CN107523080A

CN107523080A - 一种地表覆盖物及其制备方法

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Publication number: CN107523080A
Application number: CN201710795977.0A
Authority: CN
Inventors: 董丽松; 张会良; 杨慧丽; 边俊甲
Original assignee: Changchun Institute of Applied Chemistry of CAS
Current assignee: Changchun Institute of Applied Chemistry of CAS
Priority date: 2017-09-06
Filing date: 2017-09-06
Publication date: 2017-12-29
Anticipated expiration: 2037-09-06
Also published as: CN107523080B

Abstract

本申请提供了一种地表覆盖物及其制备方法。本发明提供的地表覆盖物包括58％～90％的秸秆纤维、8％～40％的高分子基体、1％～3％的润滑剂和1％～10％的润滑剂，所述高分子基体选自聚亚丙基碳酸酯、二氧化碳共聚物基热塑性聚氨酯、废旧聚乳酸薄膜料、对苯二甲酸‑己二酸‑丁二醇共聚酯和淀粉中的一种或几种。本发明提供的地表覆盖物具有优异的力学性能和吸水性能，能够起到较好的保护作用，且能够保土蓄水，抑制扬尘；而且，其还具有优异的耐水浸泡性，能够抵制长期浸水的破坏；另外，本发明采用农业废弃物作为原料，成本低，使废弃资料得到合理化利用，还避免了农业废弃物肆意焚烧而导致的严重污染。

Description

一种地表覆盖物及其制备方法

技术领域

本发明涉及城市绿化材料技术领域，特别涉及一种地表覆盖物及其制备方法。

背景技术

随着经济水平的提高和城市化进程的加快，人们对环境的要求越来越高，对改善和美化环境的需求也越来越迫切。近年来，城市建设力度的不断加大，城市绿化覆盖率也逐渐增加，但城市中的绿化裸露地表(如居民区、城市道路、园林等场所内绿植周围的裸露地表等)还存在不少问题，如需水量大但保水性差，容易生长杂草，需要施肥从而对土壤生态造成损伤，且扬尘严重等等，严重影响了城市生态环境的可持续发展。

如今，城市化建设逐渐形成了一个绿化基本原则或共识，即减少裸露土壤，由此衍生出一种新型城市绿化地表覆盖材料即地表覆盖物。地表覆盖物泛指松散的覆盖在土壤表面的一层材料，其主要功能包括：减少土壤水分蒸发、保持土壤水分、节省水耗，抑制地表杂草，调节土壤温度、改善土壤环境，还能够降低地表扬尘和大气悬浮物，以及装饰美观等，因此，地表覆盖物已成为城市建设中非常重要的一类材料。

目前，地表覆盖物通常分为三类：无机覆盖物、植生覆盖物和有机覆盖物；无机覆盖物包括卵石、碎石或陶粒等，其虽具有保持土壤湿润的作用，但可能对土壤产生新的有害因素如使土壤通气性差从而影响树木生长；植生覆盖物是指在树木根部周围种植草皮等植物，从而覆盖裸露土壤，但其易与树木争夺水分和养分，影响树种生长；有机覆盖物材料主要包括树皮块或碎木片，其能够避免上述两种覆盖物的缺陷，且来源丰富，应用更为广泛。如有人提出将包装、电子电器、家居家装等领域使用的木塑有机复合材料用于地表覆盖物，但是其强度低、性脆，不利于抵挡特殊天气如大风大雨等的冲击破坏，同时其吸水性差，不利于及时充分地吸收水分供给被覆盖土壤和植株，使施洒水分大量浪费，另外，其材料中采用的植物纤维通常需要经过碱处理才能使用，会对环境造成二次污染；其成本高，且不易降解，破坏环境，故不能较好的作为地表覆盖物使用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种地表覆盖物及其制备方法，本发明提供的地表覆盖物具有优异的力学性能和吸水性能，有利于抵挡恶劣天气及保土蓄水等，且不会污染环境，能够较好的用于地表覆盖。

本发明提供了一种地表覆盖物，按质量百分比计，包括以下组分：

所述高分子基体选自聚亚丙基碳酸酯、二氧化碳共聚物基热塑性聚氨酯、废旧聚乳酸薄膜料、对苯二甲酸-己二酸-丁二醇共聚酯和淀粉中的一种或几种。

优选的，所述秸秆纤维为稻草秸秆纤维和/或玉米秸秆纤维。

优选的，所述秸秆纤维的长度≤50mm。

优选的，所述秸秆纤维的含量为60％～80％。

优选的，所述润滑剂选自水、甘油、白油、单硬脂酸甘油酯、芥酸酰胺和乙撑双硬脂酰胺中的一种或几种。

优选的，所述增重剂选自粉煤灰、硫酸钡、滑石粉和膨润土中的一种或几种。

本发明还提供了一种上述技术方案所述的地表覆盖物的制备方法，包括以下步骤：

a)将秸秆纤维、高分子基体、润滑剂和增重剂混合，得到混合物；

b)将所述混合物经螺杆挤出机挤出，得到地表覆盖物。

优选的，所述步骤b)中，所述挤出的温度为140～165℃。

优选的，所述步骤a)包括：

a1)将润滑剂施加于秸秆纤维与高分子基体的混合物中，得到预混合物；

a2)将所述前混合物与增重剂搅拌混合，得到混合物；

所述搅拌混合的温度为20～50℃，时间为3～20min。

优选的，所述步骤a2)中，搅拌混合的转速为1500～2000rmp。

本发明提供了一种地表覆盖物，包括58％～90％的秸秆纤维、8％～40％的高分子基体、1％～3％的润滑剂和1％～10％的润滑剂，所述高分子基体选自聚亚丙基碳酸酯、二氧化碳共聚物基热塑性聚氨酯、废旧聚乳酸薄膜料、对苯二甲酸-己二酸-丁二醇共聚酯和淀粉中的一种或几种。本发明提供的地表覆盖物具有优异的力学性能和吸水性能，能够起到较好的保护作用，且能够保土蓄水，抑制扬尘；而且，其还具有优异的耐水浸泡性，能够抵制长期浸水的破坏；另外，本发明采用农业废弃物作为原料，成本低，使废弃资料得到合理化利用，还避免了农业废弃物肆意焚烧而导致的严重污染；而且，可以直接采用秸秆纤维，不需经过碱处理等特殊改性处理，不会造成二次污染；其还能够生物降解，环保性好。实验结果表明，本发明提供的地表覆盖物的拉伸强度在3.5MPa以上，弯曲强度在8.5MPa以上，吸水率在25％以上，水完全浸泡5天后仍保持完整的形状。本发明还提供了上述地表覆盖物的制备方法，其制备过程简单易行，无需复杂设备，成本低，便于规模化生产应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1的地表覆盖物的制备工艺流程图。

具体实施方式

本发明提供的地表覆盖物具有优异的力学性能和吸水性能，对裸露土壤具有较好的保护作用，能够保土蓄水，抑制扬尘；而且，其还具有优异的耐水浸泡性，能够抵制长期浸水的破坏；另外，本发明采用农业废弃物作为原料，成本低，使废弃资料得到合理化利用，还避免了农业废弃物肆意焚烧而导致的严重污染；而且，可以直接采用秸秆纤维，不需经过碱处理等特殊改性处理，不会造成二次污染；其还能够生物降解，环保性好。

本发明提供的地表覆盖物包括秸秆纤维；所述秸秆纤维优选为稻草秸秆纤维和/或玉米秸秆纤维；所述秸秆纤维为秸秆纤维化的产物，如可以为将秸秆经气爆处理所形成的纤维；所述秸秆纤维的长度优选为≤50mm，更优选为≤20mm，纤维长度过长，易影响地表覆盖物的加工性能。所述秸秆纤维的直径没有特殊限制，在一些实施例中为≤0.6mm。一般的木塑复合材料中，所用纤维必须要经过碱处理或其它改性处理后形成改性纤维才能使用，经过碱处理等改性工艺势必对环境造成二次污染，而本发明中直接采用秸秆纤维即可，无需特殊的改性处理，可避免二次污染。

本发明中，秸秆纤维的用量为58％～90％，优选为60％～80％，结合材料的加工、样品成型及产品性能等综合性能的比较，用量最优选为80％。本发明提供的地表覆盖物中秸秆纤维含量较高，能够使秸秆纤维得到充分最大化利用，既环保又经济。

本发明以农业废弃物秸秆纤维作为原料，能够使废弃资源得到合理化利用，且大大降低了地表覆盖物产品的成本，且还避免了农业废弃物肆意焚烧而导致的严重污染；另外，稻草秸秆由于含碳量等营养成分低，难以进行二次利用，若进行利用则需要通过复杂工艺和较高的成本来提高其附加值，故废弃稻草秸秆通常的处理方式是直接进行焚烧，从而导致严重环境污染，为缓解环境污染可优选稻草秸秆纤维作为纤维原料。

本发明提供的地表覆盖物还包括高分子基体，所述高分子基体选自聚亚丙基碳酸酯(即PPC)、二氧化碳共聚物基热塑性聚氨酯、废旧聚乳酸薄膜料、对苯二甲酸-己二酸-丁二醇共聚酯(即PBAT)和淀粉中的一种或几种。本发明中，所述高分子基体的用量为8％～40％，优选为14％～40％。本发明对所述高分子基体的来源没有特殊限制，为一般市售品或常规废弃料即可，如二氧化碳共聚物基热塑性聚氨酯可以购自江苏中科金龙化工有限公司，牌号为T4，Mw(即重均分子量)为1.59×10⁶，密度为1.14g/cm³。本发明提供的高分子基体能够与秸秆纤维很好的粘合交织，提高产品性能，且能够完全生物降解，较为环保，能够满足覆盖裸土的需求。

本发明提供的地表覆盖物还包括润滑剂；本发明中，所述润滑剂优选为水、甘油、白油、单硬脂酸甘油酯、芥酸酰胺和乙撑双硬脂酰胺中的一种或几种，其能够改善物料加工时的流动性，便于加工成型，提高加工效率，且使得到的地表覆盖物产品表面光洁。本发明中，润滑剂的用量为1％～3％。本发明对所述润滑剂的来源没有特殊限制，为一般市售品即可。

本发明提供的地表覆盖物还包括增重剂；本发明中，所述增重剂优选为粉煤灰、硫酸钡、滑石粉和膨润土中的一种或几种，本发明选用的增重剂与上述其它原料组分有较好的结合性，在不破坏产品性能的基础上能够提高产品的致密度，有利于地表覆盖物产品抵御风吹，且在水中不易漂浮，能够更好的应用于裸露地表的覆盖。本发明中，增重剂的用量为1％～10％，优选为5％～10％。

本发明提供的地表覆盖物具有优异的力学性能和吸水性能，能够起到较好的保护作用，能够保土蓄水，抑制扬尘；而且，其还具有优异的耐水浸泡性，能够抵制长期浸水的破坏。实验结果表明，本发明提供的地表覆盖物的拉伸强度在3.5MPa以上，弯曲强度在8.5MPa以上，吸水率在25％以上，水完全浸泡5天后仍保持完整的形状，密度在1.0g/cm³以上，具有较好的耐风吹性。

本发明还提供了上述技术方案所述的地表覆盖物的制备方法，包括以下步骤：

b)将所述混合物经螺杆挤出机挤出，得到地表覆盖物。

按照本发明，先将秸秆纤维、高分子基体、润滑剂和增重剂混合，得到混合物。其中，所述秸秆纤维、高分子基体、润滑剂和增重剂的种类、用量和来源与上述技术方案一致，在此不再赘述。

本发明优选通过以下方式混合原料：a1)将润滑剂施加于秸秆纤维与高分子基体的混合物中，得到预混合物；a2)将所述前混合物与增重剂搅拌混合，得到混合物。步骤a1)中，施加润滑剂的方式没有特殊限制，能够将润滑剂均匀施加于秸秆纤维与高分子基体的混合物中即可，如可以通过淋洒的方式施加润滑剂。步骤a2)中，搅拌混合的温度优选为20～50℃，即在一般室温下进行即可，搅拌混合的时间优选为3～20min。所述搅拌混合可借助于高速搅拌机(即高搅机)进行，其转速优选为1500～2000rmp。

按照本发明，得到混合物后，将所述混合物经螺杆挤出机挤出，得到地表覆盖物。所述挤出的温度优选为140～165℃。在一些实施例中，从单螺杆挤出机的喂料口到模头可依次设置温度为145℃、160℃、165℃和165℃。本发明中，挤出机的模头可依据需求设计出特定的形状，从而挤出得到具有相应形状的地表覆盖物产品，如在一些实施例中，可将模头设计成三瓣梅花形，从而得到三瓣梅花形的地表覆盖物产品。

本发明提供的制备方法简单易行，无需复杂设备，成本低，便于规模化生产应用。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

实施例1

将60g经过气爆处理后的稻草秸秆纤维分别与31g不同的高分子基体(分别为淀粉、二氧化碳共聚物基热塑性聚氨酯、聚亚丙基碳酸酯、对苯二甲酸-己二酸-丁二醇共聚酯)混合，得到4份前混合物；再将3g甘油分别淋洒于上述4份前混合物上，得到4份预混物；之后将4份预混物分别与6g硫酸钡加入到高搅机中，在2000rpm转速下室温搅拌混合3min，得到4份混合物；将所得4份混合物投入单螺杆挤出机中，挤出机从喂料口到模头的温度依次为145℃、160℃、165℃和165℃，模头为三瓣梅花状，经挤出机挤出后，得到4份地表覆盖物产品(分别记为1a、1b、1c、1d)。其制备工艺流程如图1所示，图1本实施例地表覆盖物的制备工艺流程图。

对所得地表覆盖物的力学性能、吸水率(产品浸泡在水中后所增加的最大重量百分率)、耐水性(将产品完全浸没在水中5天后，观察产品外形)和密度进行测试，测试结果参见表1，表1为本实施例的地表覆盖物的性能测试结果。

表1实施例1的地表覆盖物的性能测试结果

	样品1a	样品1b	样品1c	样品1d
					拉伸强度，MPa	3.5	5.3	5.5	4.9
断裂伸长率，％	2.0	16.3	7.0	18.7
					拉伸模量，MPa	133	280.0	466.0	331.0
弯曲强度，MPa	8.7	22.0	16.0	11.0
					弯曲模量，MPa	725.0	1451.0	2028.0	635.0
密度，g/cm³	1.3	1.3	1.2	1.3
					吸水率，％	80	35	30	26
耐水性，5天	形状完好	形状完好	形状完好	形状完好

由该实施例可知，本发明提供的地表覆盖物产品具有良好的吸水性、抗风吹性、抗水浸泡性能和好的力学性能。其中，高分子基体为二氧化碳共聚物基热塑性聚氨酯(样品1b)的综合性能最优。

实施例2

按照样品1b的制备过程制备，不同的是，将秸秆纤维用量调整为160g(即秸秆纤维含量为80％)，所得地表覆盖物记为样品2m；

按照样品1c的制备过程制备，不同的是，将秸秆纤维用量调整为360g(即秸秆纤维含量为90％)，所得地表覆盖物记为样品2n。

按照实施例1的测试方法对所得地表覆盖物进行性能检测，测试结果参见表2，表2为本实施例的地表覆盖物的性能测试结果。

表2实施例2的地表覆盖物的性能测试结果

由该实施例可知，本发明提供的地表覆盖物产品在纤维含量为60％～90％时均具有良好的吸水性、抗风吹性、抗水浸泡性能和好的力学性能。其中，秸秆纤维含量为80％时，所得产品的各项性能最优。

实施例3

按照样品1b的制备过程制备，不同的是，将秸秆纤维替换为玉米纤维，所得地表覆盖物记为3-1；

按照样品1b的制备过程制备，不同的是，将甘油替换为水，将硫酸钡替换为粉煤灰，所得地表覆盖物记为3-2；

按照样品1b的制备过程制备，不同的是，将甘油替换为白油，将硫酸钡替换为滑石粉，所得地表覆盖物记为3-3；

按照样品1b的制备过程制备，不同的是，将甘油替换为单硬脂酸甘油酯，将硫酸钡替换为膨润土，所得地表覆盖物记为3-4；

按照样品1b的制备过程制备，不同的是，将甘油替换为芥酸酰胺，所得地表覆盖物记为3-5；

按照样品1b的制备过程制备，不同的是，将甘油替换为乙撑双硬脂酰胺，所得地表覆盖物记为3-6。

按照实施例1的测试方法对所得地表覆盖物进行性能检测，测试结果参见表3，表3为本实施例的地表覆盖物的性能测试结果。

表3实施例3的地表覆盖物的性能测试结果

由该实施例可知，本发明提供的地表覆盖物产品具有良好的吸水性、抗风吹性、抗水浸泡性能和好的力学性能。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种地表覆盖物，其特征在于，按质量百分比计，包括以下组分：

2.根据权利要求1所述的地表覆盖物，其特征在于，所述秸秆纤维为稻草秸秆纤维和/或玉米秸秆纤维。

3.根据权利要求1或2所述的地表覆盖物，其特征在于，所述秸秆纤维的长度≤50mm。

4.根据权利要求1所述的地表覆盖物，其特征在于，所述秸秆纤维的含量为60％～80％。

5.根据权利要求1所述的地表覆盖物，其特征在于，所述润滑剂选自水、甘油、白油、单硬脂酸甘油酯、芥酸酰胺和乙撑双硬脂酰胺中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的地表覆盖物，其特征在于，所述增重剂选自粉煤灰、硫酸钡、滑石粉和膨润土中的一种或几种。

7.一种权利要求1～6中任一项所述的地表覆盖物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

b)将所述混合物经螺杆挤出机挤出，得到地表覆盖物。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤b)中，所述挤出的温度为140～165℃。

9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤a)包括：

a2)将所述前混合物与增重剂搅拌混合，得到混合物；

所述搅拌混合的温度为20～50℃，时间为3～20min。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述步骤a2)中，搅拌混合的转速为1500～2000rmp。