CN115281054A - 一种固态基质制作方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及固态基质材料技术领域，具体涉及一种固态基质制作方法及其应用。所述固态基质制作方法采用的主要原料是粉煤灰、矿粉、飘珠、聚氨酯橡胶、交联剂和泡孔调节剂。本发明所制得的固态基质形似固体海绵块，抗压强度是5‑10MPa，吸水率是30‑90％，酸碱度中性，容重每立方米400‑800kg，透气性好，寿命超过10年以上，具有优良的保水、保肥、透气的物理特性，同时采用制作固态基质技术，也可以利用矿场的超细尾矿，使尾矿变废为宝，既解决了尾矿问题又解决了国内栽培基质对我国无土栽培发展的垄断问题，且应用更加广泛。

Description

一种固态基质制作方法及其应用
技术领域
本发明涉及固态基质材料技术领域，具体涉及一种固态基质制作方法及其应用。
背景技术
1、随着我国设施农业的快速发展，高端园艺资材需求量逐年增大，特别是栽培所用农用岩棉、椰糠，而高端农用岩棉和椰糠90％以上需要进口，极大制约了我国无土栽培的快速发展，如何研发出替代全部或部分的材料，成为迫切解决的问题。
2、岩棉、椰糠每年需要定期更换，更换的废弃物带来严重是环境污染，特别岩棉，上百年都不会消融，这些都是困扰我国农业发展技术水平和对外依赖的关键所在。
发明内容
针对现有技术所存在的上述缺点，本发明在于提供一种固态基质制作方法及其应用，本发明采用制作固态基质技术，使尾矿变废为宝，既解决了尾矿问题又解决了国内栽培基质对我国无土栽培发展的垄断问题，且应用更加广泛，可大量应用于番茄、辣椒、茄子等果菜种植；兰花、石斛等兰科植物种植；水稻玉米等粮食作物；萝卜芽苗、豌豆苗、小麦苗等芽苗菜等种植上。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种固态基质制作方法，固态基质制作方法采用的主要原料是粉煤灰、矿粉、飘珠、聚氨酯橡胶、交联剂和泡孔调节剂；包括以下步骤：
S1、将粉煤灰、矿粉、飘珠、聚氨酯橡胶、交联剂和泡孔调节剂混合，加入挤出机的料筒，经螺杆加热使原料熔成聚合物熔体，在聚合物熔体中注入超临界二氧化碳，使超临界二氧化碳与聚合物熔体混合；
S2、将所述聚合物熔体在100-160℃的连续热空气介质中加热、发泡1-1.5min，得到发泡粒子；
S3、取出所述发泡粒子样品，放入处于超声波环境的液体介质中发泡0.5-1.5min，将发泡后的样品淬冷，使泡孔结构定型，得到发泡定型制品；
S4、将所述发泡定型制品分割后，放入90-110℃的烘干机中烘干1-1.5h；
S5、将烘干后的所述发泡定型制品放入窑炉中排湿3-6h后，分步升温烧制成型。
本发明进一步设置为：在步骤S1中，所述联剂为过氧化二异丙苯、二乙醇胺和三乙醇胺中的一种或多种，所述泡孔调节剂为丙烯酸树脂。
本发明进一步设置为：在步骤S3，所述液体介质为蒸馏水或甘油。
本发明进一步设置为：所述交联剂的含量为1-3wt％，所述泡孔调节剂的含量为2-6wt％，所述粉煤灰、矿粉和飘珠的重量比为2:2:1。
本发明进一步设置为：在步骤S1中，所述挤出机的温度为 200-240℃，所述的超临界二氧化碳的注入量为5-10wt％，且超临界二氧化碳的压力为10-15MPa。
本发明进一步设置为：在步骤S3中，所述超声波的功率为 150-300W，频率为20-30kHz。
本发明进一步设置为：在步骤S5中，包括以下步骤：
S50、排湿：将所述发泡定型制品放入窑炉，将温度逐渐升高，以20-30℃/h的升温速度将温度升至90-120℃，并在该温度下，持续烧制3-6h；
S51、烧制：将经过排湿处理后的发泡定型制品，以50-100℃/h 的升温速度将温度升至1100-1200℃，保持0.5-1h，停止加热，待冷却后出窑。
一种固态基质的应用，所述固态基质应用于芽苗菜栽培、育苗、茄果类规模化栽培、叶菜类栽培、楼顶花园栽培、家庭阳台、卧室栽培、工厂化绿苔生产和家庭种植机中。
有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已知的公有技术相比，具有如下有益效果：
本发明所制得的固态基质形似固体海绵块，抗压强度是5-10MPa，吸水率是30-90％，酸碱度中性，容重每立方米400-800kg，能呼吸，寿命超过10年以上，具有优良的保水、保肥、透气的物理特性，同时采用制作固态基质技术，可使尾矿变废为宝，既解决了尾矿问题又解决了国内栽培基质对我国无土栽培发展的垄断问题，且应用更加广泛，可大量应用于沙漠植树造林、蔬菜生产、花卉生产等。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
一种固态基质制作方法，固态基质制作方法采用的主要原料是粉煤灰、矿粉、飘珠、聚氨酯橡胶、交联剂和泡孔调节剂；
其包括以下步骤：
步骤一、将粉煤灰、矿粉、飘珠、聚氨酯橡胶、交联剂和泡孔调节剂混合，加入升温至220℃挤出机的料筒内，经螺杆加热使原料熔成聚合物熔体，在聚合物熔体中注入5wt％的15MPa超临界二氧化碳，使超临界二氧化碳与聚合物熔体混合。
其中，联剂为过氧化二异丙苯、二乙醇胺和三乙醇胺中的一种或多种，泡孔调节剂为丙烯酸树脂。交联剂的含量为3wt％，泡孔调节剂的含量为2wt％，粉煤灰、矿粉和飘珠的重量比为2:2:1。
步骤二、将聚合物熔体在100-160℃的连续热空气介质中加热、发泡1-1.5min，得到发泡粒子；
步骤三、取出发泡粒子样品，放入处于超声波的功率为300W，频率为30kHz的超声波环境的液体介质中发泡1.5min，将发泡后的样品淬冷，使泡孔结构定型，得到发泡定型制品。
其中，液体介质为蒸馏水或甘油。
步骤四、将发泡定型制品分割后，放入90-110℃的烘干机中烘干1.5h；
步骤五、将发泡定型制品放入窑炉，将温度逐渐升高，以20℃ /h的升温速度将温度升至120℃，并在该温度下，持续烧制3h；
将经过排湿处理后的发泡定型制品，以50℃/h的升温速度将温度升至1200℃，保持1h，停止加热，待冷却后出窑。
在本实施例中，所制得的固态基质形似固体海绵块，抗压强度是 5-10MPa，吸水率是30-90％，酸碱度中性，容重每立方米400-800kg，能呼吸，寿命超过10年以上。
实施例2
一种固态基质的应用，固态基质应用于芽苗菜栽培、育苗、茄果类规模化栽培、叶菜类栽培、楼顶花园栽培、家庭阳台、卧室栽培、工厂化绿苔生产和家庭种植机中。
效益分析
(1)硬质基质取材于尾矿粉、发电厂粉煤灰等，目前国内矿场堆积有万亿吨的材料不知如何处理，而且矿场提供补贴或极低的价格提供原料，材料成本低廉。
(2)采用固态基质进行蔬菜生产，固态基质可以重复使用，基质类耗材使用较传统无土栽培降低60％以上。
(3)如表1所示，固态基质对于特殊植物领域具有天然优势，如：铁皮石斛生产、苔藓生产等，以苔藓为例，建设一个300平方米的苔藓生产厂房，按目前的市场需求，采用固态基质进行生产每年产值可达600万元，净收益可达324万。
(4)如表2所示，以番茄种植为例，采用固态基质进行蔬菜生产，每平方米建设成本在30到100元，相对于传统无土栽培每平方米100到300元的价格，建设成本降低60％以上。
表1苔藓生产效益分析表
Figure BDA0003783603680000061
表2番茄每平方米80公斤产量亩效益分析表
Figure BDA0003783603680000071
几百年的矿业发展，导致全国矿业储存的尾矿粉达亿万吨，在开发利用的不到10％，剩余90％以上不能很好地利用，严重威胁着生态环境，而尾矿处理成为难题，采用制作固态基质技术，使尾矿变废为宝，既解决了尾矿问题又解决了国外栽培基质对我国无土栽培发展的垄断问题，且应用更加广泛，可大量应用于农业领域，可以改变植物作物的根部环境，使其生长的更好，且具有良好的效果。
对比例1
本实施例所提供的固态基质制作方法大致和实施例1相同，其主要区别在：在步骤一中未加入交联剂。
对比例2
本实施例所提供的固态基质制作方法大致和实施例1相同，其主要区别在：在步骤二中未使用连续热空气介质中加热和发泡处理。
对比例3
本实施例所提供的固态基质制作方法大致和实施例1相同，其主要区别在：在步骤五中未对发泡定型制品进行排湿。
性能测试
取实施例1和对比例1～3所制备的固态基质，并对所制备出的固态基质的相关性能进行检测，其检测方法如下：分别参照GB/T 4740-1999、GB/T 1034-2008和NORVEN 22-9-1965检测抗压强度、吸水率和单位重量。
表3检测结果对比表
Figure BDA0003783603680000081
通过检测结果可知，本发明的一种固态基质制作方法所制备的固态基质，具有优良的抗压性能和吸水性能，且重量较轻，适用于充当栽培养殖中的培养基，其寿命超过10年以上，使尾矿变废为宝，既解决了尾矿问题又解决了国外栽培基质对我国无土栽培发展的垄断问题。
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，并不会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 (8)

1.一种固态基质制作方法，其特征在于，固态基质制作方法采用的主要原料是粉煤灰、矿粉、飘珠、聚氨酯橡胶、交联剂和泡孔调节剂；包括以下步骤：
S1、将粉煤灰、矿粉、飘珠、聚氨酯橡胶、交联剂和泡孔调节剂混合，加入挤出机的料筒，经螺杆加热使原料熔成聚合物熔体，在聚合物熔体中注入超临界二氧化碳，使超临界二氧化碳与聚合物熔体混合；
S2、将所述聚合物熔体在100-160℃的连续热空气介质中加热、发泡1-1.5min，得到发泡粒子；
S3、取出所述发泡粒子样品，放入处于超声波环境的液体介质中发泡0.5-1.5min，将发泡后的样品淬冷，使泡孔结构定型，得到发泡定型制品；
S4、将所述发泡定型制品分割后，放入90-110℃的烘干机中烘干1-1.5h；
S5、将烘干后的所述发泡定型制品放入窑炉中排湿3-6h后，分步升温烧制成型。
2.根据权利要求1所述的固态基质制作方法，其特征在于，在步骤S1中，所述联剂为过氧化二异丙苯、二乙醇胺和三乙醇胺中的一种或多种，所述泡孔调节剂为丙烯酸树脂。
3.根据权利要求1所述的固态基质制作方法，其特征在于，在步骤S3，所述液体介质为蒸馏水或甘油。
4.根据权利要求1所述的固态基质制作方法，其特征在于，所述交联剂的含量为1-3wt％，所述泡孔调节剂的含量为2-6wt％，所述粉煤灰、矿粉和飘珠的重量比为2:2:1。
5.根据权利要求1所述的固态基质制作方法的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述挤出机的温度为200-240℃，所述的超临界二氧化碳的注入量为5-10wt％，且超临界二氧化碳的压力为10-15MPa。
6.根据权利要求1所述的固态基质制作方法的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，所述超声波的功率为150-300W，频率为20-30kHz。
7.根据权利要求1所述的固态基质制作方法的制备方法，其特征在于，在步骤S5中，包括以下步骤：
S50、排湿：将所述发泡定型制品放入窑炉，将温度逐渐升高，以20-30℃/h的升温速度将温度升至90-120℃，并在该温度下，持续烧制3-6h；
S51、烧制：将经过排湿处理后的发泡定型制品，以50-100℃/h的升温速度将温度升至1100-1200℃，保持0.5-1h，停止加热，待冷却后出窑。
8.一种固态基质的应用，其特征在于，所述固态基质应用于芽苗菜栽培、育苗、茄果类规模化栽培、叶菜类栽培、楼顶花园栽培、家庭阳台、卧室栽培、工厂化绿苔生产和家庭种植机中。
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