技术领域
本发明涉及农业用具领域，具体涉及一种可降解污泥基育苗钵及其制备方法。
背景技术
育苗钵多用于农业的育苗、育种及大棚种植以及园林绿化等领域，应用广泛，需求量大。在实际育苗过程中，移栽是一个非常重要的步骤，需要将育苗钵中的幼苗及营养钵取出后种植到大田或者大型花盆中继续生长。在移栽过程中需要幼苗培养钵体与育苗钵进行分离，存在损伤幼苗根系和幼苗培养钵体易散等技术问题，极大的影响幼苗移栽后的成活率。目前可降解育苗钵的制作原料有泥质、木质和可降解塑料等，但是这些可降解材料仍然存在一些问题：泥质育苗钵，降解速度慢，制备过程能耗高，环境友好性差；木质育苗钵的制备成本较高应用少；可降解塑料育苗钵，工艺繁琐，成本高；因此，用于制备可快速降解育苗钵的材料成为新的研究热点。
随着城镇的发展，市政污泥的产量越来越大，但资源化利用率低，对环境带来了巨大的危害，污泥的资源化利用是污泥处理的最理想出路。经过无害化的污泥含有大量的有机质和矿质养分，无害化处理后的污泥可用于土地利用，农林堆肥、土壤修复等，在改变土壤理化性质、促进农林作物增产方面具有重要作用。因此，以无害化的污泥作为原材料制备的可降解育苗钵，在移栽过程中可将幼苗与育苗钵一同进行移栽，从而避免幼苗根系的损伤和幼苗培养钵体易散的问题，能提高幼苗的成活率；同时，降解后的污泥基育苗钵还可以改变土壤的理化性质，有利于幼苗的生长，提高经济效益。
由于植株的育苗周期一般较短，育苗完成后就会就进行移栽或定植，移栽或定植后需要植株根系尽快的生长和延展以满足植株快速生长的需要，所以，需要育苗钵在移栽或定植后在很短的时间内就能降解，以解除育苗钵对植株根系延展的限制。然而，现有相关资料和专利中用污泥制备的可降解育苗钵，虽然同样具有可降解的特性，但由于采用的配方或制备方法等的不合理，导致育苗钵的降解时间较长，严重限制了植株幼苗根系的快速生长和延展，对移栽后植株的快速生长造成影响。
发明内容
本发明的目的在于克服现有育苗钵所存在的降解时间过长的不足，提供一种可降解污泥基育苗钵及其制备方法，该育苗钵是通过对配方的针对性调整并与制备方法进行配合制备得到的；该育苗钵不仅具有较高的力学性能，能满足在育苗时对育苗钵使用性能的要求；还能在土壤中快速降解，从而不会在移栽或定植后限制植株根系的快速生长和延展，对提高幼苗的成活率和植株的生长速率具有积极作用。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种可降解污泥基育苗钵，包括以下重量份原材料制备而成：2-5份的聚乙烯醇，80-100份的水，5-10份的明胶，5-10份的糊精，5-20份的污泥，0.5-1份的交联剂；所述育苗钵在制备过程中成型处理先于交联处理。
本发明一种可降解污泥基育苗钵，通过针对性的选择可降解的原材料，并限定其用量，使原材料在制备过程中具有优异的加工成型性，能在没有交联的情况下形成育苗钵初胚；再通过成型后的交联处理，使交联反应仅在育苗钵的表面进行，从而既能提高育苗钵的力学性能，又能防止育苗钵内部进行过度交联，使育苗钵在土壤中的降解时间显著缩短，育苗钵不会对植株根系的快速生长和延展进行限制，能提高幼苗的成活率和植株的生长速率。
其中，所述的聚乙烯醇具有降解性，能与交联剂进行交联反应，是可降解育苗钵的骨架材料，而聚乙烯醇的聚合度影响聚乙烯醇的粘性和力学性能，对育苗钵的整体性能具有较大的影响；优选的，所述的聚乙烯醇聚合度为500-2000；该聚合度的聚乙烯醇既具有较好的力学性能和粘度，有利于育苗钵的成型，使得到的育苗钵的力学性能较好，又不会因聚合度过高，导致育苗钵的降解速度降低；最优选的，所述的聚乙烯醇聚合度为1000-1500。
其中，所述的明胶和糊精作为材料粘结剂，有利于育苗钵的成型，能提高育苗钵的力学性能，且来源广泛，在空气中降解速度较慢，而在土壤中降解速度快。
其中，所述的污泥为经过无害化处理的污泥，含有大量的有机质和矿质养分，对植株的生长具有促进作用。
其中，所述的交联剂是指能与原材料进行交联反应的材料，交联反应能显著提高育苗钵的力学性能和化学稳定性，同时也会延长育苗钵的降解时间；优选的，所述的交联剂为甲醛、乙醛、环氧氯丙烷中的一种或多种；优选的交联剂与原材料交联反应易控制，交联效果适中，得到的育苗钵性能最佳。
其中，优选的，所述的育苗钵的制备方法包括以下步骤：
（1）溶解、分散处理：将聚乙烯醇、明胶和糊精溶解在水中形成混合溶液；在混合溶液中加入污泥，混合分散后形成成型液；
（2）成型处理：用成型液进行成型，得到育苗钵初胚；
（3）交联处理：将育苗钵初胚与交联剂进行交联反应，反应完成后得到本发明育苗钵。
其中，优选的，步骤（1）中聚乙烯醇的溶解温度为90-100℃，在该温度条件下，聚乙烯醇的溶解速度最快。
其中，优选的，步骤（1）中明胶和糊精的溶解为70-80℃，该温度条件下，明胶和糊精的溶解速度快，明胶和糊精不会变性。
其中，优选的，步骤（1）中成型液的温度为60-70℃，该温度条件下，成型液的粘度适中，便于水分蒸发，利于成型。
其中，优选的，步骤（3）中交联处理的温度为50-60℃，交联时间为5-8h，该条件下进行交联的程度最佳，得到的育苗钵力学性能和降解时间达到最佳平衡。
其中，优选的，步骤（3）中初胚交联反应完成后，还包括对育苗钵的洗涤处理；通过洗涤处理能除去育苗钵上未完全反应的交联剂。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明育苗钵采用可降解材料制备而成，能完全降解，对土壤和环境无污染。
2、本发明育苗钵针对性选择原材料与用量，使原材料在未交联的情况下就具有很好的成型性，便于成型。
3、本发明育苗钵采用先成型后交联的制备方法，交联反应仅在育苗钵的表面进行，育苗钵既具有较好的力学性能，又能在土壤中快速降解，从而不会对移栽或定植的植株根系的快速生长和延展造成限制。
4、本发明育苗钵制备方法简单、可靠，耗能少，成本低，便于可降解污泥基育苗钵的大规模生产和应用。
附图说明：
图1为本发明可降解污泥基育苗钵的制备工艺流程图。
图2为本发明可降解污泥基育苗钵的产品实物图。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
1、溶解、分散处理：将3重量份的聚乙烯醇加入90重量份的水中，在95℃的条件下溶解完全，制备成聚乙烯醇水溶液；在75℃的条件下，加入8重量份的明胶，完全溶解后，再加入8重量份的糊精，搅拌到混合均匀，得到混合溶液；在65℃的条件下加入15重量份的无害化处理过的污泥，搅拌分散均匀得到成型液；
2、成型处理：将成型液倒入模具中，水冷将至室温，制成初胚；
3、交联处理：将初胚与环氧氯丙烷在55℃下交联反应6h；交联完成后用无水乙醚和去离子水洗涤，获得可降解的污泥基育苗钵。
实施例2
1、溶解、分散处理：将2重量份的聚乙烯醇加入80重量份的水中，在90℃的条件下溶解完全，制备成聚乙烯醇水溶液；在80℃的条件下，加入5重量份的明胶，完全溶解后，再加入10重量份的糊精，搅拌到混合均匀，得到混合溶液；在70℃的条件下加入5重量份的无害化处理过的污泥，搅拌分散均匀得到成型液；
2、成型处理：将成型液倒入模具中，水冷将至室温，制成初胚；
3、交联处理：将初胚与甲醛在60℃下交联反应5h；交联完成后用无水乙醇和去离子水洗涤，获得可降解的污泥基育苗钵。
实施例3
1、溶解、分散处理：将5重量份的聚乙烯醇加入100重量份的水中，在100℃的条件下溶解完全，制备成聚乙烯醇水溶液；在70℃的条件下，加入10重量份的明胶，完全溶解后，再加入5重量份的糊精，搅拌到混合均匀，得到混合溶液；在60℃的条件下加入20重量份的无害化处理过的污泥，搅拌分散均匀得到成型液；
2、成型处理：将成型液倒入模具中，水冷将至室温，制成初胚；
3、交联处理：将初胚与乙醛在50℃下交联反应5-8h；交联完成后用无水乙醇和去离子水洗涤，获得可降解的污泥基育苗钵。
对比例1
1、溶解、分散处理：将3重量份的聚乙烯醇加入90重量份的水中，在95℃的条件下溶解完全，制备成聚乙烯醇水溶液；在75℃的条件下，加入8重量份的明胶，完全溶解后，再加入8重量份的糊精，搅拌到混合均匀，得到混合溶液；在65℃的条件下加入15重量份的无害化处理过的污泥，搅拌分散均匀得到成型液；
2、交联处理：在成型液中加入环氧氯丙烷，并在55℃下交联反应6h，生成交联成型液；
3、成型处理：将交联成型液倒入模具中，水冷将至室温，制成可降解的污泥基育苗钵。
对比例2
1、溶解、分散处理：将10重量份的聚乙烯醇加入90重量份的水中，在95℃的条件下溶解完全，制备成聚乙烯醇水溶液；在75℃的条件下，加入8重量份的明胶，完全溶解后，再加入8重量份的糊精，搅拌到混合均匀，得到混合溶液；在65℃的条件下加入15重量份的无害化处理过的污泥，搅拌分散均匀得到成型液；
2、成型处理：将成型液倒入模具中，水冷将至室温，制成初胚；
3、交联处理：将初胚与环氧氯丙烷在55℃下交联反应6h；交联完成后用无水乙醚和去离子水洗涤，获得可降解的污泥基育苗钵。
对比例3
1、溶解、分散处理：将1重量份的聚乙烯醇加入90重量份的水中，在95℃的条件下溶解完全，制备成聚乙烯醇水溶液；在75℃的条件下，加入8重量份的明胶，完全溶解后，再加入8重量份的糊精，搅拌到混合均匀，得到混合溶液；在65℃的条件下加入15重量份的无害化处理过的污泥，搅拌分散均匀得到成型液；
2、成型处理：将成型液倒入模具中，水冷将至室温，制成初胚；
3、交联处理：将初胚与环氧氯丙烷在55℃下交联反应6h；交联完成后用无水乙醚和去离子水洗涤，获得可降解的污泥基育苗钵。
对比例4
1、溶解、分散处理：将3重量份的聚乙烯醇加入90重量份的水中，在95℃的条件下溶解完全，制备成聚乙烯醇水溶液；在75℃的条件下，加入8重量份的明胶，完全溶解后，再加入8重量份的糊精，搅拌到混合均匀，得到混合溶液；在65℃的条件下加入15重量份的无害化处理过的污泥，搅拌分散均匀得到成型液；
2、成型处理：将成型液倒入模具中，水冷将至室温，得到可降解的污泥基育苗钵。
将上述实施例1-3和对比例1-4中制备得到的污泥基育苗钵进行性能检测（实验中降解的标准是指育苗钵质量减少40%以上），检测结果如下：
序号 拉伸强度（MPa） 在空气（湿度60%、温度25℃）中降解时间（d） 在土壤（含水量60%、温度25℃）中降解时间（d） 黄瓜秧苗与育苗钵一同移栽30d后，秧苗长势、根系伸展情况 实施例1 6.3 ≥120 ≤20 秧苗长势好，根系生长出育苗钵 实施例2 6.5 ≥120 ≤20 秧苗长势好，根系生长出育苗钵 实施例3 6.2 ≥120 ≤20 秧苗长势好，根系生长出育苗钵 对比例1 7.6 ≥150 ≥30 秧苗长势一般，根系未生长出育苗钵 对比例2 7.1 ≥140 ≥25 秧苗长势一般，根系未生长出育苗钵 对比例3 5.3 ≤100 ≤15 育苗过程中，育苗钵裂开，影响育苗 对比例4 4.5 ≤90 ≤12 育苗过程中，育苗钵裂开，影响育苗
通过上述检测结果可知，实施例1-3中制备的育苗钵具有较好的拉伸强度，满足育苗阶段对育苗钵的性能需求，在土壤中的降解速度快；而对比例1中的育苗钵是将原材料交联后再进行成型得到的，虽然力学性能更好，但在土壤中的降解速度显著降低，不利于移栽或定植后植株根系的快速生长和伸展；对比例2中添加的聚乙烯醇量过大，制备得到的育苗钵虽然力学性能更好，但在土壤中的降解速度显著降低，不利于移栽或定植后植株根系的快速生长和伸展；对比例3中添加的聚乙烯醇量过小，制备得到的育苗钵力学性能差，降解速度过快，在育苗过程中破裂，影响了育苗，同时，在制备过程中，成型困难；对比例4中的育苗钵未进行交联处理，制备得到的育苗钵力学性能差，降解速度过快，在育苗过程中破裂，影响了育苗。