CN101078184A - 一种植物纤维的成型方法 - Google Patents

Abstract

一种植物纤维的成型方法，具体包括如下步骤：(1)首先将植物秸秆破碎，然后投入膨化机中膨化成纤维；(2)将膨化后的植物秸秆纤维与胶料、防霉剂混合后加工成型。上述的步骤(1)中，所述的将植物秸秆破碎是指将植物秸杆剪成1～10cm长，并将秸杆管打破，以便于投入膨化机，避免架桥。这样做的目的是尽量保持纤维的长度和原状。本发明生产过程环保无污染，生产成本低，并且可以变废为宝，产品使用后可回收再利用。

Description

一种植物纤维的成型方法

所属技术领域

本发明涉及一种植物纤维的成型方法，特别是涉及一种秸杆类植物纤维的成型方法。

背景技术

保护大自然的生态平衡早已经受到全球的普遍关注，而保护树木则是其中最重要的课题之一。但在人们日常使用的物品中，还在不可避免的使用着大量的木材，如制造木质铅笔及筷子时需要大量的木材，而天然木材的大量损耗势必会导致自然气候变得恶劣，严重影响自然环境；再如纸管(卷纸式卫生纸的内筒)类产品，在损耗木材的同时，造纸过程中还会产生大量的污水，造成水质及周边环境的严重污染。还有些塑胶类的生活用品，如吸管，在自然界降解时间非常长，属于白色污染。

现在市场上也出现了由环保材料制成的上述产品，如纸制的环保铅笔，但由于在制作过程中使用了胶水化合物和废报纸中的油墨重金属，对人体健康有严重损害。此外，在造纸过程中包括打浆工序，即将植物纤维细胞通过机械或化学的方法制成纸浆。化学制浆需要使用大量的化学药剂使原料的纤维细胞分离出纤维而成浆，而机械制浆是利用机械方法磨解纤维原料制成纸浆。化学制浆过程严重污染环境，且由于化学制剂的作用使纤维发生化学变化；而机械制浆使纤维受到的损伤较大，特别是像植物秸杆类的草浆。

现有技术中，也有将植物秸杆粉碎后，制作筷子、铅笔或餐具等产品，而由于植物秸杆含纤维细胞较多，纤维细胞是由纤维素、半纤维素、木素组成的细胞壁和由木素、少量的果胶质组成的胞间层，木素主要作为粘接剂包裹在纤维的表面，纤维素是造纸的主要成分。将植物秸秆粉碎后，纤维的损伤更大，且纤维细胞没有经过打浆工序，纤维没有释放出来，即纤维仍然被木素等物质包裹住，强度更低，需要大量的粘接剂，因此推广应用较难。

发明内容

本发明的目的是提供一种植物纤维的成型方法。通过将秸杆类植物纤维膨化打浆，并加工成型，从而制作成铅笔、筷子、纸管、吸管等日常用品或纸张等类产品，生产过程环保无污染，生产成本低，并且可以变废为宝，产品使用后可回收再利用。

本发明的技术方案可以通过以下的技术措施来实现，一种植物纤维的成型方法，具体包括如下步骤：

(1).首先将植物秸秆破碎，然后投入膨化机中膨化成纤维；

(2).将膨化后的植物秸秆纤维与胶料、防霉剂混合后加工成型。

上述的步骤(1)中，所述的将植物秸秆破碎是指将植物秸杆剪成1～10cm长，最好剪成1～5cm长，并将秸杆管打破，以便于投入膨化机，避免架桥。这样做的目的是尽量保持纤维的长度和原状。

上述的步骤(1)中，膨化时的温度为110～200度，压力为0.5～5个标准大气压；先对破碎后的植物秸秆进行喷水，使植物秸杆湿度控制在12～30％，然后再进行膨化。

膨化机的膨化过程如下：主要是通过膨化机的螺杆和机筒的相对运动，螺杆带有螺槽，从而对物料产生挤压和剪切作用力(即法向和轴向力)，以及机筒对物料的摩擦力，推动物料向前运动；又物料同物料之间、物料同螺杆之间、物料同机筒之间都有相对运动，由摩擦而产生热量；由于物料的不断加入，使物料被挤压。在高温高压作用下，水处于液体状态，出模口后，压力骤然降低，物料内部的水分汽化，使物料膨化。膨化过程使秸秆淀粉糊化，蛋白质等熟化，其他物质软化。由于膨化过程的高温高压作用和汽化冲击及机械摩擦，木素变软分离，秸杆内部水分迅速气化，纤维细胞分开，细胞壁发生变化，从而分离出纤维。这样使纤维的表面积更大，纤维表面游离出大量的羟基，纤维的结合力增加，并且增加了纤维的柔软性和可塑性。因此使用膨化法打浆即具有化学打浆作用，又具有机械打浆作用，更能保护纤维，成本低，耗水量极少。

上述的步骤(2)中，可以将膨化后的植物秸秆纤维与胶料、防霉剂混合后投入挤出机中挤出成型，挤出机的温度控制在60～95度；挤出机出料口处设有成型模具，料从模具出口出来后用输送带拉直输送，并按所需长度切断，再进行下面工序。上述的成型模具是按照铅笔、筷子、纸管、吸管等产品外形而对应设计制作的，在具体生产的过程中根据所加工的具体产品而配套使用。

上述的步骤(2)中，还可以将膨化后的植物秸秆纤维与胶料、防霉剂混合后投入专门的模具中，压制成型；模具压制温度控制在60～200度。

上述的步骤(2)中，还可以将膨化后的植物秸秆纤维与胶料、防霉剂混合后投入抄纸机中抄造纸张。

上述的步骤(2)中，植物秸秆纤维和胶料、防霉剂的重量份数如下：

植物秸秆纤维      3份；

胶料              0.09～6份；

防霉剂            0.03～0.25份；

本发明可以作以下改进，上述的步骤(2)中，还可以加入水0～7份，与膨化后的植物秸秆纤维及胶料、防霉剂混合后加工成型。

所述的胶料可以是淀粉类，如普通淀粉或氧化淀粉或阳离子淀粉；还可以是面粉、玉米粉、2～4个模数的硅酸钠溶液、环保尿醛树脂胶、松香胶(抄纸用)等。要根据所加工的具体产品而选用不同类型的胶料。

一般情况下，当本发明用于挤出成型或压制成型时，所述的胶料就是指粘接剂。而当使用的粘接剂是粮食作物加工成的粉末，如淀粉、面粉、玉米粉等，由于空气湿度大而会影响最终成型产品的强度。因此，本发明可以作以下进一步的改进，在上述的步骤(2)中，还加入防水剂，其重量份数为0.3～4份。为了进一步提高最终成型产品的强度，本发明可以作以下进一步的改进，上述的步骤(2)中，还可以加入增韧剂，其重量份数为0.5～2份。

本发明所述的植物秸秆为农业粮食生产的废弃物，如稻草、麦杆、玉米杆等，将上述植物秸秆加工成纤维，进而加工成环保产品，真正实现了变废为宝。

所述的防霉剂可以是苯甲酸钠、苯酚等。所述的防水剂可以是聚乙烯醇(PVA)乳液、乙烯-醋酸乙烯共聚VAE乳液等。所述的增韧剂可以是尿素、氯化钙等。

与现有技术相比，本发明的优点是：

(1)本发明所述的种植物纤维的成型方法中，使用的主要原材料为天然植物提取物，如农业粮食生产的废弃物，如稻草、麦杆、玉米杆等秸杆类植物纤维，既替代了木材又能保证对人体无害；

(2)本发明所述的植物纤维的成型方法，将原来造纸过程中的打浆工序改为膨化方法，使纤维细胞破裂而分离出纤维，方法简单，还能保证不会对纤维有较大的损伤，即保持了植物纤维的强度和形状，同时避免了制浆过程对环境的污染；利用纤维制造产品比粉碎状的秸杆类原料具有更高的利用价值；

(3)本发明所述的植物纤维的成型方法工艺简单，在加工过程中不会产生污染物；本发明所生产的产品使用后还可以回收作为动物饲料，或直接进入大自然天然降解成为有机肥料。

具体实施方式

实施例1

在本实施例中，用本发明所述的植物纤维的成型方法生产铅笔，成型方法如下：首先将稻草投入到破碎机中，将稻草杆打碎，将稻草杆打碎成1cm长的碎片，然后喷水至含水量为20％，即植物秸杆湿度为20％；将打碎的稻草投入玉米膨化机中膨化成纤维状，膨化机温度为150度，压力为3个标准大气压；膨化后的纤维3份同淀粉2份、水4份、聚乙烯醇(PVA)乳液0.3份、苯甲酸钠0.13份，尿素0.5份混合均匀后投入挤出机，挤出机温度控制在75度，使淀粉在挤出机中糊化。挤出机出料口处装有与铅笔笔杆形状相对应的模具，模具头出料口为环状结构，可以是圆环形，还可以是外圈为正六边形、内圈为圆形的环状，上述混合物被挤出机挤出后，挤出连续状的长条中空柱体，经过牵引机的牵引使长条保持笔直，并按规定长度控制刀具切断制成铅笔杆，在铅笔芯表面施胶后推入笔杆中心的通孔中，干燥即可。

实施例2

在本实施例中，用本发明所述的植物纤维的成型方法生产筷子，成型方法如下：首先将麦杆投入到破碎机中，将麦杆打碎，将稻草杆打碎成3cm长的碎片，然后喷水至含水量为30％，即植物秸杆湿度为30％；将打碎的麦杆投入膨化机中彭化成纤维状，膨化机温度为110度，压力为5个标准大气压，膨化后的纤维3份同面粉4份、水4份、尿素1份，苯甲酸钠0.2份混合均匀后投入挤出机，挤出机温度为95度，面粉在挤出机中糊化。挤出机出料口处装有与筷子形状相对应的模具，模具头出料口制成圆形。上述混合物被连续挤出，经牵引机牵引成直形柱体，按规定长度控制刀具切断，然后喷食品级木器漆，干燥即可。

实施例3

在本实施例中，用本发明所述的植物纤维的成型方法生产纸管，成型方法如下：首先将稻草投入到破碎机中，将稻草杆打碎，将稻草杆打碎成5cm长的碎片，喷水至含水量为12％，即植物秸杆湿度为12％，然后投入膨化机中进行彭化，膨化温度为200度，压力为0.5个标准大气压，膨化后的纤维3份同玉米粉3份、聚乙烯醇(PVA)0.5份、水5份、氯化钙1.25份，苯酚0.08份，混合均匀后投入挤出机，挤出机温度为80度，玉米粉在挤出机中糊化。挤出机出料口处装有与纸管形状相对应的模具，模具头出料口制成圆环形，上述混合物被连续挤出，经牵引机牵引成直的圆筒状，按规定长度切断成单个纸管，干燥即可。

实施例4

在本实施例中，用本发明所述的植物纤维的成型方法生产吸管，成型方法如下：首先将稻草投入到破碎机中，将稻草杆打碎，将稻草杆打碎成7cm长的碎片，喷水至含水量为22％，即植物秸杆湿度为22％，然后投入膨化机中进行彭化，膨化温度为185度，压力为1.5个标准大气压。膨化后的纤维3份同市售硅酸钠溶液6份、苯酚0.04份，混合均匀后投入挤出机，挤出机温度为60度。挤出机出料口处装有与吸管形状相对应的模具，模具头出料口制成圆环形，上述混合物被连续挤出，经牵引机牵引成直的圆筒状，按规定长度切断成单个吸管，内外表面涂防水剂，干燥即可。

实施例5

在本实施例中，用本发明所述的植物纤维的成型方法生产吸管，成型方法如下：首先将稻草投入到破碎机中，将稻草杆打碎，将稻草杆打碎成8cm长的碎片，喷水至含水量为16％，即植物秸杆湿度为16％，然后投入膨化机中进行彭化，膨化温度为140度，压力为2.5个标准大气压，膨化后的纤维3份同玉米粉5份、水7份、苯甲酸钠0.25份，混合均匀后投入挤出机，挤出机温度为85度，玉米粉在挤出机中糊化。挤出机出料口处装有与纸管形状相对应的模具，模具头出料口制成圆环形，上述混合物被连续挤出，经牵引机牵引成直的圆筒状，按规定长度切断成单个吸管，内外表面喷防水剂，干燥即可。

实施例6

在本实施例中，用本发明所述的植物纤维的成型方法生产铅笔，成型方法如下：首先将稻草投入到破碎机中，将稻草杆打碎，将稻草杆打碎成10cm长的碎片，然后喷水至含水量为25％，即植物秸杆湿度为25％；将打碎的稻草投入玉米膨化机中膨化成纤维状，膨化机温度为180度，压力为1个标准大气压；膨化后的纤维3份同淀粉3份、水5份、乙烯-醋酸乙烯共聚VAE乳液4份、苯甲酸钠0.13份，尿素2份混合均匀后投入挤出机，挤出机温度控制在75度，使淀粉在挤出机中糊化。挤出机出料口处装有与铅笔笔杆形状相对应的模具，模具头出料口为环状结构，可以是圆环形，还可以是外圈为正六边形、内圈为圆形的环状，上述混合物被挤出机挤出后，挤出连续状的长条中空柱体，经过牵引机的牵引使长条保持笔直，并按规定长度控制刀具切断制成铅笔杆，在铅笔芯表面施胶后推入笔杆中心的通孔中，干燥即可。

实施例7

在本实施例中，用本发明所述的植物纤维的成型方法生产板材，成型方法如下：首先将稻草投入到破碎机中，将稻草杆打碎，将稻草杆打碎成4cm长的碎片，然后喷水至含水量为25％，即植物秸杆湿度为25％；将打碎的稻草投入玉米膨化机中膨化成纤维状，膨化机温度为180度，压力为1.5个标准大气压；膨化后的纤维3份同尿醛树脂胶0.09份、苯甲酸钠0.13份，混合均匀后投入模具中，温度控制在200度，合上模具加压，制成板材。

实施例8

在本实施例中，用本发明所述的植物纤维的成型方法生产餐具，成型方法如下：首先将稻草投入到破碎机中，将稻草杆打碎，将稻草杆打碎成3cm长的碎片，然后喷水至含水量为25％，即植物秸杆湿度为25％；将打碎的稻草投入玉米膨化机中膨化成纤维状，膨化机温度为180度，压力为1个标准大气压；膨化后的纤维3份同淀粉3份、水5份、乙烯-醋酸乙烯共聚VAE乳液4份、苯甲酸钠0.13份，尿素2份混合均匀后投入模具，模具温度控制在60度，使淀粉在模具中糊化。模具按照餐具形状制作，加压成型。

实施例9

在本实施例中，用本发明所述的植物纤维的成型方法生产包装材料，成型方法如下：首先将稻草投入到破碎机中，将稻草杆打碎，将稻草杆打碎成3cm长的碎片，然后喷水至含水量为25％，即植物秸杆湿度为25％；将打碎的稻草投入玉米膨化机中膨化成纤维状，膨化机温度为130度，压力为4个标准大气压；膨化后的纤维3份同淀粉4份、水5份、乙烯-醋酸乙烯共聚VAE乳液0.7份、苯甲酸钠0.13份，尿素2份混合均匀后投入模具，模具温度控制在130度，使淀粉在模具中糊化。模具按照包装材料形状制作，加压成型。

实施例10

在本实施例中，用本发明所述的植物纤维的成型方法生产纸张，成型方法如下：首先将稻草投入到破碎机中，将稻草杆打碎，将稻草杆打碎成3cm长的碎片，然后喷水至含水量为24％，即植物秸杆湿度为24％；将打碎的稻草投入玉米膨化机中膨化成纤维状，膨化机温度为130度，压力为4.1个标准大气压；膨化后的纤维3份同松香胶3份、阳离子淀粉3份、苯甲酸钠0.13份，混合均匀后投入抄纸机，抄造成纸张。

Claims (10)

1.一种植物纤维的成型方法，其特征在于具体包括如下步骤：

(1).首先将植物秸秆破碎，然后投入膨化机中膨化成纤维；

(2).将膨化后的植物秸秆纤维与胶料、防霉剂混合后加工成型。

2.根据权利要求1所述的一种植物纤维的成型方法，其特征在于上述的步骤(1)中，所述的将植物秸秆破碎是指将植物秸杆剪成1～10cm长，并将秸杆管打破。

3.根据权利要求2所述的一种植物纤维的成型方法，其特征在于所述的步骤(1)中，膨化时的温度为110～200度，压力为0.5～5个标准大气压；先对破碎后的植物秸秆进行喷水，使植物秸杆湿度控制在12～30％，然后再进行膨化。

4.根据权利要求3所述的一种植物纤维的成型方法，其特征在于所述的步骤(1)中，膨化过程如下：通过膨化机的螺杆和机筒的相对运动，螺杆带有螺槽，从而对物料产生挤压和剪切作用力，以及机筒对物料的摩擦力，推动物料向前运动；又物料同物料之间、物料同螺杆之间、物料同机筒之间都有相对运动，由摩擦而产生热量；由于物料的不断加入，使物料被挤压；在高温高压作用下，水处于液体状态，出模口后，压力骤然降低，物料内部的水分汽化，使物料膨化。

5.根据权利要求4所述的一种植物纤维的成型方法，其特征在于上述的步骤(2)中，所述的胶料为粘接剂，将膨化后的植物秸秆纤维与粘接剂、防霉剂混合后投入挤出机中挤出成型，挤出机的温度控制在60～95度；挤出机出料口处设有成型模具，料从模具出口出来后用输送带拉直输送，并按所需长度切断，再进行下面工序。

6.根据权利要求4所述的一种植物纤维的成型方法，其特征在于上述的步骤(2)中，所述的胶料为粘接剂，将膨化后的植物秸秆纤维与粘接剂、防霉剂混合后投入模具中，压制成型；模具压制温度控制在60～200度。

7.根据权利要求4所述的一种植物纤维的成型方法，其特征在于上述的步骤(2)中，将膨化后的植物秸秆纤维与胶料、防霉剂混合后投入抄纸机中抄造纸页。

8.根据权利要求5或6或7所述的一种植物纤维的成型方法，其特征在于所述的步骤(2)中，植物秸秆纤维和胶料、防霉剂的重量份数如下：植物秸秆纤维3份，胶料0.09～6份，防霉剂0.03～0.25份。

9.根据权利要求8所述的一种植物纤维的成型方法，其特征在于所述的步骤(2)中，还加入水0～7份。

10.根据权利要求5或6所述的一种植物纤维的成型方法，其特征在于所述的步骤(2)中，还加入防水剂，其重量份数为0.3～4份。