CN112940428A - 一种生物降解热塑性pva/淀粉育苗杯及其制备方法 - Google Patents

一种生物降解热塑性pva/淀粉育苗杯及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种生物降解热塑性PVA/淀粉育苗杯，原料包含以下组分：热塑性PVA、热塑性淀粉、增容剂。本发明专利通过热塑性PVA与热塑性淀粉有益配比制备的育苗杯具有良好的可塑性、生物降解性和优异的土壤改善效果，适宜在农用育苗杯领域推广，具有广阔的发展前景。

Description

一种生物降解热塑性PVA/淀粉育苗杯及其制备方法
技术领域
本发明涉及农用育苗杯领域，尤其涉及一种生物降解热塑性PVA/淀粉育苗杯及其制备方法。
背景技术
传统的蔬菜(如辣椒)、树苗、花卉，播种方式多采用人工播种或简易播种机播撒，这两种方式都难以精确的控制种子的用量，浪费大量种子的同时，后期需要大量的人工“间苗”，拔掉多余的作物或者先育苗后移栽。这种双重浪费，造成了农民种植成本居高不下，难以产业化，并且农产品的一致性较差，产品竞争力低。
育苗杯又称为育苗钵、育苗杯、育秧盆、营养杯，其质地多为塑料制作，纸杯大小的育苗杯多用于育种、育苗；花盆大小的育苗杯多用于温室种植。塑料育苗营养钵具有白天吸热、夜晚保温护根、保肥作用，干旱时节具有保水作用；用育苗杯育种、育苗便于集中培育和移栽，显著提高经济效益，广泛用于花卉、蔬菜、瓜果等农业种植。
目前，育苗杯的应用相当成熟，但传统非降解材料(一般为PP、PE)容易造成白色污染，产生残留破坏土质。而通过生物降解材料制备的育苗杯则可以较好的解决上述问题。
因此，研发一种成本低，且可生物降解的育苗杯是一项十分有意义的工作。
发明内容
本发明第一方面提供了一种生物降解热塑性PVA/淀粉育苗杯，原料包含以下组分：热塑性PVA、热塑性淀粉、增容剂。
作为一种优选的方案，所述热塑性PVA与热塑性淀粉的重量比为1～10：1～10。
作为一种优选的方案，所述增容剂为己二酸、马来酸酐、吐温80、十二烷基硫酸钠中的至少一种。
作为一种优选的方案，所述热塑性PVA的原料包含以下重量份：PVA80～120份、丙三醇5～20份、交联剂0.01～1份、热稳定剂1～5份、润滑剂0.1～3份。
作为一种优选的方案，所述热塑性淀粉的原料包含以下重量份：淀粉80～120份、丙三醇20～40份、交联剂5～15份、热稳定剂1～5份、润滑剂0.01～1份。
作为一种优选的方案，所述PVA为PVA-0388、PVA-0588、PVA-1788、PVA-5088中的至少一种。
作为一种优选的方案，所述淀粉为木薯粉、玉米粉、小麦粉、大麦粉、马铃薯粉中的至少一种。
作为一种优选的方案，所述交联剂为氯化钙、氯化钾、六偏磷酸钠、柠檬酸、硼酸钠、二异氰酸酯中的至少一种；所述热稳定剂为硬脂酸钙、硬脂酸钠、硬脂酸锌、氢氧化镁、硬脂酸稀土盐中的至少一种；所述润滑剂为硬脂酸、聚酰胺蜡、乙酰胺中的至少一种。
本发明第二方面提供了一种上述生物降解热塑性PVA/淀粉育苗杯的制备方法，步骤包含以下几步：(1)将热塑性PVA、热塑性淀粉和增容剂进行混合，加入高速搅拌机进行高速捏合；(2)将步骤(1)所得原料经过双螺杆挤出机造粒除泡，制成塑料颗粒；(3)将塑料颗粒熔融并按照育苗杯模具注塑成型，既得生物降解热塑性PVA/淀粉育苗杯。
作为一种优选的方案，所述高速捏合的温度为95～120℃；所述双螺杆挤出机的温度为150～190℃；所述熔融温度为160～180℃。
有益效果：
1、本发明申请中的制备的育苗杯具有可生物降解的特性，能够在育苗后有效的自然降解，省去了移栽工作，充分节省了人力成本，确保植物苗的正常生长。
2、本发明申请中的制备的育苗杯栽培到土壤中后，可以15天内变成粉状，40天左右脆裂穿孔，90天内基本完全降解，1年之内完全消失，不会造成白色污染，避免了化学残留破坏土质的现象，简易环保。
具体实施方式
参选以下本发明的优选实施方法的详述以及包括的实施例可更容易地理解本发明的内容。除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。
如本文所用术语“由…制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
连接词“由…组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由…组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。
当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1至5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1至4”、“1至3”、“1至2”、“1至2和4至5”、“1至3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。
单数形式包括复数讨论对象，除非上下文中另外清楚地指明。“任选的”或者“任意一种”是指其后描述的事项或事件可以发生或不发生，而且该描述包括事件发生的情形和事件不发生的情形。
说明书和权利要求书中的近似用语用来修饰数量，表示本发明并不限定于该具体数量，还包括与该数量接近的可接受的而不会导致相关基本功能的改变的修正的部分。相应的，用“大约”、“约”等修饰一个数值，意为本发明不限于该精确数值。在某些例子中，近似用语可能对应于测量数值的仪器的精度。在本申请说明书和权利要求书中，范围限定可以组合和/或互换，如果没有另外说明这些范围包括其间所含有的所有子范围。
此外，本发明要素或组分前的不定冠词“一种”和“一个”对要素或组分的数量要求(即出现次数)无限制性。因此“一个”或“一种”应被解读为包括一个或至少一个，并且单数形式的要素或组分也包括复数形式，除非所述数量明显旨指单数形式。
本发明第一方面提供了一种生物降解热塑性PVA/淀粉育苗杯，原料包含以下组分：热塑性PVA、热塑性淀粉、增容剂。
在一些优选的实施方式中，所述热塑性PVA与热塑性淀粉的重量比为1～10：1～10。
在一些优选的实施方式中，所述热塑性PVA与热塑性淀粉的重量比为3～7：3～7。
在一些优选的实施方式中，所述热塑性PVA与热塑性淀粉的重量比为4～5：5～6。
在一些优选的实施方式中，所述增容剂为己二酸、马来酸酐、吐温80、十二烷基硫酸钠中的至少一种。
在一些优选的实施方式中，所述增容剂为己二酸和马来酸酐；所述己二酸和马来酸酐的重量比为1：1～3；所述增容剂的质量分数为0.5～1wt％。
在一些优选的实施方式中，所述热塑性PVA的原料包含以下重量份：PVA80～120份、丙三醇5～20份、交联剂0.01～1份、热稳定剂1～5份、润滑剂0.1～3份。
在一些优选的实施方式中，所述热塑性PVA的制备方法包含以下步骤：(1)在PVA中加入丙三醇，并且与热稳定剂、润滑剂和交联剂混合加入高速搅拌机中进行高速捏合；(2)将步骤(1)中的原料投入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，造粒完成后既得热塑性PVA。
在一些优选的实施方式中，所述高速搅拌机的温度为110～190℃；所述双螺杆挤出机的温度为110～190℃。
在一些优选的实施方式中，所述热塑性淀粉的原料包含以下重量份：淀粉80～120份、丙三醇20～40份、交联剂5～15份、热稳定剂1～5份、润滑剂0.01～1份。
在一些优选的实施方式中，所述热塑性淀粉的制备方法包含以下步骤：(1)在淀粉中加入丙三醇，并且与热稳定剂、润滑剂和交联剂混合加入高速搅拌机中进行高速捏合；(2)将步骤(1)中的原料投入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，造粒完成后既得热塑性淀粉。
在一些优选的实施方式中，所述高速搅拌机的温度为110～160℃；所述双螺杆挤出机的温度为110～160℃。
在一些优选的实施方式中，所述PVA为PVA-0388、PVA-0588、PVA-1788、PVA-5088中的至少一种。
在一些优选的实施方式中，所述PVA为PVA-0588和PVA-1788；PVA-0588与PVA-1788的重量比为2～5：1。
在一些优选的实施方式中，所述淀粉为木薯粉、玉米粉、小麦粉、大麦粉、马铃薯粉中的至少一种。
在一些优选的实施方式中，所述淀粉为木薯粉和玉米粉；木薯粉与玉米粉的重量比为1～3：1～3。
在一些优选的实施方式中，所述交联剂为氯化钙、氯化钾、六偏磷酸钠、柠檬酸、硼酸钠、二异氰酸酯中的至少一种；所述热稳定剂为硬脂酸钙、硬脂酸钠、硬脂酸锌、氢氧化镁、硬脂酸稀土盐中的至少一种；所述润滑剂为硬脂酸、聚酰胺蜡、乙酰胺中的至少一种。
在一些优选的实施方式中，所热塑性PVA中的交联剂为氯化钾；热稳定剂为硬脂酸钙；润滑剂为硬脂酸。
在一些优选的实施方式中，所热塑性淀粉中的交联剂为六偏磷酸钠；热稳定剂为硬脂酸钙；润滑剂为乙酰胺。
本发明第二方面提供了一种上述生物降解热塑性PVA/淀粉育苗杯的制备方法，步骤包含以下几步：(1)将热塑性PVA、热塑性淀粉和增容剂进行混合，加入高速搅拌机进行高速捏合；(2)将步骤(1)所得原料经过双螺杆挤出机造粒除泡，制成塑料颗粒；(3)将塑料颗粒熔融并按照育苗杯模具注塑成型，既得生物降解热塑性PVA/淀粉育苗杯。
本发明中的制备的生物可降解的育苗杯移栽到土壤当中之后，15天内变成粉状，45天脆裂穿孔，90天内基本完全降解，1年之内完全消失，不会造成白色污染，避免了化学残留破坏土质的现象，简易环保。15～90天的降解过程完美的契合辣椒等农作物的育苗周期。
在一些优选的实施方式中，所述高速捏合的温度为95～120℃；所述双螺杆挤出机的温度为150～190℃；所述熔融温度为160～180℃。
实施例
以下通过实施例对本发明技术方案进行详细的说明，但是本发明的保护范围不局限于所述的所有实施例。如无特殊说明，本发明的原料均为市售。
实施例1
实施例1第一方面提供了一种生物降解热塑性PVA/淀粉育苗杯，原料包含以下重量份：热塑性PVA50份、热塑性淀粉50份、增容剂(己二酸和马来酸酐，重量比为1：2)0.9份。
本实施例中热塑性PVA为自制，步骤包含以下几步：(1)在100份PVA(PVA-0588和PVA-1788，重量比3：1)中加入10份丙三醇，并且与2份硬脂酸钙、0.5份硬脂酸和0.02份氯化钾混合加入高速搅拌机中进行高速捏合，搅拌温度为150℃；(2)将步骤(1)中的原料投入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，双螺杆挤出机的温度为190℃，造粒完成后既得热塑性PVA。
本实施例中热塑性淀粉为自制，步骤包含以下几步：(1)在100份淀粉(木薯粉和玉米粉，重量比1：2)中加入35份丙三醇，并且与2份硬脂酸钙、0.05份乙酰胺和8份六偏磷酸钠混合加入高速搅拌机中进行高速捏合，搅拌温度为150℃；(2)将步骤(1)中的原料投入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，双螺杆挤出机的温度为160℃，造粒完成后既得热塑性淀粉。
本实施例还提供了一种上述生物降解热塑性PVA/淀粉育苗杯的制备方法，步骤包含以下几步：(1)将50份热塑性PVA、50份热塑性淀粉和0.9份增容剂(己二酸和马来酸酐，重量比为1：2)进行混合，加入高速搅拌机进行高速捏合，高速搅拌机的温度为110℃；(2)将步骤(1)所得原料经过双螺杆挤出机造粒除泡，双螺杆挤出机的温度为165℃，制成塑料颗粒；(3)将塑料颗粒在170℃下熔融并按照育苗杯模具注塑成型，既得生物降解热塑性PVA/淀粉育苗杯。
本实施例中：己二酸(CAS:124-04-9)、马来酸酐(CAS:108-31-6)、硬脂酸钙(CAS:1592-23-0)、硬脂酸(CAS:57-11-4)、乙酰胺(CAS:60-30-5)、六偏磷酸钠(CAS:10124-56-8)。
本实施例中PVA-0588和PVA-1788为上海凯杜实业发展有限公司生产出售的PVA-0588和PVA-1788产品。
实施例2
本实施例的具体实施方式同实施例1，不同之处在于：热塑性PVA为40份，热塑性淀粉为60份。
实施例3
本实施例的具体实施方式同实施例1，不同之处在于：PVA-0588和PVA-1788的重量比5：1。
对比例1
本对比例的具体实施方式同实施例1，不同之处在于：热塑性PVA为80份，热塑性淀粉为20份。
对比例2
本对比例的具体实施方式同实施例1，不同之处在于：己二酸和马来酸酐的重量比为3：1。
对比例3
本对比例的具体实施方式同实施例1，不同之处在于：PVA-0588和PVA-1788的重量比1：1。
对比例4
本对比例的具体实施方式同实施例1，不同之处在于：木薯粉和玉米粉的重量比5：1。
性能评价
1.育苗杯降解性能与对作物根系发育影响的评价：实验作物：辣椒(博辣6号)；实验周期：90天；实验环境：大棚苗床。苗床温度25℃以上，白天控制温度25-28℃，夜间20-25℃，土壤温度25℃左右。空气湿度≦70％；实验样品：各实施例和对比例制备的育苗杯；实验方法：(1)辣椒种子直接按照株距40cm，将辣椒种子至于育苗杯中，不经间苗移栽直接定植于苗床泥土中。(模拟实际应用中直接用育苗杯播种，省去先育苗后移栽的工序)；(2)使用普通PP穴盘育苗的辣椒按照传统辣椒穴盘育苗技术育苗做对比；(3)两种不同载体的辣椒种子，催芽、装盘、播种、出苗、水肥管理条件相同。使用普通PP穴盘育苗的于苗龄40天须进行移栽，株距40cm。观察热塑性PVA/热塑性淀粉降解育苗杯40天，90天的降解情况；辣椒的根系生长情况；对比热塑性PVA/热塑性淀降解育苗杯与使用普通PP穴盘育苗辣椒(对照组)的苗高情况。每个实施例对比例测试5个试样，测得的数值的平均值记入表1。
2.土壤团粒结构改善效果：采用上述性能测试1的方法培育辣椒苗(博辣6号)，90天之后，测试周围土壤的总孔隙度和水分。每个实施例对比例测试5个试样，测得的数值的平均值记入表2。
表1
Figure BDA0002935150730000101
表2
Figure BDA0002935150730000102
Figure BDA0002935150730000111
通过实施例1～3和对比例1～4可以得知，本发明提供的一种生物降解热塑性PVA/淀粉育苗杯及其制备方法，制得后的PVA/淀粉育苗杯具有良好的可塑性、生物降解性和优异的土壤改善效果，适宜在农用育苗杯领域推广，具有广阔的发展前景。其中实施例1在具有最佳的原料重量比等因素下获得了最佳性能指数。
最后指出，以上所述实施例仅为本发明较佳的实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种生物降解热塑性PVA/淀粉育苗杯，其特征在于：原料包含以下组分：热塑性PVA、热塑性淀粉、增容剂。
2.根据权利要求1所述的生物降解热塑性PVA/淀粉育苗杯，其特征在于：所述热塑性PVA与热塑性淀粉的重量比为1～10：1～10。
3.根据权利要求1所述的生物降解热塑性PVA/淀粉育苗杯，其特征在于：所述增容剂为己二酸、马来酸酐、吐温80、十二烷基硫酸钠中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的生物降解热塑性PVA/淀粉育苗杯，其特征在于：所述热塑性PVA的原料包含以下重量份：PVA80～120份、丙三醇5～20份、交联剂0.01～1份、热稳定剂1～5份、润滑剂0.1～3份。
5.根据权利要求1所述的生物降解热塑性PVA/淀粉育苗杯，其特征在于：所述热塑性淀粉的原料包含以下重量份：淀粉80～120份、丙三醇20～40份、交联剂5～15份、热稳定剂1～5份、润滑剂0.01～1份。
6.根据权利要求4所述的生物降解热塑性PVA/淀粉育苗杯，其特征在于：所述PVA为PVA-0388、PVA-0588、PVA-1788、PVA-5088中的至少一种。
7.根据权利要求5所述的生物降解热塑性PVA/淀粉育苗杯，其特征在于：所述淀粉为木薯粉、玉米粉、小麦粉、大麦粉、马铃薯粉中的至少一种。
8.根据权利要求4～5中任意一项所述的生物降解热塑性PVA/淀粉育苗杯，其特征在于：所述交联剂为氯化钙、氯化钾、六偏磷酸钠、柠檬酸、硼酸钠、二异氰酸酯中的至少一种；所述热稳定剂为硬脂酸钙、硬脂酸钠、硬脂酸锌、氢氧化镁、硬脂酸稀土盐中的至少一种；所述润滑剂为硬脂酸、聚酰胺蜡、乙酰胺中的至少一种。
9.一种根据权利要求1～8任意一项所述的生物降解热塑性PVA/淀粉育苗杯的制备方法，其特征在于：步骤包含以下几步：(1)将热塑性PVA、热塑性淀粉和增容剂进行混合，加入高速搅拌机进行高速捏合；(2)将步骤(1)所得原料经过双螺杆挤出机造粒除泡，制成塑料颗粒；(3)将塑料颗粒熔融并按照育苗杯模具注塑成型，既得生物降解热塑性PVA/淀粉育苗杯。
10.根据权利要求9所述的生物降解热塑性PVA/淀粉育苗杯的制备方法，其特征在于：所述高速捏合的温度为95～120℃；所述双螺杆挤出机的温度为150～190℃；所述熔融温度为160～180℃。
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