可控生物降解的全透气种植海绵及其制备方法与流程

1.本发明涉及非土培种植领域,尤其涉及一种可控生物降解的全透气种植海绵及其制备方法。


背景技术：

2.聚氨酯材料是一类性能优良的高分子聚合物，可以制备成海绵、弹性体、粘合剂、涂料、油漆等，其中吸水性聚氨酯海绵可以作为插花用品，用于固定和支撑花材的专用材料。另外，吸水海绵可代替土壤种花，方便了在室内种花，而且避免滋生虫蚁，不会掉屑，更加环保卫生。cn202907514u公布了一种有机吸水种植海绵的制备方法，是将有机肥料和水性p u胶混合，再灌入模具内，经发泡机发泡成型得到可以作为植物种植的海绵。cn103524201a公布了一种植被恢复复合材料，是将多元醇、三乙醇胺、硅油、水、有机锡、异氰酸酯经混合均匀进行初步发泡，然后加入缓释肥、吸水树脂进行混合均匀，倒入钢模中加热固化2h，得到的产品再用电动搅拌机搅拌至粉末状，得到成品。cn1948395a公布了一种保水肥的多功能高分子复合材料及其制备方法，该专利是将高分子吸水剂、高分子缓释肥、无机磷肥、钾肥等和多元醇、催化剂、硅油、水等混合均匀，倒入模具内发泡，制备具有吸水、保水、又能缓释化肥的聚氨酯发泡材料。上述发泡都是采用聚醚多元醇通过发泡制备，降解性能差。发明人曾使用聚碳酸亚丙酯或聚碳酸亚乙酯多元醇和异氰酸酯进行发泡，制备具有生物降解性的聚碳酸酯型聚氨酯泡沫塑料，见cn1400229a。
3.然而，采用上述专利制备的聚氨酯泡沫塑料中都含有一定量的闭孔结构，泡沫透气性差，在植物生长过程中植物根部会释放二氧化碳，这些二氧化碳会被闭孔结构吸收，局部酸值过高，造成植物烂根现象，特别是移植植物，烂根现象明显，植物存活率十分低，影响聚氨酯海绵作为植物种植基材的实际应用。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种可控生物降解的全透气种植海绵及其制备方法，应用该技术方案可以替代传统的泥土泥炭土等作为植物如花卉、蔬菜等种植基质，解决泥土、泥炭土作为植物种植基质时，易滋生蚊虫，产生飞尘的缺点，规模应用后对于缓解由于蚊虫造成的流行性疾病如登革热等具有明显效果。
5.第一方面，本发明实施例提供的一种可控生物降解的全透气种植海绵的制备方法，按照以下的质量配比按照以下的工艺制成，
6.取100份聚氨酯泡沫塑料颗粒，加入1-100份有机肥料、以及0.01-100份吸水树脂混合均匀，加入10-100份预发泡组分，3-100份水，搅拌均匀，倒入模具中，10-200℃下发泡反应1-600分钟，脱模即可得到所述种植海绵。
7.可选地，所述聚氨酯泡沫塑料颗粒的粒径为：0.1mm-10mm。
8.可选地，所述聚氨酯泡沫塑料颗粒的粒径为：1mm-5mm。
9.可选地，所述聚氨酯泡沫塑料颗粒的密度为：5kg/m3-100kg/m3。
10.可选地，所述聚氨酯泡沫塑料颗粒的密度为：7kg/m3-50kg/m3。
11.可选地，所述有机肥料选用农业废弃物经发酵、烘干、粉碎获得。
12.可选地，所述有机肥料的用量为5-70份。
13.可选地，所述吸水树脂为：淀粉接枝丙烯酸盐类、接枝丙烯酰胺、交联羧甲基纤维素、交联羧甲基纤维素接枝丙烯酰胺、交联型羟乙基纤维素接枝丙烯酰胺聚合物等中的一种、或至少两种的混合物。
14.可选地，所述吸水树脂为的用量为：0.1-10份。
15.可选地，所述水的用量为：5-50份。
16.可选地，所述发泡反应的温度为：10-200℃。
17.可选地，所述发泡反应的温度为：50-18℃。
18.可选地，所述发泡反应时间为1-300分钟。
19.可选地，所述发泡反应时间为2-60分钟。
20.可选地，所述发泡剂具体是将以下质量份数的组分按以下工艺制成：将100份聚碳酸亚酯多元醇，加入0.1-100份二异氰酸酯在30-100℃，反应0.1-10小时，冷却至室温，加入1-200份溶剂得到。
21.可选地，所述聚碳酸亚酯多元醇是由二氧化碳、环氧化物在催化剂作用下通过共聚制备而得。
22.可选地，所述聚碳酸亚酯多元醇的分子量为500-5000。
23.可选地，所述聚碳酸亚酯多元醇的分子量为1000-4000。
24.可选地，所述聚碳酸亚酯多元醇的分子内羟基数量在2-6。
25.可选地，所述聚碳酸亚酯多元醇的内羟基数量在2-4。
26.可选地，所述环氧化物为：环氧乙烷、环氧丙烷和环氧丁烷中的一种、或其中至少两种的混合物。
27.可选地，所述环氧化物为：环氧乙烷和环氧丙烷的混合物。
28.可选地，所述环氧乙烷相对于所述环氧化物的质量用量为0.1％-95％。
29.可选地，所述环氧乙烷相对于所述环氧化物的质量用量为10％-50％。
30.可选地，所述的聚碳酸亚酯多元醇中碳酸酯的摩尔分数为：0.1-0.5。
31.可选地，所述的聚碳酸亚酯多元醇中碳酸酯的摩尔分数为：0.15-0.35。
32.可选地，所述二异氰酸酯为有机化合物，所述二异氰酸酯含有至少两个异氰酸酯基团。
33.可选地，所述二异氰酸酯为脂肪族或芳香族异氰酸酯中的任何一种、或者几种的混合物。
34.可选地，所述二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、1,6-亚己基二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、碳化二亚胺改性、多聚异氰酸酯、1,5-萘二异氰酸酯的任何一种、或者几种的混合物。
35.可选地，所述二异氰酸酯的用量为30-200份。
36.可选地，所述二异氰酸酯的用量为50-150份。
37.可选地，所述溶剂为：二氯甲烷、一氯甲烷、丙酮、石油醚、汽油、戊烷、全氟戊烷、全氟庚烷、氢氟烃醚等中的一种、或其中至少两种的混合物。
38.可选地，所述溶剂的用量为50-150份。
39.可选地，所述发泡剂组分的反应温度为：40-90℃。
40.可选地，所述发泡剂组分的反应时间为0.5-6小时。
41.第二方面，本实施例提供的种植海绵，采用上述之人一方法制成。
42.本发明实施例的一种可控生物降解的全透气种植海绵是将作为开孔剂的废弃聚氨酯泡沫塑料颗粒组分、预发泡组分、有机肥料、吸水树脂、水等混合均匀，倒入模具中发泡而成。其中预发泡组分是由可控生物降解的聚碳酸亚酯多元醇和异氰酸酯反应制备。与传统的用于植物种植的海绵类相比，本发明的种植海绵具有全透气性、可控生物降解等特点，可以代替泥土、泥炭土等作为植物如花卉、蔬菜等种植基质，解决泥土、泥炭土作为植物种植基质时易滋生蚊虫，产生飞尘的缺点，对于缓解由于蚊虫造成的流行性疾病如登革热等具有明显效果。
具体实施方式
43.本发明涉及的全透气种植海绵可以按如下的方法合成，但本发明的权利要求并不受其限制，以下各实施例的制备方法中涉及的配比均为质量配比。
44.本发明实施例提供了一种可控生物降解的全透气种植海绵及其制备方法，是将作为开孔剂的废弃聚氨酯泡沫塑料颗粒组分、预发泡组分、有机肥料、吸水树脂、水等混合均匀，倒入模具中发泡而成。其中预发泡组分是由可控生物降解的聚碳酸亚酯多元醇和异氰酸酯反应制备。与传统的用于植物种植的海绵类相比，本发明的种植海绵具有全透气性、可控生物降解等特点，可以代替泥土、泥炭土等作为植物如花卉、蔬菜等种植基质，解决泥土、泥炭土作为植物种植基质时易滋生蚊虫，产生飞尘的缺点，对于缓解由于蚊虫造成的流行性疾病如登革热等具有明显效果。
45.其中采用的聚氨酯泡沫塑料可以是工业边角料，也可以是废弃沙发、汽车坐垫、席梦思等中的聚氨酯泡沫塑料。
46.其中，所述的有机肥料可选用农业废弃物如秸秆、豆粕、棉粕、木屑、杂草或沼泽泥等，有机肥料能直接供给植物生长发育所必需的营养元素并富含有机物质的肥料。上述有机肥料经发酵、烘干、粉碎得到，其用量在1-100份，优选5-70份。
47.其中，吸水树脂是一种新型功能高分子材料，具有亲水基团、能大量吸收水分而溶胀又能保持住水分不外流的合成树脂，如淀粉接枝丙烯酸盐类、接枝丙烯酰胺、交联羧甲基纤维素、交联羧甲基纤维素接枝丙烯酰胺、交联型羟乙基纤维素接枝丙烯酰胺聚合物等中的一种或几种的混合物，其用量在0.01-100份，优选0.1-10份。
48.水用量在3-100份，优选5-50份。
49.所述的发泡反应温度在10-200℃，优选50-180℃。
50.所述的发泡反应时间1-600分钟，优选2-60分钟。
51.所述的预发泡组分是将100份聚碳酸亚酯多元醇，加入0.1-100份二异氰酸酯在30-100℃，反应0.1-10h，冷却至室温，加入1-200份溶剂得到。
52.所述的聚碳酸亚酯多元醇是二氧化碳、环氧化物在催化剂作用下通过共聚制备，其分子量在500-5000之间，优选1000-4000，更优选2000-3000。分子内羟基数量在2-6，优选2-4。所述的环氧化物是环氧乙烷、环氧丙烷和环氧丁烷中的一种或几种的混合物，优选环
氧乙烷和环氧丙烷的混合物，其中环氧乙烷相对于环氧化物总量为0.1％-95％，优选10-50％。
53.所述的聚碳酸亚酯多元醇中碳酸酯的摩尔分数在0.1-0.5之间，优选0.15-0.35。
54.其中，二异氰酸酯是有机化合物，它含有至少两个异氰酸酯基团，并且是已知的脂肪族或芳香族异氰酸酯中的任何一种或者几种的混合物，常见的这类二异氰酸酯和聚合异氰酸酯有：甲苯二异氰酸酯(英文名称：toluene-2,4-diisocyanate；2,4-tolylene diisocyanate，简称tdi)、1,6-亚己基二异氰酸酯(英文名称：1,6-diisocyanate d'hexamethylene，简称hdi)、二苯基甲烷二异氰酸酯(英文名称：diphenyl-methane-diisocyanate，简称mdi)、碳化二亚胺改性mdi、多聚异氰酸酯(简称papi)、1,5-萘二异氰酸酯(英文名称:1,5-naphthalene diisocyanate，中文简称1,5-ndi)。相对于100份聚碳酸亚酯多元醇，其中二异氰酸酯的用量在30-200份，优选50-150份。
55.其中，采用的溶剂是一些常见溶剂，如甲苯、二甲苯、二氯甲烷、一氯甲烷、碳酸二甲酯、丙酮、丁酮、苯、环己烷、石油醚、汽油等中的一种或几种的混合物，溶剂的用量为1-200份，优选50-150份。
56.所述的预发泡组分制备时的反应温度在30-100℃，优选40-90℃。
57.所述的预发泡组分合成反应时间在0.1-10h，优选0.5-6h，更优选在1-4h。
58.本发明还可根据具体应用要求，加入一定量其他助剂或填料，如无机肥料、填料、农药等。
59.特别地，本发明采用聚碳酸亚酯多元醇作为原料，通过调节聚碳酸亚酯多元醇中环氧乙烷的相对含量，控制产品降解速度，从而提高植物的种植效果。
60.另外，本发明通过加入大量的废弃聚氨酯软泡颗粒作为开孔剂，制备出全透气聚氨酯泡沫塑料种植海绵。
61.本发明制备的产品可广泛应用于各种植物的种植，如垂直绿化、盆栽蔬菜、房顶保温绿化、河道治理、沙漠绿化等。
62.实施例1
63.1、可控生物降解的全透气种植海绵的制备
64.取100份分子量3000，羟基官能度为3、分子内碳酸酯的摩尔分数0.3，分子内环氧乙烷相对含量为15％的聚碳酸亚酯多元醇，加入100份碳化二亚胺改性二苯基甲烷二异氰酸酯(简称mdi)，于80℃反应2h，冷却至室温，加入100份二氯甲烷得到预发泡组分。
65.取100份密度为15kg/m3的废弃沙发坐垫海绵，粉碎至2mm大小的聚氨酯泡沫塑料颗粒，加入0.5份交联羧甲基纤维素接枝丙烯酰胺作为吸水树脂，10份经发酵粉碎后的秸秆作为有机肥料，40份预发泡组分，10份水，搅拌均匀倒入模具中，120℃下发泡5分钟，脱模即可得到所需的全透气、可控生物降解的聚氨酯泡沫塑料。
66.2、植物的种植
67.将已经在穴盘中培育了6-9个月的黄金童子合果芋的脱毒组培苗进行洗根，种植于制作好的聚氨酯泡沫塑料上，置于温室大棚的苗床上进行养护；每4天进行一次浇水，浇则浇透。
68.温室大棚的温度在22-26℃，空气湿度为60-65％，保持通风。
69.实施例2
70.1、可控生物降解的全透气种植海绵的制备
71.取100份分子量3000，羟基官能度为3、分子内碳酸酯的摩尔分数0.25，分子内环氧乙烷相对含量为30％的聚碳酸亚酯多元醇，加入80份多聚异氰酸酯(简称papi)，于70℃反应4h，冷却至室温，加入120份碳酸二甲酯得到预发泡组分。
72.取100份密度为15kg/m3的废弃沙发坐垫海绵，粉碎至3mm大小的颗粒制成聚氨酯泡沫塑料颗粒，加入2份交联羧甲基纤维素接枝丙烯酰胺作为溪水树脂，15份经发酵粉碎后的秸秆，50份预发泡组分，15份水，搅拌均匀倒入模具中，120℃下发泡10分钟，脱模即可得到所需的全透气、可控生物降解的聚氨酯泡沫塑料。
73.2、植物的种植
74.将已经在穴盘中培育了6-9个月的黄金童子合果芋的脱毒组培苗进行洗根，种植于制作好的聚氨酯泡沫塑料上，置于温室大棚的苗床上进行养护；每4天进行一次浇水，浇则浇透。
75.温室大棚的温度在22-26℃，空气湿度为60-65％，保持通风。
76.实施例3
77.1、可控生物降解的全透气种植海绵的制备
78.取100份分子量2500，羟基官能度为2、分子内碳酸酯的摩尔分数0.20，分子内环氧乙烷相对含量为50％的聚碳酸亚酯多元醇，加入80份多聚异氰酸酯(简称papi)，于70℃反应4h，冷却至室温，加入120份二氯甲烷得到预发泡组分。
79.取100份密度为18kg/m3的废弃沙发坐垫海绵，粉碎至3mm大小制成聚氨酯泡沫塑料颗粒，加入2份交联羧甲基纤维素接枝丙烯酰胺，15份经发酵粉碎后的秸秆，60份预发泡组分，15份水，搅拌均匀倒入模具中，120℃下发泡10分钟，脱模即可得到所需的全透气、可控生物降解的聚氨酯泡沫塑料。
80.2、植物的种植
81.将已经在穴盘中培育了6-9个月的黄金童子合果芋的脱毒组培苗进行洗根，种植于制作好的聚氨酯泡沫塑料上，置于温室大棚的苗床上进行养护；每4天进行一次浇水，浇则浇透。
82.温室大棚的温度在22-26℃，空气湿度为60-65％，保持通风。
83.实施例4
84.1、可控生物降解的全透气种植海绵的制备
85.取100份分子量3000，羟基官能度为3、分子内碳酸酯的摩尔分数0.35，分子内环氧乙烷相对含量为10％的聚碳酸亚酯多元醇，加入80份多聚异氰酸酯(简称papi)，于70℃反应4h，冷却至室温，加入150份二氯甲烷得到预发泡组分。
86.取100份密度为18kg/m3的废弃沙发坐垫海绵，粉碎至3mm大小的颗粒，加入2份交联羧甲基纤维素接枝丙烯酰胺，15份经发酵粉碎后的秸秆，60份预发泡组分，15份水，搅拌均匀倒入模具中，120℃下发泡10分钟，脱模即可得到所需的全透气、可控生物降解的聚氨酯泡沫塑料。
87.2、植物的种植
88.将已经在穴盘中培育了6-9个月的黄金童子合果芋的脱毒组培苗进行洗根，种植于制作好的聚氨酯泡沫塑料上，置于温室大棚的苗床上进行养护；每4天进行一次浇水，浇
则浇透。
89.温室大棚的温度在22-26℃，空气湿度为60-65％，保持通风。
90.以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。