CN111500007A - 一种与垒土基质相融的生物降解复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种与垒土基质相融的生物降解复合材料，涉及生物降解材料技术领域。本发明公开的与垒土基质相融的生物降解复合材料由生物降解聚合物、聚己内酯、淀粉和纤维素组成，经接枝淀粉的制备、接枝淀粉/聚己内酯交联、接枝淀粉/聚己内酯/生物降解聚合物复合材料的共混以及多孔处理等步骤而制成。本发明提供的与垒土基质相融的生物降解复合材料，通过加入少量的生物降解材料使垒土能够有效固化并具有可塑性，成本较低，具有优良的保水性和透气性能，可以与塑料一样加工成不同形状，也可以使培养土种植各种不同的植物，以适应立体绿化行业的可重复使用需求，也可以适应旱土机械化插种技术的可降解使用需求。

Description

一种与垒土基质相融的生物降解复合材料
技术领域
本发明属于生物降解材料技术领域，尤其涉及一种可与培养土基质相融的生物降解材料。
背景技术
随着现代人们环保的意识的增强，进而带动园林绿化和花卉苗木行业的高速发展。为了满足花卉苗木生长发育的需要，根据各类品种对土壤的不同要求，用人工专门配置的含有丰富养料、具有良好排水和透气性能、能保湿保肥、干燥时不龟裂、潮湿时不粘结、浇水后不结皮的培养土。随着全球变暖，污染加剧，立体绿化和室内绿化全面兴起，如何保证培养土不流失和飞散，可固化，增强土壤的保水能力的同时又保持培养土的通风透气性成为人们的研发方向。
现有技术中，可固化培养土主要是将花卉苗木所需要的营养物质与培养土基质(园土、黄土、红土等)混合，然后加入固化剂，使其与培养土混合接触后发生一系列物理化学反应来改善土壤的工程性能，使培养土颗粒趋于凝聚，并且填充培养土空隙，在外界压力的作用，使培养土容易压实、稳定，形成密实、耐水、稳固的整体结构。但该种固化培养土在受到碰撞时，土壤就会散开，固化效果不好，不利于花卉苗木的移植。中国发明专利CN105297178B公开了一种能与培养土基质有机相融的热熔粘合复合纤维，该技术在培养土基质中添加热熔粘结复合纤维，改变培养土基质的固有物理特性，使培养土有效固化且具有可塑性，既可加工成不同形状，又能够保持培养土可以种植各种植物的性能。但该热熔粘合复合纤维是由聚酯、聚酰胺、聚烯烃或聚氯乙烯组成，虽然可以循环利用，但属于非降解塑料，废弃在环境中易造成污染，不符合现在提倡的绿色环保理念。
生物降解材料是指一类由自然界存在的微生物如细菌、霉菌(真菌)和藻类的作用而引起降解的材料，既具有高分子材料优良使用性能，废弃后又可完全溶解和无机化而成为碳素循环的生物降解材料。也就是说，生物降解材料既可以塑化成型，也可以生物降解。随着环境污染的日益严重，发展既有利于环境保护、又具有高分子材料各种性能的生物降解材料成为必然趋势，其主要应用于包装、纤维、农业、注塑、医疗等领域。目前世界范围内，生物降解材料主要有聚己内酯(PCL)、聚丁二酸己二醇酯(PBS)及其共聚物、聚乳酸(PLA)、聚羟基烷酸酯(PHA)、脂肪族芳香族共聚酯、聚乙烯醇(PVA)类生物降解塑料、二氧化碳共聚物、聚-β-羟基丁酸酯(PHB)等。与可从自然环境中获取的培养土成分相比，生物降解材料生产成本较高，目前还未见报道应用于培养土中。
发明内容
本发明提供了一种与垒土基质相融的生物降解复合材料，主要目的是通过加入少量的生物降解材料使垒土能够有效固化并具有可塑性，成本较低，具有优良的保水性和透气性能，可以与塑料一样加工成不同形状，也可以使培养土种植各种不同的植物，以适应立体绿化行业的可重复使用需求，也可以适应旱土机械化插种技术的可降解使用需求。
为了实现本发明的目的，本发明提供了一种与垒土基质相融的生物降解复合材料，由生物降解聚合物、聚己内酯、淀粉和纤维素组成，其制备方法包括以下步骤：
(1)接枝淀粉的制备：将淀粉加入到水中，搅拌升温至70-90℃，糊化反应30-50min后，降温至50-60℃，加入引发剂，搅拌30min，然后加入丙烯酸溶液和交联剂，反应1-3h，经过滤后用去离子水清洗3次，在100℃下干燥2-3h，粉碎，制得所需的三维网状结构的接枝淀粉；
(2)接枝淀粉/聚己内酯混合：将上述接枝淀粉和聚己内酯加入高效转鼓混合器中，以120-140rpm转速混合3-5min，取出置于110-130℃、4MPa的压力下加热30-50min，即得交联的接枝淀粉/PCL混合物；
(3)复合材料的制备：将上述接枝淀粉/PCL混合物加入到高效转鼓混合器中，再加入生物降解聚合物和纤维素，在60-80℃下以160-180rpm转速混合10-20min，挤出造粒，制得复合材料；
(4)将上述复合材料加入到90％DMSO和10％水的混合溶液中，于40-60℃下保持2h，经过滤后用去离子水清洗3次，在60-80℃干燥1-2h，粉碎，即得多孔网状的生物降解复合材料。
进一步的，所述生物降解聚合物为聚丁二酸丁二醇酯及其共聚物、聚乳酸、聚羟基烷酸酯、聚乙烯醇类生物降解塑料中的一种或几种。
进一步的，所述步骤(1)中丙烯酸溶液的处理方法为：往丙烯酸中加入NaOH溶液，调节PH值为6-8，即得丙烯酸溶液。
进一步的，所述步骤(1)中，所述引发剂为过硫酸铵/亚硫酸氢钠，所述交联剂为N,N＇-亚甲基双丙烯酰胺，其中所述淀粉与丙烯酸的质量比为1:(7-9)，所述引发剂的质量为淀粉质量的2.5％-3.5％，所述交联剂的质量为淀粉质量的0.25％-0.35％。
进一步的，所述过硫酸铵与所述亚硫酸氢钠的质量比为(2-5):6。
进一步的，所述步骤(2)中接枝淀粉与聚己内酯的质量比为10：(1-3)。
进一步的，所述步骤(3)中所述纤维素为乙基纤维素、羟甲基纤维素中的一种，其中接枝淀粉/PCL混合物、生物降解聚合物和纤维素的质量比为10：(2-4)：(0.2-0.4)。
进一步的，所述步骤(3)中挤出造粒的加工温度为160-180℃。
本发明取得了以下有益效果：
1、本发明的生物降解复合材料采用丙烯酸接枝淀粉，该接枝淀粉中丙烯酸与淀粉分子间可形成氢键，葡萄糖的链与链之间彼此构成网状，从而形成三维网状结构的接枝淀粉。该三维网状结构，网络中分布着许多离子基团，水分子进入网状结构后与这些离子键合而被吸附，固定在网络中。由于网络具有弹性，因而可容纳大量水分子，从而使该生物降解复合材料应用在垒土中，具有优良的吸水性和保水性，并且由于其三维网状结构，也使垒土具有很好的透气性。
2、本发明的生物降解复合材料采用聚己内酯与接枝淀粉在高温高压下交联混合得网络结构的共混物。聚己内酯具有很好的机械性能和热稳定性，还具有优良的韧性和相容性，可提高接枝淀粉和生物降解聚合物的热稳定性，改善淀粉的韧性，降低了接枝淀粉的亲水性，并且加强与生物降解聚合物和垒土基质的相融性。
3、本发明的生物降解复合材料采用生物降解聚合物与接枝淀粉/聚己内酯混合物共混制得，生物降解聚合物与接枝淀粉/聚己内酯交联共混，进一步改善了生物降解复合材料的热塑性，使其加工出多种形状的成品；粘结性强的接枝淀粉和相容性好的聚己内酯使生物降解复合材料组分之间相融性好，且能使生物降解复合材料与垒土基质之间具有很好的相融性，有利于生物降解复合材料的可塑稳定性，从而有效实现在垒土中的各项使用性能。
4、本发明的生物降解复合材料采用90％DMSO和10％水的溶液高温溶解，用于溶解淀粉接枝反应过程中未接枝的淀粉，制得多孔的生物降解复合材料。由于淀粉容易与水形成凝胶，含有淀粉的生物降解复合材料与垒土基质混合容易结球，不能顺利均匀搅拌，也不能均匀和垒土基质结合，从而影响最终制品的孔隙度和结构强度。
5、本发明中的生物降解复合材料在使用时，需要进行加热处理，与垒土基质进行融合，形成可塑性的固化垒土。由于生物降解复合材料中组分的熔融温度和分解温度相差不大，因此加热处理时，加工温度要求较严格，一般控制140-160℃之间，这样有利于生物降解复合材料与垒土基质之间粘结效果较好，且生物降解复合材料不会产生热分解。
6、本发明中的生物降解复合材料在使用时，需要根据垒土主要组分的构成来选择合适的加热方法，不然加工的产品不能达到所需的固化效果，也不能加工出多种形状的成品。
7、本发明的生物降解复合材料可与垒土基质相融，主要是利用了生物降解聚合物的可加工成型特性，将其与接枝淀粉共混，而制得可固化且具有可塑性的生物降解复合材料。复合材料中生物降解聚合物加入量少，主要成分是淀粉，因此成本较低；并且由于接枝淀粉的存在，使其具有优良保水性；本发明的多孔三维网络结构可与垒土基质均匀结合，不易结球，并形成良好的植物生长孔隙。
8、本发明能够与垒土基质有机相融合，从而改变垒土的物理性能，使得垒土能够固化成型，从而解决了土壤散落和遇水冲洗流失的问题，而且保证了植物所需垒土中的基础营养物质；本发明与垒土基质融合后，进行旱土机械化插种入土壤中，无需回收，其可由土壤中的微生物降解，不污染环境，绿化环保。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
下面结合具体实施例对本发明的不同成分的生物降解复合材料与垒土基质混合，得出不同的生物降解垒土，然后对生物降解垒土的相关物理特性和化学特性，如综合强度、质地、孔隙度、保水性(持水量)、酸碱度(PH值)、电导率(EC)和阳离子交换量(CEC)、生物降解性等进行观测和计算。
1、综合强度的测量：将实施例和对比例形成的垒土块从1.5m高的地方自由落下，如果破碎散开大于10块，就记为1，如果破碎分成5-8块就记为2，如果破碎分成2-4块就记为3，如果没有破碎就记为4。
2、土壤质地的测定：根据各粒级颗粒具有不同的可塑性和粘结性估测土壤质地类型。首先取少量(约2g)土样于手中，加水湿润，同时充分搓揉，使土壤吸水均匀(即加水于土样刚好不粘手为止)。然后按下表规格确定质地类型。
表1常用土壤质地鉴定规格表
Figure BDA0002514475730000061
3、土壤孔隙度的测定：
首先测量钢质取土容器的容积，称取容器的重量。然后用钢质取土容器装入与取土容器内径一致的垒土块，使之与筒口一样平齐，除去粘附在取土容器外壁的土粒，然后将盛土的取容器两端立即加盖，放入烘箱中在105℃条件下连续烘24小时至恒重。然后从烘箱中取出样品，称重为W1，去掉环刀内土样，擦干环刀，称其环刀重量计为W2。
(1)取土容器容积按式计算：V＝πr2h，式中，V为取土容器容积(cm3)，r为取土容器内半径(cm)，h为环刀高度(cm)，π为圆周率。
(2)土壤容重按下式计算：
Figure BDA0002514475730000071
(3)通过经验公式算出土壤总孔隙度的，其经验公式为：
Pt(％)＝93.947-32.995D
4、持水力的测定：将实施例和对比例形成的垒土块在水中浸泡30min使其充分吸水，拿出至无自由水流出后称重，等5个小时后再称量。将土样置于105℃±2℃的烘箱中烘至恒重，即可使其所含水分(包括吸湿水)全部蒸发殆尽，以此求算土壤水分含量。具体步骤参照按GB 7172-1987土壤水分测定法操作。
5、土壤pH值的测定：采用混合指示剂比色法。首先配制混合指示剂，用天平准确称取等量的(0.2500克)溴甲酚绿、溴甲酚紫、甲酚红放入玛瑙研钵中，加约15毫升0.1N氢氧化钠及5毫升蒸馏水共同研磨，然后用蒸馏水稀释至1000毫升，贮存于棕色瓶中备用。
然后取黄豆大小的土块，放入擦干净的比色瓷板的穴中，加入2-3滴混合指示剂至有少许液体流出为度，轻轻振荡约半分钟，倾斜瓷板或汤匙，使液体流出，与下表标准比色卡进行比色，准确读出土壤pH值的教字。
表2混合指示剂滴入土壤后的变色范围
pH值 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0
卡片颜色 黄 绿黄 黄绿 草绿 绿 灰绿 灰兰 兰紫 紫
6、电导率的测定：用电导法测定其水浸液的电导率(EC)。一般而言，土壤中可溶性盐按一定水土比例用平衡法浸出，这些可溶性盐是强电解质,其水溶性具有导电作用,导电能力的强弱可用电导率表示。在一定浓度范围内,可溶性盐的含量与电导率呈正相关,含盐量越高,溶液的渗透压越大,电导率也越大。
7、阳离子交换量的测定：依据GB 7863-1987森林土壤阳离子交换量的测定国家标准(GB)进行。
8、生物降解性：称取10g实施例和对比例粉碎后，埋在塑料容器的堆肥中，将堆肥容器在50±2℃的空气流通的试验环境中放置6个月，定期浇水，保持堆肥容器的湿润，然后测定质量减少量。若质量减少率为80％以上，就记为1；若质量减少率为50％-80％，记为2；若质量减少率为10％-50％，记为3；若质量减少率为10％以下，记为4。为保证微生物的多样性，使用城市固体废弃物中有机物在堆肥装置中产生的堆肥，堆肥肥龄为4个月。
实施例1：与垒土基质相融的生物降解复合材料a1的制备
(1)制备丙烯酸溶液：往700g丙烯酸中加入NaOH溶液，调节PH值为6-8，即得丙烯酸溶液。
(2)接枝淀粉的制备：将100g淀粉加入到500mL水中，搅拌升温至70-90℃，糊化反应30-50min后，降温至50-60℃，加入2.5g引发剂，搅拌30min，然后加入上述步骤(1)制得的丙烯酸溶液和0.25g交联剂，反应1-3h，经过滤后用去离子水清洗3次，在100℃下干燥2-3h，粉碎，制得所需的三维网状结构的接枝淀粉；其中，交联剂为N,N＇-亚甲基双丙烯酰胺，引发剂为过硫酸铵/亚硫酸氢钠，过硫酸铵与亚硫酸氢钠的质量比为1:3。
(3)接枝淀粉/PCL混合：将上述步骤(2)制得的100g接枝淀粉和10g PCL加入高效转鼓混合器中，以120-140rpm转速混合3-5min，取出置于110-130℃、4MPa的压力下加热30-50min，即得交联的接枝淀粉/PCL混合物；
(4)复合材料的制备：将上述步骤(3)制得的100g接枝淀粉/PCL混合物加入到高效转鼓混合器中，再加入20g PLA和2g乙基纤维素，在60-80℃下以160-180rpm转速混合10-20min，在160-180℃下挤出造粒，制得复合材料；
(5)将上述步骤(4)制得的复合材料加入到90％DMSO和10％水的混合溶液中，于40-60℃下保持2h，经过滤后用去离子水清洗3次，在60-80℃干燥1-2h，粉碎，即得多孔网状的生物降解复合材料a1。
将制得的生物降解复合材料a1用上述的生物降解测试方法进行检测，测得的生物降解结果见表3。
实施例2：与垒土基质相融的生物降解复合材料a2的制备
a2的制备方法与实施例1中a1的相同，具体步骤参照实施例1，值得注意的是，步骤(1)中丙烯酸的质量为900g；步骤(2)中引发剂的质量为3.5g，交联剂质量为0.35g；步骤(3)中PCL的质量为30g；步骤(4)中生物降解聚合物为PHA，PHA的质量为30g，纤维素为羟甲基纤维素，羟甲基纤维素质量为4g。
将制得的生物降解复合材料a2用上述的生物降解测试方法进行检测，测得的生物降解结果见表3。
实施例3：与垒土基质相融的生物降解复合材料a3的制备
a3的制备方法与实施例1中a1的相同，具体步骤参照实施例1，值得注意的是，步骤(1)中丙烯酸的质量为800g；步骤(2)中引发剂的质量为3g，交联剂质量为0.3g；步骤(3)中PCL的质量为20g；步骤(4)中生物降解聚合物为聚乙烯醇PVA类生物降解塑料，其质量为40g，纤维素为羟甲基纤维素，羟甲基纤维素质量为3g。
将制得的生物降解复合材料a3用上述的生物降解测试方法进行检测，测得的生物降解结果见表3。
实施例4：与垒土基质相融的生物降解复合材料a4的制备
A4的制备方法与实施例1中a1的相同，具体步骤参照实施例1，值得注意的是，步骤(1)中丙烯酸的质量为800g；步骤(2)中引发剂的质量为3g，交联剂质量为0.3g；步骤(3)中PCL的质量为20g；步骤(4)中生物降解聚合物为PBS，其质量为30g，纤维素为乙基纤维素，乙基纤维素质量为3g。
将制得的生物降解复合材料a4用上述的生物降解测试方法进行检测，测得的生物降解结果见表3。
对比例1
发明专利CN105297178B公开的能与培养土基质有机相融的热熔粘结复合材料，其具体实施例中实施例1制备的热熔粘结复合纤维A。
将制得的热熔粘结复合纤维A用上述的生物降解测试方法进行检测，测得的生物降解结果见表3。
对比例2
发明专利CN105297178B公开的能与培养土基质有机相融的热熔粘结复合材料，其具体实施例中实施例2制备的热熔粘结复合纤维B。
将制得的热熔粘结复合纤维B用上述的生物降解测试方法进行检测，测得的生物降解结果见表3。
表3实施例与对比例的生物降解测试结果表
材质 a1 a2 a3 a4 A B
生物降解等级 1 1 1 1 4 4
根据以上实施例1-4和对比例1-2的对比试验结果，可以看出，本发明的生物降解复合材料可由土壤中的微生物降解，不污染环境，绿化环保。
实施应用例1
1)垒土基质的配制：按100份重量份数的组分配比，黄土30份、秸秆粉20份、泥炭土10份、珍珠岩40份。
2)将上述步骤1)中配制的垒土基质90份与10份实施例1中制备生物降解复合材料a1，搅拌混合均匀，然后进行加热处理，形成垒土块b1。将制得的垒土块用上述的测试和计算方法测试垒土块b1的相关物理特性和化学特性，如综合强度、质地、孔隙度、保水性(持水量)、酸碱度(PH值)、电导率(EC)和阳离子交换量(CEC)，测试结果见表4。
实施应用例2
将实施例应用例1的步骤1)中配制的垒土基质90份与10份实施例2中制备生物降解复合材料a2，搅拌混合均匀，然后进行加热处理，形成垒土块b2。将制得的垒土块用上述的测试和计算方法测试垒土块b2的相关物理特性和化学特性，如综合强度、质地、孔隙度、保水性(持水量)、酸碱度(PH值)、电导率(EC)和阳离子交换量(CEC)，测试结果见表4。
实施应用例3
将实施例应用例1的步骤1)中配制的垒土基质90份与10份实施例3中制备生物降解复合材料a3，搅拌混合均匀，然后进行加热处理，形成垒土块b3。将制得的垒土块用上述的测试和计算方法测试垒土块b3的相关物理特性和化学特性，如综合强度、质地、孔隙度、保水性(持水量)、酸碱度(PH值)、电导率(EC)和阳离子交换量(CEC)，测试结果见表4。
实施应用例4
将实施例应用例1的步骤1)中配制的垒土基质90份与10份实施例4中制备生物降解复合材料a4，搅拌混合均匀，然后进行加热处理，形成垒土块b4。将制得的垒土块用上述的测试和计算方法测试垒土块b4的相关物理特性和化学特性，如综合强度、质地、孔隙度、保水性(持水量)、酸碱度(PH值)、电导率(EC)和阳离子交换量(CEC)，测试结果见表4。
对比应用例1
发明专利CN105297178B公开的能与培养土基质有机相融的热熔粘结复合材料，其具体实施例中实施应用例8制备的纤维土块A1。将制得的纤维土块A1进行如实施应用例1中所述的检测项目和方法，测试结果见表4。
对比应用例2
发明专利CN105297178B公开的能与培养土基质有机相融的热熔粘结复合材料，其具体实施例中实施应用例9制备的纤维土块A2。将制得的纤维土块A2进行如实施应用例1中所述的检测项目和方法，测试结果见表4。
表4实施应用例和对比应用例的检测结果表
Figure BDA0002514475730000121
根据以上实施应用例1-4和对比应用例1-2的对比试验结果，可以看出，本发明的生物降解复合材料，与垒土基质混合不会团聚，能实现快速均匀的混合，经过加热处理后，能够形成较高强度的固化垒土。生物降解复合材料应用在垒土基质中，使固化垒土具有优良的保水性和高的阳离子交换量，并且有很高的孔隙度，使垒土的通风透气性能优良。生物降解复合材料与垒土基质相融，使固化垒土具有可塑性，可以根据需要通过调整模具来改变其形状，并具有良好的种植土功能。
实施例5：生物降解复合材料a5的制备
(1)制备丙烯酸溶液：往800g丙烯酸中加入NaOH溶液，调节PH值为6-8，即得丙烯酸溶液。
(2)接枝淀粉的制备：将100g淀粉加入到500mL水中，搅拌升温至70-90℃，糊化反应30-50min后，降温至50-60℃，加入3g引发剂，搅拌30min，然后加入上述步骤(1)制得的丙烯酸溶液和0.3g交联剂，反应1-3h，经过滤后用去离子水清洗3次，在100℃下干燥2-3h，粉碎，制得所需的三维网状结构的接枝淀粉，即为生物降解复合材料a5。其中，交联剂为N,N＇-亚甲基双丙烯酰胺，引发剂为过硫酸铵/亚硫酸氢钠，过硫酸铵与亚硫酸氢钠的质量比为1:3。
实施例6：生物降解复合材料a6的制备
(1)制备丙烯酸溶液：具体步骤参照实施例5。
(2)接枝淀粉的制备：具体步骤参照实施例5。
(3)接枝淀粉/PCL混合：将上述步骤(2)制得的100g接枝淀粉和20g PCL加入高效转鼓混合器中，以120-140rpm转速混合3-5min，取出置于110-130℃、4MPa的压力下加热30-50min，制得交联的接枝淀粉/PCL混合物，即为生物降解复合材料a6。
实施例7：生物降解复合材料a7的制备
(1)制备丙烯酸溶液：具体步骤参照实施例5。
(2)接枝淀粉的制备：具体步骤参照实施例5。
(3)接枝淀粉/PCL混合：具体步骤参照实施例6。
(4)复合材料的制备：将上述步骤(3)制得的100g接枝淀粉/PCL混合物加入到高效转鼓混合器中，再加入30g PBS和3g乙基纤维素，在60-80℃下以160-180rpm转速混合10-20min，在160-180℃下挤出造粒，制得复合材料，即为生物降解复合材料a7；
实施应用例5
将实施例应用例1的步骤1)中配制的垒土基质90份与10份实施例5中制备生物降解复合材料a5，搅拌混合均匀，然后进行加热处理，形成垒土块b5。将制得的垒土块用上述的测试和计算方法测试垒土块b5的相关物理特性和化学特性，如综合强度、质地、孔隙度、保水性(持水量)、酸碱度(PH值)、电导率(EC)和阳离子交换量(CEC)，测试结果见表5。
实施应用例6
将实施例应用例1的步骤1)中配制的垒土基质90份与10份实施例6中制备生物降解复合材料a6，搅拌混合均匀，然后进行加热处理，形成垒土块b6。将制得的垒土块用上述的测试和计算方法测试垒土块b6的相关物理特性和化学特性，如综合强度、质地、孔隙度、保水性(持水量)、酸碱度(PH值)、电导率(EC)和阳离子交换量(CEC)，测试结果见表5。
实施例应用例7
将实施例应用例1的步骤1)中配制的垒土基质90份与10份实施例7中制备生物降解复合材料a7，搅拌混合均匀，然后进行加热处理，形成垒土块b7。将制得的垒土块用上述的测试和计算方法测试垒土块b7的相关物理特性和化学特性，如综合强度、质地、孔隙度、保水性(持水量)、酸碱度(PH值)、电导率(EC)和阳离子交换量(CEC)，测试结果见表5。
实施应用例4-7的检测结果表
Figure BDA0002514475730000141
Figure BDA0002514475730000151
根据以上实施应用例4-7的对比试验结果，可以看出，当接枝淀粉作为生物降解复合材料直接与垒土基质混合时，接枝淀粉一般作为粘结剂，会与垒土基质产生团聚，混合不均匀，影响垒土固化效果，使土质稍紧、易压碎，土壤的孔隙度和持水量都比较低，不利于植物生长。当接枝淀粉/PCL共混物和接枝淀粉/PCL/生物降解聚合物a7分别与垒土基质混合，其土质主要为粉粒，并且土壤的孔隙度和持水量不理想，影响植物生长。而本发明的生物降解复合材料具有多孔网状结构，有利于与垒土基质混合、固化，使垒土有优良的孔隙度和保水能力，并且有很高的阳离子交换量，有利于植物的生长。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种与垒土基质相融的生物降解复合材料，其特征在于，由生物降解聚合物、聚己内酯、淀粉和纤维素组成，其制备方法包括以下步骤：
(1)接枝淀粉的制备：将淀粉加入到水中，搅拌升温至70-90℃，糊化反应30-50min后，降温至50-60℃，加入引发剂，搅拌30min，然后加入丙烯酸溶液和交联剂，反应1-3h，经过滤后用去离子水清洗3次，在100℃下干燥2-3h，粉碎，制得所需的三维网状结构的接枝淀粉；
(2)接枝淀粉/聚己内酯混合：将上述接枝淀粉和聚己内酯加入高效转鼓混合器中，以120-140rpm转速混合3-5min，取出置于110-130℃、4MPa的压力下加热30-50min，即得交联的接枝淀粉/PCL混合物；
(3)复合材料的制备：将上述接枝淀粉/PCL混合物加入到高效转鼓混合器中，再加入生物降解聚合物和纤维素，在60-80℃下以160-180rpm转速混合10-20min，挤出造粒，制得复合材料；
(4)将上述复合材料加入到90％DMSO和10％水的混合溶液中，于40-60℃下保持2h，经过滤后用去离子水清洗3次，在60-80℃干燥1-2h，粉碎，即得多孔网状的生物降解复合材料。
2.根据权利要求1所述与垒土基质相融的生物降解复合材料，其特征在于，所述生物降解聚合物为聚丁二酸丁二醇酯及其共聚物、聚乳酸、聚羟基烷酸酯、聚乙烯醇类生物降解塑料中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述与垒土基质相融的生物降解复合材料，其特征在于，所述步骤(1)中丙烯酸溶液的处理方法为：往丙烯酸中加入NaOH溶液，调节PH值为6-8，即得丙烯酸溶液。
4.根据权利要求3所述与垒土基质相融的生物降解复合材料，其特征在于，所述步骤(1)中，所述引发剂为过硫酸铵/亚硫酸氢钠，所述交联剂为N,N＇-亚甲基双丙烯酰胺，其中所述淀粉与丙烯酸的质量比为1:(7-9)，所述引发剂的质量为淀粉质量的2.5％-3.5％，所述交联剂的质量为淀粉质量的0.25％-0.35％。
5.根据权利要求4所述与垒土基质相融的生物降解复合材料，其特征在于，所述过硫酸铵与所述亚硫酸氢钠的质量比为(2-5):6。
6.根据权利要求1所述与垒土基质相融的生物降解复合材料，其特征在于，所述步骤(2)中接枝淀粉与聚己内酯的质量比为10：(1-3)。
7.根据权利要求1所述与垒土基质相融的生物降解复合材料，其特征在于，所述步骤(3)中所述纤维素为乙基纤维素、羟甲基纤维素中的一种，其中接枝淀粉/PCL混合物、生物降解聚合物和纤维素的质量比为10：(2-4)：(0.2-0.4)。
8.根据权利要求7所述与垒土基质相融的生物降解复合材料，其特征在于，所述步骤(3)中挤出造粒的加工温度为160-180℃。
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