專利名稱：無土栽培用聚氨酯泡沫材料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及無土栽培技術領域，尤其涉及一種親水性泡沫作為無土栽培基質的制造方法。
背景技術：
無土栽培是指不用土壤，用溶液培養植物的方法，包括水培、霧(氣)培和基質栽培。無土栽培作為農業的高新技術，把傳統農業帶入一個作物栽培自動化、管理現代化的全新領域，不僅在生產上可降低成本，節約肥料、水及勞動力，簡化工序，而且達到高產、優質、 高效的目的，使得作物栽培向著工廠化、現代化方向發展。隨著我國國民經濟迅速增長，人民的生活水平不斷提高，消費結構發生了多層次的需求變化，對無污染的中高檔蔬菜和名貴花木的需要量激增，無土栽培農業得到迅速發展。目前，無土栽培常用的固體基質材料主要有巖棉、蛙石、砂子、煤渣及經過處理的有機基材等。歐洲許多國家目前應用較多的基質是巖棉(rockwool)，巖棉的優點是可形成系列產品(巖棉栓、塊、板等)，使用搬運方便，并且，消毒后可多次使用。但是使用幾年后就不能再利用，廢巖棉的處理比較困難，不能夠進行自行生物降解，在使用巖棉栽培面積最大的荷蘭，已形成公害，而且有機基質化學組成比較復雜，性質不穩定，對營養液影響較大。聚氨酯泡沫為無土栽培的另外一種方式，由氨基甲酸酯等基團連接為一整體形成立體網狀結構，具有耐鹽水、稀酸、堿等優良性能，使用中不會由于基質結構的穩定性原因而引起營養液化學組成、酸堿度、電導率等的變化，可保持其穩定使用，但是傳統的聚氨酯泡沫不能自行進行生物降解，給環境帶來了一定的壓力。
發明內容
本發明提供了一種無土栽培用聚氨酯泡沫材料及其制備方法，以解決現有技術中固體基質材料和聚氨酯泡沫材料不能自行降解，不環保的問題。為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種無土栽培用聚氨酯泡沫材料，聚氨酯泡沫材料的原料按重量份計包含30-50重量份的可降解液化淀粉多元醇、 50-70重量份的聚醚多元醇或聚酯多元醇、1-2重量份的丙三醇、30-50重量份的多異氰酸酯、1-4重量份的催化劑、0. 5-2重量份的泡沫穩定劑、1-2重量份的開孔劑和1-3重量份的水。進一步地，上述聚氨酯泡沫材料的原料按重量份計包含40_50重量份的可降解液化淀粉多元醇、50-60重量份的聚醚多元醇或聚酯多元醇、1-2重量份的丙三醇、30-40重量份的多異氰酸酯、1-4重量份的催化劑、0. 5-2重量份的泡沫穩定劑、1-2重量份開孔劑和 1-3重量份的水。進一步地，可降解液化淀粉多元醇為接枝丙烯酸鈉的液化淀粉多元醇或接枝丙烯腈的液化淀粉多元醇或接枝丙烯酸脂類的液化淀粉多元醇。進一步地，多異氰酸酯為甲苯二異氰酸酯、二苯基甲烷二異氰酸酯或1，6_己二異
3氰酸酯中的一種。進一步地，聚醚多元醇為聚醚330、聚醚210、聚醚220或聚醚303 ；聚酯多元醇為聚酯 ps-2402。進一步地，催化劑為三乙醇胺與辛酸亞錫的混合物。進一步地，原料按重量份計包含40重量份的接枝丙烯酸鈉或丙烯腈或丙烯酸脂類的液化淀粉多元醇、60重量份的聚醚210、1-2重量份的丙三醇、30重量份的甲苯二異氰酸酯、1-2重量份的三乙醇胺、1-2重量份的辛酸亞錫、0. 5-2重量份的泡沫穩定劑、1-2重量份的開孔劑和1-3重量份的水。根據本發明的另一方面，提供了一種上述的無土栽培用聚氨酯泡沫材料的制備方法，包括下列步驟將可降解液化淀粉多元醇、聚醚多元醇或聚酯多元醇、丙三醇、催化劑、 泡沫穩定劑、開孔劑以及水混合均勻，得到混合體系；將多異氰酸酯加入混合體系中，攪拌均勻形成泡沫，進行1-8個小時的熟化處理，制得無土栽培用聚氨酯泡沫材料。進一步地，固化步驟進一步包括將泡沫在常溫下熟化1-2小時，然后在60-70°C 溫度下繼續熟化4-6小時。進一步地，上述無土栽培用聚氨酯泡沫材料的制備方法進一步包括浸潤處理的步驟，該浸潤處理的步驟包括將完成熟化處理的聚氨酯泡沫在50-70°C的堿性環境中浸潤 30-60分鐘。本發明提供的無土栽培用聚氨酯泡沫材料及其制作方法，由于制備的聚氨酯泡沫所用原料之一為液化淀粉多元醇，使用一定時間后可自行生物降解，具有環保優勢；另外，由于在液化淀粉多元醇上接枝丙烯酸鈉或丙烯腈或丙烯酸脂類，而丙烯酸鈉或丙烯腈或丙烯酸脂類的吸水性遠遠強于羥基，因此大大提高了聚氨酯泡沫的吸水、保水性能，尤其對于在干旱地區或者是水需求較大的作物來講，能夠滿足作物根系生長的需求。除了上面所描述的目的、特征和優點之外，本發明還有其它的目的、特征和優點。
具體實施例方式以下對本發明的實施例進行詳細說明，但如下實施例僅是用以理解本發明，而不能限制本發明，本發明可以由權利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。本發明提供了一種無土栽培用聚氨酯泡沫材料，其原料按重量份計包含30_50 重量份的可降解液化淀粉多元醇、50-70重量份的聚醚多元醇或聚酯多元醇、1-2重量份的丙三醇、30-50重量份的多異氰酸酯、1-4重量份的催化劑、0. 5-2重量份的泡沫穩定劑、1_2 重量份的開孔劑和1-3重量份的水。其中，液化淀粉多元醇為淀粉經過液化處理的一種多羥基醇混合物，行業里的通用制備方法都可以實現。一種具體的制備方法為將淀粉放入容器中，容器可以采用具有攪拌、冷凝回流和溫度計的三口燒瓶，然后往該容器里加入液化劑(例如PEG400)、甘油混合液以及催化劑(例如濃硫酸)，然后經過均勻混合，將容器放入150°C的恒溫油浴中液化4 小時。在反應結束后，先用堿中和，然后進行洗滌，洗滌可以采用體積比為1 4的1，4_ 二氧六環和水的混合液進行洗滌，之后經過過濾，再通過減壓蒸餾除去水和1，4_ 二氧六環， 即得液化淀粉多元醇。本發明采用可降解得液化淀粉多元醇，通過與多異氰酸酯之間的反應，將可被微生物分解的分子鏈引入到聚氨酯泡沫塑料當中，在土壤中，這些泡沫塑料在微生物酶的作用下，發生水解和氧化等反應，分子鏈斷裂成低分子質量的碎片，微生物吸收或消耗這些低相對分子質量的碎片后，經過代謝形成二氧化碳、水及生物能，從而達到降解的目的，具有環保優勢。優選地，上述聚氨酯泡沫材料的原料按重量份計包含40_50重量份的可降解液化淀粉多元醇、50-60重量份的聚醚多元醇或聚酯多元醇、1-2重量份的丙三醇、30-40重量份的多異氰酸酯、1-4重量份的催化劑、0. 5-2重量份的泡沫穩定劑、1-2重量份的開孔劑和 1-3重量份的水。在本發明提供的另一具體優選實施方式中，可降解液化淀粉多元醇為接枝丙烯酸鈉或丙烯腈或丙烯酸脂類的液化淀粉多元醇。通過在液化淀粉多元醇上接枝丙烯酸鈉或丙烯腈或丙烯酸脂類，由于丙烯酸鈉或丙烯腈或丙烯酸脂類的吸水性遠遠強于羥基，因此大大提高了聚氨酯泡沫的吸水、保水性能，尤其對于在干旱地區或者是水需求較大的作物來講，能夠滿足作物根系生長的需求。其中，多異氰酸酯為甲苯二異氰酸酯、二苯基甲烷二異氰酸酯或1，6_己二異氰酸酯中的一種；聚醚多元醇為聚醚330、聚醚210、聚醚220或聚醚303，聚酯多元醇為聚酯 ps-2402。其中，催化劑為三乙醇胺與辛酸亞錫的混合物，在發泡的過程中，多異氰酸酯既可以和水反應，又可以和多元醇反應，而三乙醇胺對多異氰酸酯與水反應的催化活性大，辛酸亞錫對多異氰酸酯與多元醇反應的催化活性大，所以采用兩種催化劑，同時可以通過調整兩種催化劑的比例來調節多異氰酸酯與水及多元醇的反應速度。作為更進一步優選的具體實施方式
，上述聚氨酯泡沫材料的原料按重量份計包含40重量份的接枝丙烯酸鈉的液化淀粉多元醇或接枝丙烯腈的液化淀粉多元醇或接枝丙烯酸脂類的液化淀粉多元醇、60重量份的聚醚210、1-2重量份的丙三醇、30重量份的甲苯二多異氰酸酯、1-2重量份的三乙醇胺、1-2重量份的辛酸亞錫、0. 5-2重量份的泡沫穩定劑、1-2重量份的開孔劑和1-3重量份的水。本發明采用上述的無土栽培用聚氨酯泡沫材料的制備方法，包括下列步驟將可降解液化淀粉多元醇、聚醚多元醇或聚酯多元醇、丙三醇、催化劑、泡沫穩定劑、開孔劑以及水混合均勻，得到混合體系；將甲苯二多異氰酸酯加入混合體系中，攪拌均勻，進行1-8個小時的熟化處理，制得無土栽培用聚氨酯泡沫材料。其中，熟化步驟進一步包括將泡沫在常溫下熟化1-2小時，然后在60-70°C溫度下繼續熟化4-6小時。為了提高聚氨酯泡沫的吸水量和開孔率，上述無土栽培用聚氨酯泡沫材料的制備方法進一步包括浸潤處理的步驟，該浸潤處理的步驟包括將完成熟化處理的聚氨酯泡沫在50-70°C的堿性環境中浸潤30-60分鐘，其中，堿性環境為5% -15%的氫氧化鈉溶液的環境中。優選地，可以先對可降解液化淀粉多元醇接枝丙烯酸鈉或丙烯腈或丙烯酸脂類的液化淀粉多元醇，其具體方法為將液化淀粉多元醇、水、引發劑(過硫酸銨和亞硫酸氫鈉) 和表面活性劑攪拌混合升溫至50 60°C，滴加單體丙烯酸鈉溶液，保溫3 4小時，然后經過后處理，例如脫水、去除表面活性劑等，最終獲得接枝丙烯酸鈉的液化淀粉多元醇，用于制備聚氨酯泡沫材料。通過該制備方法得到的聚氨酯泡沫材料，可以自行降解，具有環保優勢。而且通過在液化淀粉多元醇上接枝丙烯酸鈉或丙烯腈或丙烯酸脂類，大大提高了聚氨酯泡沫的吸水、保水性能，尤其對于在干旱地區或者是水需求較大的作物來講，能夠滿足作物根系生長的需求。以下通過對比例1和實施例1-7進一步來說明本發明所帶來的有益效果對比例1 一、原料組分參考表1對比例1的原料組分。二、工藝流程1、室溫下將按照表1中對比例1中提供的重量份配比的原料(除去甲苯二異氰酸酯)在容器中混合均勻，2、然后加入35重量份甲苯二異氰酸酯，進行攪拌發泡。3、室溫下熟化2小時后再于60°C下熟化4小時即可制得聚氨酯泡沫。 4、制得的聚氨酯泡沫在溫度為60°C，濃度為10 %的氫氧化鈉溶液中浸潤40分鐘。三、測試結果所得制品的降解時間、吸水量、開孔率和水蒸氣透過量的測試數據結果參考表2 中對比例1的數據。實施例1 一、原料組分參考表1實施例1的原料組分。二、工藝流程1.室溫下將按照表1中實施例1中提供的重量份配比的原料(除去甲苯二異氰酸酯)在容器中混合均勻，2.然后加入35重量份甲苯二異氰酸酯，進行攪拌發泡。3.室溫下熟化2小時后再于60°C下熟化4小時即可制得聚氨酯泡沫。4.制得的聚氨酯泡沫在溫度為60°C，濃度為10%的氫氧化鈉溶液中浸潤40分鐘。三、測試結果所得制品的降解時間、吸水量、開孔率和水蒸氣透過量的測試數據結果參考表2 中實施例1的數據。實施例2 一、原料組分參考表1實施例2的原料組分。二、工藝流程1.室溫下將按照表1中實施例2中提供的重量份配比的原料(除去甲苯二異氰酸酯)在容器中混合均勻，2.然后加入30重量份甲苯二異氰酸酯，進行攪拌發泡。3.室溫下熟化1小時后再于65°C下熟化5小時即可制得聚氨酯泡沫。4.制得的聚氨酯泡沫在溫度為50°C，濃度為5%的氫氧化鈉溶液中浸潤60分鐘。
三、測試結果所得制品的降解時間、吸水量、開孔率和水蒸氣透過量的測試數據結果參考表2 中實施例2的數據。實施例3 一、原料組分參考表1實施例3的原料組分。二、工藝流程1.室溫下將按照表1中實施例3中提供的重量份配比的原料(除去異佛爾酮二異氰酸酯)在容器中混合均勻，2.然后加入50重量份異佛爾酮二異氰酸酯，進行攪拌發泡。3.室溫下熟化1. 5小時后再于70°C下熟化6小時即可制得聚氨酯泡沫。4.制得的聚氨酯泡沫在溫度為70°C，濃度為10%的氫氧化鈉溶液中浸潤30分鐘。三、測試結果所得制品的降解時間、吸水量、開孔率和水蒸氣透過量的測試數據結果參考表2 中實施例3的數據。實施例4 一、原料組分參考表1實施例4的原料組分。二、工藝流程1.室溫下將按照表1中實施例4中提供的重量份配比的原料(除去二苯基甲烷二異氰酸酯)在容器中混合均勻，2.然后加入40重量份二苯基甲烷二異氰酸酯，進行攪拌發泡。3.室溫下熟化1. 5小時后再于65°C下熟化5小時即可制得聚氨酯泡沫。4.制得的聚氨酯泡沫在溫度為60°C，濃度為15%的氫氧化鈉溶液中浸潤50分鐘。三、測試結果所得制品的降解時間、吸水量、開孔率和水蒸氣透過量的測試數據結果參考表2 中實施例4的數據。實施例5一、原料組分參考表1實施例5的原料組分。二、工藝流程1.接枝丙烯酸鈉的液化淀粉多元醇制備方法將液化淀粉多元醇(自制)、水、引發劑(過硫酸銨分析純，汕頭市西隴化工有限公司；亞硫酸氫鈉分析純，汕頭市西隴化工有限公司)和表面活性劑(司班-60，上海滬峰生化試劑有限公司)攪拌混合升溫至50 60°C，滴加單體丙烯酸鈉溶液(分析純，國藥集團化學試劑有限公司)。保溫3 4小時，然后經過脫水和去除表面活性劑，獲得接枝丙烯酸鈉的液化淀粉多元醇，用于下面制備聚氨酯泡沫。(其中液化淀粉多元醇與水的重量份為1 5)2.室溫下將按照表1中實施例5中提供的重量份配比的原料(除去甲苯二異氰酸酯)在容器中混合均勻。
3.然后加入40重量份甲苯二異氰酸酯，進行攪拌發泡。4.室溫下熟化2小時后再于60°C下熟化4小時即可制得聚氨酯泡沫。5.制得的聚氨酯泡沫在溫度為60°C，濃度為10%的氫氧化鈉溶液中浸潤40分鐘。三、測試結果所得制品的降解時間、吸水量、開孔率和水蒸氣透過量的測試數據結果參考表2 中實施例5的數據。實施例6一、原料組分參考表1實施例6的原料組分。二、工藝流程1.接枝丙烯腈的液化淀粉多元醇制備方法將液化淀粉多元醇(自制)、水、引發劑(過硫酸銨分析純，汕頭市西隴化工有限公司；亞硫酸氫鈉分析純，汕頭市西隴化工有限公司)和表面活性劑(司班-60，上海滬峰生化試劑有限公司)攪拌混合升溫至50 60°C， 滴加丙烯腈(分析純，國藥集團化學試劑有限公司)。保溫3 4小時，然后經過脫水和去除表面活性劑，獲得接枝丙烯酸鈉的液化淀粉多元醇，用于下面制備聚氨酯泡沫。(其中液化淀粉多元醇與水的重量份為1 5)2.室溫下將按照表1中實施例6中提供的重量份配比的原料(除去甲苯二異氰酸酯)在容器中混合均勻。3.然后加入40重量份甲苯二異氰酸酯，進行攪拌發泡。4.室溫下熟化1小時后再于65°C下熟化5小時即可制得聚氨酯泡沫。5.制得的聚氨酯泡沫在溫度為50°C，濃度為5%的氫氧化鈉溶液中浸潤60分鐘。三、測試結果所得制品的降解時間、吸水量、開孔率和水蒸氣透過量的測試數據結果參考表2 中實施例6的數據。實施例7一、原料組分參考表1實施例7的原料組分。二、工藝流程1.接枝丙烯酸乙脂的液化淀粉多元醇制備方法將液化淀粉多元醇(自制)、水、 引發劑(過硫酸銨分析純，汕頭市西隴化工有限公司；亞硫酸氫鈉分析純，汕頭市西隴化工有限公司)和表面活性劑(司班-60，上海滬峰生化試劑有限公司廠家)攪拌混合升溫至 50 60°C，滴加丙烯酸乙脂(分析純，國藥集團化學試劑有限公司)。保溫3 4小時，然后經過脫水和去除表面活性劑，獲得接枝丙烯酸鈉的液化淀粉多元醇，用于下面制備聚氨酯泡沫。(其中液化淀粉多元醇與水的重量份為1 5)2.室溫下將按照表1中實施例7中提供的重量份配比的原料(除去二苯基甲烷二異氰酸酯)在容器中混合均勻。3.然后加入35重量份二苯基甲烷二異氰酸酯，進行攪拌發泡。4.室溫下熟化1. 5小時后再于70°C下熟化6小時即可制得聚氨酯泡沫。5.制得的聚氨酯泡沫在溫度為70°C，濃度為10%的氫氧化鈉溶液中浸潤30分鐘。
三、測試結果所得制品的降解時間、吸水量、開孔率和水蒸氣透過量的測試數據結果參考表2 中實施例7的數據。表1 對比例1以及本發明的實施例的原料表(表中數值皆為重量份)
權利要求
1.一種無土栽培用聚氨酯泡沫材料，其特征在于，所述聚氨酯泡沫材料的原料按重量份計包含30-50重量份的可降解液化淀粉多元醇、50-70重量份的聚醚多元醇或聚酯多元醇、 1-2重量份的丙三醇、30-50重量份的多異氰酸酯、1-4重量份的催化劑、0. 5-2重量份的泡沫穩定劑、1-2重量份的開孔劑和1-3重量份的水。
2.根據權利要求1所述的聚氨酯泡沫材料，其特征在于，所述原料按重量份計包含 40-50重量份的可降解液化淀粉多元醇、50-60重量份的聚醚多元醇或聚酯多元醇、1-2重量份的丙三醇、30-40重量份的多異氰酸酯、1-4重量份的催化劑、0. 5-2重量份的泡沫穩定劑、1-2重量份開孔劑和1-3重量份的水。
3.根據權利要求1或2所述的聚氨酯泡沫材料，其特征在于，所述可降解液化淀粉多元醇為接枝丙烯酸鈉的液化淀粉多元醇或接枝丙烯腈的液化淀粉多元醇或接枝丙烯酸脂類的液化淀粉多元醇。
4.根據權利要求1或2所述的聚氨酯泡沫材料，其特征在于，所述多異氰酸酯為甲苯二異氰酸酯、二苯基甲烷二異氰酸酯或1，6_己二異氰酸酯中的一種。
5.根據權利要求1或2所述的聚氨酯泡沫材料，其特征在于，所述聚醚多元醇為聚醚 330、聚醚210、聚醚220或聚醚303 ；所述聚酯多元醇為聚酯ps_2402。
6.根據權利要求1或2所述的聚氨酯泡沫材料，其特征在于，所述催化劑為三乙醇胺與辛酸亞錫的混合物。
7.根據權利要求1所述的聚氨酯泡沫材料，其特征在于，所述原料按重量份計包含 40重量份的接枝丙烯酸鈉類或丙烯腈類或丙烯酸脂類的液化淀粉多元醇、60重量份的聚醚210、1-2重量份的丙三醇、30重量份的甲苯二異氰酸酯、1-2重量份的三乙醇胺、1-2 重量份的辛酸亞錫、0. 5-2重量份的泡沫穩定劑、1-2重量份的開孔劑和1-3重量份的水。
8.—種如權利要求1-7中任一項所述的無土栽培用聚氨酯泡沫材料的制備方法，其特征在于，包括下列步驟將可降解液化淀粉多元醇、聚醚多元醇或聚酯多元醇、丙三醇、催化劑、泡沫穩定劑、開孔劑以及水混合均勻，得到混合體系；將多異氰酸酯加入所述混合體系中，攪拌均勻形成泡沫，進行1-8個小時熟化處理，制得所述無土栽培用聚氨酯泡沫材料。
9.根據權利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述熟化處理步驟進一步包括 將所述泡沫在常溫下熟化1-2小時，然后在60-70°C溫度下繼續熟化4-6小時。
10.根據權利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述無土栽培用聚氨酯泡沫材料的制備方法進一步包括浸潤處理的步驟，所述浸潤處理的步驟包括將完成熟化處理后的所述聚氨酯泡沫在50-70°C的堿性環境中浸潤30-60分鐘。
全文摘要
本發明提供了一種無土栽培用聚氨酯泡沫材料及其制備方法，聚氨酯泡沫材料的原料包含30-50重量份的可降解液化淀粉多元醇、50-70重量份的聚醚多元醇或聚酯多元醇、1-2重量份的丙三醇、30-50重量份的多異氰酸酯、1-4重量份的催化劑、0.5-2重量份的泡沫穩定劑、1-2重量份的開孔劑和1-3重量份的水。本發明提供的無土栽培用聚氨酯泡沫材料及其制作方法，由于制備的聚氨酯泡沫所用原料之一為液化淀粉多元醇，使用一定時間后可自行生物降解，具有環保優勢。
文檔編號C08L75/06GK102504169SQ20111034381
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月3日 優先權日2011年11月3日
發明者何飛 申請人:浙江溫州輕工研究院