CN106400566A - 利用植物秸秆制作原生态植物纤维模塑制品的工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用植物秸秆制作原生态植物纤维模塑制品的工艺，包括以下步骤：(1)向植物秸秆中喷洒生物酶制剂和软化药剂，搅拌均匀，自然堆放获得成熟浆，通过调整生物酶制剂和软化药剂的使用量，控制成熟浆的pH值为7±1，同时控制成熟浆仅脱掉5％木质素、保留95％木质素；(2)对成熟浆进行洗涤和筛选，然后打浆直接获得成品浆；(3)利用吸浆网模将成品浆成型，然后脱模、烘干，最后热定型、冲压切边、杀菌消毒。本发明的有益之处在于：该制作工艺不仅路线简洁，生产周期短，能耗小，成本低，对生产场地无要求，而且制作出来的植物纤维模塑制品韧性好，结实，不易破碎，并且植物秸秆形状清晰可见。

Description

利用植物秸秆制作原生态植物纤维模塑制品的工艺

技术领域

本发明涉及一种制作模塑制品的工艺，具体涉及一种利用植物秸秆制作原生态植物纤维模塑制品的工艺。

背景技术

随着工业的发展，大量含氟物质升入大气层，使人类赖以生存的臭氧层遭到大面积的破坏，在南极和北极已经形成了几千公里的臭氧层空洞，给地球的生态环境造成了极大的危害。为此，联合国环保署召开了世界性的环保会议，于1998年通过了保护臭氧层的“维也纳公约”和关于消耗臭氧层物质的“蒙特利尔议定书”，明确规定了世界各国要逐渐少用直至禁用破坏臭氧层的含氟物质。

近年来，三大包装材料之一的塑料制品(特别是发泡聚苯乙烯EPS)的诸多弊端日显严重，已经成为人皆恶之的“白色污染”。这些塑料制品的废弃物的处理给环境带来了严重的污染，例如：燃烧会破坏地球的大气臭氧层；堆埋因不能降解会破坏地质结构。

改用可降解的环保包装材料，消除“白色污染”，改善人类的生活环境，已成为国际及国内明文规定的要求。

现有的可降解的环保包装材料大致有以下四类：

一、纸浆模塑：用纸浆经模塑而成，需先生产纸浆，生产过程不仅会排放废液，带来黑色污染，而且生产成本较高，缺乏市场竞争能力。

二、采用全淀粉作为原料的材料：生产过程无污染，产品美观、卫生，是理想的环保餐饮用具，但是原料价格高，设备投资大，难有市场前景。

三、可分解塑料制品：废弃后，可分解成碎片，但不能继续降解为无害物质，碎片在土壤中积累，仍可导致土地板结，影响作物生长。

四、植物纤维制品：植物纤维无毒，废弃物燃烧不产生有毒有害气体，灰烬进入土壤还可作肥料，直接埋入地下可受微生物降解成无害物质，并且原料来源丰富且廉价，是极有前途的制品。

现有的植物纤维制品，一般均由植物纤维、胶黏剂、防水剂在高温下经压制而成，大致有以下三种：

一、原始配方中不含防水胶，用湿法生产毛坯，植物纤维与胶黏剂混合后压制成型，再涂上防水层，最后烘干成为最终产品。不足之处：涂层和烘干设备资金投入大，成本高，工艺复杂，生产周期长，能耗高，需要大的生产场地。

二、原料选用价格较高的进口树脂做黏合剂，用量占原料总重30％以上，不加防水胶，在160℃高温、100吨压力下干压成型，老化时间40秒以上，每次只能压制60克的快餐面盒1只，所得产品脆、硬，极易破碎。

三、在原料中加入大量(占总重25％)价格较高的防水胶，用湿法高温中压工艺成型，一次可生产60克的快餐盒4只，但在压制过程中，因原料水分多，需多次放气，老化时间每次超过1分钟，成型后需要烘干，能耗大，且防水性差。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种利用植物秸秆制作原生态植物纤维模塑制品的工艺，该制作工艺不仅路线简洁，生产周期短，能耗小，成本低，对生产场地无要求，而且制作出来的植物纤维模塑制品韧性好，结实，不易破碎，并且植物秸秆形状清晰可见。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种利用植物秸秆制作原生态植物纤维模塑制品的工艺，包括以下步骤：

Step1：向植物秸秆中喷洒生物酶制剂和软化药剂，搅拌均匀，然后自然堆放获得成熟浆；

Step2：将成熟浆制成成品浆；

Step3：利用吸浆网模将成品浆成型，然后脱模、烘干，最后热定型、冲压切边、杀菌消毒；

其特征在于，

在Step1中，通过调整生物酶制剂和软化药剂的使用量，控制成熟浆的pH值为7±1，同时控制成熟浆仅脱掉5％木质素、保留95％木质素；

在Step2中，先对成熟浆进行洗涤和筛选，然后打成粗浆，直接获得成品浆，无需添加胶黏剂。

前述的工艺，其特征在于，在Step1中，前述植物秸秆选自小麦秸秆、大麦秸秆、燕麦秸秆、水稻秸秆、玉米秸秆、高粱秸秆和棉花秸秆中的任意一种。

前述的工艺，其特征在于，在Step1中，前述生物酶制剂为木质素酶、漆酶和木聚糖酶AU-PE89复合生物酶。

前述的工艺，其特征在于，前述软化药剂为NaOH和浸透剂的组合物，前述浸透剂为异辛醇聚氧乙烯醚或乙醇。

本发明的有益之处在于：

(一)制作工艺

1、工艺路线短，工艺简洁，生产周期短，成本低

本发明的工艺因只需脱掉5％木质素，生物酶制剂和NaOH的用量大幅减少，成熟浆的pH值降低在7左右，所以成熟浆经洗涤、筛选、打浆三步后直接成为成品浆；以往的工艺因需要100％脱木质素，生物酶制剂和NaOH的用量大，所以获得的成熟浆的pH值在14以上，在获得成品浆的过程中需要做碱回收处理。故与以往的工艺相比，本发明的工艺路线更短，操作更简洁，生产周期也更短，成本也更低。

通过同时使用生物酶制剂、NaOH和浸透剂，获得了成熟浆，再对成熟浆进行打浆，以半生物、半化学、半机械的方式实现了在常温常压下将纤维素与木质素分离，并且保留了纤维素的完整性，浸透剂能够促进NaOH和生物酶制剂快速、充分渗透到秸秆内部，加快了木质素和纤维素之间的分解分离，缩短了生产周期。

2、无污染

由于本发明的工艺只脱掉了5％木质素，所以成品浆的洗涤水含有少量的木质素，洗涤水呈黄色，不再是“黑液”，这些黄色的洗涤水经过絮凝、吸附、过滤、澄清等处理后，获得固体物——木质素，这些木质素可循环使用，用来做木质素生物肥、木质素磺酸钠等，杜绝了对环境的污染，是一个清洁生产项目。

3、能耗低

制浆工艺路线短，只有喷药和打浆用电，资金投入降低，能耗减少，而且也不需要大的生产场地。

4、用水量不大

由于生产线用水是封闭循环使用的，只是在产品烘干时产生水蒸汽挥发至空间，生产过程中不需补充用水，因此用水量不大。

(二)制作得到的模塑制品

1、韧性好，结实，不易破碎；

2、废弃后可降解；

3、植物秸秆形状清晰可见。

附图说明

图1是采用本发明的工艺制作得到的原生态植物纤维模塑制品-成品盘。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作具体的介绍。

一、准备原料

小麦秸秆、NaOH、生物酶制剂、浸透剂。

二、制作过程

1、软化获得成熟浆

向小麦秸秆中喷洒少量生物酶制剂和软化药剂，搅拌均匀，然后自然堆放，获得成熟浆(仍是一根根较长的小麦秸秆)。在此过程中，我们需要通过调整生物酶制剂和软化药剂的使用量(减少使用量)，来控制成熟浆的pH值为7±1，同时控制成熟浆仅脱掉5％木质素、保留95％木质素。

在本实施例中，生物酶制剂选用的是木质素酶、漆酶和木聚糖酶AU-PE89复合生物酶，软化药剂选用的是NaOH和浸透剂的组合物，其中，浸透剂选用的是异辛醇聚氧乙烯醚(也可以选用乙醇)。

植物的成分有木质素，木质素主要位于纤维素与纤维之间，是一种广泛存在于植物体中的无定形的、分子结构中含有氧代苯丙醇或其衍生物结构单元的芳香性高聚物。

在自然界中，木质素的储量仅次于纤维素，而且每年都以500亿吨的速度再生。制浆造纸工业每年要从植物中分离出大约1.4亿吨纤维素，同时得到5000万吨左右的木质素副产品，但迄今为止，超过95％的木质素仍以“黑液”直接排入江河或浓缩后烧掉，很少得到有效利用。

本发明的制作工艺，设计了“微脱木质素”方案，我们仍选用NaOH来脱木质素，但是与现有工艺100％脱木质素相比，我们仅脱掉植物5％的木质素，剩余的95％的木质素均被保留下来，木质素及其衍生物具有多种功能，其中的一个功能就是可作为“植物胶”使用，本发明的制作工艺恰到好处的运用了这一功能，故整个制作过程中无需再添加胶黏剂，既减少了原料投入，又缩短了工艺路线和生产周期，有效降低了成本。

秸秆表面存在着角质蜡状膜(蜡层)，这种蜡层一般由脂溶性的脂肪酸、烷烃、脂肪醇、醛类、酮类和酯类组成，其存在阻碍了微生物、化学药剂等进入秸秆内部。所以在对秸秆进行软化处理时，我们添加了一定量的渗透剂——异辛醇聚氧乙烯醚。

异辛醇聚氧乙烯醚：脂肪醇与环氧乙烷的缩合物，属于非离子型表面活性剂，微黄色至无色液体，pH值5.0-7.0(1％水溶液)，渗透力≤5秒(4g/L)，溶于水，耐强酸、强碱、次氯酸盐等，具有良好的渗透性能，对各种纤维无亲和力，可促进NaOH和生物酶制剂快速、充分渗透到秸秆的内部。

通过试验我们发现：选用乙醇作为渗透剂也是可以获得较好的促进渗透的效果的。

乙醇：有机溶剂，无毒，可以溶解秸秆中的脂肪酸、烷烃、脂肪醇、醛类、酮类和酯类等有机可溶物，这些有机可溶物是蜡层的主要成分，蜡层被溶解后，NaOH和生物酶制剂可快速、充分渗透到秸秆的内部。

2、制成成品浆

对成熟浆进行洗涤和筛选，然后利用打浆机把成熟浆打成粗浆，打粗浆的时间不宜过长(例如控制在1min以内)，能够将一根根较长的小麦秸秆打成大部分的长度为5cm-6cm的短秸秆即可，如此直接获得成品浆，无需再添加胶黏剂。

木质素及其衍生物具有多种功能，其中的一个功能就是可作为“植物胶”使用，因为本发明的工艺只脱去了5％木质素，保留了95％木质素，所以整个制作过程无需再添加胶黏剂。

3、成型

利用吸浆网模将成品浆成型，然后脱模、烘干，最后热定型、冲压切边、杀菌消毒。

最终制作得到的成品盘的外观如图1所示。纵观整个成品盘，制作原料-小麦秸秆(长度较短)清洗可见。

在整个制作过程中，只使用了少量的软化药剂(主要成分为NaOH+异辛醇聚氧乙烯醚/乙醇，其中的NaOH会与秸秆木质素发生化学反应-酸碱中和反应，异辛醇聚氧乙烯醚/乙醇会逐渐挥发)和少量的生物酶制剂(与秸秆木质素发生生物反应)，对原材料-小麦秸秆的处理主要是物理处理(洗涤)，因秸秆属酸性物质，反应结束后，软化药剂中的NaOH基本完全反应掉了，异辛醇聚氧乙烯醚/乙醇基本挥发掉了，生物酶制剂基本上也不存在了，所以整个制作过程不会对环境造成污染。

可见，从使用的原材料开始，到整个制作过程结束，本发明的制作工艺环保意识十分强。

三、关于原材料以及生物酶制剂和软化药剂的使用量的说明

1、关于原材料

植物秸秆除了选用小麦秸秆以外，还可以选用大麦秸秆、燕麦秸秆、水稻秸秆、玉米秸秆、高粱秸秆和棉花秸秆等富含纤维的秸秆。

2、关于生物酶制剂和软化药剂的使用量

不同作物秸秆的主要化学成分不尽相同，例如：

针对不同的作物秸秆，生物酶制剂和软化药剂的使用量需要做适当调整，无论是何种作物秸秆，调整所遵循的原则都是一致的，即：生物酶制剂和软化药剂的使用量仅能够脱掉5％木质素，保留95％木质素，并将成熟浆的pH值控制在7±1。

依据这一原则，本领域技术人员通过常规的实验手段即可获得生物酶制剂和软化药剂的具体的使用量。

因此，在本发明的技术方案中，生物酶制剂和软化药剂的具体的使用量未给出，但是本领域技术人员依据我们给出的原则是可以毫无疑义的获得生物酶制剂和软化药剂的具体的使用量的。

四、产品特点

本发明中的秸秆原生态植物纤维模塑制品，是以可再生、可回收、可降解的植物秸秆作基础材料，采用半生物、半化学、半机械的独特工艺，在常温、常压自然环境中，利用秸秆所含纤维素遇水自热反应原理，制成的一种无污染科技型绿色产品，其生产过程和使用过程均无任何污染，可广泛用于食(药)品盛放、电器包装、种植育苗、医用器皿、工艺品底坯和易碎品衬垫包装等领域。

采用本发明的工艺制作而成的秸秆原生态植物纤维模塑制品具有如下一些独特的特点：

1、产品强度大，可塑性和缓冲性能好，质量轻，回收费用低，可反复使用，保护性、互换性和装潢性能好，透气性好，对生鲜产品的包装有独到的好处。

2、完全可替代发泡塑料制品，可有效消除“白色污染”。

3、废弃后可降解，降解时间仅需100天，制品环保性好。

4、植物秸秆形状清晰可见。

五、市场前景分析

1、环保性

本发明的秸秆原生态植物纤维模塑制品，以植物秸秆为原料，经过现代工艺进行制浆，通过特制的模具进行脱水成型，经烘干、热处理、整形等系列工艺程序制成。纤维模塑制品100天可降解，完全可替代发泡塑料制品，可有效消除“白色污染”，制品环保性好。

纤维模塑制品是世界环保部门推荐的环保产品，在其生产过程中对环保工作十分重视，就其三废问题对环保的影响，在整个生产过程中，从使用的原材料开始，到整个生产过程终结为止，其环保意识十分强。

原料为植物秸秆，而在生产加工过程中主要是物理处理(洗涤)，只使用少量的软化药剂和生物酶，软化药剂和生物酶会与木质素发生反应，反应结束后，软化药剂和生物酶基本被消耗掉了，所以整个生产加工过程不会造成环境的污染。

生产线用水是封闭循环使用的，只是在产品烘干时产生水蒸汽挥发至空间，生产过程中不需补充用水，因此用水量不大。

2、成本经济

纤维模塑技术经过数年的发展创新，设备性能不断改进，生产工艺逐步成熟，产品生产成本驱于稳定。目前国内纸托制品的生产成本已基本与泡沫塑料制品持平，有些纸托制品成本已明显低于泡沫塑料制品。纸托制品替代泡沫塑料防震制品，在使用性能、生产成本上均具备了可行性，加上其环保方面的优势，纸浆模塑制品替代泡沫塑料制品已成为必然的趋势。

六、小结

由此可见，本发明的制作工艺具有如下一些独特的优点：

1、工艺技术简单实用，生产过程中无污染，符合清洁生产的要求。另外，生产线各工序中除自控系统管理对人员素质要求较高外，其余均为熟练技术，经过短期培训便能掌握运用，再加上其设备的国产化程度很高，十分利于该项目的普及推广，这对于迅速发挥秸秆纤维模塑制品的环保优势来说也是一个便捷条件。

2、原料来源广，造价低。它主要是用一年生草本植物纤维，原材料可以因地制宜，就地取材，取之不尽，用之不竭。

3、产品强度大，可塑性和缓冲性能好，质量轻，回收费用低，可反复使用，保护性、互换性和装簧性能好，透气性好，对生鲜产品的包装有独到的好处。

4、从生产到使用再到废弃物处理，对环境无污染，生产过程中水消耗量少，无废水排放，减少环境污染。

5、产品具有良好的吸水性、疏水性和隔热性，完全可替代发泡塑料制品，有效消除“白色污染”。

6、可实现高速、自动化大批量生产。

综上所述，由于秸秆原生态植物纤维模塑制品具有原料来源充足，生产使用过程无公害，适用范围广，造价低，重量轻，强度大，可塑性、缓冲性、互换性、装潢性能较好，并可反复使用和回收再生产等特点，因而具有强大的生命力和广阔的应用前景，秸秆原生态植物纤维模塑制品替代泡沫塑料制品势必成为必然的趋势，本发明的制备工艺符合我国市场发展趋势，具有广阔的市场前景。

需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种利用植物秸秆制作原生态植物纤维模塑制品的工艺，包括以下步骤：

Step1：向植物秸秆中喷洒生物酶制剂和软化药剂，搅拌均匀，然后自然堆放获得成熟浆；

Step2：将成熟浆制成成品浆；

Step3：利用吸浆网模将成品浆成型，然后脱模、烘干，最后热定型、冲压切边、杀菌消毒；

其特征在于，

在Step1中，通过调整生物酶制剂和软化药剂的使用量，控制成熟浆的pH值为7±1，同时控制成熟浆仅脱掉5％木质素、保留95％木质素；

在Step2中，先对成熟浆进行洗涤和筛选，然后打成粗浆，直接获得成品浆，无需添加胶黏剂。

2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，在Step1中，所述植物秸秆选自小麦秸秆、大麦秸秆、燕麦秸秆、水稻秸秆、玉米秸秆、高粱秸秆和棉花秸秆中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，在Step1中，所述生物酶制剂为木质素酶、漆酶和木聚糖酶AU-PE89复合生物酶。

4.根据权利要求3所述的工艺，其特征在于，在Step1中，所述软化药剂为NaOH和浸透剂的组合物。

5.根据权利要求4所述的工艺，其特征在于，所述浸透剂为异辛醇聚氧乙烯醚或乙醇。