CN113016633A

CN113016633A - 一种酸处理凹凸棒垫料及其制备方法

Info

Publication number: CN113016633A
Application number: CN202110387294.8A
Authority: CN
Inventors: 李红玉; 王彩定; 靳涵; 李洋
Original assignee: Lanzhou University
Current assignee: Lanzhou University
Priority date: 2021-04-09
Filing date: 2021-04-09
Publication date: 2021-06-25

Abstract

本发明公开了一种酸处理凹凸棒垫料及制备方法，涉及动物用具技术领域。该垫料包括下列重量份的原料：酸处理凹凸棒350～450、淀粉15～25、防腐剂1～5、水180～220。本发明的产品为棒状，长5～20mm、宽0.3mm，自然水分≤5％，颜色均匀一致、无明显色差，无刺激性气味、无霉变味，并具有一定的吸水能力、保温性能、抑菌和除味功能，硬度大，无毒。本发明采用2mol/L工业硫酸对凹凸棒进行改性处理，酸处理的结果增大了凹凸棒的比表面积以及吸水性能。小鼠饲养实验证明，相较于传统垫料，本发明所述垫料的更换频率更低，使用成本显著下降。本发明的垫料以酸处理凹凸棒为主要成份，制造工艺简单，成本低，易于推广使用。

Description

一种酸处理凹凸棒垫料及其制备方法

技术领域

本发明属于动物用具技术领域，具体涉及一种以2mol/L工业硫酸处理后的凹凸棒为主要原料的垫料及其制备方法。

背景技术

凹凸棒黏土是一种富含镁铝的硅酸盐矿物，呈土状、致密块状产于沉积岩和风化壳中，颜色呈白色、青灰色、砖红色等。其相对密度为1.6左右，潮湿不易分散，具有黏性和可塑性；干燥时收缩小，不产生龟裂；吸水性强。PH为8.5左右，内部晶体孔道多，故比表面积很大，每克可达350m²以上。具有工业意义的凹凸棒矿床主要分布在美国、中国、西班牙等少数国家，在我国安徽、江苏、甘肃等省均具有储量非常丰富的凹凸棒石矿物资源。由于凹凸棒特殊的理化性质，使其在石油、化工、塑料、建材、医药等各行业都具有广泛的应用。

凹凸棒原矿的主要成份除了凹凸棒外，还含有石英、方解石、碳酸盐等其它类矿物，这些杂质矿物的存在，在一定程度上影响凹凸棒的性能以及其应用领域。在使用前对其进行改性处理，可以增大其表面积以及吸水性能，目前改性处理的的方法主要有热改性、酸改性、碱改性、有机溶剂处理等方法。

随着我国的经济发展快速发展，人们的生活水平也逐渐提高，越来越多的人饲养鼠、狗、猫等动物，使得动物用具市场不断扩大，垫料的种类也越来越多，如木屑垫料、膨润土垫料、纸屑垫料、水晶猫砂等，但这些垫料也存在价格高、粉尘大、异味重、甚至危害动物健康等问题，例如，膨润土、纸屑等垫料吸水后溶解，团聚在一起，动物用后容易附着在爪子、毛发等处，容易带到其它地方，使房间变脏变乱且较难打扫。因此，研究一种成本低廉、具有一定的抑菌效果、破碎率低、无毒无味，可延长使用时间的动物垫料是很多人关注的问题。

目前，虽然已经有一些研究将凹凸棒应用于动物垫料，但仍存在诸多问题。CN1557145A公开了一种非聚团型凹凸棒七彩猫砂及其生产工艺，该发明中的猫砂具有色彩鲜艳、无污染、强度高、无粉尘、无毒、无味、快速吸附和去除异味，且不会聚团的特点，但该猫砂吸水和除异味性能较弱。

本发明将凹凸棒经过2mol/L工业硫酸改性处理后，增大了凹凸棒的吸水性和除味性能，故是一种很好的做垫料的基质材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种价廉，使用时间长，吸水除味效果强的垫料。

本发明的目的还在于提供一种工艺简单，具有抑菌除臭效果的酸处理凹凸棒垫料的制造方法。

为实现本发明的目的，本发明通过以下方案实施。

一种酸处理凹凸棒垫料，该垫料包括：酸处理凹凸棒350～450、淀粉15～25、防腐剂1～5、水180～220，以重量份计。

优选地，一种酸处理凹凸棒垫料，由下列重量份的原料制备而成：酸处理凹凸棒400、淀粉20、防腐剂3、水200。

本发明所述的淀粉为玉米淀粉、土豆淀粉、红薯淀粉、木薯淀粉、麦类淀粉、藕淀粉中的一种或几种混合物。

本发明所述的防腐剂为苯甲酸、苯甲酸钠、山梨酸、山梨酸钾、丙酸钙中的一种或几种混合物。

本发明所述的垫料添加少量防腐剂，其目的是预防淀粉发霉。

本发明所述的酸为硫酸、工业硫酸、盐酸、硝酸中的一种。

本发明所述的酸为工业硫酸，其浓度为2mol/L。

本发明所述的垫料为棒状，长5～20mm、宽0.3mm。

本发明所述的垫料自然水分在5％以下。

本发明所述的一种酸处理凹凸棒垫料，由以下具体步骤制成：

(1)将凹凸棒粉碎并过200目筛，然后用一定浓度的酸对其进行改性处理，固液比为1:10，将混合液在磁力搅拌器上搅拌半小时，室温静置24h，加蒸馏水洗涤除去多余的硫酸，用真空泵抽滤，在鼓风干燥箱中干燥，继续粉碎过200目筛。

(2)将酸处理后凹凸棒和一定重量份的防腐剂混合均匀。

(3)将淀粉加入水中，加热并不断搅拌，使淀粉糊化。

(4)将步骤(2)中的混合粉末与步骤(3)中的淀粉糊化液混合均匀。

(5)将步骤(4)中的混合物放入挤压颗粒机中，挤压造粒，然后放入50～60℃干燥箱中干燥，使其含水量小于5％，即得到酸处理凹凸棒垫料。

本发明的垫料在使用过后，丢弃时，可放置在花坛、树坑中，崩解后可作为植物肥料，对环境友好。

本发明的垫料适用于鸟、鼠、猫、狗、鸡、羊、猪、牛等多种动物的垫料。

有益效果：本发明充分利用我国储量丰富的凹凸棒，并对其进行酸改性处理，以其为原材料生产的垫料颜色均匀一致、无明显色差，无刺激性气味、无霉变味，并具有一定的吸水能力、保温性能、抑菌和除味功能，硬度大，无毒。另外，本发明对凹凸棒进行酸改性处理，增加了其比表面积以及吸附性能，延长了垫料的使用时间，并对其具有一定的脱色效果。本发明制造工艺简单，成本低，易于推广使用。

附图说明

图1不同酸浓度对凹凸棒比表面积大小的影响

图2酸处理凹凸棒垫料

图3不同垫料干燥能力的比较

图4不同时间垫料的温度上升情况

图5不同时间垫料的温度下降情况

图6木屑垫料的实际应用

图7酸处理凹凸棒垫料的实际应用

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明，但本发明的保护范围并不限于以下实施例，任何本领域的技术人员在本发明的基础上，结合本领域公知常识所能想到的技术方案，都属于本发明的保护范围。

实施例1酸处理凹凸棒垫料的制备方法之一

该种酸处理凹凸棒垫料，由下列重量份的原料制备而成：酸处理凹凸棒400份、玉米淀粉25份、山梨酸钾3份、水200份。

该种酸处理凹凸棒垫料，包括以下步骤：

(1)将凹凸棒粉碎并过200目筛，然后用2mol/L的工业硫酸对其进行改性处理，固液比为1:10，将混合液在磁力搅拌器上搅拌半小时，室温静置24h，加蒸馏水洗涤除去多余的硫酸，用真空泵抽滤，在鼓风干燥箱中干燥，然后继续粉碎过200目筛，保存备用。

(2)称取酸处理凹凸棒400份和3份山梨酸钾，并将其混合均匀。

(3)将25份玉米淀粉加入200份水中，加热并不断搅拌，使玉米淀粉糊化。

实施例2酸处理凹凸棒垫料的制备方法之一

该种酸处理凹凸棒垫料，由下列重量份的原料制备而成：酸处理凹凸棒400份、木薯淀粉20份、山梨酸钾3份、水200份。

该种酸处理凹凸棒垫料，包括以下步骤：

(2)称取酸处理凹凸棒400份和3份山梨酸钾，并将其混合均匀。

(3)将20份木薯淀粉加入200份水中，加热并不断搅拌，使木薯淀粉糊化。

后续实验用酸处理凹凸棒垫料均来自实施例1。将本发明的酸处理凹凸棒垫料铺入容器中，厚度为5厘米左右，加入水浸泡半小时后，水有轻微浑浊，颗粒不破碎。对其进行微生物检查时，未检到大肠菌群、霉菌和酵母菌。

凹凸棒的最佳酸改性浓度确定

分别配制1～5mol/L的硫酸溶液五个梯度，每组梯度固液比为1:10，将混合液在磁力搅拌器上搅拌半小时后，室温静置24h，加蒸馏水洗涤除去多余的硫酸，用真空泵抽滤后，在鼓风干燥箱中干燥，然后继续粉碎并过200目筛，既得到五组不同硫酸浓度处理的凹凸棒样品。用比表面积测定仪测五组样品比表面积的大小，选择最佳的酸处理浓度。

图1为比表面积大小的测定结果，得到在2mol/L的硫酸处理条件下，凹凸棒的比表面积最大。因此，经过酸处理后的凹凸棒石，其比表面积增大，相对应的吸附性能变大。

实施例3酸处理凹凸棒垫料的关键指标评价方法

感官指标评价方法：将垫料样品放置白色托盘中，在非日光直射，光线充足，无异味的环境中，用眼观的方法检查颜色、霉变和杂质，用鼻嗅的方法检查气味。

图2为酸处理凹凸棒垫料，从图中可以看出，该垫料颜色均匀一致，无明显色差，无肉眼可见的外来杂质。用鼻嗅的方法对其气味的检测，发现该垫料无刺激性气味，也无霉变味。

表1为凹凸棒的EDS元素分析结果，表2为酸处理凹凸棒的EDS元素分析结果。从表中数据得到，凹凸棒经2mol/L工业硫酸处理后，其中Mg、Al、K、Ca、Fe的含量降低，其中Fe元素含量降低最多，与原矿相比较，Fe元素含量的降低，故酸处理对凹凸棒有一定的脱白效果。

表1凹凸棒的EDS分析结果

表2酸处理凹凸棒的EDS分析结果

水分的测定：将称量瓶放入103℃干燥箱中干燥30min±1min后取出，冷却至室温。称量其质量，准确至1mg。称取两份各20g试样于称量瓶中，准确至1mg，并摊匀。将装有试样的称量瓶放入103℃干燥箱中干燥4h±0.1h后取出，放在干燥器中冷却至室温。称量其质量，准确至1mg。其中水分含量的测定按公式(1)计算：

X％＝[w₁-(w₃-w₂)]/W₁×100％………………………………………(1)

式中：W₁-试样的质量，单位为克(g)。

W₂-称量瓶的质量，单位为克(g)。

W₃-称量瓶和干燥后试样的质量，单位为克(g)。

结果:取两次平行测定的算术平均值作为结果，两个平行测定结果的绝对差值不大于0.2％，超过0.2％，重新测定。结果精确至0.1％。

样品1:样品重量20.1g，称量瓶重量：29.5g，干燥4h后的重量：49.5g。

样品2:样品重量20.0g，称量瓶重量：26.4g，干燥4h后的重量：46.3g。

计算所得酸处理凹凸棒垫料的含水量为：0.5％，小于5％，符合要求。

实施例4酸处理凹凸棒垫料的吸水及干燥能力

垫料吸水能力的测定：将一定量的垫料装入透明塑料杯中，体积为100mL，加入清水浸泡30min后，用纱布封口，滤去未吸收的多余水分，以不滴水为准，称重，计算吸水率。

吸水率1＝吸水后总重量/起始重量

吸水率2＝(吸水后总重量-起始重量)/体积

该种酸处理凹凸棒垫料的吸水能力实验数据如下表所示：

表3几种垫料的吸水能力比较

结果：从表3可以看出3种垫料中木屑垫料的比重最小，膨润土垫料的比重最大。本发明的垫料与市售膨润土垫料的吸水性能相比，虽略低一些，但有一定的吸水效果，产品是合格的。

垫料干燥度的测定：将一定量的垫料装入透明塑料杯中，体积为100mL，加入清水浸泡30min后，用纱布封口，滤去未吸收的多余水分，以不滴水为准，称重，记为吸水后总重量。放入25℃恒温干燥箱中，恒温干燥，每隔一段时间称重，记录垫料重量。

干燥度(％)＝(吸水后总重量-记录时重量)/(记录时重量-垫料重量)×100％

结果：从图3可以看出，三种垫料中，酸处理凹凸棒垫料干燥速度最快，在第12h后基本完全干燥，木屑垫料的水分干燥度达到90％以上，膨润土垫料吸水后的团聚效果导致其干燥速度最慢。理论上，垫料干燥的速度越快，其品质越好。垫料的干燥速率越快，一方面可以为动物提供一个干燥舒适的环境，另一方面，可以减少细菌滋生，有利于动物健康。

实施例5酸处理凹凸棒垫料的保温性能

垫料的保温性能包括两部分：(1)升温实验：在500ml的烧杯中装满不同种类的垫料，并在烧杯中间放置一温度计，温度计探头位于垫料中央位置，干燥箱的温度控制在80℃，在打开升温开关后即记录垫料的升温情况，每次测温操作之间间隔15～30min。(2)降温实验：在500ml的烧杯中装满各种垫料并升温至65℃，将其立马取出，并在室温条件下，每隔5～15min分钟记一次垫料内的温度变化。(备注：室内温度为19℃)

垫料的保温性能，通过一定时间内，不同垫料温度上升和下降值的对比实验得出垫料的保温性能，其结果如下：

由图4可知，在0～60min内，木屑垫料的温度上升幅度较大，其次是酸处理凹凸棒垫料，温度上升最慢的是膨润土垫料。90min以后，三种垫料的温度基本趋于稳定，整体上，酸处理凹凸棒垫料和膨润土垫料温度变化幅度相近。120min后，木屑垫料的温度上升幅度最低，说明木屑垫料在单位时间内吸收热量的能力弱于其它两种，酸处理凹凸棒垫料的温度上升最高，说明该垫料在单位时间内对热量的吸收能力好。

由图5可知，在0～60min内，除木屑垫料温度下降最快外，其余两组垫料温度下降速度基本趋于一致。60min以后，各组垫料温度下降都趋于稳定，90min以后，木屑垫料的温度下降到最低(基本达到室温19℃)，酸处理凹凸棒垫料的温度最高，说明本发明所述垫料的保温性能较好。

实施例6酸处理凹凸棒垫料的抑菌性能

垫料中微生物菌落的数目测定：采用稀释涂布平板法，将本发明所述酸处理凹凸棒垫料与灭菌的生理盐水溶液按1:10混合，150r/min摇床震荡1h，然后按梯度稀释，涂布平板，木屑垫料作为对照。菌落总数的检测采用平板计数琼脂培养基(PCA)，大肠菌群的培养采用伊红美蓝培养基(EMB)，霉菌和酵母菌的培养采用孟加拉红培养基(RBA)。本发明所述酸处理凹凸棒垫料的抑菌性能，如下表所示：

表4垫料中细菌总数的含量

表5垫料中大肠杆菌的总数

表6垫料中霉菌和酵母菌的总数

表4～表6的结果显示，酸处理凹凸棒垫料中细菌总群、大肠杆菌以及霉菌和酵母菌的含量都远远低于木屑垫料中的菌落总数，说明酸处理凹凸棒垫料对微生物菌群具有一定的抑制效果。

实施例7酸处理凹凸棒垫料的硬度测试

硬度评价标准为：依据标准DB32/T2129-2012的要求垫料在1米的高度落下，不破裂。将培养皿中的10g酸处理凹凸棒垫料于1米高处自由落体，形态基本保持完好，无破裂，说明其硬度符合标准DB32/T2129-2012。

实施例8酸处理凹凸棒垫料的毒性

垫料中重金属砷和铅的含量测定，采用ICP-OES进行测定。标准曲线的制作方式如下：各取砷和铅的标液5mL，用蒸馏水按梯度稀释，分别为25mg/L、15mg/L、5mg/L、1mg/L、0.1mg/L，空白对照组为蒸馏水。经2mol/L酸处理凹凸棒中重金属含量的测定过程为：2g酸处理凹凸棒加20mL硝酸消解，在300℃条件下消解15min，过滤两遍，在25mL容量瓶中定容，放4°冰箱等待测样。

结果：ICP-OES测定所得酸处理凹凸棒中砷和铅的含量分别为：0.309mg/kg和0.504mg/kg。从测定结果可知，酸处理凹凸棒中重金属铅砷和铅的含量都极低，无毒。

酸处理凹凸棒垫料小鼠急性毒性实验测试

将一定剂量的供试液灌胃灌入小鼠体内，在规定时间内观察小鼠有无毒性反应和死亡情况，以决定供试品是否符合规定的一种方法。

设备及试剂：压力蒸汽灭菌器、电子称、0.9％氯化钠注射液。

器具灭菌：与供试液接触的所有器具置压力蒸汽灭菌器内121℃灭菌30min。

实验动物：将雌性无孕、体重(19～21g)的小鼠随机分为实验和对照组，每组各5只。

浸提介质：0.9％氯化钠注射液。

空白对照液：0.9％氯化钠注射液。

供试液制备：供试液制备应按无菌操作方法进行。

取垫料放入容器内，按每1g样品加入浸提介质4ml，摇床150r/min震荡30min后，置灭菌锅内121℃灭菌30min。供试液应在制备后24h内使用。

供试液灌胃及灌胃后动物反应观察指标：将小鼠固定，分别灌胃供试液和空白对照液，灌胃剂量为0.2ml/10g。灌胃完毕后，观察小鼠即时反应，并于4、24、48和72h观察和记录试验组和对照组动物的一般状态，毒性表现和死亡动物数。注射动物反应观察指标见下表。

表7判断小鼠有无毒性症状的观察指标

注意事项：灌胃完毕如发现有供试液外溢现象，此小鼠应弃去，另取小鼠依法操作。试验后待观察小鼠喂养方法同试验前。试验用小鼠盒内数量不宜过多，避免照成发热，出汗影响试验结果。

结果判定：在72h观察期内，试验组动物的反应不大于对照组动物，则判定供试品合格。如试验组动物有2只以上出现中度毒性症状或死亡，则判定供试品不合格。如试验组动物有2只以上出现轻度毒性症状，或不超过1只动物出现中度毒性症状或死亡。

实验结果：在72h内无小鼠死亡，小鼠毛发整洁，无拉稀，粪便颜色正常，行为反应正常，与对照组相比无差异。证明本发明所述酸处理凹凸棒垫料安全无毒。

实施例9酸处理凹凸棒垫料的小鼠实验

将酸处理凹凸棒垫料与木屑垫料对比，每组两笼。几天之后观察小鼠的适应情况以及垫料的脏度和粪便的腐败情况。

实验结果：图6和图7分别是木屑垫料和酸处理凹凸棒垫料在更换垫料第六天后，垫料的脏度情况，从图中可以看出，木屑垫料在第六天后，脏度高，达到更换限度；而酸处理凹凸棒垫料达到更换限度的时间为8～9天，使用周期显著长于木屑垫料。因此，本发明所述垫料在使用中的更换频率更低，使用成本显著下降。此外，酸处理凹凸棒垫料组的小鼠爪子等地方无破损，肚皮、后背等毛发洁白，未染脏，粪便颗粒干燥、颜色正常，小鼠活跃度与对照组无差异。因此，本发明所述酸处理凹凸棒垫料对小鼠饲养无影响。

实施例10酸处理凹凸棒垫料的成本

1、甘肃白银靖远县凹凸棒的成本：300元/吨。

2、玉米淀粉超市售价：3.5元/500g。

3、木薯淀粉超市售价：2.5元/250g

4、食品级防腐剂苯甲酸钠售价：12.5元/kg。

5、工业硫酸的价格：260元/吨。

根据实施例1中酸处理凹凸棒垫料的配方可得：所需材料费为1.28元/kg；实施例2中酸处理凹凸棒垫料的配方可得：所需材料费为1.34元/kg。因此本发明所述酸处理凹凸棒垫料成本极低，易于推广。

Claims

1.一种酸处理凹凸棒垫料，其特征在于，该垫料包括：酸处理凹凸棒350～450、淀粉15～25、防腐剂1～5、水180～220，以重量份计。

2.根据权利要求1所述的酸处理凹凸棒垫料，其特征在于，包括以下重量份的原料：酸处理凹凸棒400份、淀粉20份、防腐剂3份、水200份。

3.根据权利要求1或2中任意一项权利要求所述的酸处理凹凸棒垫料，其特征在于所述淀粉为玉米淀粉、土豆淀粉、红薯淀粉、木薯淀粉、麦类淀粉、藕淀粉中的一种或几种的混合。

4.根据权利要求1或2中任意一项权利要求所述的酸处理凹凸棒垫料，其特征在于所述的食品级防腐剂为苯甲酸、苯甲酸钠、山梨酸、山梨酸钾、丙酸钙中的一种或几种的混合。

5.根据权利要求1或2中任意一项权利要求所述的酸处理凹凸棒垫料，其特征在于所述的酸为硫酸、工业硫酸、盐酸、硝酸中的一种。

6.根据权利要求5中所述的酸处理凹凸棒垫料，其特征在于所述的酸为工业硫酸，其浓度为2mol/L。

7.根据权利要求1或2中任意一项权利要求所述的酸处理凹凸棒垫料，其特征在于所述垫料为棒状，长5～20mm、宽0.3mm。

8.根据权利要求1或2中任意一项权利要求所述的酸处理凹凸棒垫料，其特征在于所述垫料自然水分在5％以下。

9.根据权利要求1或2所述的酸处理的凹凸棒垫料，其特征在于所述垫料适用于鸟、鼠、猫、狗、鸡、羊、猪、牛动物的垫料。

10.根据权利要求1或2中任意一项权利要求所述的酸处理凹凸棒垫料的制造方法，其特征在于，包含以下步骤：

(2)将酸处理后凹凸棒和一定重量份的防腐剂混合均匀。

(3)将淀粉加入水中，加热并不断搅拌，使淀粉糊化。