CN108849384A - 一种无土栽培基质及其制备方法 - Google Patents

一种无土栽培基质及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明尤其涉及一种无土栽培基质及其制备方法。本发明公开了一种无土栽培基质，按重量份计，包括以下组分：聚酯多元醇80‑120份、多异氰酸酯20‑60份、亲水扩链剂3‑10份、成盐剂2‑10份、扩链剂1‑10份、催化剂0.01‑2份、水100‑300份、有机基质30‑60份、无机基质30‑60份和亲水改性异氰酸酯三聚体1‑10份。该无土栽培基质为连续一体的无土栽培基质，方便运输、存储和使用，且无残留异氰酸根离子，环保性好，该无土栽培基质较吸水率、保水率高，密度小，该制备方法使用水性聚氨酯胶黏剂和水，使得制备得到的无土栽培基质无残留的异氰酸根离子，安全可靠、节约了制备成本，解决了现有的无土栽培基质不方便运输、存储和使用，会挥发大量异氰酸根离子，影响人们健康，不环保的问题。

Description

一种无土栽培基质及其制备方法
技术领域
本发明涉及无土栽培技术领域，尤其涉及一种无土栽培基质及其制备方法。
背景技术
无土栽培具有省地、省水、省肥、受环境影响小、作物生长快、高产、优质、病虫害少等诸多优点，不仅在生产上可降低成本，节约肥料、水及劳动力，简化工序，而且达到高产、优质、高效的目的，使得作物栽培向着工厂化、现代化方向发展。基质栽培是无土栽培的最主要、应用最广的形式。由于投资少、成本低、易推广等优点，在提高栽培植物的产量和品质的同时，减少了环境污染和劳动操作强度，深受人们的欢迎。
无土栽培基质可分为有机基质、无机基质、有机/无机混合基质。无机基质一般不含营养物质，基本满足植株生长所需束缚水的需要，在栽培种多作支持物或调节基质孔隙度等使用。有机基质含有丰富的营养成分，具有较强的缓冲能力和较高的持水力。国内大量的研究和实践表明：混合基质比有机型基质更具优势。因为有机型基质的有机成分在设施滴灌条件下的释放、吸收和代谢机理不明。无机基质一般很少含有营养,作物所需养分完全靠营养液供给,缓冲性较小,对设施和营养液的管理要求比较严格,应用成本相对偏高。有机基质的理化性状变化较大，化学组成比较复杂，稳定性相对较差,容易造成作物产量和品质的下降。
目前国内的混合基质，即无土栽培基质还存在以下缺陷：1、无土栽培基质一般都是粒状或粉状，不方便运输、储存和使用；2、无土栽培基质体在湿固化成型中有会有大量异氰酸根基团，易挥发，影响人们的健康，不符合环保要求。
发明内容
本发明提供了一种无土栽培基质及其制备方法，解决了现有的无土栽培基质不方便运输、存储和使用，还会挥发大量异氰酸根离子，且制备时采用有机溶剂，影响人们健康，不环保的问题。
其具体技术方案如下：
本发明提供了一种无土栽培基质，按重量份计，包括以下组分：
聚酯多元醇80-120份、多异氰酸酯20-60份、亲水扩链剂3-10份、成盐剂2-10份、扩链剂1-10份、催化剂0.01-2份、水100-300份、有机基质30-60份、无机基质30-60份和亲水改性异氰酸酯三聚体1-10份。
聚酯多元醇优选为聚碳酸亚丙酯二元醇100重量份，多异氰酸酯优选为30份、亲水扩链剂优选为5份、成盐剂优选为2-10份、扩链剂优选为1-10份、催化剂优选为0.5份、水优选为200份、有机基质优选为40份、无机基质优选为45份、亲水改性异氰酸酯三聚体优选为4份。
本发明实施例中，聚碳酸亚酯二元醇是由CO2和环氧类单体共聚合成，实现绿色低碳，对“温室效应”问题的缓解起到了积极的作用，其原料来源丰富，价格低廉，且具有可生物降解的特点。
优选地，水为去离子水。
优选地，所述聚酯多元醇的分子量为1200-3500，更优选为3000。
优选地，所述聚酯多元醇为聚碳酸亚丙酯二元醇。
优选地，所述聚碳酸亚丙酯二元醇分子内碳酸酯基的摩尔百分数为30％-45％，更优选为31％。
优选地，所述异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)和异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)中的一种或多种；
所述成盐剂为三乙胺、三丙胺、氨水、三丁胺和氢氧化钠中的一种或多种。
更优选地，成盐剂为三乙胺。
优选地，所述亲水扩链剂为N,N-二羟乙基单马来酰胺酸、二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸、N,N-(2-羟乙基)-2-氨基乙磺酸和N-(2-氨基乙基)-2-氨基丙磺酸中的一种或多种；
所述扩链剂选自1,4-丁二醇、乙二醇、二乙二醇或二丙二醇。
更优选地，亲水扩链剂为二羟甲基丙酸；扩链剂为1,4-丁二醇。
优选地，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、异辛酸亚锡和异辛酸亚锌中的一种或多种，更优选为二月桂酸二丁基锡。
优选地，所述有机基质为木屑、鸡粪、玉米秸、高粱秸、油菜、秸、葵花秸、麦秸、甘蔗渣、蘑菇渣、糠醛渣、木糖渣、中草药渣和椰子壳中的一种或多种；
所述无机基质为蛭石、陶粒、珍珠岩、岩棉、海绵、硅胶、水晶花泥和高吸水性树脂中的一种或多种。
本发明还提供了一种上述无土栽培基质的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：加入聚酯多元醇、亲水扩链剂、多异氰酸酯和催化剂进行第一反应，加入扩链剂进行第二反应，加入成盐剂进行第三反应，加入水进行第四反应，得到水性聚氨酯胶黏剂；
步骤2：将所述水性聚氨酯胶黏剂、有机基质、无机基质和亲水改性异氰酸酯三聚体进行混合，固化成型后得到无土栽培基质。
因水与异氰酸根相溶，只要有大量的水存在，即使有的残余也会随着时间的推移最终会被消耗殆尽。
优选地，水为去离子水。
更优选地，聚碳酸亚丙脂二元醇需脱水后加入第一反应中。
更优选地，进行第二反应之后，加入成盐剂之前，还包括：加入丙酮。
加入丙酮的目的是为了降粘。
更优选地，第四反应结束后，得到水性聚氨酯胶黏剂之间，还包括：减压脱除丙酮。
其中，脱除丙酮的压强为0.06Mpa-0.08Mpa，温度为50℃-80℃。
更优选地，第二反应温度为60℃～80℃，反应时间为1.5～3h，进一步优选为60℃，1.5h；第三反应温度为30℃～40℃，反应时间为0.1～2h，进一步优选为40℃，0.1h，第四反应温度为0℃～30℃，反应时间为0.1h～1h，进一步优选为25℃，0.5h。
第三反应为乳化反应。
本发明实施例中，聚碳酸亚丙酯二元醇为100重量份，亲水扩链剂为5重量份二羟甲基丙酸，多异氰酸酯为30重量份甲苯二异氰酸酯，催化剂为0.5重量份的二月桂酸二丁基锡，成盐剂为3重量份的三乙胺，去离子水为200重量份。
优选地，所述第一反应温度为40℃-100℃；
第一反应时间为1h-4h，更优选为80℃，4h。
更优选地，第一反应结束后，加入成盐剂之前，还包括：加入1,4-丁二醇进行第四反应，其中，第四反应时间为1.5h，反应温度为60℃，1,4-丁二醇为4重量份。
需要说明的是，第四反应结束后，还需要加入丙酮进行降粘，其中，丙酮为50重量份，且加入丙酮后，需降温至30～40℃加入成盐剂。
第三反应结束后，得到水性聚氨酯胶黏剂之前，还包括：减压脱除丙酮。
更优选地，步骤2中，混合通过分散机进行混合均匀；
步骤2固化成型具体为：将混合后的产品倒入模具中，在室温下放置12h-24h固化成型。
本发明实施例中，步骤2中，有机基质优选为45～55重量份，无机基质优选7～15重量份，水性聚氨酯胶黏剂优选为40～45重量份和4重量份亲水改性异氰酸酯三聚体。
本发明提供的无土栽培基质为连续一体的无土栽培基质，方便运输、存储和使用，且无残留异氰酸根离子，环保性好，从本发明实施例数据可知，本发明提供的无土栽培基质较吸水率、保水率高，密度小，且相比现有的无土栽培基质有较大的提高，满足了无土栽培的要求。另外，本发明提供的无土栽培的制备方法中，使用去离子水得到水性聚氨酯胶黏剂，因水与异氰酸酯相溶，使得该制备方法得到的无土栽培基质无残留的异氰酸根，安全可靠，符合环保要求，且节约了制备成本。
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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明提供的一种无土栽培基质的一个实施例的成品图；
图2为本发明提供的一种无土栽培基质的另一个实施例的成品图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种无土栽培基质及其制备方法，用于解决现有的无土栽培基质不方便运输、存储和使用，还会挥发大量异氰酸根离子，且制备时采用有机溶剂，影响人们健康，不环保的技术问题。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
将100重量份分子量3000、分子内碳酸酯基团摩尔百分数为31％的聚碳酸亚丙酯二元醇脱水后，加入5重量份亲水扩链剂二羟甲基丙酸、30重量份甲苯二异氰酸酯、0.5重量份催化剂二月桂酸二丁基锡，在80℃下反应4小时，降温至60℃，加入4重量份扩链剂1,4-丁二醇反应1.5小时，加入50重量份丙酮降粘，降温到40℃，加入3重量份三乙胺反应0.1小时，加200重量份去离子水，在25℃下乳化反应0.5小时，用真空泵在0.06Mpa-0.08Mpa，50℃-80℃条件下脱除丙酮，得到水性聚氨酯胶黏剂。
取5重量份珍珠岩、10重量份水晶花泥、20重量份麦秸、25重量份甘蔗渣，加入40重量份上述水性聚氨酯胶黏剂，用分散机搅拌混合均匀，再加入4重量份亲水改性异氰酸酯三聚体，同样用分散机搅拌。混合均匀后，倒进模具中，在室温下放置12h固化成型后在模具中取出，得到无土栽培基质。如图1所示，该无土栽培基质体连续一体，方便运输和存储。
实施例二
按实施例一方法制备水性聚氨酯胶黏剂；
取5重量份珍珠岩、10重量份岩棉、25重量份蘑菇渣、25重量份甘蔗渣，加入35重量份上述水性聚氨酯胶黏剂，用分散机搅拌混合均匀，再加入4重量份亲水改性异氰酸酯三聚体，同样用分散机搅拌。混合均匀后，倒进模具中，在室温下放置12h固化成型后在模具中中取出，得到无土栽培基质。如图2所示，该无土栽培基质体连续一体，方便运输和存储。
实施例三
按实施例一方法制备水性聚氨酯胶黏剂；
取5重量份海绵、10重量份陶粒、25重量份木屑、25重量份鸡粪，加入35份上述水性聚氨酯胶黏剂，用分散机搅拌混合均匀，再加入4重量份亲水改性异氰酸酯三聚体，同样用分散剂搅拌。混合均匀后，倒进模具中，在室温下放置12h固化成型后在模具中取出，得到无土栽培基质。该无土栽培基质体连续一体，方便运输和存储。
实施例四
按实施例一方法制备水性聚氨酯胶黏剂；
取2重量份蛭石、5重量份珍珠岩、15重量份水晶花泥、10重量份中草药渣、10重量份麦秸、20重量份甘蔗渣，加入40重量份上述水性聚氨酯胶黏剂，用分散机搅拌混合均匀，再加入4重量份亲水改性异氰酸酯三聚体，同样用分散机搅拌。混合均匀后，倒进模具中，在室温下放置12h固化成型后在模具中取出，得到无土栽培基质。该无土栽培基质体连续一体，方便运输和存储。
对比例一
按实施例一方法制备水性聚氨酯胶黏剂；
取30重量份水晶花泥、30重量份高吸水性树脂，加入40重量份上述水性聚氨酯胶黏剂，用分散机搅拌混合均匀，再加入4重量份亲水改性异氰酸酯三聚体，同样用分散机搅拌。混合均匀后，倒进模具中，在室温下放置12h固化成型后在模具中中取出，得到无土栽培基质。
对比例二
按实施例一方法制备水性聚氨酯胶黏剂；
取30重量份甘蔗渣、30重量份木屑，加入40重量份上述水性聚氨酯胶黏剂，用分散机搅拌混合均匀，再加入4重量份亲水改性异氰酸酯三聚体，同样用分散机搅拌。混合均匀后，倒进模具中，在室温下放置12h固化成型后在模具中中取出，得到无土栽培基质。
对比例三
按实施例一方法制备水性聚氨酯胶黏剂；
取5重量份珍珠岩、10重量份水晶花泥、20重量份麦秸、25重量份甘蔗渣，加入60重量份上述水性聚氨酯胶黏剂，用分散机搅拌混合均匀，再加入4重量份亲水改性异氰酸酯三聚体，同样用分散机搅拌。混合均匀后，倒进模具中，在室温下放置12h固化成型后在模具中取出，得到无土栽培基质。
实施例五
检测实施例一至实施例四、对比例一至对比例三制备得到的无土栽培基质的吸水率、保水率和密度值。
由表1可知，本发明实施例提供的无土栽培基吸水率和保水率高，密度小，且上述性能较对比例一至三有较大的提高，满足无土栽培基质的要求。
表1本发明实施例与对比例性能对照表
性能参数 吸水率(％) 保水率(％) 密度(g/cm3)
实施例1 305 44 0.21
实施例2 291 40 0.18
实施例3 364 49 0.22
实施例4 382 51 0.19
对比例1 222 25 0.52
对比例2 280 21 0.17
对比例3 118 18 0.23
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种无土栽培基质，其特征在于，按重量份计，包括以下组分：
聚酯多元醇80-120份、多异氰酸酯20-60份、亲水扩链剂3-10份、成盐剂2-10份、扩链剂1-10份、催化剂0.01-2份、水100-300份、有机基质30-60份、无机基质30-60份和亲水改性异氰酸酯三聚体1-10份。
2.根据权利要求1所述的无土栽培基质，其特征在于，所述聚酯多元醇的分子量为1200-3500。
3.根据权利要求1或2所述的无土栽培基质，其特征在于，所述聚酯多元醇为聚碳酸亚丙酯二元醇。
4.根据权利要求3所述的无土栽培基质，其特征在于，所述聚碳酸亚丙酯二元醇分子内碳酸酯基的摩尔百分数为30％-45％。
5.根据权利要求1所述的无土栽培基质，其特征在于，所述异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)和异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)中的一种或多种；
所述成盐剂为三乙胺、三丙胺、氨水、三丁胺和氢氧化钠中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的无土栽培基质，其特征在于，所述亲水扩链剂为N,N-二羟乙基单马来酰胺酸、二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸、N,N-(2-羟乙基)-2-氨基乙磺酸和N-(2-氨基乙基)-2-氨基丙磺酸中的一种或多种；
所述扩链剂选自1,4-丁二醇、乙二醇、二乙二醇或二丙二醇。
7.根据权利要求1所述的无土栽培基质，其特征在于，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、异辛酸亚锡和异辛酸亚锌中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的无土栽培基质，其特征在于，所述有机基质为木屑、鸡粪、玉米秸、高粱秸、油菜、秸、葵花秸、麦秸、甘蔗渣、蘑菇渣、糠醛渣、木糖渣、中草药渣和椰子壳中的一种或多种；
所述无机基质为蛭石、陶粒、珍珠岩、岩棉、海绵、硅胶、水晶花泥和高吸水性树脂中的一种或多种。
9.一种无土栽培基质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：加入聚酯多元醇、亲水扩链剂、多异氰酸酯和催化剂进行第一反应，加入扩链剂进行第二反应，加入成盐剂进行第三反应，加入水进行第二四反应，得到水性聚氨酯胶黏剂；
步骤2：将所述水性聚氨酯胶黏剂、有机基质、无机基质和亲水改性异氰酸酯三聚体进行混合，固化成型后得到无土栽培基质。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述第一反应温度为40℃-100℃；
第一反应时间为1h-4h。
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