，大部分聚烯烃，例如聚乙烯和聚丙烯浮到烧瓶的顶部，而SAP沉到烧瓶底部。分离可以通过除去上层大部分聚烯烃并除去下层的大部分SAP颗粒来完成。

通过单次沉降的分离效率不足以从热塑性塑料中除去高吸水性聚合物。这通过来自热塑性塑料的压缩模塑板的吸水性来证明。因此，采用两次分离，得到较高纯度的聚烯烃。

在5加仑的容器中，8升自来水加40克氯化钾用于分离120克粉碎的尿片组分。在下层的溶胀高吸水性聚合物除去后，将溶液再利用来分离从上层回收的热塑性塑料中的高吸水性聚合物。这个过程重复总共三次。回收了80克热塑性塑料；回收了40克干高吸水性聚合物。最后用1000升的水来清洗热塑性塑料，而这些水又可以再用于进一步的分离。

实施例5.使用氯化钙稀释溶液为分离介质来分离尿片组分以及高吸水性聚合物的回收和增强

在1000毫升的烧瓶中，首先加入15克粉碎的尿片组分，然后添加1000毫升自来水。搅拌混合物并使其沉降15分钟。然而，15分钟后，该混合物很难被搅拌，并且没有游离水在烧瓶中流动。因为SAP吸收大量的水并且溶胀成大得多的颗粒，因此烧瓶中的所有组分变成凝胶状。然而，通过将5克氯化钙加入到烧瓶中，这使氯化钙的总浓度为0.5％wt，溶液变得混浊，并且高吸水性聚合物在底部附聚成小颗粒。高吸水性聚合物颗粒的体积缩小到低于200毫升。因此，该混合物颗粒变得更容易搅拌并自由流动。在进一步搅拌和沉淀后，大部分聚烯烃，例如聚乙烯和聚丙烯浮到烧瓶的顶部，而SAP沉到烧瓶底部。分离可以通过除去上层大部分聚烯烃并除去下层的大部分SAP颗粒来完成。通过重新使用该水溶液进行两次分离后收集的热塑性塑料不含高吸水性聚合物，且适合以后的过程。

不同于从氯化钠和氯化钾溶液回收的那些，随回收的高吸水性聚合物是白色颗粒而且颗粒尺寸更小。然而，颗粒的强度似乎是更强。

然而，如果氯化钙的浓度变成三倍，高吸水性聚合物颗粒将收缩至最小体积(小于50毫升)。而且分离效率会大大提高。仅单次分离所收集的热塑性塑料不含高吸水性聚合物。然而，高吸水性聚合物的吸水能力也损失了，因此在吸水性至关重要的当前的产品应用中，所得到的高吸水性聚合物是不能用的。这种情况下，所收集的高吸水性聚合物被称为“被破坏的高吸水性聚合物”。

实施例6.用碳酸钾恢复被钙破坏的高吸水性聚合物

在实施例8中的被氯化钙溶液破坏的高吸水性聚合物的小颗粒被放回到装有500ml水的1升烧瓶中。500毫升的碳酸钾溶液(碳酸钾3克)被加入到烧瓶中。将混合物搅拌并使其沉淀。4小时后，观察到经破坏的高吸水性聚合物小颗粒长成了较大的颗粒。最终，在浸泡过夜后高吸水性聚合物的总体积恢复到300毫升。表面水被滤掉，高吸水性聚合物小颗粒用水漂洗三次。

实施例7.用碳酸钠恢复被钙破坏的高吸水性聚合物

在实施例8中的被氯化钙溶液破坏的高吸水性聚合物的小颗粒被放回到装有500ml水的1升烧瓶中。500毫升的碳酸钠溶液(碳酸钠3克)被加入到烧瓶中。将混合物搅拌并使其沉淀。4小时后，观察到破坏的高吸水性聚合物小颗粒长成了较大的颗粒。最终，在浸泡过夜后高吸水性聚合物的总体积恢复到300毫升。表面水被滤掉，高吸水性聚合物小颗粒用水漂洗三次。

实施例8.分离的尿片组分的压缩模塑及其机械性能。

通过使用热压机，将从上层的粉碎尿片组分中回收的热塑性塑料进行熔融挤压成片。将压机板预热到400℉，约20分钟。热塑性塑料片和颗粒被放置在两个不锈钢箔之间，并被另外两个不锈钢板覆盖，然后将其放置在两个热板之间。施加轻微的压力后再等待15分钟。然后用5吨/平方英尺的压力并用三次挤压周期(bump cycle)脱气，以除去板中的气泡。然后将膜在空气中冷却至室温。拉伸试验表明强度是8兆帕，断裂伸长率小于8％。

对于聚烯烃材料，拉伸强度和断裂伸长率都被认为是低的，并且其将不适于预期的应用。对这些试样的断裂面进行检查，发现是由于热塑性塑料片和颗粒的均匀性及粘合性差的缘故。拉伸试验过程中的断裂通常是由于试样中不同材料之间的粘结性差。因此，材料必须均匀混合以达到更好的机械性能。引入配合方法，以改善机械性能，如在实施例11中讨论的。

实施例9.分离的尿片组分的配合和压缩模塑及其机械性能

在Brabender Plasticorder搅拌器(型号：S650-M，Brabender)的预热(210℃)混合槽中，加入200克回收的热塑性塑料。等待15分钟，使塑料软化或熔化。随后开启该混合器并以中档速度搅拌20分钟。停止搅拌器并收集混合后的材料。使用实施例10中所述的相同的压缩模塑过程压膜，并切割拉伸试验试样。发现拉伸强度是11兆帕，断裂伸长率是14％。

在西格玛搅拌器中并在无惰性气体保护下进行塑料混炼。为避免过度氧化材料，采用相当低的混合温度。同时，混料机是间歇式混合器，据有有限的剪切应力能力。这些因素会导致有限的混合效率。工业版混合器——双螺杆挤出机借助封闭式料筒和惰性气体保护可提高混合效率并防止氧化。

在一个实施方案中，提供一种杂草控制和水分保持垫(“WCMC”)。在一个实施方案中，所述垫不欲像高吸水性聚合物的农业应用那样干涉根系，而是，所述垫用于保存在根系之上的大量水。由高吸水性聚合物吸收的水能渗入土壤并保持高水分气氛，从而减缓水分从土壤中的流失。

所述垫可适当地用在树木生长的任何阶段，从树苗到幼树，到成年树。在一个实施方案中，所述垫可用在幼树或成年的树。在另一个实施方案中，所述垫可用在成年的树上，而不是在幼树或树苗上。

湿法成网是一种改良的造纸工艺，用于从纤维类原料制造的非机织材料。在湿法成网工艺中，如图13所示，纤维被机械分散在水性浆料溶液(白水)中。搅拌该混合物形成浆料，当浆料被排放到移动的线材成形传送带上使其在真空下脱水，形成连续的非机织的、混合纤维垫。白水滤液再循环并再返回用作稀释用水。所得到的垫随后送入对流热风烘箱，在那里其被干燥并熔融成粘着的、柔软的且高度多孔的垫。然后，所得到的垫可以作为最终产品使用或作为原料用于随后的材料处理。这项技术的结果产生了具有竞争力和成本有效的情况(venue)，其对生产新型材料具有最小的环境影响。

市售的杂草垫是通过杜绝它们与空气和光线接触来抑制杂草生长。水分的保存则是通过减慢蒸发来实现。这两个方面可用于具有顶部非渗透层的所提议产品的设计中。在一个实施方案中，可增加额外层来保存大量的水，即保水层。为了减慢水进入土壤中的释放速度，还可以添加半渗透层。在非渗透性顶层、保水层和半渗透性控制层相结合的情况下，所述垫能够实现控制杂草和水分保持的目标。为使雨水渗入保水层，可以引入渗漏孔或通道。图7显示了这种杂草控制和水分保持(WCMC)垫的模型设计。

在一个实施方案中，所提出的WCMC垫的基本组成包括：防水顶罩层、保水中心层和半透底层，所述基本组成可以从一次性尿片的不同部分制成。防水顶罩层由尿片的聚烯烃组分制成。需要高温压缩模塑，以便再熔化并固化成不可渗透的硬质板。保水中心层由高吸水性聚合物、纤维素、聚酯和聚烯烃纤维的混合物制成。这些组分可以被松散地粘合在一起，使之吸水能力最大。如果需要的话缓释肥料也引入此层中。半渗透底层将采用聚酯非机织纤维制成。其会熔接到顶罩板上，以形成将保水层夹在中间的袋状物。底层也将作为运输和装卸过程中的保护层，以及作为安装后的水分渗透调节层。

如前所述，再循环一次性尿片的传统尝试是不可盈利的，原因在于以具有非常高纯度的再生材料为目标。获得高纯度再生材料的成本抵消了那些开发中所有可能的利润。相反，高纯度的材料在本发明中是不需要的。唯一可能需要相对高纯度聚合物的部分是顶罩板，其中防水是必需的。因此，用于分离的整体设备要求是低的。该方法的能耗和劳动成本同样如此。此外，仅仅基于尿片组分相对于水的密度就可以实现粗略分离。它们可以分类为：聚烯烃(低密度)，水溶胀的高吸水性聚合物和纤维素，以及聚酯(高密度)。它们会漂浮、悬浮或沉在水中，导致部分分离。

在一个实施方案中，如缓释肥料的功能可用在中心层或绿色屋顶中。

图14示出的是WCMC垫的制备方法和设计的一个实施方案的示意性流程图。第一步包括收集、清洗一次性尿片，并将其切碎成短纤维和条带。因为一次性一次性尿片是由超过10种不同的组分制成，因此不可能完全分离每个单独的组分。幸运的是，使用水(比重，SG＝1)作为分离介质，它们可以通过它们的密度被粗略地和部分地分离。本发明人发现它们可以分成两组：比水重的(高吸水性聚合物，聚酯非机织物和纤维素纤维)和比水轻的(大多数是聚烯烃材料)。它们纯度较差，且不适合其他用途。有利的是，所提到的应用不需要高纯度材料。

不同尿片组分的这种部分分离后，可将聚烯烃部分在高温下压缩模塑成板(聚烯烃熔点的以上温度)。图15a出示了样品。这些板可以用作所述垫的顶板，用作防水并支撑整个垫。中间密度部分可被压缩并干燥，从而形成垫的中心层。纤维素纤维和少量的聚酯非机织物的存在有助于这一过程，并且能够制成自支撑垫，如图15b。这种设计的底层可以由多孔透水的非机织或机织材料制成。该层的孔隙率和疏水性可调以控制水经过该层的透过率。在制得单独的之后，所述WCMC垫可通过压缩模塑或围绕边缘热粘合进行组装。

应当指出显示在图15a的板的机械强度不是很好，这是由于不同成分之间的混合与粘合不好。但经过进一步掺合，机械强度可以提高至少70％。

图12显示了使用5个月后高吸水性聚合物(SAP)对保护幼树的有效性的初步研究。对原型WCMC简化形式、覆盖物和市售垫进行了比较。比较了三棵苹果树的各分支的平均新增长、新增长总长度和新分支总数。很显然，所述WCMC垫比市售的杂草控制垫和仅覆盖物好得多。

WCMC垫可为果树的根系周围提供持续的水分。如果引入缓释肥料，施肥和水分可以根据树木的需要以稳态一起调节。因为拥有高保水能力和杂草抑制作用，所述WCMC垫会减少灌溉次数，从而降低水、电、设备和劳动力成本。其也将减少跟干旱有关的的疾病和损害。在生长速度更快和成活率更高的情况下，年幼的果树能够产生更好质量的水果，并且相比其他果树更早结果。此外，农民通过使用具有调节的施肥与水分控制的WCMC垫可以提高荒地和退化土壤区域的土壤质量。因此，农民能够在通常不适合其的区域种植果树。还能够转化和改进干旱/半干旱地区以使它们适合于农业用途。

WCMC垫不仅可用于与食物生产直接相关的树木，还可以通过增加农场周边地区的森林总覆盖率，用来提高粮食产量。随着环境的改善和农场附近较好的局部气候，粮食生产能够间接地提高。举例而言，树木可以种植在农场附近作为防风林，以保护农作物并减少表土流失。再比如，大森林附近的农场和果园不必担心授粉者，其就居住在附近的树林。湿度和空气温度也可以通过附近的森林得到调节。

作为恢复森林功能的一种方法，造林/再造林是非常重要的。因此，WCMC垫产品将满足公共利益，因为它可以帮助保护树木、提高幼树成活率和生长速度、在干旱期间减少损害和死亡、允许在干旱/半干旱地区造林，并使得能够在退化的土地上和荒地区域再造林。该产品可以帮助减少水和能源的消耗，以及降低树木种植后护理上的劳动力和维护需求。综上所述，所述WCMC垫能够帮助“保护和加强国家森林资源与环境”。

一个实施方案提供一种轻质、三层模块式绿色屋顶托盘。(1)作为防水层的底层由从再循环一次性尿片回收的热塑性材料制成；(2)中心层是包含高吸水性聚合物的抗旱生长培养基，和(3)顶层是多孔非机织罩。

在一个实施方案中，所述模块式绿色屋顶托盘含有卡扣锁定装置。在一个实施方案中，卡扣是三维的锁定机构。在一个实施方案中，卡扣包括放置在卡舌片部上的粘合剂。在一个实施方案中，互锁的模块靠重量固定在屋顶上。在一个实施方案中，不利用重量来固定在屋顶上。

在一个实施方案中，绿色屋顶托盘的罩可以由低密度和大孔径的非机织垫制成。在一个实施方案中，该罩在运输和安装过程中充当生长培养基的密封，允许植物通过孔隙生长，延长生长培养基的水保留时间，并防止冲蚀。

在一个实施方案中，非机织垫罩的水保留时间比没有罩的生长培养基长70％。

在一个实施方案中，绿色屋顶托盘的生长培养基组合物含有20-90％的高吸水性聚合物，65％最佳。

在一个实施方案中，高吸水性聚合物作为抗旱组分。

在一个实施方案中，高吸水性聚合物是从一次性尿片中再循环和回收的。

在一个实施方案中，当所述生长培养基组合物作为盆栽土壤用于如矮伞树(鹅掌藤，Schefflera arboricola)和肯蒂亚棕榈(Howea forsteriana)的室内植物时，浇水频率可以减少到每12周一次。

在一个实施方案中，所述生长培养基组合物也适用于一种或多种非模块式绿色屋顶设计、室内植物、其他园艺植物。

在一个实施方案中，高吸水性聚合物可以如下从一次性尿片中回收：

i.稀释氯化钙溶液。氯化钙与干高吸水性聚合物的比例是3:10。这不仅能有效地从纸浆剩余物中分离高吸水性聚合物，而且能够改进凝胶强度。该凝胶强度的增强是因为聚丙烯酸钙表现为物理交联剂。

ii.在常规系统中，高吸水性聚合物没有被回收。利用了高得多的钙溶液浓度，导致高吸水性聚合物全部被破坏。这项工作使用稀氯化钙溶液并控制钙和高吸水性聚合物(SAP)的比例。

iii.恢复被破坏的高吸水性聚合物可通过应用碳酸钾或碳酸钠的溶液来完成。钙离子可与碳酸根反应形成碳酸钙并释放聚丙烯酸，从而重新形成聚丙烯酸钠或聚丙烯酸钾。

在一个实施方案中，塑料或热塑性材料可以从尿片材料中使用湿法回收。

在一个实施方案中，配合方法可用于从尿片中回收的塑料。

在一个实施方案中，树木保护垫具有吸水能力，使其能够将水缓慢地释放到土壤中。

一种实施方式涉及一种用于再循环已污染的一次性尿片的方法，包括：

使多个已污染的一次性尿片与至少一种消毒所述尿片的漂白剂接触，以形成包含经消毒的尿片组分的混合物；

粉碎所述经消毒的尿片组分，以形成包含热塑性塑料和高吸水性聚合物颗粒的粉碎混合物；

使所述粉碎混合物与第一盐溶液接触，以增加高吸水性聚合物颗粒的密度，并形成按密度分离的、具有包含热塑性塑料的上层和包含高吸水性聚合物颗粒与废水的下层的混合物；

使所述上层与下层分离，从而获得分离的热塑性塑料和分离的高吸水性聚合物颗粒；

在挤出机中配合所述分离的热塑性塑料，形成热塑性聚合物掺合物；和

从废水中分离出的所述分离的高吸水性聚合物颗粒。

在一个实施方案中，所述热塑性塑料包含一种或更多种聚烯烃。

在一个实施方案中，所述热塑性塑料是选自下述的一种或更多种聚合物：聚乙烯、聚丙烯、乙烯和其它烯烃的共聚物、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、它们中两种或更多种的共聚物，以及上述材料中两种或更多种的组合。

在一个实施方案中，所述热塑性塑料还包含一种或更多种选自下述的物质：聚酯、聚丙烯酸、纤维素、高弹体、尼龙纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维，以及上述两种或更多种的组合。

在一个实施方案中，所述高吸水性聚合物颗粒包括聚丙烯酸聚合物、聚丙烯酸酯聚合物、淀粉接枝的聚合物、聚丙烯酰胺、乙烯马来酸酐聚合物、羧甲基纤维素、聚乙烯醇、聚环氧乙烷、聚丙烯腈的淀粉接枝共聚物、聚丙烯酸的IA族盐、它们中两种或更多种的共聚物，或者上述中两种或更多种的组合。

在一个实施方案中，所述高吸水性聚合物颗粒是交联的、线型的、共聚的，或者以上两种或更多种的组合。

在一个实施方案中，所述漂白剂选自次氯酸钠、次氯酸钾、氯、臭氧、氧、次氯酸钙、过氧化氢、二氧化氯，以及以上两种或更多种的组合。

在一个实施方案中，所述漂白剂选自次氯酸钠、次氯酸钾，以及它们的组合。

在一个实施方案中，所述第一盐溶液是至少一种IA族、IIA族、IIIA族、或VIIIA族金属盐的水溶液，或者它们中两种或更多种的组合。

在一个实施方案中，所述第一盐溶液是至少一种IIA族或IIIA族金属盐的水溶液，或者它们的组合。

在一个实施方案中，所述第一盐溶液是至少一种IIA族金属盐的水溶液，或者它们的组合。

在一个实施方案中，所述第一盐溶液是氯化钠、氯化钾、氯化钙、碳酸钠、碳酸钾、碳酸钙、碳酸氢钠、碳酸氢钾、硝酸钠、硝酸钾、硝酸钙、次氯酸钠、次氯酸钾、次氯酸钙、铝盐、硼盐、铁盐的水溶液，或者以上两种或更多种的组合。

在一个实施方案中，所述第一盐溶液是钙盐的水溶液。

在一个实施方案中，还包括使所述分离的高吸水性聚合物颗粒与第二盐溶液接触，以降低所述分离的高吸水性聚合物颗粒的密度，形成包含密度降低的高吸水性聚合物颗粒和第二废水的混合物。

在一个实施方案中，从所述第二废水中分离出所述密度降低的高吸水性聚合物颗粒。

在一个实施方案中，所述第二盐溶液是至少一种IA族、IIA或IIIA族金属盐的水溶液，或者它们中两种或更多种的组合。

在一个实施方案中，所述第二盐溶液是至少一种IA或IIA族金属盐的水溶液，或它们的组合。

在一个实施方案中，所述第二盐溶液是至少一种IA族金属盐的水溶液，或者它们的组合。

在一个实施方案中，所述第二盐溶液是氯化钠、氯化钾、碳酸钠、碳酸钾、硫酸钠、硫酸钾、硝酸钠、硝酸钾的水溶液，或者它们中两种或更多种的组合。

在一个实施方案中，所述第二盐溶液是钠盐钾盐的水溶液，或者它们的组合。

在一个实施方案中，所述上层和下层通过筛分、过滤、倾析、离心、旋液分离、移动网，或者上述两种或更多种的组合来分离。

在一个实施方案中，干燥所述分离的高吸水性聚合物颗粒。

在一个实施方案中，将所述分离的高吸水性聚合物颗粒与下述接触：土壤、泥土、覆盖物、泥炭沼、生物质、堆肥、表土、沙子、有机植物生长的材料、含氮肥料、含磷肥料、石灰、除草剂、盆栽土壤、生长培养基、肥料，或者以上两种或更多种的组合，以形成植物生长培养基。

一个实施方式提供通过本文所述的方法制备的植物生长培养基。

一个实施方式提供用于生长植物的方法，包括使所述植物生长培养基与植物或种子接触。

在一个实施方案中，所述配合以分批法、连续法或其组合进行。

在一个实施方案中，所述挤出机是单螺杆或多螺杆挤出机，或者是它们的组合。

在一个实施方案中，可将所述热塑性聚合物掺合物模塑、热成型或者造粒中的一种或更多种，用于形成塑料制品。

在一个实施方案中，模塑是注射成型、压缩模塑、旋转模塑，或以上两种或更多种的组合。

在一个实施方案中，使所述热塑性聚合物掺合物与下述接触：环氧树脂；粘合剂；一种或多种的聚乙烯、聚丙烯、聚酯、或其它热塑性塑料的原生或再循环树脂；纤维、增强纤维、玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维、木纤维、植物纤维、纤维素、填料、粘土、纳米粘土、炭黑、碳纳米管、玻璃珠、二氧化硅、二氧化钛、碳酸钙、阻燃剂、颜料、抗氧化剂、香料，或以上两种或更多种的组合。

一个实施方式提供了通过本文所述的方法制备的塑料制品。

一个实施方式提供了一种模块式绿色屋顶托盘，包括：

由热塑性材料制成的防水底层；

布置在所述底层之上的中心层，其包含含有高吸水性聚合物颗粒的抗旱生长培养基；和

布置在所述中心层之上的多孔非机织顶罩。

在一个实施方案中，提供了由所述热塑性材料制成的侧壁，所述侧壁围绕所述中心层的侧面部分。

在一个实施方案中，一个或多个侧壁还包括卡扣锁定装置。

在一个实施方案中，所述卡扣锁定装置能够扣合并锁定至相邻的模块式绿色屋顶托盘的一个或多个侧壁。

在一个实施方案中，所述多孔非机织材料是低密度大孔径的非机织垫。

在一个实施方案中，所述生长培养基包含90-20wt％的所述高吸水性聚合物颗粒。

在一个实施方案中，所述生长培养基包含约65wt％的所述高吸水性聚合物颗粒。

图12图形显示了5个月后所述树木保护垫的一个实施方式对三颗新种植的苹果树生长的效果。在此图中，将树木保护垫、硬木覆盖物和市售的由再生橡胶条制成的不含高吸水性聚合物颗粒的杂草控制垫进行了比较。对各分支的平均新增长、新增长总长度和新分支总数进行比较。很显然，所述树木保护垫比市售的杂草控制垫和仅硬木覆盖物好得多。

一个实施方案提供了一种树木保护垫，包括：

顶部罩板，其包含防水材料，所述防水材料中具有允许水从中流过的孔；

布置在所述罩板之下的中心层，其包含高吸水性聚合物颗粒；和

布置在所述中心层之下的半渗透性底层。

本发明的一个实施方案提供了一种树木保护垫，包括：

顶部罩板；

布置在所述罩板之下的中心层，其包含高吸水性聚合物颗粒；和

布置在所述中心层之下的半渗透性底层；

其中所述顶部罩板减少或阻止水分从所述中心层的蒸发损失。

对选择顶罩板用的材料没有特别的限制，只要其能减少或阻止水分从中心层蒸发损失。顶罩板材料可以由如聚乙烯的热塑性塑料或其它塑料膜或层压体制成；可以是机织或非机织的；其可以是防水或半透水；可以是未穿孔的或用孔或小漏斗穿孔的，例如VISPORETM树木保护垫材料中使用的类型；或上述材料的任意组合。在一个实施方案中，该顶罩板的材料包括一种或多种抗紫外线添加剂，以抵抗阳光的伤害。

该顶罩板可以防水和防止从中心层蒸发失水。它也可以是半透水，使水以湿气、雨水或浇水的形式流经进入到中心层，或者它可以包括开口，例如软管装置，以允许连接至水管，由此水和任选的生长培养料，如肥料，能够泵送通过所述装置并给中心层补水；或者以上的任意组合。

只要其允许水从中心层向下渗入地面，对于半渗透性底层材料的选择没有特别限制。例如，其可以由下述材料制成：机织或非机织织物、半透性材料、天然的或合成的纤维、人造丝、尼龙、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、棉、尼龙、丙烯酸或类似物，或以上材料的任何组合。

该顶罩板、中心层和半渗透性底层可以按照本文中所描述的顺序组合在一起，以及任选通过缝合、胶粘、热封或相似的方法在周边边缘处进行密封。或者，其可以包括围绕周边延伸的侧壁，该侧壁可以是防水的或半透水的。所述侧壁可被连接到所述顶罩板、中间层和半透层，视情况而定。在任一种情况下，所述垫可包括开口缝隙和中心的孔，如在图7中所示，从而允许该垫放置在树干或树茎、灌木、丛生植物、小树苗、或其它植物的周围。开口狭缝的侧面可以包括系带、按扣、粘扣带、拉链，或将狭缝的两侧彼此连接起来的类似方法。所述垫可以平放，也可以具有固定的形状，例如，如锥形或圆形，以适应主题植物周围的地面情况或适应植物本身的形状。

在一个实施方案中，该顶罩板减少水分从中心层的蒸发损失。在另一个实施方案中，该顶罩板组止水分从中心层的蒸发损失。

在一个实施方案中，干燥的高吸水性聚合物指的是在标准温度和压力下的高吸水性聚合物。在一个实施方案中，干燥高吸水性聚合物含有约10wt％的水。本申请基于提交于2011年9月23日的美国临时申请序列号61/538,565并要求其优先权，，该临时申请的全部内容如同详细阐述的一样在这里作为参照引入。

Claims (16)

1.一种植物保护垫，其用于放置在植物的树干周围的地面上以保护所述植物，所述植物保护垫包括：

顶罩板，其由机织聚丙烯织物组成；

中心层，其布置在所述顶罩板之下并且包括高吸水性聚合物颗粒，其中所述高吸水性聚合物颗粒包括聚丙烯酸聚合物、聚丙烯酸酯聚合物、淀粉接枝的聚合物、聚丙烯酰胺、乙烯马来酸酐聚合物、羧甲基纤维素、聚乙烯醇、聚环氧乙烷、聚丙烯酸的IA族盐或者其任意组合；和

布置在所述中心层之下的半渗透性底层；

其中所述顶罩板和所述半渗透性底层通过缝合、胶粘、热封或其任意组合在它们的边缘处密封在一起，以将所述中心层夹在所述顶罩板和所述半渗透性底层之间；

其中所述顶罩板减少或阻止水分从所述中心层的蒸发损失；和

其中当所述垫放置在所述植物的树干周围时，所述半渗透性底层允许水从所述中心层渗入地面。

2.如权利要求1所述的垫，其中所述高吸水性聚合物颗粒是干的。

3.如权利要求1所述的垫，其中所述中心层还包括纤维素纤维、聚酯纤维、聚烯烃纤维和缓释肥料中的一种或多种。

4.如权利要求1所述的垫，其中所述半渗透性底层包括机织或非机织织物、天然的或合成的纤维或以上材料的任何组合。

5.如权利要求4所述的垫，其中所述天然的纤维包括棉。

6.如权利要求4所述的垫，其中所述合成的纤维包括人造丝、尼龙、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、丙烯酸或以上材料的任何组合。

7.如权利要求1所述的垫，其中所述半渗透性底层包括非机织聚乙烯织物、非机织聚丙烯织物或其任意组合。

8.如权利要求1所述的垫，其还包括孔，该孔穿过所述顶罩板、中心层和底层用于植物。

9.如权利要求1所述的垫，其中所述淀粉接枝的聚合物包括聚丙烯腈的淀粉接枝共聚物。

10.如权利要求1所述的垫，其还包括孔和开口狭缝，所述孔和开口狭缝穿过所述顶罩板、中心层和底层用于所述植物。

11.如权利要求1所述的垫，其中所述高吸水性聚合物颗粒包括聚丙烯酸聚合物、聚丙烯酸酯聚合物、淀粉接枝的聚合物、聚丙烯酰胺、乙烯马来酸酐聚合物、羧甲基纤维素、聚乙烯醇、聚环氧乙烷、聚丙烯酸的IA族盐中两种或更多种的共聚物。

12.如权利要求1-11中任一项所述的垫，其中所述植物是树木。

13.一种使植物生长的方法，包括将权利要求1所述的垫放置在植物的树干周围。

14.如权利要求13所述的方法，其中所述植物是树木。

15.一种制造如权利要求1所述的垫的方法，包括将所述中心层夹在所述顶罩板和所述半渗透性底层之间并将所述顶罩板和所述半渗透性底层通过缝合、胶粘、热封或其任意组合在它们的边缘处密封在一起，以提供所述垫。

16.如权利要求15所述的方法，其中所述植物是树木。

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