CN102978982B - 一种造纸用玉米秸秆原料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种玉米秸秆，具体讲，涉及一种造纸用玉米秸秆原料。由玉米秸秆全株的叶片变黄、秸秆的杆有70%～100%变黄时期的玉米秸秆进行制备而成，所述的玉米秸秆原料的含水量为16～45%，其中主要成分占干重的质量百分比为：纤维素50～59%，半纤维素15～20%，木质素11～17.5%，水溶性糖1.5～17%；优选纤维素51～58%，半纤维素16～19%，木质素12～18.5%，水溶性糖3～14%。本发明的纤维原料的纤维含量较高、可溶性糖含量较低，从而进一步降低了其发霉、发酵的可能，更加有利于储存和运输，并且更加适应造纸的工业需要。
Description
技术领域
本发明涉及一种玉米秸秆，具体讲，涉及一种造纸用玉米秸秆原料。
背景技术
我国是世界上秸秆资源最为丰富的国家之一，每年各类农作物秸秆的产量达到7亿t以上。玉米作为三大粮食作物之一，其副产品玉米秸秆的年产量达到2.5亿t左右，占各类农作物秸秆总量的30%之多，在世界上仅次于美国位居第二位。
玉米秸秆的产量如此丰富，一直以来却未被合理有效的利用。过去人们处理秸秆的方式是少部分作为取暖做饭的材料或反刍动物的粗饲料，大部分弃之于地或就地焚烧，浓烟滚滚，不仅污染环境、破坏交通，还给人们的生产、生活、财产带来威胁。随着科技的进步以及资源、能源危机的愈演愈烈，我国政府和人民意识到合理利用农作物秸秆的重要性，从1980年左右到目前一直很重视农作物秸秆的综合利用，许多企业、科研院和高校都在寻找玉米秸秆综合利用的新途径。目前玉米秸秆在种植业、畜牧业以及工业生产中均有不同程度的利用，但由于技术水平和机械加工水平的限制，对玉米秸秆的利用尚属于粗加工阶段。大部分利用针对的是整株秸秆，整株进行加工，其外皮和内瓤相互干扰，给许多利用方法带来了难以解决的障碍。
玉米秸秆由秸皮、秸瓤和秸叶构成，皮、瓤和叶各部分所含成分不一样，都有不同的用途，是一种难得的玉米秸秆原料。如秸皮的主要成份是纤维素和木质素，它强度高、韧性好，是造纸、人造板等行业的上好材料。秸瓤和秸叶含有丰富的粗蛋白、粗脂肪、半纤维素和糖等，是育畜的优良饲料。但在未分离前将其用作饲料，适口性差，采食率低，咀嚼困难。采食的时候，消耗较多的体能，饲喂过程中还浪费部分精料；将其用于造纸时，由于糖和蛋白含量高，致使浆液粘度大，生产效率低，成本增加；用于人造板时，由于秸瓤的存在，板的吸水性大，质量难过关。
玉米秸秆揉丝技术、打捆技术是近年发展起来的一种新式秸秆加工方法，“玉米秸秆揉丝、打捆成套装备的研制”（新疆农机化，2008年第2期）公开了一种玉米秸秆揉丝、打捆成套装备；“玉米秸秆机械化揉丝制草技术”（农机科技推广，2004.11）提出了一种玉米秸秆揉搓加工技术，变传统的玉米秸秆横向铡切为纵向挤丝揉搓，将玉米秸秆揉搓加工成柔软的丝状饲草，玉米秸秆经挤丝揉搓加工后，破坏了秸秆表皮结构，使饲草柔软，适口性好，可提高采食率。上述技术仅限于将玉米秸秆挤丝后用于饲草，大大限制了其应用范围。
而且由于整株收割的玉米秸秆茎秆粗硬，自然密度小（经测算自然堆放的干玉米秸秆密度仅为35～45kg/m3），因此，采用整株收获的玉米秸秆储存和运输是一大难题，常常由于水分的存在，使得运输成本增加，而且在贮存和运输过程中造成大量腐烂，从而限制了其应用。比较经济实用的办法是边收割边丝化，丝化后的秸秆质地变得柔软细碎，自然回弹力大大降低。采用液压打包技术，将丝化后的秸秆压缩打包，形成高密度、外形规则的方捆。有利于秸秆的储存和运输，可以取代饲料草作为牛羊的越冬口粮，也可以远距离运输作为工业原料。
这样，如何将玉米秸秆的皮、瓤和叶进行适当的分离，改善使用性能，以提供一种性能改善的玉米秸秆原料，拓宽其应用领域、提高利用价值，便成为玉米秸秆原料综合利用的关键环节。
发明内容
本发明的首要发明目的在于提出了一种造纸用玉米秸秆原料。
为了实现本发明的目的，采用的技术方案为：
一种造纸用玉米秸秆原料，所述的玉米秸秆原料为在玉米秸秆全株的叶片变黄、秸秆的杆有70%～100%变黄时期的玉米秸秆进行制备而成，所述的玉米秸秆原料的含水量为16～45%，其中主要成分占干重的质量百分比为：纤维素50～59%，半纤维素15～20%，木质素11～17.5%，水溶性糖1.5～17%；优选纤维素51～58%，半纤维素16～19%，木质素12～18.5%，水溶性糖3～14%。
本发明的第一优选技术方案为：所述的玉米秸秆原料为玉米秸秆皮、叶及瓤的混合物，所述瓤在玉米秸秆原料中的质量百分比为1～5.5%，优选为1.2～3.0%。
本发明的第二优选技术方案为：所述的玉米秸秆原料至少为含有条状秸秆皮、玉米秸秆皮丝束纤维和玉米秸秆纤维的混合物，所述的条状秸秆皮为具有一定长度和宽度的玉米秸秆皮，所述玉米秸秆皮丝束纤维至少包括玉米秸秆结节部分、与结节部分复合的玉米秸秆纤维以及成束的纤维，所述的玉米秸秆纤维至少包括丝状的玉米秸秆纤维，所述瓤包括脱离于皮片的自由瓤和附着于皮片上的结合瓤。
本发明的第三优选技术方案为：所述的玉米秸秆原料的含水量为16～40%，优选16～35%，最优选17～23%。
本发明的第四优选技术方案为：所述玉米秸秆原料中纤维素占干重的质量百分比为51.5～57.5%，优选52～57%。
本发明的第五优选技术方案为所述玉米秸秆原料中半纤维素占干重的质量百分比为16.5～18%，优选17～18%。
本发明的第六优选技术方案为：所述玉米秸秆原料中木质素占干重的质量百分比为15～18%，优选16～18%。
本发明的第七优选技术方案为：所述玉米秸秆原料中水溶性糖占干重的质量百分比为1.6～12%，更优选1.8～10%，最优选2.2～6%。
本发明的第八优选技术方案为：所述的玉米秸秆原料中还含有苯醇抽出物和灰分，苯醇抽出物占干重的质量百分比为1.5～7％，优选2.1～3.8％，灰分占干重的质量百分比为2～8％，优选2.5～5.5%。
本发明的第九优选技术方案为：所述玉米秸秆原料中纤维素的结晶度为45～50%，优选48～50%。
下面对本发明的技术方案做进一步的解释和说明。
本发明制备了一种在玉米秸秆全株叶片变黄、秸秆的杆有70%～100%变黄时期的玉米秸秆，经过处理后，得到了含有秸秆皮片、秸秆叶、少量秸秆瓤组成的玉米秸秆纤维原料。经过处理的玉米秸秆原料的水份含量为16～45%，该水分含量下的纤维原料，不仅不易于发霉、发酵而变质，同时适用于多种应用的需要。不仅适用于畜牧产业，还可以用于造纸等工业产业。而如果将所述的秸秆原料处理得水分过小，则秸秆原料的韧性减低，变得更加易折易碎，在运输过程中的损耗会增加，并且会影响玉米秸秆纤维的性能。经计算，水份含量小于15%的纤维原料，在运输过程中经搬运、运输过程中的颠簸和磨擦，秸秆中的纤维，尤其是较细的纤维折碎，产生大量的粉末状物质，使玉米秸秆纤维原料净重的损耗最高可达1.7wt%，并且在运输过程中造成污染。同时，本发明的纤维原料的纤维含量较高、可溶性糖含量较低，从而进一步降低了其发霉、发酵的可能，更加有利于储存和运输，并且更加适应造纸的工业需要。
本发明制备了一种在玉米秸秆全株叶片变黄、秸秆的杆有70%～100%变黄时期的玉米秸秆，经过处理后，得到了含有秸秆皮片、秸秆叶、少量秸秆瓤组成的玉米秸秆纤维原料。经过处理的玉米秸秆原料的水份含量为16～45%，该水分含量下的纤维原料，不仅不易于发霉、发酵而变质，同时适用于多种应用的需要。而如果将所述的秸秆原料处理得水分过小，则秸秆原料变得更加易折易碎，在运输过程中的损耗会增加，并且会影响玉米秸秆纤维的性能。
本发明中的造纸用玉米秸秆原料为将采用在玉米秸秆叶片变黄、秸秆的杆有70%～100%变黄时期的玉米秸秆经农用收割机收割、皮瓤叶分离后，在田里晾晒或风干至水分含量为16～45%时，收集得到的。实现上述工艺过程合理选用配套设备是关键，目前市面上加工农作物秸秆的设备很多，但是选用时要注意配套的科学性、合理性，使选配的设备发挥最大效能，保证生产的连续性，达到最佳生产率指标。由于是收割田地里的作物茎秆，因此要选用能在田间边行走边工作的设备，以保证设备的移动方便、灵活，实现田间作业。本发明选用农用收割机，在收割的同时也能实现皮瓤叶的分离。并在农用收割机上安装配套的皮瓤叶分离装置，该装置可采用多种机械形式，采用压扁、碾搓、撕裂、搅碎、揉丝等多种机械手段，从而达到将玉米秸秆的皮瓤叶分离的技术效果。处理后的秸秆经晾晒，并优选在田间晾晒；通过空气氧化、紫外线照射等因素的影响，从而起到杀菌的作用，使制备得到的玉米秸秆原料不易发生霉变，保质期延长，并且可加速秸秆中糖分、蛋白质类成分的氧化分解，从而进一步降低纤维原料中杂质的含量，进一步提高纤维素的含量，从而更加适应造纸等工业应用。
本发明的玉米秸秆原料的有益效果为：
1.玉米秸秆的整杆不能大批量收购，无法实现大规模工业利用；
2.玉米秸秆的整杆运输，承载量低，同等运力的车辆，每辆车装货13吨.秸秆皮可装35吨。
3.在储存时，同等面积，堆放同样高度，玉米秸秆整杆可存放350公斤/平方米，玉米皮可存放1吨/平方米。
4.农民将玉米收获后，将玉米秸秆粉碎后还田（旋耕），费用：150元/亩；由工业化秸秆收割、分离、打包回收，土地旋耕，合计费用：100元/亩。
5.收购费用比较：玉米秸秆整杆为280元/吨，玉米秸秆皮为280元/吨。
附图说明
图1为本发明实施例1的农用收割机的结构图；
图2为本发明实施例1的玉米秸秆输送示意图；；
图3为本发明实施例1的玉米收割机中秸秆皮分散装置和防堵装置安装位置示意图；
其中：
1—收茎割台，2—输茎装置，3—玉米秸秆皮瓤叶分离装置，4—底盘，5—驾驶室，6—秸秆皮分散装置，7—防堵装置，8—收茎割台搅龙，9—链耙总成，10—切流滚筒，11—轴流滚筒，12—筛子，13—振动筛板，14—分配搅龙，15—风扇。
本发明的具体实施方式仅限于进一步解释和说明本发明，并不对本发明的内容构成限制。
具体实施方式
实施例1
本具体实施方法的玉米秸秆原料的制备工艺为：
利用农用收割机收割玉米秸秆全株的叶片变黄、秸秆的杆有70%～100%变黄时期的玉米秸秆，整株玉米秸秆被自动送入农用收割机内，经农用收割机内设置的皮瓤叶分离装置除叶、茎秆切展丝化、剖瓤，得到分离的皮、瓤和叶；将处理后的纤维原料在田间晾晒，当其水分含量达到标准后，收集、整理得到玉米秸秆纤维原料。
本发明所述的农用收割机参见图1和图2，本实施例采用的农用收割机包括底盘4，动力装置、电气装置、液压系统、驾驶室5，收割玉米秸秆的收茎割台1，将玉米秸秆撕裂、搅碎，并将皮、瓤、叶分离的玉米秸秆皮瓤叶分离装置3，将收割下的玉米秸秆运送到将玉米秸秆撕裂、搅碎以及将皮、瓤、叶分离的玉米秸秆皮瓤叶分离装置3的输茎装置2，各个结构之间或者各个结构同底盘直接使用紧固件连接，要保证连接强度，避免在收割玉米秸秆的过程中出现事故。
所述的玉米秸秆皮瓤叶分离装置3包括用于撕裂、搅碎玉米秸秆并分离玉米秸秆皮瓤叶的轴流滚筒11和用于漏下分离后的瓤和叶的筛子12。
所述的轴流滚筒11上设有多个用于撕裂、搅碎玉米秸秆并分离玉米秸秆皮瓤叶的齿。
所述的齿为螺纹状的杆齿、钉状齿或平板齿中的一种或几种。
所述的筛子12上设有多个供分离的玉米秸秆瓤和叶通过的孔。
所述的收茎割台1上设有割刀A，所述的割刀A沿水平方向向下倾斜一定角度，这样可以避免被割刀A割下的玉米秸秆还没进入收割机时重新被割刀切割，使得一段秸秆掉到地面不能进入收割机搅碎。
所述的农用收割机还包括收茎割台搅龙8、链耙总成9、切流滚筒10、振动筛板13，分配搅龙14和风扇15。
要实现玉米秸秆的撕裂、搅碎和皮、瓤、叶的分离，轴流滚筒11的转速可以为500～1200r/min，本实施例选用800r/min。
制备得到的玉米秸秆的成分为：所述的玉米秸秆原料的含水量为16%，纤维素57.5%，半纤维素18%，木质素17%，水溶性糖6%，苯醇抽出物3.7%，灰分为3.0%。纤维素的结晶度为75%。玉米秸秆原料为玉米秸秆皮、叶及瓤的混合物，所述瓤在玉米秸秆原料中的质量百分比为2.3%。玉米秸秆原料至少为含有条状秸秆皮、玉米秸秆皮丝束纤维和玉米秸秆纤维的混合物，所述的条状秸秆皮为具有一定长度和宽度的玉米秸秆皮，所述玉米秸秆皮丝束纤维至少包括玉米秸秆结节部分、与结节部分复合的玉米秸秆纤维以及成束的纤维，所述的玉米秸秆纤维至少包括丝状的玉米秸秆纤维，所述瓤包括脱离于皮片的自由瓤和附着于皮片上的结合瓤。
实施例2：
具体方法同实施例1，区别在于，轴流滚筒d的转速为850r/min。
制备得到的玉米秸秆的成分为：所述的玉米秸秆原料的含水量为30%，其中主要成分占干重的质量百分比为纤维素55.2%、半纤维素16.5%，木质素17%，水溶性糖3%，苯醇抽出物2.5%，灰分为5.5%。纤维素的结晶度为49%。玉米秸秆原料为玉米秸秆皮、叶及瓤的混合物，所述瓤在玉米秸秆原料中的质量百分比为1.5%。玉米秸秆原料至少为含有条状秸秆皮、玉米秸秆皮丝束纤维和玉米秸秆纤维的混合物，所述的条状秸秆皮为具有一定长度和宽度的玉米秸秆皮，所述玉米秸秆皮丝束纤维至少包括玉米秸秆结节部分、与结节部分复合的玉米秸秆纤维以及成束的纤维，所述的玉米秸秆纤维至少包括丝状的玉米秸秆纤维，所述瓤包括脱离于皮片的自由瓤和附着于皮片上的结合瓤。
实施例3：
具体方法同实施例1，区别在于，轴流滚筒11的转速为750r/min。
制备得到的玉米秸秆的成分为：所述的玉米秸秆原料的含水量为40%，其中主要成分占干重的质量百分比为纤维素52%、半纤维素17%，木质素15%，水溶性糖5%，苯醇抽出物3.8%，灰分为2.9%。纤维素的结晶度为50%。玉米秸秆原料为玉米秸秆皮、叶及瓤的混合物，所述瓤在玉米秸秆原料中的质量百分比为1.2%。玉米秸秆原料至少为含有条状秸秆皮、玉米秸秆皮丝束纤维和玉米秸秆纤维的混合物，所述的条状秸秆皮为具有一定长度和宽度的玉米秸秆皮，所述玉米秸秆皮丝束纤维至少包括玉米秸秆结节部分、与结节部分复合的玉米秸秆纤维以及成束的纤维，所述的玉米秸秆纤维至少包括丝状的玉米秸秆纤维，所述瓤包括脱离于皮片的自由瓤和附着于皮片上的结合瓤。
实验例1：玉米秸秆原料收储实验
采用本发明实验例1制备的玉米秸秆纤维原料与现有技术制备的玉米秸秆原料在相同的条件下进行收储比较试验：
将实施例1、2、3制备的得到玉米秸秆原料，其水份含量和主要物质含量为：
表1：
| 水份（wt%） | 纤维素（wt%） | 半纤维素（wt%） | 水溶性糖（wt%） | |
| 实施例1 | 16 | 57.5 | 18 | 6 |
| 实施例2 | 30 | 55.2 | 16.5 | 3 |
| 实施例3 | 40 | 52 | 17 | 5 |
现有技术中的秸秆原料，其主要成分含量为：
表2：
| 水份（wt%） | 纤维素（wt%） | 半纤维素（wt%） | 水溶性糖（wt%） | |
| 对比1 | 47 | 32 | 26 | 12.2 |
| 对比2 | 50 | 33 | 26 | 12.7 |
将上述秸秆原料打捆成330kg/m3的捆，然后进行实验：
1.高温条件试验
上述制备得到的秸秆原料，与洁净、封闭的仓库中存储，将仓库的温度设定为40℃，相对湿度为40％温度下放置15天，于第5天、第10天、第15天取样，检测秸秆原料样品的是否变质。
表3：
2.高湿条件实验
上述制备得到的秸秆原料，与洁净、封闭的仓库中存储，将仓库的温度设定为25±2℃，相对湿度90±5％的条件下放置15天，于第5天、第10天、第15天取样，检测秸秆原料样品的是否变质。
表4：
3.高温高湿条件实验
上述制备得到的秸秆原料，与洁净、封闭的仓库中存储，将仓库的温度设定为35±2℃，相对湿度70±5％的条件下放置30天，在试验期间分别于5、10、20、30天取样一次，，检测秸秆原料样品的是否变质。
表5：
Claims (20)
1.一种造纸用玉米秸秆原料，其特征在于，所述的玉米秸秆原料为在玉米秸秆全株的叶片变黄、秸秆的杆有70％～100％变黄时期的玉米秸秆进行制备而成，所述玉米秸秆原料的含水量为16～40％，其中主要成分占干重的质量百分比为：纤维素50～59％，半纤维素15～20％，木质素11～17.5％，水溶性糖1.5～17％；所述玉米秸秆原料为玉米秸秆皮、叶及瓤的混合物，所述瓤在玉米秸秆原料中的质量百分比为1～5.5％。
2.根据权利要求1所述的玉米秸秆原料，其特征在于，主要成分占干重的质量百分比为：纤维素51～58％，半纤维素16～19％，木质素12～18.5％，水溶性糖3～14％。
3.根据权利要求2所述的玉米秸秆原料，其特征在于，所述瓤在玉米秸秆原料中的质量百分比为1.2～3.0％。
4.根据权利要求1所述的玉米秸秆原料，其特征在于，所述的玉米秸秆原料至少为含有条状秸秆皮、玉米秸秆皮丝束纤维和玉米秸秆纤维的混合物，所述的条状秸秆皮为具有一定长度和宽度的玉米秸秆皮，所述玉米秸秆皮丝束纤维至少包括玉米秸秆结节部分、与结节部分复合的玉米秸秆纤维以及成束的纤维，所述的玉米秸秆纤维至少包括丝状的玉米秸秆纤维，所述瓤包括脱离于皮片的自由瓤和附着于皮片上的结合瓤。
5.根据权利要求1所述的玉米秸秆原料，其特征在于，所述的玉米秸秆原料的含水量为16～35％。
6.根据权利要求5所述的玉米秸秆原料，其特征在于，所述的玉米秸秆原料的含水量为17～23％。
7.根据权利要求1所述的玉米秸秆原料，其特征在于，所述玉米秸秆原料中纤维素占干重的质量百分比为51.5～57.5％。
8.根据权利要求7所述的玉米秸秆原料，其特征在于，所述玉米秸秆原料中纤维素占干重的质量百分比为52～57％。
9.根据权利要求1所述的玉米秸秆原料，其特征在于，所述玉米秸秆原料中半纤维素占干重的质量百分比为16.5～18％。
10.根据权利要求9所述的玉米秸秆原料，其特征在于，所述玉米秸秆原料中半纤维素占干重的质量百分比为17～18％。
11.根据权利要求1所述的玉米秸秆原料，其特征在于，所述玉米秸秆原料中木质素占干重的质量百分比为15～18％。
12.根据权利要求11所述的玉米秸秆原料，其特征在于，所述玉米秸秆原料中木质素占干重的质量百分比为16～18％。
13.根据权利要求1所述的玉米秸秆原料，其特征在于，所述玉米秸秆原料中水溶性糖占干重的质量百分比为1.6～12％。
14.根据权利要求13所述的玉米秸秆原料，其特征在于，所述玉米秸秆原料中水溶性糖占干重的质量百分比为1.8～10％。
15.根据权利要求13所述的玉米秸秆原料，其特征在于，所述玉米秸秆原料中水溶性糖占干重的质量百分比为2.2～6％。
16.根据权利要求1所述的玉米秸秆原料，其特征在于，所述的玉米秸秆原料中还含有苯醇抽出物和灰分，苯醇抽出物占干重的质量百分比为1.5～7％；灰分占干重的质量百分比为2～8％。
17.根据权利要求16所述的玉米秸秆原料，其特征在于，所述苯醇抽出物占干重的质量百分比为2.1～3.8％。
18.根据权利要求16所述的玉米秸秆原料，其特征在于，所述灰分占干重的质量百分比为2.5～5.5％。
19.根据权利要求1所述的玉米秸秆原料，其特征在于，所述玉米秸秆原料中纤维素的结晶度为45～50％。
20.根据权利要求19所述的玉米秸秆原料，其特征在于，所述玉米秸秆原料中纤维素的结晶度为48～50％。
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