一种育苗杯及其制备方法
技术领域
本发明属于农林生产的技术领域，尤其涉及一种育苗杯及其制备方法。
背景技术
育苗杯又称育苗钵、育苗杯、育秧盆、营养杯，其质地多为塑料制作，纸杯大小的多用于育种、育苗、花盆大小的多用于温室种植。黑色塑料营养钵具有白天吸热、夜晚保温护根、保肥作用，干旱时节具有保水作用；用营养钵育种、育苗便于集中培育和移栽，显著提高经济效益，广泛用于花卉、蔬菜、瓜果等农业种植。
在现有的绿化施工中，特别是草本植物和灌木用于绿化的施工过程中，幼苗都是以育苗杯为单位进行运送和栽种的，而在栽种时，首先要去掉幼苗下的育苗杯，在此过程容易造成的幼苗根系的破坏，栽种后影响幼苗的成活率；另一方面，取下的育苗杯由于橡胶老化的原因，构形已经破坏，不能再利用，只能作为垃圾扔掉，而育苗杯一般是用塑料和粘结剂制成，但是大多数粘结剂的主要成分为高分子有机化合物，仍无法彻底降解，且具有毒性，如环氧粘合剂、酚醛粘合剂、脲醛粘合剂、三聚氰胺甲醛粘合剂，危害环境及人体健康，引发有机污染，增加环境压力。
因此，如何生产一种易降解、无毒无害、结合力强的、不伤害幼苗根系的育苗杯是当前亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种育苗杯及其制备方法，用于解决目前的育苗杯存在的无法降解、容易对幼苗根系造成伤害的技术缺陷。
本发明提供了一种育苗杯，经聚乳酸纤维和粘胶纤维通过针刺非织造布的生产工艺制备得到育苗杯非织造布，将所述育苗杯非织造布制成育苗杯；其中，所述育苗杯非织造布的有效孔径为0.15-0.25mm。
作为优选，按照质量百分比计算，所述育苗杯包括：
聚乳酸纤维%2050％-65％；
粘胶纤维%2035％-50％。
其中，聚乳酸纤维是以玉米、小麦、甜菜等含淀粉的农产品为原料，经发酵生成乳酸后，再经缩聚和熔融纺丝制成。聚乳酸纤维具有可降解性及环境友好性，其性能与涤纶相似(密度和强度)，其熔点与丙纶接近(因此有利于热定型)，可纺性高，其强度高，但是保水性差。粘胶纤维是再生纤维素纤维，其主要成分是纤维素，由植物(如树木、秸秆、棉短绒等)的木浆制造而成，具有自然属性，其吸水性能好，但是强力低。本申请综合了聚乳酸纤维和粘胶纤维的长处来使用在通过针刺非织造布的生产工艺制备得到易降解、无毒无害、结合力强的、不伤害幼苗根系的育苗杯。
作为优选，所述聚乳酸纤维的强度3.0-4.0cN/dtex,、所述聚乳酸纤维的断裂伸长率为40～80％。
更为优选的，所述聚乳酸纤维的纤维旦数为6D，所述聚乳酸纤维的长度为51mm。
更为优选的，所述粘胶纤维的纤维旦数为5D，所述聚乳酸纤维的长度为60mm。
作为优选，所述粘胶纤维的吸水率为10％-15％，所述粘胶纤维的断裂伸长率为10-30％。
作为优选，所述针刺非织造布的生产工艺依次包括开清工艺、梳理工艺、铺网工艺、针刺工艺和热定型。
作为优选，所述开清工艺包括：
步骤一、分别对聚乳酸纤维和粘胶纤维进行粗开松和精开松处理，得到已开松聚乳酸纤维和已开松粘胶纤维；
步骤二、对已开松聚乳酸纤维和已开松粘胶纤维进行抓棉和混棉处理，得到育苗杯混合棉。
需要说明的是，本申请对聚乳酸纤维和粘胶纤维分别进行粗开松和精开松处理，能有效对聚乳酸纤维和粘胶纤维完成开松和除杂，步骤2中采用抓棉机对已开松聚乳酸纤维和已开松粘胶纤维按照预置比例抓取纤维棉团，还采用混棉箱对已开松聚乳酸纤维和已开松粘胶纤维横铺直取来进行混和。
作为优选，所述梳理工艺和铺网工艺包括以下步骤：对所述育苗杯混合棉进行梳理，得到已梳理的育苗杯混合棉；对所述已梳理的育苗杯混合棉进行横向折叠交叉铺网，得到育苗杯纤网。
作为优选，所述针刺工艺包括以下步骤：对所述育苗杯纤网进行预针刺下刺、主针刺上刺和主针刺下刺；
所述预针刺下刺的针刺深度为10mm，所述预针刺下刺的针刺密度120刺/cm2，所述主针刺上刺的针刺深度为9mm，所述主针刺上刺的针刺密度为170刺/cm2，所述主针刺下刺的针刺深度7mm，所述主针刺下刺的针刺密度为150刺/cm2。
需要说明的是，本申请的针刺非织造布的生产是用截面为三角形或其他形状，且棱边带有钩刺的针对纤维进行反复针刺，纤维随针垂直向下运动重定向进入纤网内层，同时由于针刺对纤网的压力、纤维之间的摩擦、抱合使纤网压缩。由于针刺作用使水平排列的纤维网表层纤维重取向，使得纤维在水平、垂直三维结构间相互纠缠抱合，制成具有一定厚度、一定强力的织物。针刺法非织造布其独特的由纤维构成的三维复杂结构。本申请采用针刺工艺一方面使梳理和铺网后的育苗杯纤网进行纠缠，形成结合力，具有一定的拉伸强力，另一方面是能决定育苗杯的有效孔径的大小。
具体的，本发明以聚乳酸纤维和粘胶纤维为原料，采用针刺工艺和热定型处理，制得具有特定孔隙的、具有生物降解性能的育苗杯非织造布，其中，育苗杯非织造布的有效孔径主要由针刺工艺的针密、针刺工艺的针深以及热定型的处理、乳酸纤维和粘胶纤维的粗细决定的。
作为优选，所述热定型的温度为110-120℃。本申请的热定型温度如果过高并且速度慢的话，会导致育苗杯纤网的表面形成面粘合，减小孔隙尺寸。
需要说明的是，将所述育苗杯非织造布制成育苗杯，其育苗杯的结构可以为现有的任何一款育苗杯结构。
本申请还公开了一种育苗杯的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将聚乳酸纤维和粘胶纤维通过针刺非织造布的生产工艺制备得到育苗杯非织造布；
步骤2、将所述育苗杯非织造布制成育苗杯。
对于育苗杯，常规土工布的最大的问题，是对自然的污染问题，本发明选用了可降解的聚乳酸纤维和粘胶纤维，再利用针刺非织造布的生产工艺制造成育苗杯，其中，聚乳酸导湿性能优异，粘胶纤维吸水性能好，本发明公开的育苗杯具有优良的生物降解性能，可以在土壤中进行自然降解，不污染环境；此外，本发明的育苗杯具有一定有效孔径，幼苗放置在育苗杯中，幼苗可以与育苗杯一同种植在土壤中，幼苗的根系可以通过育苗杯的有效孔径伸展到土壤中进行正常的生长，幼苗在种植时，无需将幼苗和育苗杯分离后再进行种植，能有效防止幼苗根系的伤害；同时，育苗杯具有良好的拉伸强度、断裂伸长率、撕裂能力，幼苗在种植时不容易发生形变，能对幼苗根系进行物理上的保护。
具体实施方式
本发明提供了一种育苗杯及其制备方法，用于解决现有技术中的育苗杯不能降解，容易伤害幼苗根系的技术缺陷。
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
其中，以下实施例所用原料均为市售，聚乳酸纤维购自恒天长江生物有限公司。
实施例1
本申请实施例提供了第一种育苗杯，其制备方法如下：
1、分别对聚乳酸纤维和粘胶纤维进行粗开松和精开松处理，得到已开松聚乳酸纤维和已开松粘胶纤维；对已开松聚乳酸纤维和已开松粘胶纤维进行抓棉和混棉处理，得到育苗杯混合棉，其中，选用二台德国TEMAFA公司制造的抓棉机，该抓棉机的料斗称量精确，最小精确至1g，最大称重为3000g。设定的参数(涉及到的速度都是按照控制电机速度范围从0～100％表示)如下：输棉帘：速度为25％；光电控制：监测物料状态实行自动控制喂料；均棉罗拉：速度为60％；角钉帘：速度为50％；剥棉打手：速度为80％；活门：根据称斗填充原料达到设定的重量后关闭，其余时间是打开状态；秤斗：装载聚乳酸纤维的抓棉机设定2000g，另一台装载粘胶纤维的抓棉机设定为2000g；秤斗活门：两台抓棉机称斗同时达到设定的称重质量后打开；混棉帘子：秤斗活门打开后运行至秤斗活门关闭时停止。聚乳酸纤维的规格：6D*51mm(纤维旦数为6D，纤维的长度为51mm)；粘胶纤维规格：5D*60mm(纤维旦数为5D，纤维的长度为60mm)；聚乳酸纤维与粘胶纤维的质量比例为50％：50％；
2、对育苗杯混合棉进行梳理，得到已梳理的育苗杯混合棉，其中，选用法国进口NSC公司制造的针布罗拉梳理机，设定梳理机喂入纤维量的克重为35克每平方米，生产线速度为50％；
3、对已梳理的育苗杯混合棉进行横向折叠交叉铺网，得到育苗杯纤网，其中，选用法国NSC公司制造的交叉铺网机。该交叉铺网机具有“纤网横截面整形系统(profiling)”功能，该交叉铺网机的系统采用计算机和伺服电机来控制铺网过程中薄纤网的牵伸和运动，按照要求的最终纤网横截面形状来铺叠，如两边薄，中间厚，来补偿后道加固处理时的牵伸影响；生产时铺网层数为4层，铺网宽度为5.4m，搭接系数为0.060m，交叉铺网机的输入幅宽为2.65m，其连续系数80％。
4、对育苗杯纤网进行预针刺下刺、主针刺上刺和主针刺下刺；预针刺下刺的针刺深度为10mm，预针刺下刺的针刺密度120刺/cm2，主针刺上刺的针刺深度为9mm，主针刺上刺的针刺密度为170刺/cm2，主针刺下刺的针刺深度7mm，主针刺下刺的针刺密度为150刺/cm2。其中，针刺工艺采用针刺机，针刺机利用具有三角形或其它形状截面且在棱边上带有刺钩的刺针对纤维网反复进行穿刺。刺针反复穿刺时纤网中的部分水平纤维形成了成千上万的垂直纤维簇，他们通过应力传递，产生了以垂直“销钉”为“节点”的均匀、稳定、紧张的水平网状结构，串联成由成千上万纤维簇组成的三维骨架结构。其中，针刺工艺选用法国NSC公司制造的针刺机三台：预针刺下刺1台、主针刺上刺1台、主针刺下刺1台。
5、对已进行针刺的育苗杯纤网进行热定型，得到育苗杯非织造布，其中，使用远红外加热工艺对已进行针刺的育苗杯纤网进行烧结以使已进行针刺的育苗杯纤网的形态能够达到所需要的施工硬挺程度，热处理工艺采用双面加热，加热温度一面为102.3℃，另一面为111.7℃。
测定本实施例的育苗杯非织造布的一系列物理指标，结果如表1所示。
实施例2
本申请实施例提供了第二种育苗杯，其制备方法如下：
1、分别对聚乳酸纤维和粘胶纤维进行粗开松和精开松处理，得到已开松聚乳酸纤维和已开松粘胶纤维；对已开松聚乳酸纤维和已开松粘胶纤维进行抓棉和混棉处理，得到育苗杯混合棉，其中，选用二台德国TEMAFA公司制造的抓棉机，该抓棉机的料斗称量精确，最小精确至1g，最大称重为3000g。设定的参数(涉及到的速度都是按照控制电机速度范围从0～100％表示)如下：输棉帘：速度为25％；光电控制：监测物料状态实行自动控制喂料；均棉罗拉：速度为60％；角钉帘：速度为50％；剥棉打手：速度为80％；活门：根据称斗填充原料达到设定的重量后关闭，其余时间是打开状态；秤斗：装载聚乳酸纤维的抓棉机设定2600g，另一台装载粘胶纤维的抓棉机设定为1400g；秤斗活门：两台抓棉机称斗同时达到设定的称重质量后打开；混棉帘子：秤斗活门打开后运行至秤斗活门关闭时停止。聚乳酸纤维的规格：6D*51mm(纤维旦数为6D，纤维的长度为51mm)；粘胶纤维规格：5D*60mm(纤维旦数为5D，纤维的长度为60mm)；聚乳酸纤维与粘胶纤维的质量比例为65％：35％；
2、对育苗杯混合棉进行梳理，得到已梳理的育苗杯混合棉，其中，选用法国进口NSC公司制造的针布罗拉梳理机，设定梳理机喂入纤维量的克重为35克每平方米，生产线速度为50％；
3、对已梳理的育苗杯混合棉进行横向折叠交叉铺网，得到育苗杯纤网，其中，选用法国NSC公司制造的交叉铺网机。该交叉铺网机具有“纤网横截面整形系统(profiling)”功能，该交叉铺网机的系统采用计算机和伺服电机来控制铺网过程中薄纤网的牵伸和运动，按照要求的最终纤网横截面形状来铺叠，如两边薄，中间厚，来补偿后道加固处理时的牵伸影响；生产时铺网层数为4层，铺网宽度为5.4m，搭接系数为0.060m，交叉铺网机的输入幅宽为2.65m，其连续系数80％；
4、对育苗杯纤网进行预针刺下刺、主针刺上刺和主针刺下刺；预针刺下刺的针刺深度为10mm，预针刺下刺的针刺密度120刺/cm2，主针刺上刺的针刺深度为9mm，主针刺上刺的针刺密度为170刺/cm2，主针刺下刺的针刺深度7mm，主针刺下刺的针刺密度为150刺/cm2。其中，针刺工艺采用针刺机，针刺机利用具有三角形或其它形状截面且在棱边上带有刺钩的刺针对纤维网反复进行穿刺。刺针反复穿刺时纤网中的部分水平纤维形成了成千上万的垂直纤维簇，他们通过应力传递，产生了以垂直“销钉”为“节点”的均匀、稳定、紧张的水平网状结构，串联成由成千上万纤维簇组成的三维骨架结构。其中，针刺工艺选用法国NSC公司制造的针刺机三台：预针刺下刺1台、主针刺上刺1台、主针刺下刺1台。
5、对已进行针刺的育苗杯纤网进行热定型，得到育苗杯非织造布，其中，使用远红外加热工艺对已进行针刺的育苗杯纤网进行烧结以使已进行针刺的育苗杯纤网的形态能够达到所需要的施工硬挺程度，热处理工艺采用双面加热，加热温度一面为102.3℃，另一面为111.7℃。
测定本实施例的育苗杯非织造布的一系列物理指标，结果如表1所示。
实施例3
本申请实施例提供了第三种育苗杯，其制备方法如下：
1、分别对聚乳酸纤维和粘胶纤维进行粗开松和精开松处理，得到已开松聚乳酸纤维和已开松粘胶纤维；对已开松聚乳酸纤维和已开松粘胶纤维进行抓棉和混棉处理，得到育苗杯混合棉，其中，选用二台德国TEMAFA公司制造的抓棉机，该抓棉机的料斗称量精确，最小精确至1g，最大称重为3000g。设定的参数(涉及到的速度都是按照控制电机速度范围从0～100％表示)如下：输棉帘：速度为25％；光电控制：监测物料状态实行自动控制喂料；均棉罗拉：速度为60％；角钉帘：速度为50％；剥棉打手：速度为80％；活门：根据称斗填充原料达到设定的重量后关闭，其余时间是打开状态；秤斗：装载聚乳酸纤维的抓棉机设定2400g，另一台装载粘胶纤维的抓棉机设定为1600g；秤斗活门：两台抓棉机称斗同时达到设定的称重质量后打开；混棉帘子：秤斗活门打开后运行至秤斗活门关闭时停止。聚乳酸纤维的规格：6D*51mm(纤维旦数为6D，纤维的长度为51mm)；粘胶纤维规格：5D*60mm(纤维旦数为5D，纤维的长度为60mm)；聚乳酸纤维与粘胶纤维的质量比例为60％：40％；
2、对育苗杯混合棉进行梳理，得到已梳理的育苗杯混合棉，其中，选用法国进口NSC公司制造的针布罗拉梳理机，设定梳理机喂入纤维量的克重为35克每平方米，生产线速度为50％；
3、对已梳理的育苗杯混合棉进行横向折叠交叉铺网，得到育苗杯纤网，其中，选用法国NSC公司制造的交叉铺网机。该交叉铺网机具有“纤网横截面整形系统(profiling)”功能，该交叉铺网机的系统采用计算机和伺服电机来控制铺网过程中薄纤网的牵伸和运动，按照要求的最终纤网横截面形状来铺叠，如两边薄，中间厚，来补偿后道加固处理时的牵伸影响；生产时铺网层数为4层，铺网宽度为5.4m，搭接系数为0.060m，交叉铺网机的输入幅宽为2.65m，其连续系数80％。
4、对育苗杯纤网进行预针刺下刺、主针刺上刺和主针刺下刺；预针刺下刺的针刺深度为10mm，预针刺下刺的针刺密度120刺/cm2，主针刺上刺的针刺深度为9mm，主针刺上刺的针刺密度为170刺/cm2，主针刺下刺的针刺深度7mm，主针刺下刺的针刺密度为150刺/cm2。其中，针刺工艺采用针刺机，针刺机利用具有三角形或其它形状截面且在棱边上带有刺钩的刺针对纤维网反复进行穿刺。刺针反复穿刺时纤网中的部分水平纤维形成了成千上万的垂直纤维簇，他们通过应力传递，产生了以垂直“销钉”为“节点”的均匀、稳定、紧张的水平网状结构，串联成由成千上万纤维簇组成的三维骨架结构。其中，针刺工艺选用法国NSC公司制造的针刺机三台：预针刺下刺1台、主针刺上刺1台、主针刺下刺1台。
5、对已进行针刺的育苗杯纤网进行热定型，得到育苗杯非织造布，其中，使用远红外加热工艺对已进行针刺的育苗杯纤网进行烧结以使已进行针刺的育苗杯纤网的形态能够达到所需要的施工硬挺程度，热处理工艺采用双面加热，加热温度一面为102.3℃，另一面为111.7℃，本实施例制备的育苗杯非织造布的厚度为1±0.1mm，克重为90±5g/m2。
实施例4
本申请实施例提供了第四种育苗杯，其制备方法如下：
1、分别对聚乳酸纤维和粘胶纤维进行粗开松和精开松处理，得到已开松聚乳酸纤维和已开松粘胶纤维；对已开松聚乳酸纤维和已开松粘胶纤维进行抓棉和混棉处理，得到育苗杯混合棉，其中，选用二台德国TEMAFA公司制造的抓棉机，该抓棉机的料斗称量精确，最小精确至1g，最大称重为3000g。设定的参数(涉及到的速度都是按照控制电机速度范围从0～100％表示)如下：输棉帘：速度为25％；光电控制：监测物料状态实行自动控制喂料；均棉罗拉：速度为60％；角钉帘：速度为50％；剥棉打手：速度为80％；活门：根据称斗填充原料达到设定的重量后关闭，其余时间是打开状态；秤斗：装载聚乳酸纤维的抓棉机设定2400g，另一台装载粘胶纤维的抓棉机设定为1600g；秤斗活门：两台抓棉机称斗同时达到设定的称重质量后打开；混棉帘子：秤斗活门打开后运行至秤斗活门关闭时停止。聚乳酸纤维的规格：6D*51mm(纤维旦数为6D，纤维的长度为51mm)；粘胶纤维规格：5D*60mm(纤维旦数为5D，纤维的长度为60mm)；聚乳酸纤维与粘胶纤维的质量比例为60％：40％；
2、对育苗杯混合棉进行梳理，得到已梳理的育苗杯混合棉，其中，选用法国进口NSC公司制造的针布罗拉梳理机，设定梳理机喂入纤维量的克重为35克每平方米，生产线速度为50％；
3、对已梳理的育苗杯混合棉进行横向折叠交叉铺网，得到育苗杯纤网，其中，选用法国NSC公司制造的交叉铺网机。该交叉铺网机具有“纤网横截面整形系统(profiling)”功能，该交叉铺网机的系统采用计算机和伺服电机来控制铺网过程中薄纤网的牵伸和运动，按照要求的最终纤网横截面形状来铺叠，如两边薄，中间厚，来补偿后道加固处理时的牵伸影响；生产时铺网层数为4层，铺网宽度为5.4m，搭接系数为0.060m，交叉铺网机的输入幅宽为2.65m，其连续系数80％。
4、对育苗杯纤网进行预针刺下刺、主针刺上刺和主针刺下刺；预针刺下刺的针刺深度为10mm，预针刺下刺的针刺密度120刺/cm2，主针刺上刺的针刺深度为9mm，主针刺上刺的针刺密度为170刺/cm2，主针刺下刺的针刺深度7mm，主针刺下刺的针刺密度为150刺/cm2。其中，针刺工艺采用针刺机，针刺机利用具有三角形或其它形状截面且在棱边上带有刺钩的刺针对纤维网反复进行穿刺。刺针反复穿刺时纤网中的部分水平纤维形成了成千上万的垂直纤维簇，他们通过应力传递，产生了以垂直“销钉”为“节点”的均匀、稳定、紧张的水平网状结构，串联成由成千上万纤维簇组成的三维骨架结构。其中，针刺工艺选用法国NSC公司制造的针刺机三台：预针刺下刺1台、主针刺上刺1台、主针刺下刺1台。
5、对已进行针刺的育苗杯纤网进行热定型，得到育苗杯非织造布，其中，使用远红外加热工艺对已进行针刺的育苗杯纤网进行烧结以使已进行针刺的育苗杯纤网的形态能够达到所需要的施工硬挺程度，热处理工艺采用双面加热，加热温度一面为102.3℃，另一面为111.7℃，本实施例制备的育苗杯非织造布的厚度为1.2±0.1mm，克重为150±10g/m2。
测定实施例1-4的育苗杯非织造布的一系列物理指标，结果如表1所示。
表1
从表1可知，实施例1-实施例4的育苗杯非织造布的物理性能良好，在5个月内均可完全降解，且具有一定的有效孔径和垂直渗透能力，可以与幼苗整体的种植在土壤中，幼苗的根系可以通过有效孔径伸展到土壤中进行生长，而实施例1-实施例4的育苗杯非织造布具有一定的拉伸强度、断裂伸长率和撕裂强力，当幼苗放置在育苗杯运输和种植时，育苗杯可以对幼苗提供一定的保护。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
