秸稈基育苗缽的原料預處理方法、制品及育苗缽的制法
【技術領域】
[0001]本發明涉及農林生物質利用及可降解生物基材料，特別涉及一種秸桿基育苗缽的制法及原料預處理方法。
【背景技術】
[0002]我國糧食產量已經連續三年超過萬億斤，花卉生產面積已達14.75萬公頃，盆栽植物8.1億盆，觀賞苗木18億株，對育苗秧盆有巨大需求。目前，種植秧苗大多采用塑料育苗秧盆，在秧苗生長到需要移栽時，須將其取出再栽到土壤中，這個過程造成盆栽植物根系的破壞，不利于盆栽植物的生長，且大量塑料栽培盆實際上并不可回收再利用。生物基材料是指利用可再生生物質，包括農作物、樹木、其它植物及其殘體和內含物為原料，通過生物、化學以及物理等手段制造的一類新型材料，具有環境友好、原料可再生以及可降解等特性，在諸多方面可部分替代塑料使用。如采用秸桿等植物纖維為主要原料，制作可降解育苗缽替代塑料栽培盆，不需要在種植時將苗取出，可直接將苗和缽種植到土壤中，省工省時，最終秸桿基育苗缽降解成為肥料，提高土壤肥力，具有環境友好性。
[0003]在現有技術中，用于替代塑料栽培盆的可降解生物基育苗容器已有較多報導。由于原料秸桿等本身不具備黏性，在制作育苗缽過程中常采用加入大量膠黏劑的方式來增加育苗缽的可塑性，如中國專利公告號CN 101580641B公開的“一種可降解環保材料、容器及其制造方法”，該發明所用原料僅經過破碎處理，再以20%?30%三聚氰胺、2%?6%聚丙烯熱熔膠及5%?8%聚乙烯醇膠粘結合，因此苗缽原料中膠黏劑(三聚氰胺、聚乙烯熱熔膠和聚乙烯醇)用量較大(多27% )，導致容器成本高且降解周期較長。
[0004]其他的增加育苗缽可塑性的方式，如中國專利公告號CN 100448346C所公開的“用堆肥腐解秸桿制作植物盆缽的方法”，以破碎、堆肥腐解后的植物秸桿為主要原料，經過濕破碎、過篩，并添加粘接劑，混合均勻后，在溫度70?120°C、模壓力10?15MPa條件下模壓成型。雖然該方法原料采用堆肥腐解方法預處理秸桿可以增加可塑性，但該方法原料的預處理處理耗時過長，應用困難。
[0005]另外，在生物基育苗容器以外的技術領域，也有一些針對秸桿的預處理技術，但該些技術在對秸桿進行預處理后是用于生物降解產糖、產沼氣等，因此預處理的主要目的是破壞植物細胞壁結構，增加纖維素比表面積，脫除木質素等，使其更適合催化劑或微生物作用，從而提高其生物轉化效率。這一類相關技術例如以下所述:
[0006]中國專利公開號CN 101121175A所公開的“秸桿的堿臭氧預處理方法”，其采用石灰水與臭氧組合處理秸桿，使其可以更快的進行徹底的生物降解；中國專利公開號CN103924467A公開的“一種稻草秸桿的預處理方法”，應用高濃度NaOH對稻草秸桿進行堿處理和漂白，獲得白色的稻草纖維素，而這一方法化學試劑消耗量大、產率較低、預處理成本高，且要求設備耐受高濃度NaOH。中國專利公開號CN 102154374A所公開的“酸預處理水稻秸桿制取沼氣的方法”，以酸處理水稻秸桿后直接進行發酵制取沼氣；中國專利公開號CN102443659A公開的“一種秸桿高效糖化的酸堿組合預處理方法”，以無機金屬鹽、過氧化物、無機酸等聯合處理秸桿，將秸桿中纖維素和半纖維素進行糖化，產生水解糖液。另外還有中國專利公開號CN 103224966A的“干存儲耦合蒸汽爆破預處理提高秸桿酶解糖化效率的方法”以及中國專利公開號CN 102234948A的“秸桿漆酶組合預處理脫木質素的方法”，為以汽爆預處理與漆酶預處理組合脫除秸桿原料中的木質素。
[0007]上述的預處理方法均以提高秸桿生物降解速率和生物轉化效率為目的，經過上述預處理后的秸桿，纖維韌性和強度下降、大量木質素被去除。而木質素是一種天然膠粘劑，在苗缽熱壓成型過程中，木質素在較高溫度下(130?250°C)會軟化、熔融，并具有一定熱固性，與植物纖維熱壓膠合形成穩定的三維網絡結構，并在較高模壓下發生塑性形變而成型。上述預處理方法一方面去除了木質素，導致用于干法熱壓成型制備育苗缽時所需膠黏劑量用量較大，難以有效降低秸桿基育苗缽的生產成本；另一方面，導致植物纖維的韌性和強度下降，也將影響成型秸桿基育苗缽產品的使用性能，例如質脆易碎而不利于運輸等。因此，用于其他領域的秸桿預處理技術，并不能用于育苗缽原料秸桿的預處理。
[0008]綜上所述，以上的可降解生物基育苗容器現有技術中，或者是未對原料進行有效預處理(僅進行破碎處理)，未從原料角度增加育苗缽可塑性，以至于需采用大量膠黏劑而提高可塑性；或預處理方式復雜耗時，導致育苗缽性能不佳或生產成本較高。因此，如何提出綠色高效、經濟易行的原料預處理方法，是秸桿基育苗缽推廣應用的關鍵問題之一。
【發明內容】
[0009]本發明的目的在于提供一種秸桿基育苗缽的原料預處理方法、制品及育苗缽的制法，使其可以提高秸桿基育苗缽使用性能，減少膠黏劑用量，降低生產成本。
[0010]為實現上述目的，本發明提供一種秸桿基育苗缽的原料預處理方法，包括以下步驟:
[0011 ] (I)將秸桿原料干燥、除雜并破碎；
[0012](2)將步驟(I)所得到的物料，按其質量的1.5?6倍加入水潤濕(即加入的水與稻桿的質量比為1.5?6:1)；
[0013](3)對步驟(2)所得到的物料進行蒸煮或汽爆處理，或者蒸煮與汽爆的組合處理；
[0014](4)冷卻步驟⑶所得到的物料；
[0015](5)干燥及破碎步驟⑷所得到的物料。
[0016]其中，于步驟(I)中，將稻桿原料破碎至長度< 5cm ;優選為0.5?2cm。
[0017]其中，于步驟⑴中，所述的秸桿原料為鋸末、竹子、玉米桿、稻殼、棉桿、蔗渣、麥桿、稻桿、草、樹枝中的一種或其組合。
[0018]其中，于步驟⑵中，加入的水與秸桿的質量比優選為3?4:1。
[0019]其中，于步驟(2)中，在加入水后，再在所述的水中加入酸或堿。
[0020]其中，所述的酸包括鹽酸、硫酸、硝酸、亞硫酸、磷酸、甲酸、乙酸、次氯酸中的一種或幾種，所述的酸添加量為水質量的0.1%?2%。
[0021]其中，所述的酸添加量優選為0.5%?1%。
[0022]其中，所述的堿包括氧化鈣、氫氧化鈣、碳酸鈉、碳酸鉀、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨、亞硫酸鈉、次氯酸鈉(化學式分別為 CaO、Ca (OH) 2、Na2CO3, K2CO3, NaOH, KOH、NH4OH, Na2SO3)中的一種或幾種，所述的堿添加量為水質量的0.1%?2%。
[0023]其中，所述的堿添加量優選為0.25%?0.75%。
[0024]其中，于步驟(3)中，所述的蒸煮的溫度為130?220°C，持續時間為Imin?60mino
[0025]其中，所述的蒸煮溫度優選為150?180°C，持續時間為10?30min。
[0026]其中，于步驟(3)中，所述的汽爆的溫度為160?220°C，壓力為0.6?2.4MPa，保壓時間為0.5?1min。
[0027]其中，所述的汽爆溫度優選為180?200°C，壓力1.0?1.6MPa，保壓時間為3?8min。
[0028]其中，于步驟(4)中，所述冷卻為將步驟(3)所得到的物料冷卻至15?80°C，優選為將物料冷卻至20?50°C。
[0029]其中，于步驟(4)中，在冷卻步驟(3)所得到的物料后，調節物料pH值至4.5?10，優選為調節物料pH值至5.5?8。
[0030]其中，于步驟(5)中，先步驟(4)所得到的物料進行固液分離，再將固體部分脫水干燥至含水率為6%?15%，并粉碎至< 20目。
[0031]本發明還提供一種秸桿基育苗缽的制法，所述制法中包括對秸桿原料進行預處理的步驟，所述對秸桿原料進行預處理的步驟為按照上述秸桿基育苗缽的原料預處理方法進行。
[0032]本發明還提供一種用于制作育苗缽的秸桿原料制品，其為經由上述秸桿基育苗缽的原料預處理方法處理后的秸桿原料。
[0033]在可降解生物基育苗容器的現有技術中，或者是未對原料進行有效預處理(僅進行破碎處理)，未從原料角度增加育苗缽可塑性，以至于需采用大量膠黏劑而提高可塑性；或預處理方式復雜耗時，導致育苗缽性能不佳或生產成本較高。而其他領域的秸