一次性可降解自營養(yǎng)輕質(zhì)花盆及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種一次性可降解自營養(yǎng)輕質(zhì)花盆及其制備方法，所述花盆由黃粉蟲蟲糞、淀粉、PVA在交聯(lián)劑的作用下反應(yīng)形成具有彈性的混合物，然后將混合物進(jìn)行壓制而成。本發(fā)明還具體公開了所述花盆的制備方法。所得花盆表面光潔、色澤柔和、質(zhì)地細(xì)膩；挺度好、韌性高，重量輕、不易破損，便于發(fā)貨運(yùn)輸和日常使用；溫差適應(yīng)范圍大；透氣性好，可降解并且降解的物質(zhì)可作為植物的營養(yǎng)。最大的優(yōu)點是價廉物美并且是符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)的環(huán)保產(chǎn)品。
【專利說明】
一次性可降解自營養(yǎng)輕質(zhì)花盆及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于花盆技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種一次性可降解自營養(yǎng)輕質(zhì)花盆及其制備 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著社會經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人們的生活也變得越來越豐富多彩，用花卉來裝扮生 活已經(jīng)由時尚變?yōu)楸夭豢缮?，在歐洲花卉已經(jīng)成為種植行業(yè)的重要組成部分，英國育苗花 盆和盆栽花盆需求量急劇增大，表明了花卉藝術(shù)已經(jīng)成為了日常生活中必不可少的一部 分。然而人們在享受美妙景觀的同時也給環(huán)境帶來了一定的污染。
[0003] -般的塑料花盆會給環(huán)境帶來白色污染。歐洲限制生產(chǎn)的聚乙烯塑料花盆就對大 地造成了很嚴(yán)重的白色污染，這種白色污染的厲害之處在于若放任不管，它能在大地上存 在幾百年而不能完全降解，如果對其燃燒處理放出的氣體還會對環(huán)境造成二次污染，回收 處理耗費(fèi)成本過高而得不償失。目前，隨地丟棄的白色垃圾不僅造成土地的劣質(zhì)化，更是對 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，水利發(fā)電，地球環(huán)境產(chǎn)生很不利的影響。
[0004] 在人們越來越注重生活質(zhì)量的今天，花盆的材料也必須考慮到對環(huán)境的影響，所 以就有了除陶瓷花盆、木制花盆、塑料花盆以外的一次性可降解花盆。
[0005] 現(xiàn)有可降解花盆的生產(chǎn)主要采用以下幾種方式：1、使用秸桿與淀粉壓制成型；2、 使用植物纖維壓制成型；3、用城市污泥混合PVA生產(chǎn)等。以上幾種方式生產(chǎn)出來的花盆雖然 也能滿足可降解、環(huán)境適應(yīng)力好及成本低的優(yōu)點，但是現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)出來的花盆的耐水性 不夠并且需要特殊的粉碎設(shè)備造成粉塵污染大，并所使用的原材料從營養(yǎng)成分上不能給予 植株較多的助長原料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種一次性可降解自營養(yǎng)輕質(zhì)花盆及其制備方 法，本發(fā)明公開的花盆不僅可降解、質(zhì)量輕、成本低并且可為植株提供豐富的營養(yǎng)元素。
[0007] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了如下的技術(shù)方案：
[0008] 1、一次性可降解自營養(yǎng)輕質(zhì)花盆，所述花盆由黃粉蟲蟲糞、淀粉、PVA在交聯(lián)劑的 作用下反應(yīng)形成具有彈性的原材料，然后將原材料進(jìn)行壓制而成。
[0009] 優(yōu)選的，所述花盆所含黃粉蟲蟲糞、淀粉、PVA質(zhì)量比例為2~5:1~3:2~5。
[0010] 優(yōu)選的，所述交聯(lián)劑為環(huán)氧氯丙烷、己二酸或六偏磷酸鹽中的一種或幾種。
[0011] 優(yōu)選的，淀粉和PVA的質(zhì)量和與交聯(lián)劑的體積比（g:ml)為1:0.01~0.02。
[0012]優(yōu)選的，所述黃粉蟲蟲糞包含如下成分:氮、磷、鉀、有機(jī)物、粗蛋白、鈣、鎂、鋅、銅、 猛、鐵，鉛含量小于lmg/kg，砷鹽含量小于lmg/kg。
[0013] 2、所述一次性可降解自營養(yǎng)輕質(zhì)花盆的制備方法，包括如下步驟：
[0014] 1)向PVA多次少量加入水混合成溶液，在溫度為40 °C~50 °C攪拌溶液直到PVA體積 增到原始體積的6~8倍，溶液顏色變?yōu)榍嗷疑?，然后將溶液加熱?0~100°C，繼續(xù)攪拌使 PVA完全溶于水中，標(biāo)記為溶液I;
[0015] 2)將淀粉和蟲糞與水混合，標(biāo)記為溶液II，將溶液I與溶液II均勾混合，標(biāo)記為溶 液III，用NaOH溶液調(diào)節(jié)溶液III pH值為9~10，向溶液III中加入交聯(lián)劑和NaCl并保持溫度 為55~60 °C持續(xù)攪拌2-3小時，然后用鹽酸調(diào)節(jié)pH至6~8得溶液IV;
[0016] 3)保持溶液溫度為40~60°C，去除溶液IV的多余水分直至材料具有彈性，然后將 材料放入模具中擠壓，然后將模具放入烘箱中于50~60°C烘干，取出模具中的花盆即得到 一次性可降解輕質(zhì)花盆。
[0017] 優(yōu)選的，所述模具使用前需清洗干凈、干燥并涂好脫模劑。
[0018] 優(yōu)選的，所述脫模劑為硅油。
[0019] 用環(huán)氧氯丙烷交聯(lián)淀粉是用環(huán)氧基團(tuán)與淀粉分子上的羥基加成反應(yīng)，一個環(huán)氧基 團(tuán)可以和兩個羥基進(jìn)行反應(yīng)，將同一分子或者不同分子間的兩個羥基通過反應(yīng)而被連接在 一起，許多的環(huán)氧基團(tuán)反應(yīng)后就能使淀粉分子間和分子內(nèi)形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)從而得到交聯(lián) 淀粉。交聯(lián)反應(yīng)其實是大幅度提升了淀粉顆粒的氫鍵作用力，交聯(lián)化學(xué)鍵就起到了分子間 的橋梁的作用，從而改變淀粉的性能。聚乙烯醇分子上同樣含有大量的醇羥基，也能與環(huán)氧 氯丙烷進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，所以將聚乙烯醇與淀粉分子共混后，加入環(huán)氧氯丙烷后，兩種材料能 夠共同交聯(lián)形成三維互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使混合物具有更高的物理加工性能。
[0020] 黃粉蟲糞俗稱蟲糞沙，蟲糞沙干燥無異味，蟲糞上具有非常多的微小氣孔，而且蟲 糞的表面涂有一層消化道分泌出來的粘液形成的膜狀物，能夠使土壤疏松，提升氧氣含量， 保持土壤水分。蟲糞中含有大約83%粗有機(jī)物和每樣2%左右的氮磷鉀和硼、鋅、鎂、錳、銅 多種微量元素。
[0021] 本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明以淀粉，黃粉蟲蟲糞和PVA按比例混合，然后進(jìn)行 化學(xué)交聯(lián)的方法來改性其中的PVA和淀粉以制得具有較好性能的花盆材料，然后進(jìn)一步通 過模具壓制得到成型的花盆。本發(fā)明所用材料不需要特殊的粉碎設(shè)備進(jìn)行粉碎，從而避免 了造成粉塵污染大的問題，所得花盆表面光潔、色澤柔和、質(zhì)地細(xì)膩;挺度好、韌性高，重量 輕、不易破損，便于發(fā)貨運(yùn)輸和日常使用;溫差適應(yīng)范圍大;透氣性好;可降解;降解的物質(zhì) 可作為植物生長所需的營養(yǎng)。最大的優(yōu)點是價廉物美并且是符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)的環(huán)保產(chǎn)品。
【附圖說明】
[0022] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖：
[0023]圖1表示黃粉蟲蟲糞電鏡掃描圖；
[0024]圖2為PVA、淀粉、蟲糞未加交聯(lián)劑，相互混合得到樣品所測得的紅外光譜圖；
[0025] 圖3為PVA、淀粉、蟲糞加入環(huán)氧氯丙烷做交聯(lián)劑得到的樣品所測的紅外光譜圖；
[0026] 圖4為植物生長效果圖。
【具體實施方式】
[0027] 下面對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。實施例中未注明具體條件的實驗方 法，通常按照常規(guī)條件或按照制造廠商所建議的條件。
[0028] 對所用黃粉蟲糞進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)觀察，得到如圖1所示的電鏡掃描圖，由圖1可看出 蟲糞是由眾多微小團(tuán)粒結(jié)構(gòu)堆砌而成，這些小團(tuán)粒的尺寸約在〇 . 5~Ιμπι之間。小團(tuán)粒間通 過黃粉蟲消化道分泌液的粘接作用并在腸道的蠕動擠壓作用下，最終形成粒徑約250μπι自 然氣孔率很高的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，也就是我們?nèi)庋勰芸吹降募S沙。
[0029]對黃粉蟲蟲糞中的成分進(jìn)行檢測得到如下表1所示的數(shù)據(jù)：
[0030]
[0032] 由上表可反映出黃粉蟲蟲糞含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，具有一定的利用價值，但是由 于每個養(yǎng)殖戶的養(yǎng)殖習(xí)慣不同、飼料配方的差異，使各營養(yǎng)成分有一定差異。
[0033] 實施例1 一次性可降解輕質(zhì)花盆的制備
[0034] 1)稱取一定量的PVA加入燒杯中，總共加入質(zhì)量為PVA8~9倍的蒸餾水(蒸餾水在 溶脹過程中分多次加入），將燒杯放到水浴鍋中加熱到40°C并用轉(zhuǎn)子低速攪拌40分鐘以上 進(jìn)行溶脹(若直接將PVA在高溫下溶解，則會出現(xiàn)包狀和皮溶內(nèi)生的現(xiàn)象，無法正常溶解)直 到PVA體積增到到開始的7倍左右，顏色變?yōu)榍嗷疑?，再將水浴鍋的溫度升高?8°C，提高攪 拌速率攪拌lh后，讓PVA完全溶解在水中；
[0035] 2)另取一個燒杯將定量的淀粉和蟲糞加入其中并加一些水?dāng)嚢杈鶆?，然后將淀?和蟲糞懸浮液與PVA溶液混合均勻，配置NaOH溶液，用膠頭滴管慢慢滴入混合物，調(diào)節(jié)pH值 為10左右，加入交聯(lián)劑環(huán)氧氯丙烷和NaCl(抑制淀粉顆粒膨脹）。將裝著配好混合物的燒杯 放入60°C的水浴鍋中保持恒溫并一直攪拌，反應(yīng)2-3小時后取出，用HC1溶液調(diào)節(jié)pH至7;
[0036] 3)將得到的材料在40~60 °C的溫度范圍內(nèi)攪拌除去材料中多余的水分，直到材料 具有彈性后，放入清洗干凈、干燥好并涂好脫模劑(硅油）的模具中，合上陽模與陰模，用力 擠壓直到兩模貼合嚴(yán)密，之后將模具放入烘箱中低溫烘干，取出模具中的花盆即得到產(chǎn)品。 [0037]以下對花盆性能測試具體如下：
[0038] (1)硬度測定
[0039] 將制作好的塊狀樣品平放于桌面，用邵氏硬度計測試樣品上的多個地方硬度值取 其平均值。
[0040] (2)韌性測定
[0041] 韌性指物體柔軟堅實、不易折斷破裂的性質(zhì)。將韌性分為6個等級，等級越高則韌 性越大，用手彎折拉扯去感覺，越難損壞的樣品韌性越大。韌性為0表示樣品很脆，輕輕彎折 就被折斷，韌性為1時損毀花盆的力度比〇要大一些，以此類推，到韌性為5的時候，樣品就很 難用手將其折斷或者拉扯開來。
[0042] (3)吸水率測定
[0043] 將稱量好質(zhì)量的樣品分別放入裝好水的錐形瓶中，放置半個月后取出錐形瓶中樣 品再次稱取其質(zhì)量，按公式計算出吸水率。
[0044] 吸水率=(吸水后樣品質(zhì)量-吸水前樣品質(zhì)量)/吸水前樣品質(zhì)量* 100 %
[0045] (4)密度的測定
[0046]稱好樣品樣品的質(zhì)量，在量筒中裝上一定量的水并讀出水的體積，將樣品放入量 筒中保證全部淹沒在液面以下，讀出此時量筒中水的體積，按照公式計算出密度。
[0047]密度=樣品質(zhì)量/(加入樣品后水的體積-加入樣品前水的體積）
[0048] (5)降解性測定
[0049]將樣品質(zhì)量稱量好并做好記錄，之后把樣品帶到野外一個環(huán)境正常的地方，除去 這塊地方的野草，然后把樣品按順序埋進(jìn)土里，并在表面撒上植物的種子，幾個月之后觀察 種子發(fā)芽及生長情況，挖出樣品干燥好后稱其質(zhì)量，按公式計算出降解率。
[0050 ]降解率=(降解前樣品質(zhì)量-降解后樣品質(zhì)量)/降解前樣品質(zhì)量* 100 %
[0051] (6)紅外測試
[0052]將樣品分別磨成粉末，然后用KBr與粉末一起研磨，壓片，進(jìn)行紅外測試并記錄數(shù) 據(jù)。
[0053]實施例2組分配比的確定
[0054] 按表2所示的組分配比比例進(jìn)行實驗得到幾組樣品，并對其硬性、脆性、表觀以及 成本進(jìn)行評估。
[0055] 表2分配比比例測試數(shù)據(jù)
[0056]
[0057] 而這幾組樣品中也就樣品3的性能外觀最好，樣品6也還可以。
[0058] 實施例3交聯(lián)劑環(huán)氧氯丙烷用量的確定
[0059] 環(huán)氧氯丙烷在堿性條件下能交聯(lián)改性淀粉和PVA，為了確定交聯(lián)劑的用量，可以采 用控制PVA淀粉蟲糞配比不變，在一個合適的范圍內(nèi)改變交聯(lián)劑的用量，按照上述化學(xué)交聯(lián) 法的實驗步驟制造出樣品，待其干燥后，比較樣品的表觀性能來大致確定交聯(lián)劑的用量。檢 測數(shù)據(jù)如表3所示：
[0060] 表3交聯(lián)劑用量選擇
[0061]
[0062]從表3可看出，第三組樣品的吸水率最低，硬度好，韌性與其他幾組相差不大，所以 第三組交聯(lián)劑用量最合適，選擇交聯(lián)劑用量(體積ml)在數(shù)值上為淀粉與PVA質(zhì)量和(g)的 0.05 倍。
[0063]實施例4各種組分含量變化對材料物理性能的影響
[0064] (1)蟲糞對樣品性能的影響
[0065]采用表4所列數(shù)據(jù)驗證蟲糞對樣品性能的影響。
[0066]表4蟲糞對樣品性能的影響 [0067]
[0068]由表4可知，在PVA和淀粉含量不變時，在一定范圍增大蟲糞的用量會降低材料的 韌性，使材料脆性更大，受彎折能力變?nèi)?，但對樣品的吸水性和硬度的影響卻很小。說明淀 粉的交聯(lián)和PVA的改性反應(yīng)形成了三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，將蟲糞顆粒鎖在三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部，而水 卻被隔絕在交聯(lián)化合物之外，使得蟲糞接觸不到水就不能吸收水分。
[0069] (2)PVA對材料性能的影響
[0070] 采用表5所列數(shù)據(jù)驗證PVA對樣品性能的影響。
[0071] 表5PVA對材料性能的影響
[0072]
[0073]樣品1用手輕輕一捏就像沙一樣散掉，說明交聯(lián)淀粉粘性不夠，不加 PVA材料不能 成型。而PVA的比例增大后材料的硬度和韌性也會跟著提高。
[0074] (3)淀粉對樣品性能的影響
[0075]采用表6所列數(shù)據(jù)驗證淀粉對樣品性能的影響。
[0076]表6淀粉對樣品性能的影響
[0077]
[0078] 由表6可知，其他組分含量不變，增大淀粉用量，會減小樣品的吸水性。材料硬度和 韌性卻沒有明顯的變化。說明交聯(lián)淀粉對材料的力學(xué)性能影響并不大，只是使組分間的結(jié) 合變?yōu)楦泳o密，能夠讓材料的表面更加光滑細(xì)膩，對花盆觀賞性能具有很大的提高，所以 也是必不可少的主要組分之一。而吸水率的減小則是由于淀粉進(jìn)行交聯(lián)后其吸水性就已經(jīng) 比淀粉低了很多，交聯(lián)形成的三維結(jié)構(gòu)能阻擋外界水分子對樣品內(nèi)部的入侵，所以表現(xiàn)為 吸水率隨著淀粉用量增大而減小。在花盆制造過程中可以在保證性能合格的基礎(chǔ)上添加適 量的淀粉去提升花盆的外觀，淀粉含量過大會增大花盆成本。
[0079] (4)花盆的降解
[0080]制作一次性可降解花盆，那么材料的可降解性能和降解時間對花盆來說是非常重 要的，值得重點考慮。在做過的樣品中挑了一些做降解性能的測試實驗，并在測試中順便考 察樣品對種植于其上植物的發(fā)芽和生長是否有很大的影響。樣品在自然環(huán)境條件下進(jìn)行了 120天的降解實驗。發(fā)現(xiàn)撒在樣品上方的并覆蓋了泥土的種子長成茂盛作物并充滿生機(jī)，說 明植物不僅不受傷害，還能吸收花盆降解后產(chǎn)生的營養(yǎng)物質(zhì)。從泥土下方取出樣品后，發(fā)現(xiàn) 原本比較光滑的表面已經(jīng)布滿了小孔，象泡沫一樣，并且硬度和韌性都較原來有所下降，更 容易對其破壞，在已經(jīng)部分降解了的樣品上可以看到植物的根已經(jīng)有很多穿過樣品進(jìn)入到 更深的土壤里。表7所示的數(shù)據(jù)表示樣品在土壤中的降解情況：
[0081 ]表7樣品在土壤中降解情況 [0082]
[0083] 實施例5紅外測試圖譜
[0084]圖2為PVA、淀粉、蟲糞未加交聯(lián)劑，按相同比例相互混合得到樣品所測得的紅外光 譜圖，圖3為同樣比例的PVA、淀粉、蟲糞加入環(huán)氧氯丙烷做交聯(lián)劑的情況下，交聯(lián)反應(yīng)后得 到的樣品紅外光譜圖。由兩個圖可以看出變化最大的依然是羥基峰(3500CHT 1左右)的大小， 圖2的羥基峰明顯大于圖3,說明在環(huán)氧氯丙烷的改性下，材料分子上的羥基被消耗，變?yōu)橄?互連接緊密的的分子鏈。此外，在llOOcnf 1左右，為材料中的C-0伸縮振動峰。由圖2可知，未 交聯(lián)時，該吸收峰較強(qiáng)。由圖3可知，該吸收峰強(qiáng)度變?nèi)?，這是由于受交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的約束作用， 在一定程度上束縛了C-0的振動。
[0085] 實施例6植物生長情況
[0086]取成型好的花盆，裝滿泥土并移植幾顆植物種植其中。將花盆隨意放置在一個露 天的環(huán)境中，一個月后觀察植物的長勢，得到如圖4所示的效果圖。由圖可看出，植物生長茂 盛，且花盆對植物的生長無害。
[0087]最后說明的是，以上優(yōu)選實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通 過上述優(yōu)選實施例已經(jīng)對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在 形式上和細(xì)節(jié)上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。
【主權(quán)項】
1. 一次性可降解自營養(yǎng)輕質(zhì)花盆，其特征在于，所述花盆由黃粉蟲蟲糞、淀粉、PVA在交 聯(lián)劑的作用下反應(yīng)形成具有彈性的原材料，然后將原材料進(jìn)行壓制而成。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一次性可降解自營養(yǎng)輕質(zhì)花盆，其特征在于，所述花盆所含黃粉 蟲蟲糞、淀粉、PVA質(zhì)量比例為2~5:1~3:2~5。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一次性可降解自營養(yǎng)輕質(zhì)花盆，其特征在于，所述交聯(lián)劑為環(huán)氧 氯丙烷、己二酸或六偏磷酸鹽中的一種或幾種。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一次性可降解自營養(yǎng)輕質(zhì)花盆，其特征在于，淀粉和PVA的質(zhì)量 和與交聯(lián)劑的體積比（g: ml)為1:0.01~0.02。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一次性可降解自營養(yǎng)輕質(zhì)花盆，其特征在于，所述黃粉蟲蟲糞包 含如下成分:氮、磷、鉀、有機(jī)物、粗蛋白、鈣、鎂、鋅、銅、錳、鐵，鉛含量小于lmg/kg，砷鹽含量 小于 lmg/kg。6. 權(quán)利要求1~5任一項所述一次性可降解自營養(yǎng)輕質(zhì)花盆的制備方法，其特征在于， 包括如下步驟： 1) 向PVA多次少量加入水混合成溶液，在溫度為40 °C~50 °C攪拌溶液直到PVA體積增到 原始體積的6~8倍，溶液顏色變?yōu)榍嗷疑?，然后將溶液加熱?0~100°C，繼續(xù)攪拌使PVA完 全溶于水中，標(biāo)記為溶液I; 2) 將淀粉和蟲糞與水混合，標(biāo)記為溶液II，將溶液I與溶液II均勻混合，標(biāo)記為溶液 III，用NaOH溶液調(diào)節(jié)溶液III pH值為9~10,向溶液III中加入交聯(lián)劑和NaCl并保持溫度為 55~60 °C持續(xù)攪拌2-3小時，然后用鹽酸調(diào)節(jié)pH至6~8得溶液IV; 3) 保持溶液溫度為40~60°C，去除溶液IV的多余水分直至材料具有彈性，然后將材料 放入模具中擠壓，然后將模具于50~60°C烘干，取出模具中的花盆即得到一次性可降解輕 質(zhì)花盆。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述制備方法，其特征在于，所述模具使用前需清洗干凈、干燥并涂 好脫模劑。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述制備方法，其特征在于，所述脫模劑為硅油。
【文檔編號】A01G9/02GK106069278SQ201610459428
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月22日
【發(fā)明人】熊曉莉, 李寧, 焦富穎, 張曉岸
【申請人】重慶工商大學(xué)