專利名稱：一種可生物降解的防水人工浮島材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬防水和水污染治理新材料開發(fā)領(lǐng)域，產(chǎn)品涉及人造板或類似材料的加工技術(shù)，同時(shí)涉及農(nóng)作物秸稈加工利用技術(shù)。
背景技術(shù)：
近年來，隨著人們對環(huán)境問題的越來越關(guān)心，周圍的自然環(huán)境、特別是水邊的自然景觀狀況也越來越受到重視，在此背景下，不光是水的凈化，人們對創(chuàng)造多樣性生態(tài)系統(tǒng)的人工浮島技術(shù)也寄予了很大希望。人工浮島的主要機(jī)能可以歸納為四個(gè)方面1.水質(zhì)凈化；2.創(chuàng)造生物(鳥類、魚類)的生息空間；3.改善景觀；4.消波效果，人工浮島可對岸基構(gòu)成保護(hù)作用。
因此，人工浮島技術(shù)目前在水位波動大的水庫，或因波浪的原因難以恢復(fù)岸邊水生植物帶的湖沼，或是在有景觀要求的池塘等閉鎖性水域得到廣泛的應(yīng)用。
在人工浮島的漂浮載體和基質(zhì)的選材上，國內(nèi)外所使用的主流材質(zhì)，通常都是木材、竹子、聚苯乙烯、聚氨酯發(fā)泡材料或海綿等天然材料或高分子有機(jī)合成材料。
人工浮島根據(jù)不同需要可以分成干式和濕式兩種。干式浮島因植物與水體不直接接觸，可以栽培大型的木本、園藝植物，通過不同木本的組合，構(gòu)成良好的鳥類生息場所，同時(shí)也美化了景觀；水體和植物直接接觸的即為濕式人工浮島，濕式人工浮島又可分為有框架和無框架兩種。有框架的濕式浮島，其框架一般可以用木材、竹子、纖維強(qiáng)化塑料、不銹鋼加發(fā)泡聚苯乙烯、特殊發(fā)泡聚苯乙烯加特殊合成樹脂、鹽化乙烯合成樹脂、混凝土等材料制作。無框架濕式浮島一般可用椰子纖維編織而成，由于邊緣較為柔和，不怕相互間的撞擊和對岸基損害，耐久性也較好。也有用合成纖維作植物的基盤，然后用合成樹脂包裹、固定成無框架濕式浮島的工程實(shí)例。
由于價(jià)格低廉、來源豐富，目前人工浮島的漂浮載體大量使用聚苯乙烯泡沫材料。但聚苯乙烯泡沫在受熱時(shí)會析出有毒物質(zhì)，長期放置在水體中，對接觸水體的人以及水生生物的健康存在很大的危害。聚苯乙烯泡沫在自然環(huán)境中，即使經(jīng)過數(shù)百年，也無法被生物分解、參加生物循環(huán)，從而成為新的污染源。
近些年，一些公司研究采用親自然的材料如椰殼、陶粒等作為作浮島漂浮材料。但是，受資源和成本的限制，全面推廣困難較多。因此，研制和生產(chǎn)低成本、使用方便、可生物降解的人工浮島材料具有現(xiàn)實(shí)的環(huán)保意義，而農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物的再利用正適應(yīng)了這一要求。
現(xiàn)在，采用淀粉、纖維素、殼聚糖以及魔芋葡甘聚糖等天然高分子為主要原料研制可生物降解的片材、粒料和膜材料等課題，已被世界許多國家列為降解塑料領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。美國Warner&Lambert公司在1995年宣稱通過對淀粉的異構(gòu)化研制出w(淀粉)＞90％可生物降解聚合物。之后，美國伊利諾斯州大學(xué)的科研人員開發(fā)一種全新的生物降解材料——玉米塑料；日本也研究出以改性淀粉、魔芋精粉為原料的優(yōu)良膜材料。我國的滕翠青等2002年采用廉價(jià)的秸稈為增強(qiáng)材料，以淀粉為基體材料，通過模壓成型制備出一次性可生物降解花盆；吳俊等2001年以干法改性淀粉為主要原料，通過由V(甘油)∶V(乙二醇)＝1∶2組成的復(fù)合增塑劑的增塑，添加增強(qiáng)劑PX和增溶劑EAA，共混后可研制出淀粉基熱塑性生物降解塑料。研究表明，該塑料中w(改性淀粉)＝50％～70％，其他添加成分也均可生物降解，具有良好的機(jī)械性能。
近幾年用轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)生物可降解塑料的研究不少，聚β-羥基丁酸(PHB)、蛛絲蛋白等都屬于生物可降解塑料，有著廣闊的應(yīng)用前景。盡管用轉(zhuǎn)基因植物來生產(chǎn)生物可降解塑料已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，但轉(zhuǎn)基因植物中合成的生物可降解塑料含量還是很低，遠(yuǎn)沒有達(dá)到商業(yè)化生產(chǎn)的要求，并且還存在著一系列的不利于植物生長的副作用。
目前，絕大部分以木材為主要原料的人造板材料，僅僅適合在干燥的環(huán)境中使用，一旦放置在水體中，就會很快發(fā)生嚴(yán)重的形變甚至腐爛；而非木質(zhì)材料成型的人造板，即使在潮氣很重的環(huán)境中也容易產(chǎn)生形變。因此，現(xiàn)有的人造板產(chǎn)品，也不能滿足日益增長的水環(huán)境治理材料的需要。
因此，盡快開發(fā)和研究新型的、適合在水體中使用、安全性好、易于推廣的人工浮島介質(zhì)材料，是目前十分迫切的課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，為了滿足在水環(huán)境的整治、美化工程中，對人工浮島漂浮載體和基質(zhì)材料的特殊要求，開發(fā)一種以農(nóng)作物廢棄物——秸稈為主要原料制成的可生物降解的防水人工浮島材料。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案為以農(nóng)作物廢棄物——麥秸稈、稻草為主要原料，通過對現(xiàn)有人造板生產(chǎn)技術(shù)中的膠粘劑配方選擇、添加劑的選擇和材料的前處理等方面進(jìn)行改進(jìn)，制成一種新型的可生物降解的防水人工浮島材料，其特征是a.采用馬來酸酐作為原料的脫脂劑；b.采用桐油或聚氨酯防水涂料作為防水劑；c.采用二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)為膠粘劑；為了提高成品的強(qiáng)度，還可在面層和芯層材料中加入適量的石灰或水泥作增塑劑。
四

圖1為可生物降解的防水人工浮島材料的組坯結(jié)構(gòu)示意圖。圖中(1)為面層，由農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物短秸稈(約1～3cm長)混合施膠后鋪裝構(gòu)成；(2)為芯層，由農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物碎料混合施膠后鋪裝構(gòu)成。
五具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1將稻草桿和麥秸稈分別用重量百分比為5～15％的馬來酸酐(化學(xué)純)水溶液攪動浸泡8～24小時(shí)；撈出、風(fēng)干，在103±2℃的條件下干燥至含水率≤8％。采用粉碎機(jī)將稻草桿粉碎至碎料，細(xì)至可以通過10～20目篩；采用剪切機(jī)將麥秸稈剪切成1～3cm長的短秸稈。
將1kg短麥秸稈投入攪拌機(jī)中，按麥桿的重量計(jì)加入5～10％的桐油(工業(yè)級)，充分?jǐn)嚢杈鶆蚝?，按麥桿的重量計(jì)再加入3％～5％的二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)(化學(xué)純)；充分?jǐn)嚢韬?，轉(zhuǎn)出備用。
將5kg的稻草碎料投入攪拌機(jī)中，按稻草碎料的重量計(jì)加入3％～5％的桐油，充分?jǐn)嚢杈鶆蚝?，再按稻草碎料的重量?jì)加入5％～10％的二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)，充分?jǐn)嚢韬?，轉(zhuǎn)出備用。
將施膠后的短麥秸稈鋪裝為板坯面層(1)，施膠后的稻草碎料鋪裝為板坯芯層(2)，用預(yù)壓機(jī)預(yù)壓后轉(zhuǎn)至熱壓機(jī)中熱壓，熱壓工藝參數(shù)分別為熱壓溫度160～180℃；熱壓壓力單位壓力5～8MPa；熱壓時(shí)間20～45s/mm。熱壓完成后經(jīng)冷卻、裁邊、打磨，即可得到可生物降解的防水人工浮島材料成品。
實(shí)施例2為了提高成品的強(qiáng)度，干燥后的原料在與桐油相混時(shí)，可同時(shí)添加重量百分比為2～5％的粉狀干石灰或水泥作增塑劑。
其余同實(shí)施例1。
實(shí)施例3如實(shí)施例1所述，桐油可用等量的雙組分瀝青改性聚氨酯防水涂料(參考標(biāo)準(zhǔn)JC500-1992《聚氨酯防水涂料》)替代。
本發(fā)明提供的可生物降解的防水人工浮島材料，其主要物理性能指標(biāo)如下1.厚度0.50～150mm2.密度0.40～0.95g/cm33.24小時(shí)浸水膨脹率2％～10％4.內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度 ≥0.60MPa由于本發(fā)明提供的可生物降解的防水人工浮島材料，其主要原料稻草桿和麥秸稈為天然可生物降解材料，因此，作為水環(huán)境整治、美化工程中構(gòu)建人工浮島使用的人工漂浮載體和基質(zhì)，不僅強(qiáng)度高、防水性能好，且避免了對水體和環(huán)境所造成的污染。
權(quán)利要求
1.一種以農(nóng)作物廢棄物——麥秸稈、稻草為主要原料制成的可生物降解的防水人工浮島材料，由面層(1)和芯層(2)構(gòu)成，其特征是a.采用馬來酸酐作為原料的脫脂劑；b.采用桐油或聚氨酯防水涂料作為防水劑；c.采用二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)為膠粘劑；
2.如權(quán)利要求1所述的可生物降解的防水人工浮島材料，其特征是面層(1)使用切斷的短麥秸稈，芯層(2)使用粉碎的稻草。
3.如權(quán)利要求1所述的可生物降解的防水人工浮島材料，用馬來酸酐為原料的脫脂劑，其特征是對麥秸稈、稻草進(jìn)行脫脂浸泡時(shí)，其水溶液的重量百分比濃度為5％～15％，攪動浸泡時(shí)間為8～24小時(shí)。
4.如權(quán)利要求1所述的可生物降解的防水人工浮島材料，用桐油或聚氨酯防水涂料為成品的防水劑，其特征是制備面層(1)時(shí)，脫脂、干燥、切斷后的麥秸稈中加入按重量計(jì)為5％～10％的桐油或聚氨酯防水涂料；制備芯層(2)時(shí)，脫脂、干燥、粉碎后的稻草中加入按重量計(jì)為3％～5％的桐油或聚氨酯防水涂料。
5.如權(quán)利要求1所述的可生物降解的防水人工浮島材料，用二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)為膠粘劑為材料的膠粘劑，其特征是制備面層(1)時(shí)，脫脂、干燥后的麥秸稈中加入按重量計(jì)為3％～5％的二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)；制備芯層(2)時(shí)，脫脂、干燥后的稻草中加入按重量計(jì)為5％～10％的二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)。
6.如權(quán)利要求1所述的可生物降解的防水人工浮島材料，其特征是在面層和芯層材料中可加入重量百分比為2～5％的粉狀干石灰或水泥作增塑劑。
全文摘要
一種以農(nóng)作物廢棄物——麥秸稈、稻草為主要原料制成的可生物降解的防水人工浮島材料，其特征是采用馬來酸酐作為脫脂劑，桐油或聚氨酯防水涂料作為防水劑，二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)為膠粘劑，石灰、水泥為增塑劑，經(jīng)鋪裝、熱壓后制成。是一種新型的、適合在水體中使用、安全性好、易于推廣的人工浮島介質(zhì)材料。
文檔編號C02F3/00GK1810678SQ20061003845
公開日2006年8月2日 申請日期2006年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月23日
發(fā)明者楊林章, 吳永紅 申請人:中國科學(xué)院南京土壤研究所