CN106638086A - 一种烟秆纤维及利用烟秆纤维制备的物流包装板材 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种烟秆纤维及利用烟秆纤维制备的物流包装板材，其中烟秆纤维由以下步骤制备：（1）将烟秆切成3‑5cm长的小段；（2）切段后的烟秆在蒸汽压力为1.5‑3.5Mpa的条件下维持60‑120s，然后瞬间弹射蒸汽爆破，得到烟秆纤维。该烟秆纤维是采用瞬间弹射蒸汽爆破技术处理烟秆，制备的烟秆纤维形态均匀，采用该烟秆纤维制备的物流包装板材的各项机械性能优异，且防水效果好，可以作为物流运输包装材料。

Description

一种烟秆纤维及利用烟秆纤维制备的物流包装板材
技术领域
本发明涉及木质复合材料制备领域，尤其是涉及一种烟秆纤维及利用烟秆纤维制备的物流包装板材。
背景技术
我国是烟草生产大国，烟秆是烟草生产中最大的副产品，年产量约为450万吨，烟秆中含有大量的木质素和纤维素，在以往的处理方法中大部分采取丢弃和直接燃烧，既不经济也造成了不同程度的环境污染。为了增强烟草秸秆利用率，现有技术中对烟秆深加工做了一系列的研究，比如将烟秆经过发酵制备有机肥；采用加热和微波工艺制备活性炭；压制成纤维板等。而烟秆纤维压制成板材可以作为物流包装板材使用，而物流包装板材需要搬运和运输，对机械强度和防水性能均具有很高的要求。
李晓薇等在《农牧产品开发》上发表了烟杆工业利用新途径，采用湿法和半干法将烟杆制备成纤维板，湿法是是将原料分解成纤维，加入大量水稀释成浆料，然后施加保证产品性能的化学添加剂（胶粘剂除外），再脱水形成湿板坯，经热压后制成纤维板的方法。半干法是将原料分解成纤维，进行机械挤干后，铺成半干状板坯，经热压后制成纤维板，制备成纤维板。但是该方法制备的纤维板的吸水后度膨胀率比较高，用于物流包装材料时不防水，而且机械性能比较差。
中国专利申请号201110201014.6公开了一种无醛植物纤维包装材料的制造方法，属于木质复合材料制造技术领域，其工艺是先将植物纤维原料加工成一定尺寸的单元，将之与绝干重量占绝干植物纤维单元重量 30-50％的酶解木素均匀混合，再将混合料放入蒸汽爆破处理器中，在蒸汽压力为0.8-1.3MPa， 处理时间为3-10min的条件下爆破解离成纤维束，再经常温磨机精磨处理 1-3min后分离成纤维，干燥至含水率10-20％，然后铺装成型。在温度为190-210℃，压力为4.0-5.0MPa，时间为30-50s/mm的条件下，热压制成密度为0.9-1.2g/cm3，厚度为 2-4mm的板材，该方法制备的包装材料的吸水膨胀率比较高，制备的包装材料不防水，在运输过程中容易对包装的物品造成损坏。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种烟秆纤维，该烟秆纤维是采用瞬间弹射蒸汽爆破技术处理烟秆，制备的烟秆纤维形态均匀，采用该烟秆纤维制备的物流包装板材的各项机械性能优异，且防水效果好，可以作为物流运输包装材料。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种烟秆纤维，由以下步骤制备：
（1）将烟秆切成3-5cm长的小段；
（2）切段后的烟秆在蒸汽压力为1.5-3.5Mpa的条件下维持60-120s，然后瞬间弹射蒸汽爆破，得到烟秆纤维。
进一步的，所述步骤（1）中烟秆的水分含量为15-25%。
进一步的，所述步骤（2）中瞬间弹射蒸汽爆破时间为0.08-0.09s。
一种利用烟秆纤维制备的物流包装板材，由以下步骤制备：
（1）将烟秆纤维与5-10%重量的黏合剂混合后，铺装成型，经过预压形成板坯，所述预压压力为0.2-0.6Mpa；
（2）在热压温度为140-160℃，热压压力为12-18Mpa，热压时间为2-3min的条件下，将板坯压制成厚度为1.0-1.5cm的板材。
进一步的，所述步骤（1）中的黏合剂为脲醛树脂胶粘剂、羧甲基淀粉或碱木素。
本发明的有益效果是：
1、本发明采用瞬间弹射蒸汽爆破技术处理烟秆，在处理腔中，高压蒸汽通过扩散作用，渗透进入烟秆木质纤维细胞壁内，冷凝成液态水，使细胞壁受到润湿，纤维素结晶度提高，聚合度减小，木质素软化，烟秆内部横向联结强度下降,然后瞬间泄压，蒸汽瞬间汽化，并产生二次蒸汽，体积猛增，蒸汽的膨胀对周围细胞的细胞壁结构施加了一个剪切力，使湿润的烟秆木质纤维发生爆破，纤维细胞壁破裂，从而使烟秆纤维分散开。
本发明对蒸汽爆破的压力和保压时间进行考察，当蒸汽压力过小时，烟秆纤维分离不彻底，压力过大，保压时间过长时，蒸汽温度比较高，会导致纤维素发生溶出和降解，纤维含量降低，另外压力大保压时间长的话，纤维受损会增加，细小纤维的含量会增大，且设备的能耗也会大大增加；而瞬间弹射蒸汽爆破时间直接影响爆破的效果，合理的瞬间弹射蒸汽爆破时间可以使烟秆纤维得到最大的分散，而且形态均匀。经验证当在蒸汽压力为1.5-3.5Mpa的条件下维持60-120s，然后在0.08-0.09s瞬间弹射蒸汽爆破，得到的烟秆纤维，形态比较均匀，纤维分布适用于制备优质的板材。
2、烟秆中需要保持一定的水分含量，有利于加大水蒸气的深入强度，提高处理效果；但是水分含量过低时，蒸汽爆破过程中细胞内水分过少会降低液态水汽化时的剪切力，使得爆破效果变差，同时水分含量低也会导致烟秆发生碳化；而水分含量过高纤维容易降解，因此本发明将烟秆中含水量控制在15-25%。
3、本发明制备的烟秆纤维形态均匀，不需要经过精磨，即可直接压板，成本低。
4、采用本发明烟秆纤维制备的物流包装板材密度为1.15-1.45g/cm3，内结合强度≥1.2MPa，静曲强度≥30.2MPa，弹性模量≥4137.16MPa，各项性能优异，可以达到复合木地板的性能，另外本发明制备的板材吸水厚度膨胀率≤3.54%，防水性能优异。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
一种烟秆纤维，由以下步骤制备：
（1）将烟秆切成3-5cm长的小段，其中烟秆的水分含量为15%；
（2）采用QBS-80B型汽爆工艺试验台，切段后的烟秆置于处理腔中，在蒸汽压力为1.5Mpa的条件下维持120s，然后瞬间弹射蒸汽爆破，其中瞬间弹射蒸汽爆破时间为0.0875s，得到烟秆纤维。
一种利用烟秆纤维制备的物流包装板材，由以下步骤制备：
（1）将烟秆纤维与5%重量的黏合剂混合后，铺装成型，经过预压形成板坯，其中预压压力为0.2Mpa；
（2）在热压温度为140℃，热压压力为18Mpa，热压时间为2min的条件下，将板坯压制成厚度为1.0cm的板材，即制备得到产品。
其中黏合剂为脲醛树脂胶粘剂。
实施例2
一种烟秆纤维，由以下步骤制备：
（1）将烟秆切成3-5cm长的小段，其中烟秆的水分含量为18%；
（2）采用QBS-80B型汽爆工艺试验台，切段后的烟秆置于处理腔中，在蒸汽压力为1.8Mpa的条件下维持100s，然后瞬间弹射蒸汽爆破，其中瞬间弹射蒸汽爆破时间为0.0875s，得到烟秆纤维。
一种利用烟秆纤维制备的物流包装板材，由以下步骤制备：
（1）将烟秆纤维与6%重量的黏合剂混合后，铺装成型，经过预压形成板坯，其中预压压力为0.3Mpa；
（2）在热压温度为145℃，热压压力为17Mpa，热压时间为2.5min的条件下，将板坯压制成厚度为1.2cm的板材，即制备得到产品。
其中黏合剂为羧甲基淀粉。
实施例3
一种烟秆纤维，由以下步骤制备：
（1）将烟秆切成3-5cm长的小段，其中烟秆的水分含量为20%；
（2）采用QBS-80B型汽爆工艺试验台，切段后的烟秆置于处理腔中，在蒸汽压力为2.0Mpa的条件下维持90s，然后瞬间弹射蒸汽爆破，其中瞬间弹射蒸汽爆破时间为0.0875s，得到烟秆纤维。
一种利用烟秆纤维制备的物流包装板材，由以下步骤制备：
（1）将烟秆纤维与7%重量的黏合剂混合后，铺装成型，经过预压形成板坯，其中预压压力为0.4Mpa；
（2）在热压温度为150℃，热压压力为16Mpa，热压时间为3min的条件下，将板坯压制成厚度为1.5cm的板材，即制备得到产品。
其中黏合剂为碱木素。
实施例4
一种烟秆纤维，由以下步骤制备：
（1）将烟秆切成3-5cm长的小段，其中烟秆的水分含量为22%；
（2）采用QBS-80B型汽爆工艺试验台，切段后的烟秆置于处理腔中，在蒸汽压力为2.5Mpa的条件下维持80s，然后瞬间弹射蒸汽爆破，其中瞬间弹射蒸汽爆破时间为0.0875s，得到烟秆纤维。
一种利用烟秆纤维制备的物流包装板材，由以下步骤制备：
（1）将烟秆纤维与8%重量的黏合剂混合后，铺装成型，经过预压形成板坯，其中预压压力为0.5Mpa；
（2）在热压温度为150℃，热压压力为15Mpa，热压时间为3min的条件下，将板坯压制成厚度为1.0cm的板材，即制备得到产品。
其中黏合剂为脲醛树脂胶粘剂。
实施例5
一种烟秆纤维，由以下步骤制备：
（1）将烟秆切成3-5cm长的小段，其中烟秆的水分含量为25%；
（2）采用QBS-80B型汽爆工艺试验台，切段后的烟秆置于处理腔中，在蒸汽压力为3.0Mpa的条件下维持70s，然后瞬间弹射蒸汽爆破，其中瞬间弹射蒸汽爆破时间为0.0875s，得到烟秆纤维。
一种利用烟秆纤维制备的物流包装板材，由以下步骤制备：
（1）将烟秆纤维与9%重量的黏合剂混合后，铺装成型，经过预压形成板坯，其中预压压力为0.6Mpa；
（2）在热压温度为155℃，热压压力为13Mpa，热压时间为2.5min的条件下，将板坯压制成厚度为1.2cm的板材，即制备得到产品。
其中黏合剂为羧甲基淀粉。
实施例6
一种烟秆纤维，由以下步骤制备：
（1）将烟秆切成3-5cm长的小段，其中烟秆的水分含量为25%；
（2）采用QBS-80B型汽爆工艺试验台，切段后的烟秆置于处理腔中，在蒸汽压力为3.5Mpa的条件下维持60s，然后瞬间弹射蒸汽爆破，其中瞬间弹射蒸汽爆破时间为0.0875s，得到烟秆纤维。
一种利用烟秆纤维制备的物流包装板材，由以下步骤制备：
（1）将烟秆纤维与10%重量的黏合剂混合后，铺装成型，经过预压形成板坯，其中预压压力为0.4Mpa；
（2）在热压温度为160℃，热压压力为12Mpa，热压时间为2min的条件下，将板坯压制成厚度为1.5cm的板材，即制备得到产品。
其中黏合剂为碱木素。
对比例1
对比例1与实施例4基本相同，不同之处在于：蒸汽爆破设备采用武汉格润环保设备有限公司研制的蒸汽爆破器，具体步骤为：
一种烟秆纤维，由以下步骤制备：
（1）将烟秆切成3-5cm长的小段，其中烟秆的水分含量为22%；
（2）采用蒸汽爆破器，切段后的烟秆置于处理腔中，在蒸汽压力为2.5Mpa的条件下维持80s，然后瞬间蒸汽爆破，得到烟秆纤维。
一种利用烟秆纤维制备的物流包装板材，由以下步骤制备：
（1）将烟秆纤维与8%重量的黏合剂混合后，铺装成型，经过预压形成板坯，其中预压压力为0.5Mpa；
（2）在热压温度为150℃，热压压力为15Mpa，热压时间为3min的条件下，将板坯压制成厚度为1.0cm的板材，即制备得到产品。
其中黏合剂为脲醛树脂胶粘剂。
对比例2-5
对比例2-5与实施例4基本相同，不同之处在于调整蒸汽压力分别为0.8Mpa、1.0Mpa、3.8Mpa、4.0Mpa，其余工艺方法与实施例4相同。
对比例6-9
对比例6-9与实施例4基本相同，不同之处在于调整保压时间，即在在蒸汽压力为2.5Mpa的条件下分别维持40s、50s、130s、140s，其余工艺方法与实施例4相同。
性能测试试验
采用纤维筛分仪，分别检测实施例1-6以及对比例1-9中的烟秆纤维中粗纤维（＜14目）、中长纤维（28-100目）以及细小纤维（＞200目）的含量，另外根据国标GB/T 17657-2013《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》测试实施例1-6以及对比例1-9制备的板材的含水率、密度、内结合强度、静曲强度、弹性模量和吸水厚度膨胀率，具体测试结果见表1，经检测本发明实施例1-6以及对比例1-9制备的板材的含水率为6-8%。
表1 板材性能测试
由表1可以看出，本发明实施例1-6制备的烟秆纤维中粗纤维的含量为10-20%，中长纤维含量为65-73%，细小纤维的含量为15-25%，纤维中的中长纤维的含量多，可以制备性能优良的板材，而实施例4中的中长纤维含量最多，说明实施例中工艺参数最优选。制备的板材的密度为1.15-1.45g/cm3， 内结合强度≥1.2MPa，静曲强度≥30.2MPa，弹性模量≥4137.16MPa，各项性能优异，可以达到复合木地板的性能，另外本发明制备的板材吸水厚度膨胀率≤3.54%，其中实施例4制备的板材的吸水厚度膨胀率为2.86%，防水效果优异，与本发明采用的蒸爆工艺有关，采用本发明的蒸爆工艺制备的烟秆纤维中半纤维素大幅降解，半纤维降解后板材的吸水性降低，防水性能比较好，且细小纤维含量适中，在热压过程中可以填补纤维之间的空隙，增加结合强度，从而增加防水性能；另外烟秆纤维中长纤维的含量高，纤维细胞受损小，制备的板材强度比较高，机械性能优异。
而对比例1与实施例4工艺基本形同，不同之处在于采用普通的蒸汽爆破机对烟秆纤维进行蒸汽爆破，制备的烟秆纤维中粗纤维的含量和细小纤维的含量高，中长纤维的含量很低，主要是由于爆破时间对烟秆纤维的形态影响比较大，因此制备的板材的机械性能和防水效果均比实施例4差。
对比例2-5是在实施例4的基础上调整蒸汽压力，由表1可以看出，当蒸汽压力为0.8Mpa和1.0Mpa时，烟秆纤维中粗纤维的含量比较高，而达到3.8Mpa和4.0Mpa时，粗纤维的含量大幅度降低，但是细小纤维的含量也大大增加，得到的烟秆纤维形态不均匀，制备的板材的机械性能和防水性均比实施例4低，说明合适的蒸汽压力对烟秆纤维形态很很大影响。
对比例6-9是在实施例4的基础上调整保压时间，由表1可以看出，当保压时间分别为40s和50s，烟秆纤维中粗纤维的含量比较高，而且保压时间越长，粗纤维含量会降低，而当保压时间分别为130s和140s时，粗纤维的含量大幅度降低，但是细小纤维的含量也大大增加，且保压时间越长，细小纤维的含量越大，实施例6-9制备的板材的机械性能和防水性均比实施例4低，说明合适的保压时间对烟秆纤维形态以及制备的板材的机械性能均有很大影响。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种烟秆纤维，其特征在于：由以下步骤制备：
（1）将烟秆切成3-5cm长的小段；
（2）切段后的烟秆在蒸汽压力为1.5-3.5Mpa的条件下维持60-120s，然后瞬间弹射蒸汽爆破，得到烟秆纤维。
2.根据权利要求1所述的一种烟秆纤维，其特征在于：所述步骤（1）中烟秆的水分含量为15-25%。
3.根据权利要求1所述的一种烟秆纤维，其特征在于：所述步骤（2）中瞬间弹射蒸汽爆破时间为0.08-0.09s。
4.一种利用权利要求1的烟秆纤维制备的物流包装板材，其特征在于：由以下步骤制备：
（1）将烟秆纤维与5-10%重量的黏合剂混合后，铺装成型，经过预压形成板坯，所述预压压力为0.2-0.6Mpa；
（2）在热压温度为140-160℃，热压压力为12-18Mpa，热压时间为2-3min的条件下，将板坯压制成厚度为1.0-1.5cm的板材。
5.根据权利要求4所述的烟秆纤维制备的物流包装板材，其特征在于：所述步骤（1）中的黏合剂为脲醛树脂胶粘剂、羧甲基淀粉或碱木素。
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