一种超轻生物质强结团颗粒猫砂及其制备方法

摘要

一种超轻生物质强结团颗粒猫砂，由如下重量份的原料组成：改性玉米芯粉350～500份、钙基膨润土200～350份、沸石粉150～250份、硫酸铜粉30～60份、黏结剂60‑150份和水250～350份,其中黏结剂为瓜尔胶、羧甲基纤维素钠、羧甲基淀粉钠的一种或几种；所述改性玉米芯粉是干燥玉米芯颗粒pH值11‑14的碱性溶液中浸泡12‑48h后，经过低温碳化并经进一步粉碎后得到的。制备的结团猫砂，比重小，原料无毒无害，吸水性强，强度高，便于清理。

说明书

技术领域

本发明涉及环境材料与宠物用品技术领域，具体是涉及一种超轻生物质强结团颗粒猫砂及其制备方法。

背景技术

猫砂是用来掩埋宠物猫粪便和尿液的产品，随着国民生活水平的提高，宠物饲养者更加注重宠物和人共同的居住环境。猫砂作为一种宠物猫的卫生清洁用品，被广泛使用。早期的猫砂主要是以不结团猫砂为主，主要用于收纳猫便，随着用户对产品功能性和便利性的要求不断提升，也随着猫砂生产技术的不断进步，又出现了膨润土砂、木砂、纸砂、豆腐砂等结团猫砂。

膨润土猫砂是使用最广泛的猫砂种类。该类猫砂吸水性好，结团强度高，但比重大，不便于携带和运输。结团重量是吸收尿液重量的3～4倍，用量大。膨润土猫砂粉尘大，影响居住环境卫生。木粉砂以木材为原料，浪费自然资源，违背资源利用原则。纸砂以工业或日用废纸为原料，来源不可控，对于宠物猫存在不确定危害。豆腐砂以豆腐渣为原料，无毒无害，不怕宠物误食。但此类猫砂普遍结团偏软，强度低。清理结团时，容易散落吸收了尿液和粪便的猫砂在猫砂盆中，影响居住环境。而且豆腐砂原料价格高。

玉米芯是近年来发展起来的一种新型猫砂原料，玉米芯结构分为三层，内层、中间层和外层。每层的结构都有所不同。玉米芯的主要化学组成为半纤维素、木质素和纤维素，同时含有少量的糖类、蛋白质和脂肪。从元素组成上分析，干燥玉米芯的含碳量大约为45-50％目前已有的以玉米芯为原料的猫砂，都是以玉米芯粉末作为有机基料，其吸水效果较好，密度较小，但是普遍存在抗霉菌性能不高，团聚性能不好，容易霉变的问题。

发明内容

本发明根据现有技术中的缺陷，以玉米芯作为有机物前体，经碱液水解除去玉米芯中的少量蛋白质和糖类等物质，进一步扩大和打通玉米芯微观结构中的孔道结构，在此基础上经过低温碳化，将纤维素中的氢和氧进一步减少，提高含碳量，减少羟基等高活性含氧基团的数量，以提高玉米芯粉的抗霉菌性能、机械强度和吸附性能、降低密度，有利于后期加工成猫砂产品时的性能提升。从元素分析

本发明人意外的发现，玉米芯的碳化程度需要保持在一定的区间，碳化程度不足或者过于碳化都不利于猫砂的性能提升，过低的碳化程度不利于提高猫砂的抗菌性能和机械性能，过高的碳化程度则会造成猫砂粘结性能变差，因此比较理想的改性玉米芯含碳量为55-75％，优选是60-70％，所述含碳量为燃烧法测得，所述含碳量百分比为质量百分比。

本发明所述超轻生物质强结团颗粒猫砂比重仅为膨润土猫砂的25％，吸水量是自身重量的2～3倍，用量更省。主要原料为农林废弃物，廉价易得，符合资源利用原则。结团强度明显优于一般猫砂。而且制备方法简单，产品品质易控制。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种超轻生物质强结团颗粒猫砂，由如下重量份的原料组成：

改性玉米芯粉350～500份、钙基膨润土200～350份、沸石粉150～250份、硫酸铜粉30～60份、黏结剂60-150份和水250～350份,其中黏结剂为瓜尔胶、羧甲基纤维素钠、羧甲基淀粉钠的一种或几种。

所述改性玉米芯粉是干燥玉米芯颗粒pH值11-14的碱性溶液中浸泡12-48h后，经过低温碳化并经进一步粉碎后得到的，所述改性玉米芯粉的含碳比为55-75％，更优选为60-70％；所述低温碳化是在300-500℃，惰性气体保护下进行的；经过低温碳化处理后的玉米细分进一步粉碎至60-100目，得到改性玉米芯粉；所述低温碳化时间为10-120min；所述干燥玉米芯颗粒的平均粒径为1-10mm，更优选为1-5mm。所述玉米芯在低温碳化时粒径不能过小，否则容易过度碳化，粒径过大则会导致碳化不均匀，增加能耗。

所述低温碳化温度更优选是350-400℃，所述惰性气体是氮气或二氧化碳，更优选是氮气；所述低温碳化时间为30-90min，更优选是30-60min；所述低温碳化压力为0.05-0.1MPa，优选是0.07-0.08MPa。

优选的，所述沸石粉中可以预先浸渍负载香味剂。

作为优选技术方案，所述猫砂是直径2～3mm，长8～10mm的圆柱形颗粒。

一种超轻生物质强结团颗粒猫砂的制备方法，具体步骤如下：

(1)按照配比称取原料，充分搅拌使其混合均匀；

(2)将混料连续加入环模颗粒机中挤出造粒；

(3)将造粒获得的颗粒进行干燥；

(4)将烘干颗粒冷却后过筛，筛去粒径不合格的颗粒，获得猫砂成品。

步骤(1)中改性玉米芯粉与水混合均匀；再按顺序加入沸石粉、硫酸铜粉和钙基膨润土混合均匀；待混料拔干后加入瓜尔胶、羧甲基纤维素钠、羧甲基淀粉钠的一种或几种充分搅拌至均匀。

步骤(2)中环模颗粒机设定的压缩比为3-8；步骤(3)中将造粒品连续输送到网带式烘干机中,在110～200℃下干燥30～40min；步骤(4)中选用筛孔径为1-5mm的震动小圆筛进行过筛烘干品，筛去碎粒及粒度不合格品。

本发明的性能优势：

(1)主要以改性玉米芯粉为主要材料，产品比重仅为一般膨润土猫砂的30％；猫砂吸水量是自身重量的2～3倍，单位质量产品吸水量明显优于膨润土猫砂，用量更节省。

(2)玉米芯粉经改性后，可有效抑制其霉变并提高了结团强度和吸附性能，便于宠物主人收集清除粪便和尿液。

具体实施方案

以下结合实施例对本发明的一种超轻生物质强结团颗粒猫砂及其制备方法作出进一步的详述。

实施例1

将平均粒径为10mm的干燥玉米芯颗粒在pH值11的碳酸钠溶液中浸泡48h后，经过低温碳化后得到的，所述低温碳化是在350℃，氮气保护下进行的，碳化时间为60min；经过低温碳化处理后的玉米细分进一步粉碎至100目，得到改性玉米芯粉；所述改性玉米芯粉的含碳比为61％；

首先，称取450份改性玉米芯粉、250份钙基膨润土粉、150份沸石粉、100份瓜尔胶、50份硫酸铜粉和300份水。然后，玉米芯粉与水混合均匀，再将硫酸铜粉、沸石粉、钙基膨润土粉按顺序加入到混合均匀的玉米芯粉和水的混合物中，充分搅拌。将混料连续加入环模颗粒机中，控制造粒颗粒直径在2～3mm。将造粒品连续输送到网带式烘干机中,在180℃下干燥40min。接着，将烘干品过2mm小圆筛，筛出猫砂成品。

实施例2

将平均粒径为1mm的干燥玉米芯颗粒在pH值11的碳酸钠溶液中浸泡24h后，经过低温碳化后得到的，所述低温碳化是在250℃，氮气保护下进行的，碳化时间为30min；经过低温碳化处理后的玉米细分进一步粉碎至100目，得到改性玉米芯粉；所述改性玉米芯粉的含碳比为58％；

称取500份改性玉米芯粉、300份钙基膨润土粉、100份沸石粉、100份羧甲基纤维素钠、50份硫酸铜粉和250份水。然后，玉米芯粉与水混合均匀，再将硫酸铜粉、沸石粉、钙基膨润土粉按顺序加入到混合均匀的玉米芯粉和水的混合物中，充分搅拌。将混料连续加入环模颗粒机中，控制造粒颗粒直径在2～3mm。将造粒品连续输送到网带式烘干机中,在180℃下干燥30min。接着，将烘干品过2mm小圆筛，筛出猫砂成品。

实施例3

将平均粒径为5mm的干燥玉米芯颗粒在pH值13的碳酸钠溶液中浸泡24h后，经过低温碳化后得到的，所述低温碳化是在400℃，氮气保护下进行的，碳化时间为50min；经过低温碳化处理后的玉米细分进一步粉碎至100目，得到改性玉米芯粉；所述改性玉米芯粉的含碳比为65％；

首先，称取400份改性玉米芯粉、200份钙基膨润土粉、150份沸石粉、150份羧甲基淀粉钠、50份硫酸铜粉和350份水。然后，玉米芯粉与水混合均匀，再将硫酸铜粉、沸石粉、钙基膨润土粉按顺序加入到混合均匀的玉米芯粉和水的混合物中，充分搅拌。将混料连续加入环模颗粒机中，控制造粒颗粒直径在2～3mm。将造粒品连续输送到网带式烘干机中,在200℃下干燥40min。接着，将烘干品过2mm小圆筛，筛出猫砂成品。

实施例4

将平均粒径为1mm的干燥玉米芯颗粒在pH值14的碳酸钠溶液中浸泡24h后，经过低温碳化后得到的，所述低温碳化是在500℃，氮气保护下进行的，碳化时间为60min；经过低温碳化处理后的玉米细分进一步粉碎至100目，得到改性玉米芯粉；所述改性玉米芯粉的含碳比为75％；

首先，称取400份改性玉米芯粉、200份钙基膨润土粉、150份沸石粉、50份瓜尔胶、50份羧甲基纤维素钠、50份羧甲基淀粉钠、50份硫酸铜粉和300份水。然后，玉米芯粉与水混合均匀，再将硫酸铜粉、沸石粉、钙基膨润土粉按顺序加入到混合均匀的改性玉米芯粉和水的混合物中，充分搅拌。将混料连续加入环模颗粒机中，控制造粒颗粒直径在2～3mm。将造粒品连续输送到网带式烘干机中,在200℃下干燥30min。接着，将烘干品过2mm小圆筛，筛出猫砂成品。

对比例1

制备方法同实施例1，区别在于使用未经碳化处理的玉米芯粉,所述未经碳化处理的玉米芯粉的含碳量为45wt％。

对比例2

制备方法同实施例1，区别在于使用完全碳化的玉米芯粉，所述完全碳化的玉米芯粉的含碳量为95％。

对比例3

制备原料配比同实施例1，区别在于不使用玉米芯粉。

对上述实施例和对比例进行性能评价。

性能评价包括除臭性能评价、结团长度评价、结团保持率评价、粉化率评价、相对密度、抗霉变评价，评价方法如下：

采用猫砂对氨气的饱和吸附量评价猫砂产品的除臭性能，具体步骤如下：秤取20g猫砂，倒入锥形瓶。用移液管移取0.1ml 100ppm氨水溶液，滴入锥形瓶猫砂表面，盖住橡胶塞并用粘贴封住胶塞开口。30min后取氨气检测管割断两端封头，将检测管尾端插入真空式采样器进气口上，另一端插入橡胶塞锥形瓶内。将采样器手柄拉至100ml档位，待检测管指示剂变色终止，即可从黄色柱所到刻度读出可靠数据。吸氨量为100ppm减去氨气检测管读数。

结团长度用于评价产品的吸水速度，评价具体步骤如下：向烧杯中加入500ml左右猫砂，轻微晃动使表面平整。用注射器吸取在恒温水浴中加热至37℃的盐水20ml。手持注射器在距离猫砂样品约2cm的高度，用约10秒钟的时间使盐水垂直下落慢慢浇至猫砂样品，注射盐水时固定点不要移动，待最后一滴盐水低落完毕，保持猫砂样品静置1分钟。取出结团用游标卡尺测量结团长度。

结团重量用于评价产品的使用量，评价具体步骤如下：向烧杯中加入500ml左右猫砂，轻微晃动使表面平整。用注射器吸取在恒温水浴中加热至37℃的盐水20ml。手持注射器在距离猫砂样品约2cm的高度，用约10秒钟的时间使盐水垂直下落慢慢浇至猫砂样品，注射盐水时固定点不要移动，待最后一滴盐水低落完毕，保持猫砂样品静置1分钟。取出结团称取重量。

结团保持率用于评价产品的结团强度，评价方法如下：测量结团长度后，将结团放置10min称取重量，手持结团距工作台约40公分的高度，松手使其自由落下后，清理摔掉的猫砂粒，测量坠落后结块重量。坠落后重量比上坠落前重量为结团保持率。

粉化率用来评价产品的机械强度，具体实验步骤如下：称取猫砂颗粒试样200g。放入小球磨中，盖好瓷盖。放到球磨机上，开机运转20分钟。取出样品过1mm筛，称取筛下粉尘重量，筛下重量比上200即为产品粉化率。

猫砂松比重即猫砂产品的堆密度，具体实验步骤如下：将猫砂自然连续倒入1000ml量筒中至1000ml标线处，然后用直尺沿量筒上口处将高于量筒的猫砂样品轻轻刮掉，称量筒内猫砂重量并计算其松比重。

抗霉变性能用猫砂霉变时间法测定，具体实验步骤如下：称取猫砂50g，放入恒定35℃、相对湿度90％空气氛围的培养室中，观察猫砂长出针絮装曲霉菌群的时间。

评价结果如下表：

通过上述表格数据可以看出，本发明制备的一种超轻生物质强结团颗粒猫砂，改性效果明显，可有效抑制玉米芯粉霉变。原料复配合理，生产方法合理，所生产猫砂的各项性能优越。结团重量轻，猫砂更耐用。结团强度高，不掉粒，更易清理。吸水速度快，结团长度短，不易粘底。粉化率低更卫生。除臭效果好，营造良好的饲养环境。此外，本发明所述猫砂还具有制备工艺简单易控制，生产成本低的优点。

以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本发明所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。