CN108353691B

CN108353691B - 一种育秧生物质成型材料及制备方法

Info

Publication number: CN108353691B
Application number: CN201810085722.XA
Authority: CN
Inventors: 张伟; 张博; 亓立强; 李睿; 符海霸; 赵越; 于丽娟
Original assignee: Heilongjiang Bayi Agricultural University
Current assignee: Heilongjiang Bayi Agricultural University
Priority date: 2018-01-30
Filing date: 2018-01-30
Publication date: 2020-01-14
Anticipated expiration: 2038-01-30
Also published as: CN108353691A

Abstract

本发明的一种育秧生物质成型材料及制备方法涉及装幼苗的土壤营养钵的制备，牛粪或羊粪50～100份、含纤维素的秸秆0～50份制成，是通过下步骤实现的：将牛粪或羊粪50～100份及含纤维素的生物质0～50份混合均匀后，在10～30Mpa的压力下持续加热至170～270℃，恒温恒压15s以上，再降温至60℃以下，即完成生物制成型材料的制备。本发明的一种育秧生物质成型材料，移栽过程中减少了塑料育苗钵所需的脱钵环节，无缓苗，延长作物有效生育期，还具备透水、透气性好，幼苗根系易穿透，利于秧苗生长发育，可与秧苗共同移栽，移栽后可自然降解等优点。同时秸秆腐解物及秸秆改良材料能显著改善土壤理化性质。本材料可完全降解，无任何胶黏剂添加，环保无污染。

Description

一种育秧生物质成型材料及制备方法

技术领域

本发明涉及装幼苗的土壤营养钵的制备，特别是涉及到一种育秧生物质成型材料及制备方法。

背景技术

黑龙江地区地处高纬度地带，气候、土壤等环境条件差，无霜期短，玉米生育期较短。采用玉米钵育移栽技术种植玉米可增加玉米生育期10-15天，能够缓解我国北方积温低、生育期短的问题，是提高玉米产量和品质的有效生产方式之一，具有增产增收的效果。传统育秧移栽方式效率低，机械化移栽可降低人工劳动强度，提高移栽效率。在机械化育秧移栽中，育秧载体的使用贯穿育秧移栽始终，是实现标准化育秧和有序化移栽的前提。

目前，育苗方式采用的育苗载体主要有：塑料钵盘、纸质钵盘、营养钵（块）和以秸秆和粘土为原料的钵盘等。在国内多用塑料钵进行育苗，但塑料钵盘存在透气性差、不能在土壤中降解、残膜污染土壤，脱膜移栽则易伤根系而影响成活率。纸钵的直立性和透气性等均比较好，即使存在成本高、制造时对环境会产生一定污染和不适应于高湿环境、不能实现自动、准确和有序供秧等问题，在国外也得到了较为广泛的应用。营养钵块都是单钵，不适应于有序育苗、有序移栽的自动化移栽机的需求。

另外，现有的育秧用生物质成型材料多为作物秸秆和粘土等制备而成，为了保证有序育秧移栽的要求、保证成型效果和成型后强度，在成型过程中或多或少都需要添加化学胶、生物胶或粘土，不但不环保，而且成本高，原材料运输不便宜等问题。现有动物粪便生物质钵盘，由于其成型材料强度较差，因此多位单体钵或育秧块，虽然可完全降解但由于其无序性不能实现自动、准确和有序供秧等问题，无法满足自动化移栽的需求。

发明内容

本发明旨在于克服现有技术的不足，提供了一种育秧生物质成型材料及制备方法，其充分利用牛粪中木质素以及秸秆中纤维素，以牛粪作为主要原料，设计一种无胶黏剂添加生物质秧盘，使其既满足玉米育秧移栽时得农业生产需要，入土后又可完全降解，并在玉米育秧过程中及大田移栽后提供一定的养分。

本发明的一种育秧生物质成型材料，是由下列物质按重量份数制成，牛粪或羊粪50～100份，含纤维素的秸秆0～50份。

作为本发明的进一步改进，优先牛粪或羊粪70～90份，含纤维素的秸秆10～30份。

作为本发明的进一步改进，优先牛粪或羊粪80～85份，含纤维素的秸秆15～20份。

作为本发明的进一步改进，所述的成型材料的综合含水率为22～43%。

作为本发明的进一步改进，所述的含纤维素的秸秆为水稻秸秆或玉米秸秆。

本发明一种育秧生物质成型材料的制备方法，是通过下步骤实现的：

a、混合：将牛粪或羊粪50～100份及含纤维素的生物质0～50份混合均匀；

b、恒温恒压：将经a步骤制得的物料，在10～30Mpa的压力下持续加热至170～270℃，恒温恒压15s以上；

c、成型：将经b步骤压缩后成型物料降温至60℃以下，即完成生物制成型材料的制备。

本发明中所述的，含纤维素的生物质，其纤维素含量大于40%，主要是指农林业生产过程中除粮食、果实以外的秸秆、树木等木质纤维素、农产品加工业下脚料及农林废弃物等物质。

本发明的一种育秧生物质成型材料，其育秧秧苗齐壮、均匀、抗倒伏，抗病，移栽过程中减少了塑料育苗钵所需的脱钵环节，无缓苗，延长作物有效生育期等优势外，还具备透水、透气性好，幼苗根系易穿透，利于秧苗生长发育，可与秧苗共同移栽，移栽后可自然降解等优点。同时秸秆腐解物及秸秆改良材料能显著改善土壤理化性质。本材料可完全降解，无任何胶黏剂添加，不但其强度满足了有序育秧移栽的要求，且环保无污染，相比纸质育苗钵的成本要低。且牛粪入土分解后可作为肥料为作物提供养分，从而减少化学肥料的施用量。

具体实施方式

实施例1

本发明的一种育秧生物质成型材料制备玉米或蔬菜专用育秧钵盘，是通过下步骤实现的：

a、加温：将50～100份牛粪和0～50份水稻秸秆加热至170～270℃，其优先温度190℃以上；

b、压缩：将经a步骤制得的物料在10～30Mpa的压力下，恒温恒压15s～40min；

c、成型：将经b步骤压缩后的物料降温至60℃以下，即完成生物制成型材料的制备。

实施例2

本发明的一种育秧生物质成型材料制备水稻专用育秧钵盘，是通过下步骤实现的：

a、加温：将牛粪95份和玉米秸秆5份均匀混合；

b、压缩：将经a步骤制得的物料，在10～30Mpa的压力下加热至260～270℃，恒温恒压15s～40min；本步骤中利用牛粪中木质素玻璃态转化特性，常温状态下牛粪中木质素为弹塑性状态，当温度高于70摄氏度时木质素开始软化，当温度持续升高到170℃时，木质素加速软化而达到液化状态并有流动性，此时在压力作用下，牛粪中的木质素析出，并与牛粪中的纤维素及秸秆中的纤维素相融合，使生物质物料物理结构进行重组；

c、成型：将经b步骤压缩后的物料降温至60℃以下，即完成生物制成型材料的制备；虽然木质素软化点为70℃，但当温度低于60℃后木质素固化效果较好。此时木质素从变回弹塑性状态，生物质秧盘定型，强度大大提升。由于木质素具有成膜特性且不溶于水，在升温过程贴近模具析出的木质素会在秧盘外表面形成一层木质素薄膜，使秧盘具有防水性能。

实施例3

制备厚度为2～3.5 mm水稻专用育秧钵盘，是通过下步骤实现的：

a、加温：将羊粪90份和大豆秸秆10份均匀混合，综合含水率控制在30～36%；

b、压缩：将经a步骤制得的物料在20Mpa的压力下，持续加热至240～250℃，恒温恒压1～5min；

实施例4

制备厚度为1～2 mm的水稻专用育秧钵盘，其制备方法如下：

a、加温：将牛粪80份和玉米秸秆20份均匀混合，综合含水率控制在35～43%；

b、压缩：将经a步骤制得的物料在10Mpa的压力下，持续加热至240℃，恒温恒压30s～1min；

c、成型：将经b步骤压缩后的物料降温至60℃以下，即完成生物制成型材料的制备

实施例5

制备厚度为≥3.5 mm玉米专用育秧钵盘，是通过下步骤实现的：

a、加温：将牛粪75份和玉米秸秆25份均匀混合，综合含水率控制在22～33%；

b、压缩：将经a步骤制得的物料在30Mpa的压力下，持续加热至230℃，恒温恒压3～15min；

实施例6

制备厚度为≥8mm育秧钵盘，是通过下步骤实现的：

a、加温：将牛粪50份和水稻秸秆50份均匀混合，综合含水率控制在22～28%；

b、压缩：将经a步骤制得的物料在15Mpa的压力下，持续加热至215℃，恒温恒压20～30min；

实施例7

本发明的一种育秧生物质成型材料制备常用蔬菜专用育秧钵盘，是通过下步骤实现的：

a、加温：将羊粪60份和水稻秸秆40份均匀混合后放入成型模具中，对模具加热至190℃；

b、压缩：将经a步骤制得的物料在10～30Mpa的压力下，恒温恒压30s～40min；

本发明的一种育秧生物质成型材料制备，其秸秆长度控制在5mm以内，其物料综合含水率22～43%，含水率越高物料流动率越好，含水率越低成型后材料初始强度越高。含水率的选择与所要成型材料的厚度有关，具体见下表:

厚度(mm)	综合含水率（%）	控制时间
			1～2 mm	35～43%	15s～1min
2～3.5 mm	30～36%	1～5 min
			3.5～8mm	22～33%	3～15 min
≥8 mm	22～28%	15～40 min

木质素不溶于水等一般液体，且木质素从入土后到完全降解只需要3个月的时间，因此，本配方的成型材料，不但可以确保其所需的韧性，而且环保无污染。

牛粪含量从50～100%变化，秸秆含量从50～0%变化，采用上述方法皆可以成型，并具有满足作物移栽的要求。但通过实验研究在上述配比范围内，牛粪含量越高秧盘防水性能越好成型材料硬度越高，秸秆含量越高抗拉性能越好。

本发明的一种育秧生物质成型材料制备的原理如下：

（1）木质素、木质纤维素热性质

牛粪加热后产生木质素，木质素属于非晶体，在常温下，其主要部分不溶于任何溶剂，也没有熔点，但有软化点，当温度达到70-110℃时，木质素开始软化，粘结力增加，在200-300℃的高温条件下，木质素软化程度加剧而达到液化，此时加以一定的压力使其与纤维素紧密粘结，秸秆颗粒开始重新排列位置关系，内部相邻秸秆颗粒相互胶接，排解出分子结构中的空气，并发生机械变形和塑性流变。

木质素纤维素外观为棉絮状，呈白色或灰白色。通过筛选分裂，高温处理，漂白，化学处理，中和，筛分成不同长度和粗细的纤维以适应不同应用材料的需要。

（2）粘结机理

牛粪、秸秆中均含有纤维素、半纤维素、木质素，其中木质素属当达到一定温度范围时会产生较好的粘合力。因此在包含牛粪、秸秆的生物质物料热压成型过程中，木质素被加热后可充当成型时的粘结剂，起到了增强秸秆细胞壁、粘合纤维素的作用。在压制成型中，当木质素的粘合力得以发挥时，木质素可粘结其附近的纤维素改变物理牵连结构，冷却后固化成型。

（3）物料颗粒的填充、形变机理

松散的物料堆积时具有较高的空隙率，物料颗粒之间存在着大量的空隙。将物料制备成型时，颗粒之间的空隙在受到一定压力条件下会减少或变小，并使位置发生移动或重新排列，颗粒接触状态也会发生变化。在完成对模具有限空间的填充之后，伴随着原始颗粒的弹性变形和因相对位移而造成的表面破坏，实现密实填充。由应力产生的塑性变形会随着压力的增大继续降低颗粒之间的空隙率，进一步增大物料填充密度。当施加的成型压力撤去后，物料颗粒之间由于互相填充、缠绕和绞合改变了原来物料的结构形状已不能再恢复，从而具有一定密度和结构形状的产品制备完成。

Claims

1.一种育秧生物质成型材料，是由下列物质按重量份数制成，牛粪或羊粪50～100份，含纤维素的生物质0～50份；

通过下步骤实现的：

2.如权利要求1所述的一种育秧生物质成型材料，其特征在于牛粪或羊粪70～90份，含纤维素的生物质10～30份。

3.如权利要求2所述的一种育秧生物质成型材料，其特征在于牛粪或羊粪80～85份，含纤维素的生物质15～20份。

4.如权利要求1或2或3所述的一种育秧生物质成型材料，其特征在于成型材料的综合含水率为22～43%。