一种蒸汽爆破预处理农作物秸秆的生物基聚氨酯包膜缓控释肥及其制备方法技术

本发明专利技术公开了以蒸汽爆破预处理农作物秸秆的生物基聚氨酯包膜缓控释肥及其制备方法。蒸汽爆破预处理是于密闭装置内通入饱和水蒸气，使秸秆在高温高压下裂解，瞬间减压，破碎秸秆，完成爆破；清洗爆破后物料，去除不参与成膜的水溶性离子及小分子有机物。对预处理后物料采用酸催化剂预液化，再用加氢催化剂提质，使生物油中羰基化合物转化为醇类物质。将提质后生物油与异氰酸酯反应喷涂于肥料表面，制得生物基聚氨酯包膜缓控释肥。本发明专利技术解决了目前秸秆结构和成分复杂，导致其液化产物杂质含量高，与异氰酸酯反应交联度差，形成的聚氨酯亲水性强等问题，突破了生物质难以利用的关键技术难题；所制备的包膜肥的养分控释性能优异。所制备的包膜肥的养分控释性能优异。所制备的包膜肥的养分控释性能优异。

【技术实现步骤摘要】
一种蒸汽爆破预处理农作物秸秆的生物基聚氨酯包膜缓控释肥及其制备方法


[0001]本专利技术涉及包膜肥料生产
，具体涉及一种蒸汽爆破预处理农作物秸秆的生物基聚氨酯包膜缓控释肥及其制备方法。

技术介绍

[0002]控释肥料主要是通过在肥料表面包一层膜来控制养分的释放，具有养分释放模式与作物吸收规律相同步的特点，可显著提高肥料利用率，为解决肥料资源浪费和农业面源污染等问题提供了有效途径。包膜缓控释材料的特性会直接影响肥料的控释性能。目前，市场上主流产品主要膜材为聚氨酯、聚乙烯和环氧树脂等。此类膜材主要为石油基聚合物，存在资源有限、成本高、难降解等问题。因此迫切需要加快发展成本低、可再生、来源广泛、可生物降解等优点的生物基材料。
[0003]目前多采用秸秆等含大量羟基的木质纤维素原料液化制备生物基多元醇，或采用植物油等形式替代或部分替代石油基多元醇。然而由于秸秆等生物基材料中纤维素、木质素、半纤维素各组分之间牢固致密的组分结构网络影响液化效率，且由于秸秆自身还含有灰分等难成膜的物质，导致产生的生物油中多元醇组分含量低，杂质多，成膜困难，从而导致生物基膜材亲水性强、交联度差、控释期短，难以达到缓控释肥料的标准，从而限制了其大面积推广和应用。
[0004]为改善生物基材料的液化效果，专利CN 103086844 A公开了一种利用超声波辅助快速液化植物生物质制备多元醇的方法。该方法需要超声波作用条件下再对设备进行油浴加热反应，仪器设备条件导致样品处理量少、能耗高，难以大规模应用。专利CN 108864393A公开了一种改性生物基聚氨酯的制备方法及其在缓控释肥的应用。该方法以生活废料回收油为原料，在液化反应前需经过氧乙酸及乙二醇反应进行高温预处理，生产过程较为苛刻，且回收的食用油品质参差不齐，难以保证产品不同批次间稳定性。专利CN 105646090A公开了一种农业有机废弃物改性为可降解膜的控释肥料及其制备方法，该方法采用农业有机废弃物为原料，但液化产物按重量比1：1进行硅烷改性，加入了大量石化产品，导致价格昂贵而且对植物生长和土壤微生物具有潜在毒害。专利CN 113105604 A公开了一种生物基聚合物包膜材料及其包膜控释肥及其制备方法。该方法采用植物淀粉和秸秆为原料，再通过生成的预聚体与助剂、小分子扩链剂与多元醇等反应来改善控释肥释放性能，该方法需要多步反应，配料种类多，添加成分复杂，实际生物基材料占比低，工业化生产成本高。因此，在上述的多元醇液化制备过程，存在工艺流程复杂，成本高以及大规模应用难的问题。
[0005]蒸汽爆破技术是一种热机械化学预处理过程，该过程通过高温高压水蒸气渗入木质纤维素等组织内部，通过瞬时压力释放，产生巨大冲击，从而破坏木质纤维素致密的结构，从而使纤维素暴露，增加纤维素的可及度。目前蒸汽爆破技术主要应用于纸浆生产、饲料加工、糖化发酵、制备燃料酒精等领域。
[0006]也有报道(专利CN101172932A、专利CN102146017A)利用经蒸汽爆破处理后的植物
秸秆制备多元醇。蒸汽爆破技术处理秸秆的主要目的是破坏植物致密组织结构，增加秸秆物料与液化剂的反应面积，提高液化剂的可及性。但是，所制备的生物质多元醇主要用于制备胶黏剂、注模塑料、泡沫塑料、纤维材料等；而用于制备控释肥料的膜材，要具有控制水分进入，从而控制养分的释放速率和释放期，因此对于生物基多元醇的品质和水溶性组分有特别的要求，目前还很少见有以蒸汽爆破预处理的农作物秸秆为原料制备生物基聚氨酯包膜缓控释肥的报道。

技术实现思路

[0007]针对上述现有技术，本专利技术的目的是提供一种蒸汽爆破预处理农作物秸秆的生物基聚氨酯包膜缓控释肥及其制备方法。本专利技术通过蒸汽爆破技术在高温高压条件下水解胶结纤维素和木质素的半纤维素，破坏纤维素的结晶区，使纤维素结晶度降低，纤维素在暴露的同时使细胞壁破碎，内部水溶性离子渗出；通过对蒸汽爆破处理后的物料进行清洗，减少了聚氨酯反应中不参与成膜的水溶性离子，减少了生物基聚氨酯膜材上因溶于水而形成的孔洞，从而有效延长包膜肥料的缓释期。通过改进液化工艺，采用酸催化和加氢催化剂，共同提高了以蒸汽爆破预处理的秸秆为原料制备的生物基多元醇的品质，最终提高了所制备的生物基聚氨酯包膜控释肥的缓释性能。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]本专利技术的第一方面，提供一种蒸汽爆破处理农作物秸秆的方法，包括以下步骤：
[0010](1)将农作物秸秆分切至长度为2
‑
5cm，调整水分含量至15
‑
30％，得到预处理后的农作物秸秆；
[0011](2)将步骤(1)中预处理后的农作物秸秆转移至汽爆装置内，通入160
‑
220℃的饱和水蒸气进行排空，当压力达到1.8
‑
2.0MPa时，停止加压，维持0.5min
‑
10min，然后打开出料阀，使物料瞬间完成爆破，收集爆破后的物料；
[0012](3)对爆破后的物料进行清洗、烘干。
[0013]优选的，步骤(1)中，所述农作物秸秆为小麦秸秆、玉米秸秆、高粱秸秆、燕麦秸秆、棉花秸秆、黑麦秸秆中的一种或两种以上混合。
[0014]优选的，步骤(1)中，在调整农作物秸秆水分含量之前，还包括：采用稀碱溶液对农作物秸秆进行浸泡的步骤；具体为：
[0015]将分切后的农作物秸秆用稀碱溶液浸泡30
‑
60min；所述稀碱溶液为质量浓度0.5
‑
2％的NaOH溶液或KOH溶液。
[0016]本专利技术将农作物秸秆用稀碱溶液浸泡处理，有利于获得高纤维素纯度的物料。
[0017]优选的，步骤(3)中，将爆破后的物料用水清洗2
‑
3次；每次清洗的用水量为物料重量的10
‑
15倍。
[0018]本专利技术的第二方面，提供上述方法处理的农作物秸秆在如下(1)或(2)中的应用：
[0019](1)制备生物基多元醇；
[0020](2)制备生物基聚氨酯包膜材料。
[0021]本专利技术的第三方面，提供一种生物基聚氨酯包膜材料，由如下方法制备而成：
[0022](1)将上述蒸汽爆破处理后的农作物秸秆与液化剂、酸催化剂按质量比(15～50)：100：(2～9)混合均匀，120
‑
150℃、反应30
‑
60min，制备得到初级液化产物；再向初级液化产
物中加入加氢催化剂，添加量为秸秆质量的3％
‑
10％，反应时间30
‑
60min，反应温度为120
‑
150℃，制备得到生物基多元醇；
[0023](2)将步骤(1)制备的生物基多元醇与固化剂按质量比(84～20)：(16～80)混合反应，即制备得到生物基聚氨酯包膜材料。
[0024]优选的，步骤(1)中，所述液化剂选自水、二甘醇、乙二醇、聚乙二醇、丙二醇、聚丙二醇本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种蒸汽爆破处理农作物秸秆的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将农作物秸秆分切至长度为2
‑
5cm，调整水分含量至15
‑
30％，得到预处理后的农作物秸秆；(2)将步骤(1)中预处理后的农作物秸秆转移至汽爆装置内，通入160
‑
220℃的饱和水蒸气进行排空，当压力达到1.8
‑
2.0MPa时，停止加压，维持0.5min
‑
10min，然后打开出料阀，使物料瞬间完成爆破，收集爆破后的物料；(3)对爆破后的物料进行清洗、烘干。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述农作物秸秆为小麦秸秆、玉米秸秆、高粱秸秆、燕麦秸秆、棉花秸秆、黑麦秸秆中的一种或两种以上混合。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，在调整农作物秸秆水分含量之前，还包括：采用稀碱溶液对农作物秸秆进行浸泡的步骤；具体为：将分切后的农作物秸秆用稀碱溶液浸泡30
‑
60min；所述稀碱溶液为质量浓度0.5
‑
2％的NaOH溶液或KOH溶液。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，将爆破后的物料用水清洗2
‑
3次；每次清洗的用水量为物料重量的10
‑
15倍。5.由权利要求1
‑
4任一项所述方法处理的农作物秸秆在如下(1)或(2)中的应用：(1)制备生物基多元醇；(2)制备生物基聚氨酯包膜材料。6.一种生物基聚氨酯包膜材料，其特征在于，由如下方法制而成：(1)将权利要求1
‑
4任一项中蒸汽爆破预处理后的农作物秸秆与...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘之广，于小晶，张民，孙晓，武良，房福力，田虹雨，陈思宇，
申请(专利权)人：新洋丰农业科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：