CN108124727B - 一种用于无土栽培的紫胶废弃渣培养基质及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于无土栽培的紫胶废弃渣培养基质及其制备方法,属于无土栽培技术领域。制备所述紫胶废弃渣培养基质的原料包括:紫胶废弃渣胶100重量份、TGIC 8‑13重量份、复合发泡剂1.5‑15重量份、聚乙二醇2‑10重量份、复合填料;其中,复合填料与紫胶废弃渣胶的体积质量比为3.3‑3.7mL/g。其制备方法为:将废弃紫胶渣胶于电动搅拌下升温到60OC,加入计量的TGIC和复合发泡剂,搅拌混合均匀后加入计体积的复合填料,继续搅拌使之混合均匀;将混合物倒入已涂抹脱模剂硅油的成型模具中,然后置于烘箱中加热固化发泡;将成型模具(含物料)移入另一烘箱中熟化处理,冷却后脱模即得到发泡材料。本发明的泡沫材料,利用了紫胶废弃渣胶资源,所得泡沫材料性能良好,具有可降解性。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于无土栽培的紫胶废弃渣培养基质及其制备方法,属于无土栽培技术领域。
背景技术
紫胶又名虫胶,是紫胶虫寄生于一些豆科植物树枝上吸食树汁后分泌的一种紫红色天然树脂,其主要产区在云南、贵州和四川等地,是这些边远地区的一种重要的可再生资源(黄喜坚,唐辉等,紫胶的特性和应用[J],杭州化工,2009,39(1);11-15)。为提高这一特色资源的利用价值,行业内一般都对天然的紫胶颗粒胶进行一定的深加工,用其生产片胶,脱色胶及漂白胶,提取紫胶色素、紫胶蜡及紫胶桐酸([1]廖亚龙等,国内外紫胶深加工技术现状及趋势[J],林业科学,2007,43(7):95-100);[2]唐辉等,一种二氧化氯醇类溶剂漂白紫胶的方法及其应用[P],CN201110235953.2;[3]卯武斌等,一种脱蜡脱色紫胶的制备方法[P],CN104694010A)。其中,紫胶桐酸的用途广泛,不仅可以作为大环麝香类香料、前列腺素、昆虫信息素、环酰脲、营养能量剂等的原料,而且也可应用于防紫外线、防辐射、耐高温的航天航空材料的制备,其售价也极高,这些因素使其成为行业内重点关注和生产的紫胶深加工产品([1]周铁生等,紫胶桐酸的制备方法[P],CN1070905A;[2]廖亚龙等,从天然紫胶中提取紫胶桐酸的工艺条件[J],食品与发酵工业,2006,32(6):137-139;[3]刘世平等,微波皂化法制备紫胶桐酸[J],食品科学,2011,32(14):79-84)。目前广泛采用的皂化法从紫胶片提取紫胶桐酸的得率只有20-26.6%,从颗粒紫胶提取时得率更低至11-16%,这些工艺提取紫胶桐酸后会形成大量的黑色黏稠状紫胶废弃渣胶,这部分渣胶约占原料紫胶的73-85%,目前的生产企业一般把其当作燃料烧掉,造成了很大的资源浪费,对紫胶加工企业综合效益产生了很大的影响。这种情形下,为紫胶废弃渣胶寻找合适的利用途径,就成为相关企业的迫切要求。
根据哈成勇等人对中国紫胶树脂组成的研究结果[哈成勇等,中国紫胶树脂基本组成的研究[J],分析化学研究简报,1999,27(2):178-181],中国紫胶中的属于链状脂肪酸的紫胶桐酸被提取后,紫胶废弃渣胶中的主要成分就属于环状萜烯酸的壳脑(醛)酸或其缩聚物,壳脑酸及其缩合物的结构式如下:
壳脑酸的分子结构可以看出,其分子中富含羟基和羧基,这些基团具有一定的化学反应活性,在此基础上利用聚合和交联反应原理可为其量身定制相应的化学反应,通过其分子的扩链和交联形成网状结构,从而制备出一种源自可再生的紫胶资源的可生物降解的新型泡沫材料,进而为目前废弃的或只能低值利用的紫胶渣胶找到新的应用途径,促进紫胶废弃渣胶的资源化利用。
另一方面,我国人口众多,土地资源有限。随着土地资源的日趋紧缺、植物特殊的栽培要求以及环境保护的迫切性,传统上的土壤栽培已不能满足现代农业生产的需要,作为替代土壤栽培的无土栽培产品越来越受到重视。在人口密集,土质较差的地方尤其应大力发展无土立体化栽培,这一种植技术可提高土地利用率,提高单位面积产量和温室设备利用率,是一种节约型农业和工厂化高效化农业的种植技术(E A VAN OS. Soillessgrowing systems in Europe [R]. Canadian Greenhouse Conference, Mississauga,2000-08-31)。因此,无土栽培基质的研发将是发展高效农业的新途径。
在上述背景下,本发明申请提出的方法,其所用原料具有天然和环境友好及可再生特性,这一技术方案顺应了新世纪化学工业由矿物资源为原料向生物资源为原料的转型要求,符合现代社会的绿色与循环经济的可持续发展战略,还可为偏远和欠发达地区的农林产业初级原料的高附加值和高技术应用起到一定的借鉴作用。在现有文献中,利用提取紫胶桐酸后的紫胶废弃渣胶制备的无土栽培基质的制备方法均未见报道。
发明内容
为解决和克服现有技术提取紫胶桐酸后的紫胶渣胶只能废弃或作为燃料烧掉,宝贵的自然资源被极度浪费问题和技术缺陷。
本发明提供了一种用于无土栽培的紫胶废弃渣培养基质,制备所述紫胶废弃渣培养基质的原料包括:紫胶废弃渣胶 100重量份、TGIC 8-13重量份、复合发泡剂1.5-15重量份、聚乙二醇2-10重量份、复合填料;其中,复合填料与紫胶废弃渣胶的体积质量比为3.3-3.7mL/g。
本发明所述的紫胶废弃渣胶为来自紫胶桐酸生产过程中产生的废弃渣胶,真空干燥脱去水分后室温下为黑色黏稠液体,酸值为188.52mg·g-1。
所述的异氰尿酸三缩水甘油酯(TGIC)为化学试剂,熔点90~125℃,理论环氧值为10.1当量/千克,研磨成粉末后使用,其结构式如下:
本发明所述所述复合发泡剂为偶氮二甲酰胺(AC)与其活化剂组成的混合物;活化剂为三乙醇胺、醋酸锌、尿素中的一种、两种或多种按任意比例混合组成的混合物,偶氮二甲酰胺(AC)与其活化剂的68/32~80/20。
本发明所述所述聚乙二醇(PEG)为不同分子量的PEG400、PEG600、PEG800、PEG1000中的一种、两种或多种按任意比例混合组成的混合物。
本发明的另一目的在于提供所述用于无土栽培的紫胶废弃渣培养基质的制备方法,包括如下操作步骤:
(1)按照配方称取紫胶废弃渣胶、TGIC、复合发泡剂和聚乙二醇;将紫胶废弃渣胶于电动搅拌下升温到50~80 0C ,搅拌15min加入计量的TGIC和复合发泡剂,后加入计体积的复合填料,继续搅拌10~30min 使之混合均匀;
(2)将混合物倒入已涂抹脱模剂硅油的圆台型成型模具中,然后置于160~1800C烘箱中加热固化发泡30~45min ;
(3)将长方型模具含物料移入120~1400C烘箱中熟化4~8h;
(4)将成型模具取出后冷却到室温,将成型材料脱模,即得到紫胶废弃渣培养基质。
本发明制备的紫胶废弃渣培养基质及其培养基质,具有可降解性,并利用废弃紫胶中壳脑酸中的-OH和-COOH与TGIC中的环氧基的反应,实现壳脑酸的扩链和交联反应,从而能保证紫胶废弃残胶的分子量提升与和充分固化,进而保证泡沫材料和培养基质获得良好的发泡效果和性能指标。
本发明所涉及的TGIC对紫胶废弃渣胶中的壳脑酸或其缩合物的扩链与交联的反应原理如下:
本发明的原理和具体特点是:(1)利用提取紫胶酮酸后的紫胶废弃渣胶通过熔体发泡法制备紫胶废弃渣培养基质(2)利用紫胶渣胶中的壳脑酸及其缩合物中富含羟基和羧基的结构特点,采用多环氧化合物TGIC对其进行扩链和交联反应,为后续的熔体发泡创造条件;(3)加入复合填料参与发泡后制得的紫胶废弃渣胶培养基质,在密度、pH值、电导率,阳离子交换能力等符合文献中的无土栽培基质指标要求,栽培试验表明该基质可适应植物(蔬菜和花卉)的种植;(4)该方法为紫胶渣胶找到了一条新的应用途径,可促进其资源化利用。
本发明的有益效果:
(1)只需对提取紫胶酮酸后的紫胶废弃渣胶进行简单处理后就可使其成为培养基质的制备原料,该原料源自可再生的紫胶资源。
(2)紫胶废弃渣胶中的壳脑酸或其缩合物中富含羟基和羧基,为扩链反应和交联反应提供了反应活性,只需加入TGIC类多环氧化合物就能实现其扩链和交联反应,熔体反应容易实现,试剂要求简单。
(3)紫胶废弃渣胶中的壳脑酸或其缩合物富含羟基和羧基,使其在培养基质制备中与复合填料有良好的亲和性好,并能提供一定的离子交换能力。
附图说明
图1是花卉和蔬菜在紫胶废弃渣胶泡沫材料培养基中的生长状况图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明,但本发明的内容不局限于这些实施例;依据本发明实施例为启示,参考上述说明内容,由本领域技术人员在不偏离本发明技术思想范围内,进行若干推演、替换以及多样化的变更和修改,都应当视为属于本发明的保护范围。
本发明实施例中所述复合填料1组成(体积比)为甘蔗渣/腐植土/褐煤粉(a:50/25/25;b:70/15/15;c:100/0/0),复合填料2为甘蔗渣/珍珠岩/褐煤粉/腐植土/细沙(a:25/25/25/0/25;b:12.5/12.5/12.5/10/12.5;c:20/20/20/20/20),复合填料3为珍珠岩/褐煤粉/细沙(34/33/33)。
本发明实施例1~9所述紫胶废弃渣胶泡沫材料培养基质的制备方法,具体操作步骤如下:
(1)按照配方称取紫胶废弃渣胶、TGIC、复合发泡剂和聚乙二醇;将紫胶废弃渣胶于电动搅拌下升温到60℃(也可以升温到50~80℃范围内的任意温度,例如50℃、80℃),搅拌15min加入计量的TGIC和复合发泡剂,后加入计体积的复合填料,继续搅拌30min 10~30min使之混合均匀。
(2)将混合物倒入已涂抹脱模剂硅油的圆台型成型模具中,然后置于1800C (还可以取160~1800℃范围内的任意温度,例如160℃、180℃)烘箱中加热固化发泡30min 30~45min(还可以取30~45min范围内的任意时间,例如30 min、45min)。
(3)将长方型模具含物料移入120℃(还可以取120~140℃范围内的任意温度,例如120℃、140℃)烘箱中熟化6h 4~8h(还可以取4~8h范围内的任意时间,例如4h、8h)。
(4)将成型模具取出后冷却到室温,将成型材料脱模,即得到紫胶废弃渣培养基质,所得紫胶废弃渣胶泡沫材料培养基质充分浸泡水洗24h后用于植物栽培试验。
实施例1-9的制备方法参考实施例1的制备方法,原料质量份数配比见表1。
表1紫胶废弃渣胶泡沫材料培养基质(实施例1-9)的原料质量份数配比
上述实施例制备所得泡沫材料培养基的性能评估:容重、吸水率与持水率(24h)采用通用方法测定。pH值和电导率(EC)参照标准GB 7859-87测定,按培养基质/水(质量比)为1/10制备测试液。阳离子交换能力(CEC)参照标准GB 8144-87测定;实施例10-18的性能评估结果见表2。
部分实施例的培养基经过水浸泡24h后进行植物栽培试验。
表2紫胶废弃渣胶泡沫材料培养基(实施例1-9)的性能*
*:培养基质性能的文献参照值:密度为0.453~0.563g/cm3,pH值为5.8~6.4,电导率为0.647~0.889m mol/g,阳离子交换能力为0.52~1.56ds/m([1]唐仕华,椰糠—一种种植蔬菜的良好基质[J].世界热带农业信息,2000,8:14;[2] Marta Benito,et al.Useof Pruning Waste compost as a component in soilless Growing Media[J].Bioresource Technology,2005,96:597-603)。
图1是花卉和蔬菜在紫胶废弃渣胶泡沫材料培养基中的生长状况图,可以看出该培养基可适应植物(如蔬菜和花卉)的种植。
Claims (5)
1.一种用于无土栽培的紫胶废弃渣培养基质的制备方法,其特征在于:制备所述紫胶废弃渣培养基质的原料包括:紫胶废弃渣胶 100重量份、TGIC 8-13重量份、复合发泡剂1.5-15重量份、聚乙二醇2-10重量份、复合填料;其中,复合填料与紫胶废弃渣胶的体积质量比为3.3-3.7mL/g;
所述用于无土栽培的紫胶废弃渣培养基质的制备方法,包括如下操作步骤:
(1)按照配方称取紫胶废弃渣胶、TGIC、复合发泡剂和聚乙二醇;将紫胶废弃渣胶于电动搅拌下升温到50~80℃,搅拌15min加入计量的TGIC和复合发泡剂,后加入计体积的复合填料,继续搅拌10~30min使之混合均匀;
(2)将混合物倒入已涂抹脱模剂硅油的圆台型成型模具中,然后置于160~180℃烘箱中加热固化发泡30~45min;
(3)将圆台型成型模具含物料移入120~140℃烘箱中熟化4~8h;
(4)将圆台型成型模具取出后冷却到室温,将成型材料脱模,即得到紫胶废弃渣培养基质。
2.根据权利要求1所述用于无土栽培的紫胶废弃渣培养基质的制备方法,其特征在于:所述的紫胶废弃渣胶为来自紫胶桐酸生产过程中产生的废弃渣胶,真空干燥脱去水分后室温下为黑色黏稠液体,酸值为188.52mg·g-1。
3.根据权利要求1所述用于无土栽培的紫胶废弃渣培养基质的制备方法,其特征在于:所述复合发泡剂为偶氮二甲酰胺与其活化剂组成的混合物;活化剂为三乙醇胺、醋酸锌、尿素中的一种或多种按任意比例混合组成的混合物,偶氮二甲酰胺与其活化剂的质量比为68/32~80/20。
4.根据权利要求1所述用于无土栽培的紫胶废弃渣培养基质的制备方法,其特征在于:所述聚乙二醇(PEG)为不同分子量的PEG400、PEG600、PEG800、PEG1000中的一种、两种或多种按任意比例混合组成的混合物。
5.根据权利要求1所述用于无土栽培的紫胶废弃渣培养基质的制备方法,其特征在于:所述复合填料为甘蔗渣、腐植土、褐煤粉、珍珠岩、粉煤灰和细沙的1种或2种以上按任意比例混合组成的混合物。
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