CN109593332B - 适用于机械移栽的全生物降解发泡育苗盘及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种适用于机械移栽的全生物降解发泡育苗盘及其制备方法。所述生物降解发泡育苗盘包括以下重量份的组份：全生物基降解树脂50‑80份、生物基填料10‑30份以及助剂0.5－5份；所述生物降解发泡育苗盘的发泡倍率为1‑15，所述生物降解发泡育苗盘用于育苗并用在育成后机械分苗移栽种植。所述生物降解发泡育苗盘的制备方法包括步骤：混合原料、挤出造粒、制备发泡片材、成型发泡育苗盘。本发明的发泡育苗盘具有安全的降解性能，还能够实现秧苗全自动机械移栽，而且成本低廉。

Description

适用于机械移栽的全生物降解发泡育苗盘及其制备方法
技术领域
本发明涉及农业育苗领域，更具体地，涉及一种适用于机械移栽的全生物降解发泡育苗盘及其制备方法。
背景技术
农业生产中，育苗移栽把作物的生长周期分作移栽前集中育苗和移栽后大田生长两个阶段，比直接大田播种可以延长作物的生育期，因此可以实现增产、增收，在农业生产中广为采用，特别是在水稻、蔬菜和其它一些经济作物生产时是一种常规种植技术。育苗可以直接在苗床上实现，也可以用育苗容器实现，传统的育苗容器由于材料不可降解并阻隔作物根系发育，育苗完成后必须将作物幼苗从容器中取出将幼苗栽入土壤、容器回收或废弃，即必须通过苗盘分离的方式移栽，目前的各类育苗移栽机械也是基于这类育苗盘开发的。
农业机械化作业能够降低劳动力强度、提高生产效率，机械移栽必须统一育苗盘的规格以方便机械操作，育苗盘是机械移栽的必要栽体。育苗盘是一种外形尺寸一致的育苗容器，一般水稻育苗盘的外形尺寸为28*58厘米和23*58厘米两种、蔬菜育苗盘的外形尺寸为28*54厘米，盘内可以根据作物育苗要求的不同分隔成若干个数量不等的钵(或穴)，用育苗盘培育的作物幼苗通常是一种群体状的苗。规格统一的群体苗，为移栽的机械化提供了保证。但目前采用传统塑料制备的育苗盘存在明显缺陷：一是以聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯等传统塑料制备的育苗盘可以采用统一的规格的钵穴式结构，可以实现育苗盘内单株按钵独立育苗，但移栽时必须苗盘分离，分苗时通常切断根系(水稻)或采用人工分苗(水稻以外作物)，较难实现机械不伤根系和植株取苗、或实现的方式过于复杂实用性不足；二是传统材料育苗盘在农业上使用后，由于材料不能降解、使用后经常随意丢弃，对生态环境造成很大的污染。所以生物降解材料制备的育苗盘替代不可降解并容易造成环境影响的聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯等原料制备的育苗盘，无论在提升育苗盘的功能上还是环境保护上均具有重要意义。
全自动机械移栽是农业生产中的难题，国内外移栽的机械化率均低于耕整、播种、植保、收获等环节的机械化率。机械移栽的难点在于分苗，根据分苗方式的不同，育苗移栽机基本可分作四个类型：1、人工分苗的半自动移栽：用育苗盘育成群体苗后整盘上机，以人工从盘中分离出单株苗投入到喂苗装置并完成移栽；2、顶苗式全自动移栽：顶苗杆从育苗盘底部顶出单株幼苗后将苗与育苗盘分离，移送到喂苗装置完成移栽；3、抓苗式全自动移栽：取苗爪直接伸入穴盘抓取单株苗将苗从育苗盘分离，移送到喂苗装置并完成移栽；4、回旋式取苗移栽：以回施方式的分苗装置分取单株苗移栽。其中：人工分苗速度慢、效率低、劳动强度高；顶苗式和抓苗式分苗结构复杂、价格昂贵、维修成本高、对育苗的农艺要求高、对操作人员的技术要求高、体积大，更重要的是顶苗方式的顶苗针运行上存在一个上行顶苗到下行离开苗盘的反向零速过程，而抓苗式相反的存在一个下行到苗盘取苗到上升提苗之间的反向零速过程，所以顶苗式和抓苗式取苗虽然实现了自动分苗移栽，但都存在移栽速度慢、移栽效率低、机械造价高的缺点。回旋式取苗是最为高效的取苗方式，回旋式取苗在整个取苗过程中匀速运行，不经历零速的过程，且机械结构简单、操作便利、移栽速度最快、效率最高，移栽成本最低。
可见回旋式取苗移栽是最为高效的移栽方式。但目前为止，回旋式高速取苗的成功案例只有水稻插秧机，这是因为水稻播种密度大、根系发达，可以通过自身的根系形成紧固的秧毯，秧毯可以整块取出从而实现不带盘秧苗群体上机，并通过回旋式的取秧机构快速取苗，从而解决了群体上机和回旋式高速机械分苗的矛盾，实现快速机插秧，而水稻之外需要移栽的作物如蔬菜、棉花、玉米、烟草等经济作物都不宜高种子用量播种，无法依靠作物本身的根系成毯，脱离育苗盘就不能群体上机，而整盘苗群体上机后由于传统材料的育苗盘不能植入土壤，幼苗与育苗盘必须再进行苗盘分离，从而构成群体上机和高速分苗的矛盾，成为机械高速移栽的难题。所以无论是国内还是国外，除水稻外，全自动移栽机械都未能得到广泛的应用。可见，除水稻之外，农作物高速机械移栽是全球性难题。
利用生物降解材料可以在土壤中分解且分解过程中不产生任何污染物的特点制备降解育苗盘，可以在完全不改变传统育苗盘的规格和结构的前提下解决传统材料育苗盘所存在的问题：在尺寸一致的育苗盘内按作物育苗要求分隔成不同数量的钵穴，以钵穴式结构使每株(或穴)苗获得独立的发育空间、株(或穴)之间根系独立不串根，机械可以按株(或穴)取苗不伤根，同时育苗盘起到联接钵穴的作用，整盘群体状幼苗上移栽机械后移栽机械可以按株(穴)带盘分苗，育苗盘材料可以降解因而分苗后苗盘碎片可以与作物幼苗一起植入土壤，即通过“带盘机插”的方式实现“群体育苗、群体上机、高速分苗、带盘入土、高速移栽”。
利用生物降解育苗盘“带盘移栽”是实现低成本的全自动育苗移栽的有效途径。但这种方式还存在两个不足：一是是使用成本较高，由于降解材料属于新材料范畴，各种生物降解材料的价格均大幅高于传统塑料价格，且加工难度较大，造成生物降解育苗盘的成本较高，因而在解决全自动移栽的同时，移栽成本也会较高。二是采用“带盘移栽”，在育苗阶段育苗盘需要较强的力学强度，而育成苗后的移栽阶段需要较低的力学强度，特别是要有较低的缺口撕裂力值，否则可能造成机械在分切育苗盘时撕裂相邻的育苗盘盘体，这种情况出现时会堵塞取苗口造成漏苗。
发明内容
鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种适用于机械移栽的全生物降解发泡育苗盘及其制备方法，能够实现秧苗全自动机械移栽并降低移栽的漏苗现象，而且成本低廉、操作更方便。
为了实现上述目的，在第一方面，本发明提供了一种适用于机械移栽的全生物降解发泡育苗盘，按重量份数，包括以下组份：全生物基降解树脂50-80份、生物基填料10-30份以及助剂0.5-5份；所述生物降解发泡育苗盘的发泡倍率为1-15；所述生物降解发泡育苗盘用于育苗并用在育成后机械分苗移栽种植。
进一步地，所述全生物基降解树脂为聚乳酸(PLA)、聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚丁二酸丁二醇酯-己二酸丁二醇酯(PBSA)、聚甲基乙撑碳酸酯(PPC)、聚乙醇酸(PGA)中的一种或一种以上。
进一步地，所述生物基填料为玉米淀粉、热塑性淀粉、木粉、竹粉、稻壳粉、植物纤维中的一种或一种以上所述植物纤维为棉纤维、麻纤维、竹纤维、木浆纤维中的一种或一种以上。
进一步地，所述助剂为相容剂、润滑剂、成核剂中的一种或组合。
进一步地，按重量份数，还包括不大于15份的无机填料，所述无机填料为滑石粉、硅灰石、碳酸钙、云母粉、高岭土、蒙脱土、玻璃纤维、石英纤维、硅酸铝纤维中的一种或一种以上。
进一步地，用于至少为水稻、玉米、棉花、油料作物、蔬果、烟叶、甜菜、药材以及花卉中的一种作物的育苗，育苗周期为15-60天，并用在育成后机械分苗移栽种植。
为了实现上述目的，在第二方面，本发明提供了一种适用于机械移栽的全生物降解发泡育苗盘的制备方法，用于制备根据本发明第一方面所述的适用于机械移栽的全生物降解发泡育苗盘，包括步骤：(1)混合原料：按重量份称取全生物基降解树脂、生物基填料以及助剂，并用高速混合机混合，得到混合料，所述高速混合机的转速为500-1200r/min，混合时间为10-25分钟；(2)挤出造粒：采用双螺杆挤出机对步骤(1)所述的混合料进行挤出造粒，得到挤出粒料，所述双螺杆挤出机的温度范围设置为125-185℃，双螺杆挤出机的螺杆转速为100－300r/min；(3)干燥：将步骤(2)所述的挤出粒料真空干燥机中干燥4-8小时，得到水含量≤50ppm的干燥粒料，所述真空干燥机的温度为80-105℃，真空度≤100Pa；(4)制备发泡片材：步骤(3)所述的干燥粒料和发泡剂加入挤出发泡装置中，采用发泡方法制备得到发泡倍率为1.5-15的发泡片材；(5)成型发泡育苗盘：采用正负压成型机加工步骤(4)所述的发泡片材，成型后得到发泡育苗盘，所述正负压成型机的加热温度为80-140℃，成型时间为3-5s/模。
进一步地，所述发泡方法为物理发泡，采用的挤出发泡装置为二级挤出发泡装置，发泡片材的发泡倍率为5-15：一级螺杆温度控制165-185℃，二级温度控制145-125℃，物理发泡剂的注入压力为10-25MPa，挤出压力为5-15MPa，螺杆转速为30－80r/min；所述物理发泡剂为二氧化碳、丁烷中的一种或组合。
进一步地，所述发泡方法为化学发泡，采用的挤出发泡装置为单螺杆挤出发泡装置，发泡片材的发泡倍率为1.5-5：螺杆温度控制140～185℃，化学发泡剂的添加量为0.5-2％，挤出压力为3-6MPa，螺杆转速为40－100r/min；所述化学发泡剂为复配AC发泡剂、ADC发泡剂、碳酸氢钠中的一种或组合。
进一步地，所述发泡方法为微球发泡，采用的挤出发泡装置为单螺杆挤出发泡装置，发泡片材的发泡倍率为1.5-4：螺杆温度控制145～185℃，发泡剂为可膨胀微球发泡剂，添加量为0.5-3％，挤出压力为3-5MPa，螺杆转速为30－80r/min。
本发明具有以下有益效果：
第一，首先该育苗盘是农作物育苗和机械移栽专用的、能够便利地实现“群体育苗、群体上机、高速分苗、带盘入土、高速移栽”的育苗盘。群体育苗通过在统一规格的育苗盘中按一定种子量播种实现；群体上机通过生物降解育苗盘作为连接幼苗之间的载体实现；高速分苗通过高速的分切(如回旋切分)生物降解育苗盘实现；带盘入土依据降解材料在土壤中无害分解的特性实现。
第二，提高水稻机插秧的适用性。传统秧盘育秧，水稻机插秧的前提是根系成毯，根系不足难以形成秧毯，所以不能用高播种量的品种如杂交稻很难机插秧，用本发明的育秧盘适用于各种水稻育秧条件，包括杂交稻、超级稻等品种的机插秧。
第三，发泡育苗盘降低了盘体的密度，更容易被机械分切，对分切方式的适应性更广，便利移栽机械的分苗设计，并降低对降解育苗盘的加工要求。
第四，现有的育苗盘在机器分苗时，存在分切过程中苗盘碎片大小不一进而造成取苗口堵塞的问题，本发明的发泡育苗盘由于冲击强度降低，能够使机器分苗时分切(或撕裂)开的苗盘碎片大小更均匀，避免了取苗口堵塞的问题，所以能够降低机械移栽时的漏苗，减少补苗作业，提高产量。
第五，与苗盘分离的传统塑料育苗盘相比，降解育苗盘的“带盘移栽”特点决定了育苗盘的强度不能过大，否则影响移栽阶段机械切盘分苗，但育苗时多张相叠的育苗盘分成单张盘在较低的强度下易破碎。发泡育苗盘增加了育苗盘厚度，更便利于苗盘多张盘相叠后分离，并可提高效率。
第六，大大降低了降解育苗盘的单盘重量和制备育苗盘的材料消耗，每张育苗盘的材料消耗可降低50－75％，降低了降解育苗盘的成本，降低了移栽作业成本，增加了生物降解育苗盘的应用优势。
具体实施方式
为使发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
首先介绍根据本发明第一方面的适用于机械移栽的全生物降解发泡育苗盘。
根据本发明第一方面的适用于机械移栽的全生物降解发泡育苗盘包括以下重量份的组份：全生物基降解树脂50-80份、生物基填料10-30份以及助剂0.5-5份；所述生物降解发泡育苗盘的发泡倍率为1-15，所述生物降解发泡育苗盘用于育苗并用在育成后机械分苗移栽种植。育苗完成后，育苗盘及育成的苗一起移送到移栽机械，移栽机械分切育苗盘后将分切开的钵体或残片连同钵内的幼苗一起植入土壤，实现“带盘移栽”。
本发明的发泡育苗盘由于冲击强度降低，能够使机器分苗时分切(或撕裂)开的苗盘碎片大小更均匀，避免了取苗口堵塞的问题，所以能够降低机械移栽时的漏苗，减少补苗作业，提高产量。
与苗盘分离的传统塑料育苗盘相比，降解育苗盘的“带盘移栽”特点决定了育苗盘的强度不能过大，否则影响移栽阶段机械切盘分苗，但育苗时多张相叠的育苗盘分成单张盘在较低的强度下易破碎。发泡育苗盘增加了育苗盘厚度，更便利于苗盘多张盘相叠后分离，并可提高效率。
本发明的育苗盘是农作物育苗和机械移栽专用的，能够以较低成本实现“群体育苗、群体上机、高速分苗、带盘入土、高速移栽”，群体育苗通过统一规格育苗盘中一定的播中量实现，群体上机通过降解育苗盘作为连接幼苗单株的载体实现，高速分苗通过高速的切分(如回旋切分)降解育苗盘实现，带盘入土依据降解材料在土壤中无害分解的特性实现，因此育苗盘在整个育苗移栽过程中具有两个基本作用，第一是育苗期间作为育苗的容器，保证农作物幼苗可在盘内群体发育，第二是作物幼苗群体状态上机和机械作业的载体，即通过盘体把整盘幼苗置入移栽机械，移栽机械通过分切降解到适合机械作业力度的盘体实现分苗从而实现机械移栽。本发明降低移栽成本是通过发泡工艺降低育苗盘材料消耗、降低育苗盘生产成本实现。
以水稻为例，水稻由于播种量大(传统育秧盘每盘播种量一般在80－120克)、较大量的种子和发达的根系相互盘结成根毯后从秧盘中以群体方式分离出秧毯上机，实现了“群体上机、切块取苗”，水稻机插秧是到目前为止实现高速移栽的最为成功的案例，但正是由于根系是群体上机的关键，为保证根系相连传统塑料育苗盘只能是平底或浅钵，让水稻根系相互盘结成根毯，插秧机通过分切秧根的方式实现分苗，因此水稻必须维持较高的播种量，如果播种量少产生的水稻根系不够就不能形成根毯，另外在形成根毯后切秧过程中破坏根系对移栽后恢复生长产生不利影响，形成“缓苗期”。通过本发明制备的生物降解育苗盘替代了根系的成毯作用，用降解育苗盘带盘移栽即使根系不相互连接不影响成毯，而生物降解育苗盘可采用完全的钵碗式结构使每穴的根系独立，机械以切钵取苗的方式替代切根取苗的方式盘苗一起插入土壤减少插秧机对秧苗根系的伤害，缩短以至消除“缓苗期”，所以采用本发明的生物降解育苗盘还有利于水稻移栽后恢复生长，从而为水稻高产创造条件。
生物降解育苗盘在解决传统育苗盘缺点的同时，具有成本较高的缺点，这是由生物降解材料成本较高所决定的，本发明通过生物降解材料加工技术与发泡工艺的结合，使得所制成的生物降解育苗盘在满足机械作业的力学强度要求的前提下，降低生物降解育苗盘的重量和材料消耗，从而降低了生物降解育苗盘的生产成本。
在根据本发明的适用于机械移栽的全生物降解发泡育苗盘中，所述生物基降解树脂为聚乳酸(PLA)、聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚丁二酸丁二醇酯-己二酸丁二醇酯(PBSA)、聚甲基乙撑碳酸酯(PPC)、聚乙醇酸(PGA)中的一种或一种以上。
在根据本发明的适用于机械移栽的全生物降解发泡育苗盘中，所述生物基填料为玉米淀粉、热塑性淀粉、木粉、竹粉、稻壳粉、植物纤维中的一种或一种以上。所述木粉、竹粉、稻壳粉目数为≥300目。所述植物纤维为棉纤维、麻纤维、竹纤维、木浆纤维中的一种或一种以上。
在根据本发明的适用于机械移栽的全生物降解发泡育苗盘中，所述助剂为增塑料、相容剂、润滑剂、成核剂中的一种或一种以上。所述增塑剂至少为甘油、乙二醇、山梨醇、丙二醇、丁二醇的一种或组合；所述相容剂至少为MAH接枝PLA、GMA接枝PLA、MDI中的一种或组合；所述润滑剂至少为硬脂酸钙、硬脂酸、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、乙撑双硬脂酸酰胺以及单单硬脂酸甘油酯(单甘酯)中的一种或组合。所述成核剂为超细滑石粉、二氧化钛、SiO2、CaCO3、云母粉、二(苯亚甲基)山梨醇(DBS)及衍生物、芳香有机磷酸酯盐类等成份中的一种或组合。
在根据本发明的适用于机械移栽的全生物降解发泡育苗盘中，按重量份数，还包括不大于15份的无机填料，所述无机填料为滑石粉、硅灰石、碳酸钙、云母粉、高岭土、蒙脱土、玻璃纤维、石英纤维、硅酸铝纤维中的一种或一种以上。
在根据本发明的适用于机械移栽的全生物降解发泡育苗盘中，所述生物降解发泡育苗盘用于水稻、玉米、棉花、油料作物、蔬果、烟叶、甜菜、药材、花卉等作物的育苗并用在育成后机械分苗移栽种植。所述生物降解发泡育苗盘适用经过15-60天的育苗周期后用机械分苗移栽，移栽时移栽机械分切育苗盘盘体后将切形的残体与苗一起插入土壤。
其次，介绍根据本发明第二方面的适用于机械移栽的全生物降解发泡育苗盘的制备方法。
根据本发明第二方面的适用于机械移栽的全生物降解发泡育苗盘的制备方法用于制备根据本发明第一方面所述的适用于机械移栽的全生物降解发泡育苗盘，其包括步骤：混合原料、挤出造粒、制备发泡片材、成型发泡育苗盘。
在根据本发明的生物降解发泡育苗盘的制备方法中，各步骤可为：(1)混合原料：按重量份称取全生物基降解树脂、生物基填料以及助剂，并用高速混合机混合，得到混合料，所述高速混合机的转速为500-1200r/min，混合时间为10-25分钟；(2)挤出造粒：采用双螺杆挤出机对步骤(1)所述的混合料进行挤出造粒，得到挤出粒料，所述双螺杆挤出机的温度范围设置125-185℃，双螺杆挤出机的螺杆转速为100－300r/min；(3)干燥：将步骤(2)所述的挤出粒料真空干燥机中干燥4-8小时，得到水含量≤50ppm的干燥粒料，所述真空干燥机的温度为80-105℃，真空度≤100Pa；(4)制备发泡片材：步骤(3)所述的干燥粒料和发泡剂加入挤出发泡装置中，采用发泡方法制备得到发泡倍率为1.5-15的发泡片材；(5)成型发泡育苗盘：采用正负压成型机加工步骤(4)所述的发泡片材，成型后得到发泡育苗盘，所述正负压成型机的加热温度为80-140℃，成型时间为3-5s/模。在另一实施例中，步骤(1)为：按重量份称取全生物基降解树脂、生物基填料、助剂以及无机填料，并用高速混合机混合，得到混合料，所述高速混合机的转速为500-1200r/min，混合时间为10-25分钟。
在根据本发明的生物降解发泡育苗盘的制备方法中，强调了挤出造粒的干燥工艺，造粒后进行干燥步骤是为了控制含水量。水份高的话，会造成材料高温时发生水解，性能下降，发泡时会有水泡产生，造成发泡泡孔不均匀。另外，水份控制还来自本发明的育苗盘储存和使用的需要，由于全降解育苗盘在生产和使用之间有一定的时间间隔，而降解材料在此段时间内也会发生降解，水份含量是影响降解的最主要因素，因此我们通过测定成品的水份控制要求，并与加工工艺结合试验对聚乳酸的含水量提出特定的要求，从而为成品在机械移栽的使用提出了安全保证。
在一实施例中，所述发泡方法为物理发泡，采用的挤出发泡装置为二级挤出发泡装置，发泡片材的发泡倍率为5-15：一级螺杆温度控制165-185℃，二级温度控制145-125℃，物理发泡剂的注入压力为10-25MPa，挤出压力为5-15MPa，螺杆转速为30－80r/min；所述物理发泡剂为二氧化碳、丁烷中的一种或组合。
在一实施例中，所述发泡方法为化学发泡，采用的挤出发泡装置为单螺杆挤出发泡装置，发泡片材的发泡倍率为1.5-5：螺杆温度控制140～185℃，化学发泡剂的添加量为0.5-2％，挤出压力为3-6MPa，螺杆转速为40－100r/min；所述化学发泡剂为复配AC发泡剂、ADC发泡剂、碳酸氢钠中的一种或组合。
在一实施例中，所述发泡方法为微球发泡，采用的挤出发泡装置为单螺杆挤出发泡装置，发泡片材的发泡倍率为1.5-4：螺杆温度控制145～185℃，发泡剂为可膨胀微球发泡剂，添加量为0.5-3％，挤出压力为3-5MPa，螺杆转速为30－80r/min。
在根据本发明的生物降解发泡育苗盘的制备方法中，可对成型后的育苗盘裁边、冲孔，制备生物降解发泡育苗盘成品。
在根据本发明的生物降解发泡育苗盘的制备方法中，成型发泡育苗盘后产生的边角料可通过破碎机粉碎后制备发泡片材。
根据本发明的适用于机械移栽的全生物降解发泡育苗盘用于水稻机插秧上还具有以下优点：
(1)由于育秧盘的基材为生物降解材料，秧盘可以与秧苗一起栽入土壤后在土壤中分解，育秧盘取代秧苗根系成为秧块成毯的载体，秧苗根系的多少不影响机插秧作业。
(2)传统育秧盘采用钵碗式结构就会变成散秧，不能用现有的插秧机插秧，采用本发明的育秧盘，可以改切根取苗为切盘取钵、带钵入土，钵碗结构仍然是紧固的秧毯，可以用现有插秧机插秧，钵碗结构下插秧机可以按钵取秧、钵体保护钵内的水稻秧苗根系不受插秧机伤害，缩短“缓苗”的时间，水稻机插后快速恢复生长，增加了水稻在大田的有效发育时间。
(3)由于机插秧依靠降解育秧盘而不是秧苗根系成毯，在播种量较低时也正常成毯。在低播种量下可以使秧苗持续获取更多的营养、光照和发育空间，从而可以提前育秧、培育可机械插秧的大龄壮秧。
(4)缩短“缓苗期”和提前育秧培育大龄壮秧，可以缩短水稻在大田的发育时间，水稻可以提前成熟，提前为下一茬作物腾出茬口。
(5)在温度低、无霜期短的水稻区如东北，或因每年种植一茬以上作物的水稻区如华东，为保证水稻成熟、避免后期低温风险，只能选择生育期短、产量较低或品质较差的品种，通过本发明的育秧盘提前育秧，生育期较长、产量或品质较高的水稻品种也可成熟，降低了后期低温风险、扩大了同一地区水稻品种选择余地。
(6)由于低播种量不影响机插秧，解决了杂交水稻、超级稻等需要用种量较少的品种难以机插秧的问题。
(7)水稻秧苗根系数量不再是秧块成毯和群体上机的必要条件，可以在秧龄较小根系不足时机插，也可以培育大苗壮秧在高秧龄时机插，增加了适合机插的“秧龄弹性”，减少气候变化对机插秧的影响。
以下，结合具体实施例对本发明的生物降解发泡育苗盘及其制备方法做具体说明。
实施例1
聚乳酸40份，聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯20份，玉米淀粉20份，竹纤维10份，5000目滑石粉0.2份，MAH接枝PLA 2份，单甘酯1.5份，将上述原料加入高混机中800r/min混合10分钟使其混合均匀，在经双螺杆165℃、200r/min挤出造粒，将造好的粒子在温度80℃、真空度小于100pa的真空干燥机中干燥6小时，使其水份<50ppm，再经双阶发泡机组挤出发泡得到发泡片材，其中一级螺杆温度控制165-175℃，二级温度控制145-125℃，发泡剂为98％丁烷，发泡剂加入量压力控制在10Mpa，挤出压力控制在10-15Mpa，螺杆转速控制在50r/min，得到的片材厚度为1mm，发泡倍率为5，发泡片材利用正负压成型机成型，正负压成型机的加热温度为120℃，成型时间为3s，最后进行裁边、冲孔最终制得成品生物降解发泡育苗盘。
制得的成品生物降解发泡育苗盘用于油菜育苗，育苗周期为20－25天。
实施例2
聚乳酸45份，聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯25份，玉米淀粉10份，竹纤维10份，5000目滑石粉0.2份，MAH接枝PLA 2份，单甘酯1份，将上述原料加入高混机中800r/min混合10分钟使其混合均匀，再经双螺杆200r/min挤出造粒，将造好的粒子在温度80℃、真空度小于100pa的真空干燥机中干燥6小时，使其水份<50ppm，再经双阶发泡机组挤出发泡得到发泡片材，其中一级螺杆温度控制165-175℃，二级温度控制145-125℃，发泡剂为98％丁烷，发泡剂加入量压力控制在10Mpa，挤出压力控制在10-15Mpa，螺杆转速设定在50r/min，得到的片材厚度为1mm，发泡倍率为5，发泡片材利用正负压成型机成型，正负压成型机的加热温度为120℃，成型时间为3s，最后进行裁边、冲孔最终制得成品生物降解发泡育苗盘。
制得的成品生物降解发泡育苗盘用于水稻育苗，育苗周期为25－30天。
实施例3
聚乳酸45份，聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯25份，玉米淀粉15份，棉纤维5份，5000目二氧化硅0.2份，GMA接枝PLA 1份，甘油3份，单甘酯1份。将上述原料加入高混机中800r/min混合10分钟使其混合均匀，在经双螺杆200r/min挤出造粒，将造好的粒子在温度80℃、真空度小于100pa的真空干燥机中干燥6小时，使其水份<50ppm，再经双阶发泡机组挤出发泡得到发泡片材，其中一级螺杆温度控制165-175℃，二级温度控制145-125℃，发泡剂为98％丁烷，发泡剂加入量压力控制在10Mpa，挤出压力控制在10-15Mpa，螺杆转速设定在50r/min，得到的片材厚度为1mm，发泡倍率为4，发泡片材利用正负压成型机成型，正负压成型机的加热温度为120℃，成型时间为3.5s，最后进行裁边、冲孔最终制得成品生物降解发泡育苗盘。
制得的成品生物降解发泡育苗盘用于水稻育苗，育苗周期为30－35天。
实施例4
聚乳酸45份，聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯30份，玉米淀粉10份，棉纤维5份，硅灰石5份，甘油2份，硬脂酸1份，5000目滑石粉0.2份，将上述原料加入高混机中800r/min混合10分钟使其混合均匀，在经双螺杆200r/min挤出造粒，将造好的粒子在温度80℃、真空度小于100pa的真空干燥机中干燥6小时，使其水份<50ppm，再经双阶发泡机组挤出发泡得到发泡片材，其中一级螺杆温度控制165-190℃，二级温度控制145-125℃，发泡剂为98％丁烷，发泡剂加入量压力控制在10Mpa，挤出压力控制在10-15Mpa，螺杆转速设定在50r/min，得到的片材厚度为1mm，发泡倍率为5，发泡片材利用正负压成型机成型，正负压成型机的加热温度为120℃，成型时间为3s，最后进行裁边、冲孔最终制得成品生物降解发泡育苗盘。
制得的成品生物降解发泡育苗盘用于培育水稻大苗壮秧，育苗周期为不低于40－50天。
实施例5
聚乳酸40份，聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯20份，玉米淀粉25份，木粉5份，滑石粉5份，MAH接枝PLA 1份，山梨醇2份，单甘酯1份，超细二氧化钛0.3份，将上述原料加入高混机中800r/min混合10分钟使其混合均匀，再经双螺杆200r/min挤出造粒，将造好的粒子在温度80℃、真空度小于100pa的真空干燥机中干燥6小时，使其水份<50ppm，再经双阶发泡机组挤出发泡得到发泡片材，其中一级螺杆温度控制165-175℃，二级温度控制145-125℃，发泡剂为98％丁烷，发泡剂加入量压力控制在15Mpa，挤出压力控制在10-15Mpa，螺杆转速设定在50r/min，得到的片材厚度为1.2mm，发泡倍率为10，发泡片材利用正负压成型机成型，正负压成型机的加热温度为120℃，成型时间为4s，最后进行裁边、冲孔最终制得成品生物降解发泡育苗盘。
制得的成品生物降解发泡育苗盘用于小白菜育苗，育苗周期为20－25天。
实施例6
聚乳酸50份，聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯25份，玉米淀粉5份，棉纤维10份，滑石粉2份，硅灰石5份，MAH接枝PLA 2份，硬脂酸2份，超细二氧化钛0.3份。将上述原料加入高混机中800r/min混合10分钟使其混合均匀，在经双螺杆200r/min挤出造粒，将造好的粒子在温度80℃、真空度小于100pa的真空干燥机中干燥6小时，使其水份<50ppm，再经双阶发泡机组挤出发泡得到发泡片材，其中一级螺杆温度控制165-175℃，二级温度控制145-125℃，发泡剂为98％丁烷，发泡剂加入量压力控制在15Mpa，挤出压力控制在10-15Mpa，螺杆转速设定在50r/min，得到的片材厚度为1.2mm，发泡倍率为10，发泡片材利用正负压成型机成型，正负压成型机的加热温度为120℃，成型时间为4s，最后进行裁边、冲孔最终制得成品生物降解发泡育苗盘。
制得的成品生物降解发泡育苗盘用于辣椒育苗，育苗周期为30－40天。
实施例7
聚乳酸45份，聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯25份，玉米淀粉15份，棉纤维5份，甘油2份，硬脂酸2份，5000目滑石粉0.4份，将上述原料加入高混机中800r/min混合10分钟使其混合均匀，在经双螺杆200r/min挤出造粒，将造好的粒子在温度80℃、真空度小于100pa的真空干燥机中干燥6小时，使其水份<50ppm，再经双阶发泡机组挤出发泡得到发泡片材，其中一级螺杆温度控制165-175℃，二级温度控制145-125℃，发泡剂为98％丁烷，发泡剂加入量压力控制在20Mpa，挤出压力控制在10-15Mpa，螺杆转速设定在50r/min，得到的片材厚度为1.5mm，发泡倍率为15，发泡片材利用正负压成型机成型，正负压成型机的加热温度为120℃，成型时间为3.5s，最后进行裁边、冲孔最终制得成品生物降解发泡育苗盘。
制得的成品生物降解发泡育苗盘用于花卉育苗，育苗周期为20－25天。
实施例8
聚乳酸55份，聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯20份，玉米淀粉10份，木浆纤维5份，滑石粉2份，硅灰石5份，MDI 1.5份，乙二醇2份，聚乙烯蜡0.5份，将上述原料加入高混机中800r/min混合10分钟使其混合均匀，在经双螺杆200r/min挤出造粒，将造好的粒子在温度80℃、真空度小于100pa的真空干燥机中干燥6小时，使其水份<50ppm，再经双阶发泡机组挤出发泡得到发泡片材，其中一级螺杆温度控制165-175℃，二级温度控制145-125℃，发泡剂为98％丁烷，发泡剂加入量压力控制在10Mpa，挤出压力控制在10-15Mpa，螺杆转速设定在50r/min，得到的片材厚度为1.2mm，发泡倍率为5，发泡片材利用正负压成型机成型，正负压成型机的加热温度为120℃，成型时间为4s，最后进行裁边、冲孔最终制得成品生物降解发泡育苗盘。
制得的成品生物降解发泡育苗盘用于花卉育苗，育苗周期为40-45天。
实施例9
聚乳酸40份，聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯20份，玉米淀粉20份，棉纤维10份，滑石粉5份，MAH接枝PLA 2.5份，甘油1.5份，聚乙烯蜡0.5份，将上述原料加入高混机中800r/min混合10分钟使其混合均匀，在经双螺杆165℃、200r/min挤出造粒，将造好的粒子在温度80℃、真空度小于100pa的真空干燥机中干燥6小时，使其水份<50ppm，将干燥好的粒子100份，复配型ADC发泡剂0.8份，碳酸氢钠0.5份用高混机混合均匀，再经单螺杆挤出发泡装置得到发泡片材，螺杆温度控制到165℃，挤出压力为4.5MPa，螺杆转速设定在70r/min，得到的片材厚度为0.5mm，发泡倍率为2.5，发泡片材利用正负压成型机成型，正负压成型机的加热温度为120℃，成型时间为4s，最后进行裁边、冲孔最终制得成品生物降解发泡育苗盘。
制得的成品生物降解发泡育苗盘用于油菜育苗，育苗周期为20－25天。
实施例10
聚乳酸50份，聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯20份，玉米淀粉10份，木纤维10份，滑石粉6份，山梨醇1.5份，单甘酯1份，将上述原料加入高混机中800r/min混合10分钟使其混合均匀，在经双螺杆200r/min挤出造粒，将造好的粒子在温度80℃、真空度小于100pa的真空干燥机中干燥6小时，使其水份<50ppm，将干燥好的粒子100份，复配型ADC发泡剂0.5份，碳酸氢钠0.5份用高混机混合均匀，再经单螺杆挤出发泡装置得到发泡片材，螺杆温度控制到165℃，挤出压力为5MPa，螺杆转速设定在70r/min，得到的片材厚度为0.4mm，发泡倍率为2，发泡片材利用正负压成型机成型，正负压成型机的加热温度为120℃，成型时间为3s，最后进行裁边、冲孔最终制得成品生物降解发泡育苗盘。
制得的成品生物降解发泡育苗盘用于水稻育苗，育苗周期为25－30天。
实施例11
聚乳酸45份，聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯25份，玉米淀粉15份，竹纤维5份，GMA接枝PLA 1份，单甘酯1份，将上述原料加入高混机中800r/min混合10分钟使其混合均匀，在经双螺杆200r/min挤出造粒，将造好的粒子在温度80℃、真空度小于100pa的真空干燥机中干燥6小时，使其水份<50ppm，将干燥好的粒子100份，微球发泡剂选用3份阿克苏951DU120，用高混机混合均匀，再经单螺杆挤出发泡装置得到发泡片材，螺杆温度控制在170℃，挤出压力为5MPa，螺杆转速设定在40r/min，得到的片材厚度为0.4mm，发泡倍率为3，发泡片材利用正负压成型机成型，正负压成型机的加热温度为120℃，成型时间为3.5s，最后进行裁边、冲孔最终制得成品生物降解发泡育苗盘。
制得的成品生物降解发泡育苗盘用于水稻育苗，育苗周期为30－35天。
实施例12
聚乳酸55份，聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯20份，玉米淀粉10份，棉纤维5份，滑石粉2份，硅灰石5份，聚乙烯醇0.5份，将上述原料加入高混机中800r/min混合10分钟使其混合均匀，在经双螺杆200r/min挤出造粒，将造好的粒子在温度80℃、真空度小于100pa的真空干燥机中干燥6小时，使其水份<50ppm，将干燥好的粒子100份，微球发泡剂选用2份阿克苏951DU120，用高混机混合均匀，再经单螺杆挤出发泡装置得到发泡片材，螺杆温度控制在170℃，挤出压力为4MPa，螺杆转速设定在40r/min，得到的片材厚度为0.4mm，发泡倍率为2，发泡片材利用正负压成型机成型，正负压成型机的加热温度为120℃，成型时间为4s，最后进行裁边、冲孔最终制得成品生物降解发泡育苗盘。
制得的成品生物降解发泡育苗盘用于水稻超早育苗，育苗周期为40－45天。
性能测试
将制得的发泡育苗盘进行力学性能测试，并在东北地区进行育苗试验，发泡育苗盘在育秧床上摆放整齐进行播种，育秧管理依照普通育秧管理，育成后，用水稻插秧进行起秧插秧试验，评判秧盘的起秧、插秧情况。
实施例1-实施例12性能对照表
Figure BDA0001905501370000171
其中，冲击强度指标，以量程1焦、直径12.7mm冲击头、直径￠89mm压盘内圈测定。
实施例1-12的起苗情况：起苗阶段苗盘强度在正常操作下不断裂，水稻秧盘可以卷成秧卷形状，便于运输。
实施例1-12的插秧情况：插秧阶段插秧机按钵取苗，切块大小一致，未出现正常取秧量1.5倍以上秧盘碎片，不堵取秧口，不会因取秧量不准确出现漏秧。
通过以上实施例可以看出采用本发明制备的育苗盘随着生物基基料的增加材料的力学强度上升，随着发泡倍率增加材料的力学强度下降。本发明的育苗盘满足不同的植物育苗周期的降解性能要求，满足不同植物育苗要求的发泡材料的力学性能。
本发明实施例1-12所得的生物降解发泡育苗盘结构稳定，作为机械移栽的上机载体，满足育苗盘在育苗和插秧两个时间点的不同的性能参数要求。由于本发明的育苗盘与作物幼苗通过移栽机械一起植入土壤，育苗盘育苗前后的力学强度需要符合机械分苗的力度要求，力学强度也直接影响育苗前后的机械操作安全性和取苗效果，需要满足降解育苗盘特定的降解需求：降解过快不能群体上机、降解过慢强度太强机械不能有效切开盘体实现取苗，也就是说育苗前的力学强度需要一个较大的范围值，上机分苗移栽时强度又要降解到一个较低的范围值。从实施例1-12的育苗前和起苗时的力学性能可以看出，本发明的育苗盘在起始阶段具有较高最大断裂力值、断裂伸长率和冲击强度，同时能够维持15-60天，然后在移栽阶段时，断裂伸长率下降到低值易被作业机械撕断，特别是断裂伸长率高于合理值时取秧不均匀，大块秧盘碎片堵塞秧门，漏苗率提高。本发明实施例1-12所得的生物降解发泡育苗盘的力学强度满足使用过程中起苗、搬运等，在使用过程中不会出现托盘损坏现象，能实现带苗钵机插移栽，具体地，第一，钵苗在起苗阶段维持合适的强度，在水稻育秧机插时降解秧盘能替代水稻根系的成毯作用带盘机插，不依靠秧苗成毯；第二，带盘起苗方便，苗盘在取盘过程中不易破碎、断裂，保持秧盘的完好性；第三，可较好的与现有的农机具配套使用，在水稻上表现为机插秧阶段不影响现有的插秧机插秧作业，不改变育秧、插秧等操作习惯，既可以方便起秧、不断秧，又满足钵苗带盘机插的要求。
本发明的育苗盘的力学强度能够达到机械自动分苗、带盘移栽的要求，因而能够提高农业机插移栽作业效率，降低生产成本。
本发明的育苗盘基于发泡工艺制备，克重低，所以成本低、扩大了降解盘在育苗移栽上应用范围。
虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (6)

1.一种适用于机械移栽的全生物降解发泡育苗盘，其特征在于，按重量份数，包括以下组份：全生物基降解树脂50-80份、生物基填料10-30份、助剂0.5-5份以及不大于15份的无机填料；所述全生物降解发泡育苗盘的发泡倍率为1.5-15；所述全生物降解发泡育苗盘用于育苗并用在育成后机械分苗移栽种植；
其中，所述全生物基降解树脂为聚乳酸（PLA）和聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）的混合物；
所述生物基填料为玉米淀粉、热塑性淀粉、木粉、竹粉、稻壳粉、植物纤维中的一种或一种以上，所述植物纤维为棉纤维、麻纤维、竹纤维、木浆纤维中的一种或一种以上；
所述助剂为相容剂、润滑剂、成核剂中的一种或组合；
所述无机填料为滑石粉、硅灰石、碳酸钙、云母粉、高岭土、蒙脱土、玻璃纤维、石英纤维、硅酸铝纤维中的一种或一种以上；
所述全生物降解发泡育苗盘的制备方法包括步骤：
（1）混合原料：按重量份称取全生物基降解树脂、生物基填料以及助剂，并用高速混合机混合，得到混合料，所述高速混合机的转速为500-1200r/min，混合时间为10-25分钟；
（2）挤出造粒：采用双螺杆挤出机对步骤（1）所述的混合料进行挤出造粒，得到挤出粒料，所述双螺杆挤出机的温度范围设置为125-185℃，双螺杆挤出机的螺杆转速为100－300r/min；
（3）干燥：将步骤（2）所述的挤出粒料真空干燥机中干燥4-8小时，得到水含量≤50ppm的干燥粒料，所述真空干燥机的温度为80-105℃，真空度≤100Pa；
（4）制备发泡片材：步骤（3）所述的干燥粒料和发泡剂加入挤出发泡装置中，采用发泡方法制备得到发泡倍率为1.5-15的发泡片材；
（5）成型发泡育苗盘：采用正负压成型机加工步骤（4）所述的发泡片材，成型后得到发泡育苗盘，所述正负压成型机的加热温度为80-140℃，成型时间为3-5s/模。
2.根据权利要求1所述的适用于机械移栽的全生物降解发泡育苗盘，其特征在于，用于至少为水稻、玉米、棉花、油料作物、蔬果、烟叶、甜菜、药材以及花卉中的一种作物的育苗，育苗周期为15-60天，并用在育成后机械分苗移栽种植。
3.根据权利要求1-2任意一项所述的适用于机械移栽的全生物降解发泡育苗盘的制备方法，其特征在于，包括步骤：
（1）混合原料：按重量份称取全生物基降解树脂、生物基填料以及助剂，并用高速混合机混合，得到混合料，所述高速混合机的转速为500-1200r/min，混合时间为10-25分钟；
（2）挤出造粒：采用双螺杆挤出机对步骤（1）所述的混合料进行挤出造粒，得到挤出粒料，所述双螺杆挤出机的温度范围设置为125-185℃，双螺杆挤出机的螺杆转速为100－300r/min；
（3）干燥：将步骤（2）所述的挤出粒料真空干燥机中干燥4-8小时，得到水含量≤50ppm的干燥粒料，所述真空干燥机的温度为80-105℃，真空度≤100Pa；
（4）制备发泡片材：步骤（3）所述的干燥粒料和发泡剂加入挤出发泡装置中，采用发泡方法制备得到发泡倍率为1.5-15的发泡片材；
（5）成型发泡育苗盘：采用正负压成型机加工步骤（4）所述的发泡片材，成型后得到发泡育苗盘，所述正负压成型机的加热温度为80-140℃，成型时间为3-5s/模。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述发泡方法为物理发泡，采用的挤出发泡装置为二级挤出发泡装置，发泡片材的发泡倍率为5-15：一级螺杆温度控制165-185℃，二级温度控制145-125℃，物理发泡剂的注入压力为10-25MPa，挤出压力为5-15MPa，螺杆转速为30－80r/min；
所述物理发泡剂为二氧化碳、丁烷中的一种或组合。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述发泡方法为化学发泡，采用的挤出发泡装置为单螺杆挤出发泡装置，发泡片材的发泡倍率为1.5-5：螺杆温度控制140~185℃，化学发泡剂的添加量为0.5-2%，挤出压力为3-6MPa，螺杆转速为40－100r/min；
所述化学发泡剂为复配AC发泡剂、ADC发泡剂、碳酸氢钠的一种或组合。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述发泡方法为微球发泡，采用的挤出发泡装置为单螺杆挤出发泡装置，发泡片材的发泡倍率为1.5-4：螺杆温度控制145~185℃，发泡剂为可膨胀微球发泡剂，添加量为0.5-3%，挤出压力为3-5MPa，螺杆转速为30－80r/min。
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