TWI723429B - 吸水結構及其製備方法 - Google Patents

Abstract

一種吸水結構，包含一第一果皮粉末、一石膏及一介質。第一果皮粉末係由一火龍果皮所製成。第一果皮粉末、石膏及介質相互混合並固化形成吸水結構。吸水結構的飽和吸水量為110ml至148ml。藉此，所述吸水結構可應用於栽培植物，提供植物所需的營養，並保持土壤的濕潤度，且達到環保與資源利用的目的。

Description

吸水結構及其製備方法

本揭示內容是關於一種吸水結構及其製備方法，特別是一種以火龍果皮為材質的吸水結構及其製備方法。

一般來說，種植植物或作物大部份是以土壤作為介質。然而，土壤具有含水性不佳、污染及養分不足的疑慮，故必需常規性的補充水份保持土壤的濕潤度，並特別挑選沒有被污染的土壤，同時也需時常的補充土壤的養分。

因此，需要發展出一種無土栽培介質以因應現今土壤的問題。然而，因無土栽培介質需先進行處理，且需額外添加營養液，同時廢棄的無土培養介質相關物品處理不易。因此，無土栽培介質具有成本高與環保污染的問題。

本發明提供一種吸水結構與其製備方法，利用本揭示內容之吸水結構可有效利用廢棄的果皮作為栽培的 養分，同時達到良好的保水率與釋水性使植物可有效地吸收水分，並且可被分解變成養分的一部份，達到環保的訴求。

依據本發明提供一種吸水結構，包含一第一果皮粉末、一石膏及一介質。第一果皮粉末係由一火龍果皮所製成。第一果皮粉末、石膏及介質相互混合並固化形成吸水結構。吸水結構的飽和吸水量為110ml至148ml。

根據前段所述吸水結構，其中第一果皮粉末包含複數第一果皮粉末顆粒，各第一果皮粉末顆粒之粒徑可為0.25mm至3.35mm。

根據前段所述吸水結構，其中介質可為蒸餾水或果膠。

根據前段所述吸水結構，可更包含一纖維粉末或一矽藻土，纖維粉末可為葉子纖維粉末或紙漿纖維粉末。

依據本發明提供一種吸水結構之製備方法，包含一第一果皮前置處理步驟、一製備第一果皮粉末步驟、一添加步驟及一固化成型步驟。第一果皮前置處理步驟係將一第一果皮含浸於一焦亞硫酸鈉水溶液中，並進行一乾燥處理，得到一第一果皮前驅物。製備第一果皮粉末步驟係將第一果皮前驅物加入一檸檬水與一蒸餾水，加熱至沸騰，再進行另一乾燥處理，並磨碎得到一第一果皮粉末。添加步驟係將第一果皮粉末加入一石膏與一介質，並攪拌均勻得到一吸水材混合物。固化成型步驟係將吸水材混合物置於一模具中，並靜置得到一吸水結構。

根據前段所述吸水結構之製備方法，其中第一果皮前置處理步驟中，第一果皮含浸於焦亞硫酸鈉水溶液中的時間可為1小時至2小時，焦亞硫酸鈉水溶液濃度可為5%，乾燥處理的時間可為72小時至78小時。

根據前段所述吸水結構之製備方法，其中製備第一果皮粉末步驟中，第一果皮前驅物加入檸檬水與蒸餾水後之加熱時間可為45分鐘至1小時，另一乾燥處理的時間可為180小時至196小時。

根據前段所述吸水結構之製備方法，其中固化成型步驟中吸水材混合物置於模具中的靜置時間可為48小時至60小時。

根據前段所述吸水結構之製備方法，可更包含一果膠萃取步驟，果膠萃取步驟用以得到一果膠，且果膠可於添加步驟中加入於第一果皮粉末與石膏，並攪拌均勻得到吸水材混合物。果膠萃取步驟可為將一果籽含浸於一水溶液中，或可為將一第二果皮加入一檸檬水靜置後加熱攪拌，得到一果膠。

根據前段所述吸水結構之製備方法，可更包含一纖維粉末處理步驟，係將一葉子或一紙材進行再一乾燥處理，並進行磨碎，得到一葉子纖維粉末或一紙漿纖維粉末，葉子纖維粉末或紙漿纖維粉末於添加步驟中加入於第一果皮粉末、石膏及介質，並攪拌均勻得到吸水材混合物。

100‧‧‧吸水結構

200、300、400‧‧‧吸水結構之製備方法

S201、S301、S401‧‧‧第一果皮前置處理步驟

S202、S302、S402‧‧‧製備第一果皮粉末步驟

S303‧‧‧果膠萃取步驟

S403‧‧‧纖維粉末處理步驟

S203、S304、S404‧‧‧添加步驟

S204、S305、S405‧‧‧固化成型步驟

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點及實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖繪示依照本揭示內容一實施例之吸水結構的示意圖；第2圖繪示依照本揭示內容一實施例之吸水結構之製備方法的步驟流程圖；第3圖繪示依照本揭示內容另一實施例之吸水結構之製備方法的步驟流程圖；以及第4圖繪示依照本揭示內容再一實施例之吸水結構之製備方法的步驟流程圖。

以下將參照圖式說明本發明之複數個實施例。為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施例中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之；並且重複之元件將可能使用相同的編號表示之。

<吸水結構>

本發明提供之吸水結構，包含一第一果皮粉末、一石膏及一介質。第一果皮粉末係由一火龍果皮所製成。第一果皮粉末、石膏及介質相互混合並固化形成吸水結構。第一果皮粉末包含複數第一果皮粉末顆粒，各第一果皮 粉末顆粒的粒徑可為0.25mm至3.35mm。吸水結構的飽和吸水量為110ml至148ml。值得一提的是，第一果皮粉末顆粒藉由不同目數篩網進行篩選，故可區分為不同粒徑大小的第一果皮粉末顆粒。藉由不同粒徑大小的第一果皮粉末顆粒可達到不同的飽和吸水量。

介質可為一蒸餾水或一果膠，而果膠可為柚子果膠、檸檬果膠、柳丁果膠、橘子果膠或火龍果果膠。不同水果種類的果膠的密度不同，密度可為1.80g/ml至1.89g/ml，其中果膠可增加吸水結構的吸水性、耐壓性及彈性係數。進一步來說，添加果膠的吸水結構的最大荷重為249.1kgf至774.5kgf，彈性係數為70.5kgf/mm²。

吸水結構可更包含一纖維粉末或一矽藻土，而纖維粉末可為葉子纖維粉末或紙漿纖維粉末。葉子纖維粉末可為茄苳葉粉末、苦練葉粉末及羊蹄甲葉粉末，其中纖維粉末不僅可達到更環保的效果，並可以增加飽和吸水量、抗壓強度及釋水量，提升吸水結構的實用性。進一步來說，添加纖維粉末的吸水結構的最大荷重為660.1kgf至685.4kgf，420分鐘之釋水量為13.3ml至24.9ml。

進一步來說，本揭示內容之吸水結構可實際應用於栽種植物。請參照第1圖，第1圖繪示依照本揭示內容一實施例之吸水結構100的示意圖。當開始試驗前，將吸水結構100置入於培養土中，並注入100ml的水，後續將不再注入額外的水。實驗結果為未加入吸水結構100的植物至第3天開始停止生長甚至枯萎，而加入吸水結構100的植物可 維持12天至18天的生長。並且，在發酵濕度60%、發酵溫度40℃的環境下，未加入吸水結構100的培養土產生氮氣量為2.3mg/kg，有機質為1.4%，添加吸水結構100的培養土則產生氮氣量4.3mg/kg至6.9mg/kg，有機質為2.3%至3.6%。藉此，本揭示內容的吸水結構100可幫助培養土維持土壤的濕潤度，使植物可在水源不足的環境中維持生長，且可提供植物所需要的營養，幫助植物的生長。

<吸水結構之製備方法>

本發明提供之吸水結構之製備方法，包含一第一果皮前置處理步驟、一製備第一果皮粉末步驟、一添加步驟及一固化成型步驟。藉此，可製備出具有環保且富含營養的吸水結構。

第一果皮前置處理步驟係將一第一果皮含浸於一焦亞硫酸納水溶液中，並進行一乾燥處理，得到一第一果皮前驅物，其中第一果皮可為火龍果皮。第一果皮含浸於焦亞硫酸納水溶液中的時間可為1小時至2小時，且焦亞硫酸納水溶液的濃度可為5%。乾燥處理為將第一果皮於陽光下曬乾，乾燥處理的時間可為72小時至78小時，亦可使用一紫外線烘乾機於70℃下乾燥5小時，乾燥處理的方式並不以此為限。

製備第一果皮粉末步驟係將第一果皮前驅物加入一檸檬水與一蒸餾水，加熱至沸騰，再進行另一乾燥處理，並磨碎得到一第一果皮粉末。進一步來說，第一果皮前驅物加入容量為30ml的檸檬水中，再加入500ml的蒸餾 水，攪拌均勻後進行加熱至沸騰，加熱時間可為45分鐘至1小時。另一乾燥處理為於陽光下曬乾，另一乾燥處理的時間可為180小時至196小時，亦可使用紫外線烘乾機乾燥，乾燥溫度為45度，時間為180小時。接著將完成另一乾燥處理的第一果皮前驅物進行磨碎，可藉由一磨碎機進行磨碎，即得到第一果皮粉末。

添加步驟係將第一果皮粉末加入一石膏與一介質，並攪拌均勻得到一吸水材混合物。第一果皮粉末的添加量可為10重量份，石膏的添加量可為30重量份至50重量份，介質的添加量可為50重量份。

固化成型步驟係將吸水材混合物置於一模具中，並靜置得到吸水結構。模具可為聚氯乙烯材質，且模具內壁可塗上凡士林使吸水結構固化後較易脫模，避免脫模時受力不均使吸水結構破裂。靜置時間可為48小時至60小時。

吸水結構之製備方法可更包含一果膠萃取步驟，本發明提及果膠萃取步驟有兩種方法，但並不以兩種方法為限。詳細來說，一種果膠萃取步驟係將一果籽含浸於一水溶液中，得到一果膠，其中果籽可為柚子果籽，水溶液的溫度可為4℃，含浸時間可為180小時。另一種果膠萃取步驟係將一第二果皮加入一檸檬水靜置後加熱攪拌，得到果膠，其中第二果皮可為橘子果皮、柳丁果皮、火龍果果皮或檸檬果皮，靜置於檸檬水的時間可為30分鐘，加熱攪拌的時間可為45分鐘。

進一步來說，果膠可於添加步驟中加入於第一果皮粉末與石膏，並攪拌均勻得到吸水材混合物。果膠的添加量可為50重量份。

吸水結構之製備方法可更包含一纖維粉末處理步驟，係將一葉子或一紙材進行再一乾燥處理，並進行磨碎，得到一葉子纖維粉末或一紙漿纖維粉末。葉子進行再一乾燥處理前，其葉梗會先被去除，保留葉片以進行再一乾燥處理。可藉由磨碎機進行磨碎，即可得到葉子纖維粉末。

進一步來說，葉子纖維粉末或紙漿纖維粉末可於添加步驟中加入於第一果皮粉末、石膏及介質，並攪拌均勻得到吸水材混合物。葉子纖維粉末或紙漿纖維粉末的添加量可為10重量份。

<實施例>

請參照第2圖，第2圖繪示依照本揭示內容一實施例之吸水結構之製備方法200的步驟流程圖。吸水結構之製備方法200包含第一果皮前置處理步驟S201、製備第一果皮粉末步驟S202、添加步驟S203及固化成型步驟S204。

第一果皮前置處理步驟S201係將第一果皮含浸於5%濃度之焦亞硫酸納水溶液中，且含浸時間為1小時。接著，將第一果皮於陽光下曬乾72小時進行乾燥處理，得到第一果皮前驅物。第一果皮為火龍果果皮。

製備第一果皮粉末步驟S202係將第一果皮前驅物加入30ml的檸檬水中，再加入500ml的蒸餾水，並且攪拌均勻後加熱至沸騰，加熱時間為45分鐘。完成加熱後 進行另一乾燥處理，將第一果皮前驅物於陽光下曬乾，曬乾時間為180小時。接著將第一果皮前驅物進行磨碎，藉由磨碎機進行磨碎，得到第一果皮粉末。

添加步驟S203係將第一果皮粉末加入矽藻土、石膏及蒸餾水，並攪拌均勻得到吸水材混合物。第一果皮粉末的添加量為10重量份，矽藻土的添加量為10重量份，石膏的添加量為50重量份，蒸餾水的添加量為50重量份。

固化成型步驟S204係將吸水材混合物置於模具中，並靜置48小時得到吸水結構。

請參照表一，表一為藉由第2圖所製備的實施例1-1與實施例1-2的參數差異，其中實施例1-1與實施例1-2的差別在於製備第一果皮粉末步驟S202中第一果皮粉末的粒徑大小。實施例1-1之第一果皮粉末為藉由目數為7目的篩網進行篩選，目數7目篩選之粒徑為2.8mm。實施例1-2之第一果皮粉末為藉由目數32目的篩網進行篩選，目數32目篩選之粒徑為0.5mm。

請參照第3圖，第3圖繪示依照本揭示內容另一實施例之吸水結構之製備方法300的步驟流程圖。吸水結構之製備方法300包含第一果皮前置處理步驟S301、製備第 一果皮粉末步驟S302、果膠萃取步驟S303、添加步驟S304及固化成型步驟S305，其中與第2圖實施方式相同處將不另贅述。

製備第一果皮粉末步驟S302中，第一果皮粉末的粒徑為0.5mm。

果膠萃取步驟S303係將果籽含浸於4℃的水溶液中，含浸時間為180小時，或者將將一第二果皮加入一檸檬水中靜置30分鐘後加熱攪拌45分鐘，得到果膠。

添加步驟S304係將第一果皮粉末加入石膏與果膠，並攪拌均勻得到吸水材混合物。第一果皮粉末的添加量為10重量份，石膏的添加量為30重量份，果膠的添加量為50重量份。

固化成型步驟S305係將吸水材混合物置於模具中，並靜置60小時得到吸水結構。

請參照表二，表二為藉由第3圖所製備的實施例2-1至實施例2-5的參數差異，其中實施例2-1至實施例2-5之差別在於果膠種類，尤其是實施例2-1與實施例2-2至實施例2-5的果膠萃取步驟S303不同。實施例2-1為將果籽含浸於4℃的水溶液中，含浸時間為180小時，且使用的果籽為柚子果籽，故得到柚子果膠。實施例2-2至實施例2-5為將第二果皮加入一檸檬水中靜置30分鐘後加熱攪拌45分鐘，而實施例2-2至實施例2-5分別使用的第二果皮為橘子果皮、柳丁果皮、火龍果果皮及檸檬果皮，故分別得到橘子果膠、柳丁果膠、火龍果果膠及檸檬果膠。

請參照第4圖，第4圖繪示依照本揭示內容再一實施例之吸水結構之製備方法400的步驟流程圖。吸水結構之製備方法400包含第一果皮前置處理步驟S401、製備第一果皮粉末步驟S402、纖維粉末處理步驟S403、添加步驟S404及固化成型步驟S405，其中與第2圖實施方式相同處將不另贅述。

製備第一果皮粉末步驟S402中，第一果皮粉末的粒徑為0.5mm。

纖維粉末處理步驟S403係將葉子或紙材進行再一乾燥處理，其中葉子於進行再一乾燥處理前，其葉梗會先被去除，保留葉片已進行再一乾燥處理。接著藉由磨碎機進行磨碎，得到葉子纖維粉末或紙漿纖維粉末。

添加步驟S404係將第一果皮粉末加入石膏、葉子纖維粉末或紙漿纖維粉末與蒸餾水，並攪拌均勻得到吸水材混合物。第一果皮粉末的添加量為10重量份，石膏的添加量為30重量份，葉子纖維粉末或紙漿纖維粉末的添加量為10重量份，蒸餾水的添加量為50重量份。

固化成型步驟S405係將吸水材混合物置於模具中，並靜置60小時得到吸水結構。

請參照表三，表三為藉由第4圖所製備的實施例3-1至實施例3-4的參數差異，其中實施例3-1至實施例3-4之差別在於纖維粉末處理步驟S403，尤其是實施例3-4為紙材，實施例3-1至實施例3-3皆為葉子，其中實施例3-1至實施例3-3的葉子分別為茄苳葉、苦練葉及羊蹄甲葉。

<比較例>

比較例1：比較例1之吸水結構包含矽藻土、石膏及蒸餾水。矽藻土的含量為10重量份，石膏的含量為30重量份，蒸餾水的含量為50重量份。

比較例2：比較例2之吸水結構包含第一果皮粉末、石膏及蒸餾水。第一果皮粉末的添加量為10重量份，石膏的添加量為30重量份，蒸餾水的添加量為50重量份。

比較例3：比較例3之吸水結構包含第一果皮粉末、矽藻土、石膏及蒸餾水。第一果皮粉末的含量為10重量份，矽藻土的含量為10重量份，石膏的含量為30重量份，蒸餾水的含量為50重量份。

表四列出本發明實施例1-1至實施例1-2與比較例1之飽和吸水量的測試結果。飽和吸水量的測試方式為固定間隔時間滴固定水量的水於吸水結構，持續操作直到達到最大飽和吸水量。

從表四的結果可得知，無論是第一果皮粉末的粒徑較大的實施例1-1或粒徑較小的實施例1-2，飽和吸水量皆高於比較例1。藉此，第一果皮粉末可取代部分矽藻土，達到環保的效果，且吸水效果更佳。

表五列出本發明實施例2-1至實施例2-5與比較例2之飽和吸水量、最大荷重量及彈性係數的測試結果。最大荷重量的測試方式為將吸水結構裁切為22mm×11mm，截面積A為242mm²的長柱狀。接著將待測吸水結構之兩端分別夾上固定夾具，施力速度為20mm/min，並記錄吸水結構破裂之最大荷重點，即為耐壓性強度S，再利用下述公式計算最大荷重量F：F=S×A；耐壓性強度S的單位為kgf/mm²，最大荷重量F的單位為kgf，彈性係數係藉由最大荷重量測試後得出之應力(荷重)-應變(壓縮)圖得到一斜率，即為彈性係數。

從表五的結果可知，實施例2-1較比較例2有較佳的飽和吸水量、最大荷重及彈性係數。藉此，添加柚子果膠於吸水結構可得到最佳性質的吸水結構，即可得到吸水效果佳的吸水結構外，吸水結構的耐用性更高，減少因外力而破壞的情況產生。

表六列出本發明實施例3-1至實施例3-4與比較例3之飽和吸水量的測試結果。

從表六的結果可知，雖實施例3-1至實施例3-3的飽和吸水量較比較例3的飽和吸水量低，但葉子纖維粉末可用以取代吸水結構中的石膏，以得到更具環境友善的吸水結構。實施例3-4的飽和吸水量結果較比較例3的飽和吸水量佳，故可得知紙漿纖維添加於吸水結構中的飽和吸水量會佳於矽藻土。藉此，可得到更環保的吸水結構。

綜上所述，本揭示內容所提出之吸水結構藉由第一果皮粉末、石膏及介質所構成，並可再包含纖維粉末，其中可使用果膠作為介質得到性質更佳的吸水結構。並且， 由吸水結構可提供植物生長所需要的營養，維持植物的成長，故可實現環保的效果，也可達到資源利用的優點。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧吸水結構

Claims (12)

1. 一種吸水結構，包含：一第一果皮粉末，係由一火龍果皮所製成；一石膏；以及一介質；其中，該第一果皮粉末、該石膏與該介質相互混合並固化形成該吸水結構；其中，該吸水結構的飽和吸水量為110ml至148ml。
2. 如申請專利範圍第1項所述之吸水結構，其中該第一果皮粉末包含複數第一果皮粉末顆粒，各該第一果皮粉末顆粒之粒徑為0.25mm至3.35mm。
3. 如申請專利範圍第1項所述之吸水結構，其中該介質為一蒸餾水或一果膠。
4. 如申請專利範圍第1項所述之吸水結構，更包含一纖維粉末或一矽藻土，該纖維粉末為葉子纖維粉末或紙漿纖維粉末。
5. 一種吸水結構之製備方法，包含： 一第一果皮前置處理步驟，係將一第一果皮含浸於一焦亞硫酸鈉水溶液中，並進行一乾燥處理，得到一第一果皮前驅物；一製備第一果皮粉末步驟，係將該第一果皮前驅物加入一檸檬水與一蒸餾水，加熱至沸騰，再進行另一乾燥處理，並磨碎得到一第一果皮粉末；一添加步驟，係將該第一果皮粉末加入一石膏與一介質，並攪拌均勻得到一吸水材混合物；以及一固化成型步驟，係將該吸水材混合物置於一模具中，並靜置得到一吸水結構。
6. 如申請專利範圍第5項所述之吸水結構之製備方法，其中該第一果皮前置處理步驟中，該第一果皮含浸於該焦亞硫酸鈉水溶液中的時間為1小時至2小時，該焦亞硫酸鈉水溶液濃度為5%，該乾燥處理的時間為72小時至78小時。
7. 如申請專利範圍第5項所述之吸水結構之製備方法，其中該製備第一果皮粉末步驟中，該第一果皮前驅物加入該檸檬水與該蒸餾水後之加熱時間為45分鐘至1小時，另該乾燥處理的時間為180小時至196小時。
8. 如申請專利範圍第5項所述之吸水結構之製備方法，其中該固化成型步驟中該吸水材混合物置於該模具中的靜置時間為48小時至60小時。
9. 如申請專利範圍第5項所述之吸水結構之製備方法，更包含一果膠萃取步驟，該果膠萃取步驟用以得到一果膠，且該果膠於該添加步驟中加入於該第一果皮粉末與該石膏，並攪拌均勻得到該吸水材混合物。
10. 如申請專利範圍第9項所述之吸水結構之製備方法，其中該果膠萃取步驟係將一果籽含浸於一水溶液中，得到該果膠。
11. 如申請專利範圍第9項所述之吸水結構之製備方法，其中該果膠萃取步驟係將一第二果皮加入一檸檬水靜置後加熱攪拌，得到該果膠。
12. 如申請專利範圍第5項所述之吸水結構之製備方法，更包含一纖維粉末處理步驟，係將一葉子或一紙材進行再一乾燥處理，並進行磨碎，得到一葉子纖維粉末或一紙漿纖維粉末，該葉子纖維粉末或該紙漿纖維粉末 於該添加步驟中加入於該第一果皮粉末、該石膏與該介質，並攪拌均勻得到該吸水材混合物。

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