纸基可降解营养钵及制备方法与流程

本发明属于新型农用可降解材料技术领域，尤其是一种营业钵的制备方法，具体地说是一种以纸和秸秆纤维为主要制备材料的可降解营养钵及制备方法。

背景技术：

我国农业大多使用传统的塑料营养钵，虽然成本较低，但透气透水性差，移栽脱膜损伤根系，影响作物生长，同时大量塑料废弃物对土壤造成了严重影响，使用后不易回收利用，更不可自然降解，因此，很有必要开发出生物质可降解营养钵，既起到育苗保温、保墒、保肥作用，又具有优良的生物降解性、融水性、透气性等。利用生物基材料制备可降解营养钵，是解决废弃塑料问题的新方法，将大大减少塑料营养钵造成的“白色污染”。

目前，制备生物基可降解营养钵的材料主要有：秸秆纤维、纸、淀粉、泥炭等。中国专利申请201310157059.7公开了一种以秸秆为主要原料的营养钵，添加木屑、畜禽粪便和粘接剂制成，该营养钵制备需进行发酵，制备周期长，工艺繁琐；中国专利申请201120097081.3公开了一种纸质营养钵，该营养钵由可降解薄膜和多层纸板构成，钵体结构和制备工艺复杂，不易大规模推广应用；中国专利申请201110450766.6公开了一种利用甘薯淀粉残渣制备营养钵的方法，该营养钵单体质量较重，原料含水量较高，需添加大量辅助原料，淀粉残渣利用率低；中国专利申请98119022.7公开了一种系列压缩泥炭育苗营养钵及制备方法，主要原料草本泥炭，添加成型剂、固化剂及微量元素等制成，制备的营养钵单体重量40~100g，该营养钵原料运输成本高，钵体质量较重，使用不方便，添加化学成分偏多，虽能降解，但降解后残留化学物质较多，不利于土壤保护。因此，目前发明和使用的生物基可降解营养钵均存在很多问题亟需解决。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有的营养钵制备复杂、原料成本高，使用不便及降解周期长的问题，发明一种价格低、质量轻、工艺简单、易于推广使用的纸基可降解营养钵及其制备方法，它能满足保温、保墒、可降解等育苗需求，同时能够解决废弃物的环境污染问题。

本发明的技术方案之一是：

一种纸基可降解营养钵，其特征在于以纸浆和农作物秸秆混合物为主要生物基可降解原料，添加少量的黏合剂，制备得到纸基可降解营养钵，其中按干质量分数，原料组分配比为：

纸 20～90%

黏合剂 0～0.5%

农作物秸秆 余量

各组份之和为100%。

按干质量百分数，原料组分配比优选为：

纸 50～70%

黏合剂 0.1～0.2%

农作物秸秆 余量

各组份之和为100%。

所述的纸为回收的纸板或书报；所述的黏合剂为淀粉、明胶和硅酸钠中的一种或多种；所述的农作物秸秆为玉米秸秆、小麦秸秆或水稻秸秆中的一种或多种。

所述农作物秸秆为玉米秸秆和水稻秸秆中的一种或多种。

本发明的技术方案之二是：

一种纸基可降解营养钵的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：

1）将农作物秸秆粉碎至60～100目备用；

2）制备纸浆：将纸浸泡于自来水中，纸占纸和水的总质量的5%～8%，搅拌10～15min，转速40～60r/min，然后静置60～80min制成纸浆；

3）按比例加入农作物秸秆粉和黏合剂，于常温下混合搅拌5～8min，转速40～60r/min，充分混合均匀得到原料浆；

4）将原料浆吸入纸浆模塑成型机中压制成型；

5）将钵体从成型机中脱模，自然晾晒2～5天，或置于鼓风烘箱中，于20～45℃烘干150～180min，即得纸基可降解营养钵成品。

农作物秸秆粉碎的粒径优选为70～80目。

纸占纸和水的总质量优选为6.2～7.1%。

制备用模具由不锈钢材料制备而成，模具形状为圆锥台形和方锥台形。

本发明的纸基可降解营养钵的制备方法制备的纸基可降解营养钵在农业育苗中的应用。

本发明的有益效果：

1）本发明与专利申请201310157059.7以秸秆、木屑、畜禽粪便和粘接剂发酵制备相比，加工时间缩短30%；与中国专利申请201110450766.6甘薯淀粉残渣制比，成本节约20%；与中国专利申请98119022.7压缩泥炭育苗营养钵，降解周期减少15%。

2）本发明纸基营养钵在最初的10min内吸水率高达340%，吸水迅速，之后变化缓慢，最终吸水率为470%（如图1所示）。秸秆基营养钵的吸水率明显小于纸基营养钵，最终吸水率为48%，而淀粉基营养钵（淀粉干质量大于50%）吸水率始终很小，最终吸水率仅为16%。

本发明纸基营养钵降解率始终以2倍的速度增长，第8周降解率高达85%，降解效果明显。秸秆基营养钵一直保持稳定递增的降解率，第8周降解率达78%。淀粉基营养钵降解率则呈先线性增长后水平变化再线性增长的趋势，第8周降解率达47%（如图2所示）。本发明纸基营养钵降解效果最好，这可能是由于造纸过程中，天然纤维素被切断和分丝，大部分木质素的去除增加了纸的可降解性。同时造纸过程中的机械和物理处理增加了纤维表面积，从而使细菌更容易接近纤维素，酶的水解作用更加明显，表现为降解效果好。

3）本发明以纸浆为主要制备原料，首次与农作物秸秆混合，不仅有效缓解废弃物资源利用问题，而且两者共混起到相辅相成的作用：秸秆可以增强纸的韧性，纸可以增加秸秆塑性，制备的营养钵质轻价廉，环保无污染。

4）本发明的主要原料为植物性纤维，含有丰富的矿物质和维生素，有助于育苗。同时，原料和添加的微量黏合剂均环保可降解，制备纸基可降解营养钵保水保肥性、透气性和力学性能均优异。

5）本发明制备营养钵的工艺简单，技术使用，生产过程基本无污染，易于工业生产和大规模推广应用。

附图说明

图1为本发明的纸基可降解营养钵与其他生物基营养钵的吸水率曲线。

图2为本发明的纸基可降解营养钵与其他生物基营养钵降解率曲线。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明。

实施例一

将水稻秸秆粉碎至60目，备用；将纸10kg和水190kg混合，纸浆浓度5%，常温下，搅拌10min，转速40/min，然后静置60min；加入水稻秸秆粉1.1g，不添加黏合剂，于常温下搅拌5min，转速40/min；将原料浆吸入纸浆模塑成型机中压制成型；脱模自然晾晒2天，即得纸基可降解营养钵。

经测试，所述的纸基可降解营养钵拉伸强度2.856MPa，断裂伸长率4.176%，吸水率280%，126天降解率达100%。

实施例二

将玉米秸秆粉碎至70目，备用；将纸8kg和水135kg混合，纸浆浓度5.6%，常温下，搅拌10min，转速50r/min，然后静置65min；加入玉米秸秆粉2.1kg，淀粉0.01kg，于常温下搅拌6min，转速50r/min；将原料浆吸入纸浆模塑成型机中压制成型；脱模置于鼓风烘箱中，于20℃烘干180min，即得纸基可降解营养钵。

经测试，所述的纸基可降解营养钵拉伸强度5.863MPa，断裂伸长率3.225%，吸水率285%，119天降解率达100%。

实施例三

将玉米秸秆粉碎至80目，备用；将纸12kg和水181kg混合，纸浆浓度6.2%，常温下，搅拌12min，转速50r/min，然后静置70min；加入玉米秸秆粉5.2kg，明胶0.03kg，于常温下搅拌6min，转速50r/min；将原料浆吸入纸浆模塑成型机中压制成型；脱模置于鼓风烘箱中，于30℃烘干160min，即得纸基可降解营养钵。

经测试，所述的纸基可降解营养钵拉伸强度7.303MPa，断裂伸长率5.083%，吸水率310%，98天降解率达100%。

实施例四

将水稻秸秆和玉米秸秆粉碎至80目，备用；将纸15kg和水196kg混合，纸浆浓度7.1%，常温下，搅拌15min，转速60r/min，然后静置80min；加入水稻秸秆粉6.5kg，玉米秸秆粉8.2kg，硅酸钠0.06kg，于常温下搅拌8min，转速60r/min；将原料浆吸入纸浆模塑成型机中压制成型；脱模置于鼓风烘箱中，于45℃烘干150min，即得纸基可降解营养钵。

经测试，所述的纸基可降解营养钵拉伸强度3.258MPa，断裂伸长率3.182%，吸水率300%，112天降解率达100%。

实施例五。

将小麦秸秆粉碎至100目，备用；将纸10kg和水115kg混合，纸浆浓度8.0%，常温下，搅拌15min，转速60r/min，然后静置80min；加入小麦秸秆粉39kg，淀粉0.25kg，于常温下搅拌8min，转速60r/min；将原料浆吸入纸浆模塑成型机中压制成型；脱模自然晾晒5天，即得纸基可降解营养钵。

经测试，所述的纸基可降解营养钵拉伸强度2.635MPa，断裂伸长率3.558%，吸水率290%，119天降解率达100%。

本发明制备得到的纸基可降解营养钵，还可通过不同原料比例和制备工艺参数，以及改变营养钵形状，力学性能、降解性能等，以适应不同作物生长需要，满足实际生产。

实施例六。

本发明的纸基可降解营养钵的应用方法如下：

纸基可降解营养钵用于植物育苗时，先在营养钵内装入配制好的营养土，浇透水，放入种子，然后撒上营养土1～1.5cm即可。

本发明纸基可降解营养钵用于植物育苗，可广泛应用于粮食作物、园艺花卉、蔬菜茄果等育苗。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。