秸秆基育苗钵的原料预处理方法、制品及育苗钵的制法
【技术领域】
[0001]本发明涉及农林生物质利用及可降解生物基材料，特别涉及一种秸杆基育苗钵的制法及原料预处理方法。
【背景技术】
[0002]我国粮食产量已经连续三年超过万亿斤，花卉生产面积已达14.75万公顷，盆栽植物8.1亿盆，观赏苗木18亿株，对育苗秧盆有巨大需求。目前，种植秧苗大多采用塑料育苗秧盆，在秧苗生长到需要移栽时，须将其取出再栽到土壤中，这个过程造成盆栽植物根系的破坏，不利于盆栽植物的生长，且大量塑料栽培盆实际上并不可回收再利用。生物基材料是指利用可再生生物质，包括农作物、树木、其它植物及其残体和内含物为原料，通过生物、化学以及物理等手段制造的一类新型材料，具有环境友好、原料可再生以及可降解等特性，在诸多方面可部分替代塑料使用。如采用秸杆等植物纤维为主要原料，制作可降解育苗钵替代塑料栽培盆，不需要在种植时将苗取出，可直接将苗和钵种植到土壤中，省工省时，最终秸杆基育苗钵降解成为肥料，提高土壤肥力，具有环境友好性。
[0003]在现有技术中，用于替代塑料栽培盆的可降解生物基育苗容器已有较多报导。由于原料秸杆等本身不具备黏性，在制作育苗钵过程中常采用加入大量胶黏剂的方式来增加育苗钵的可塑性，如中国专利公告号CN 101580641B公开的“一种可降解环保材料、容器及其制造方法”，该发明所用原料仅经过破碎处理，再以20%?30%三聚氰胺、2%?6%聚丙烯热熔胶及5%?8%聚乙烯醇胶粘结合，因此苗钵原料中胶黏剂(三聚氰胺、聚乙烯热熔胶和聚乙烯醇)用量较大(多27% )，导致容器成本高且降解周期较长。
[0004]其他的增加育苗钵可塑性的方式，如中国专利公告号CN 100448346C所公开的“用堆肥腐解秸杆制作植物盆钵的方法”，以破碎、堆肥腐解后的植物秸杆为主要原料，经过湿破碎、过筛，并添加粘接剂，混合均匀后，在温度70?120°C、模压力10?15MPa条件下模压成型。虽然该方法原料采用堆肥腐解方法预处理秸杆可以增加可塑性，但该方法原料的预处理处理耗时过长，应用困难。
[0005]另外，在生物基育苗容器以外的技术领域，也有一些针对秸杆的预处理技术，但该些技术在对秸杆进行预处理后是用于生物降解产糖、产沼气等，因此预处理的主要目的是破坏植物细胞壁结构，增加纤维素比表面积，脱除木质素等，使其更适合催化剂或微生物作用，从而提高其生物转化效率。这一类相关技术例如以下所述:
[0006]中国专利公开号CN 101121175A所公开的“秸杆的碱臭氧预处理方法”，其采用石灰水与臭氧组合处理秸杆，使其可以更快的进行彻底的生物降解；中国专利公开号CN103924467A公开的“一种稻草秸杆的预处理方法”，应用高浓度NaOH对稻草秸杆进行碱处理和漂白，获得白色的稻草纤维素，而这一方法化学试剂消耗量大、产率较低、预处理成本高，且要求设备耐受高浓度NaOH。中国专利公开号CN 102154374A所公开的“酸预处理水稻秸杆制取沼气的方法”，以酸处理水稻秸杆后直接进行发酵制取沼气；中国专利公开号CN102443659A公开的“一种秸杆高效糖化的酸碱组合预处理方法”，以无机金属盐、过氧化物、无机酸等联合处理秸杆，将秸杆中纤维素和半纤维素进行糖化，产生水解糖液。另外还有中国专利公开号CN 103224966A的“干存储耦合蒸汽爆破预处理提高秸杆酶解糖化效率的方法”以及中国专利公开号CN 102234948A的“秸杆漆酶组合预处理脱木质素的方法”，为以汽爆预处理与漆酶预处理组合脱除秸杆原料中的木质素。
[0007]上述的预处理方法均以提高秸杆生物降解速率和生物转化效率为目的，经过上述预处理后的秸杆，纤维韧性和强度下降、大量木质素被去除。而木质素是一种天然胶粘剂，在苗钵热压成型过程中，木质素在较高温度下(130?250°C)会软化、熔融，并具有一定热固性，与植物纤维热压胶合形成稳定的三维网络结构，并在较高模压下发生塑性形变而成型。上述预处理方法一方面去除了木质素，导致用于干法热压成型制备育苗钵时所需胶黏剂量用量较大，难以有效降低秸杆基育苗钵的生产成本；另一方面，导致植物纤维的韧性和强度下降，也将影响成型秸杆基育苗钵产品的使用性能，例如质脆易碎而不利于运输等。因此，用于其他领域的秸杆预处理技术，并不能用于育苗钵原料秸杆的预处理。
[0008]综上所述，以上的可降解生物基育苗容器现有技术中，或者是未对原料进行有效预处理(仅进行破碎处理)，未从原料角度增加育苗钵可塑性，以至于需采用大量胶黏剂而提高可塑性；或预处理方式复杂耗时，导致育苗钵性能不佳或生产成本较高。因此，如何提出绿色高效、经济易行的原料预处理方法，是秸杆基育苗钵推广应用的关键问题之一。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于提供一种秸杆基育苗钵的原料预处理方法、制品及育苗钵的制法，使其可以提高秸杆基育苗钵使用性能，减少胶黏剂用量，降低生产成本。
[0010]为实现上述目的，本发明提供一种秸杆基育苗钵的原料预处理方法，包括以下步骤:
[0011 ] (I)将秸杆原料干燥、除杂并破碎；
[0012](2)将步骤(I)所得到的物料，按其质量的1.5?6倍加入水润湿(即加入的水与稻杆的质量比为1.5?6:1)；
[0013](3)对步骤(2)所得到的物料进行蒸煮或汽爆处理，或者蒸煮与汽爆的组合处理；
[0014](4)冷却步骤⑶所得到的物料；
[0015](5)干燥及破碎步骤⑷所得到的物料。
[0016]其中，于步骤(I)中，将稻杆原料破碎至长度< 5cm ;优选为0.5?2cm。
[0017]其中，于步骤⑴中，所述的秸杆原料为锯末、竹子、玉米杆、稻壳、棉杆、蔗渣、麦杆、稻杆、草、树枝中的一种或其组合。
[0018]其中，于步骤⑵中，加入的水与秸杆的质量比优选为3?4:1。
[0019]其中，于步骤(2)中，在加入水后，再在所述的水中加入酸或碱。
[0020]其中，所述的酸包括盐酸、硫酸、硝酸、亚硫酸、磷酸、甲酸、乙酸、次氯酸中的一种或几种，所述的酸添加量为水质量的0.1%?2%。
[0021]其中，所述的酸添加量优选为0.5%?1%。
[0022]其中，所述的碱包括氧化钙、氢氧化钙、碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠、氢氧化钾、氨、亚硫酸钠、次氯酸钠(化学式分别为 CaO、Ca (OH) 2、Na2CO3, K2CO3, NaOH, KOH、NH4OH, Na2SO3)中的一种或几种，所述的碱添加量为水质量的0.1%?2%。
[0023]其中，所述的碱添加量优选为0.25%?0.75%。
[0024]其中，于步骤(3)中，所述的蒸煮的温度为130?220°C，持续时间为Imin?60mino
[0025]其中，所述的蒸煮温度优选为150?180°C，持续时间为10?30min。
[0026]其中，于步骤(3)中，所述的汽爆的温度为160?220°C，压力为0.6?2.4MPa，保压时间为0.5?1min。
[0027]其中，所述的汽爆温度优选为180?200°C，压力1.0?1.6MPa，保压时间为3?8min。
[0028]其中，于步骤(4)中，所述冷却为将步骤(3)所得到的物料冷却至15?80°C，优选为将物料冷却至20?50°C。
[0029]其中，于步骤(4)中，在冷却步骤(3)所得到的物料后，调节物料pH值至4.5?10，优选为调节物料pH值至5.5?8。
[0030]其中，于步骤(5)中，先步骤(4)所得到的物料进行固液分离，再将固体部分脱水干燥至含水率为6%?15%，并粉碎至< 20目。
[0031]本发明还提供一种秸杆基育苗钵的制法，所述制法中包括对秸杆原料进行预处理的步骤，所述对秸杆原料进行预处理的步骤为按照上述秸杆基育苗钵的原料预处理方法进行。
[0032]本发明还提供一种用于制作育苗钵的秸杆原料制品，其为经由上述秸杆基育苗钵的原料预处理方法处理后的秸杆原料。
[0033]在可降解生物基育苗容器的现有技术中，或者是未对原料进行有效预处理(仅进行破碎处理)，未从原料角度增加育苗钵可塑性，以至于需采用大量胶黏剂而提高可塑性；或预处理方式复杂耗时，导致育苗钵性能不佳或生产成本较高。而其他领域的秸