CN107353425A - 一种全秸秆发泡材料的制作方法 - Google Patents

一种全秸秆发泡材料的制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种全秸秆发泡材料的制作方法，该制作方法包括以下步骤：（1）制浆；（2）制糖；（3）调料：按调和料配方，将调和料的各组分混合，搅拌，得调和料；其中，调和料配方中各成分及其含量为：中和料88‑92%、VAE共聚乳液4.5‑8%、聚乙烯醇0.4‑0.7%、聚乙烯蜡0.8‑1.2%、硬脂酸0.6‑1%、4A沸石分子筛0.7‑1.2%；（4）成型。得到发泡材料。本发明采用农业秸秆为主要原料，资源丰富，价格低廉；生产、使用全过程均无污染，产品可自然降解，以水蒸汽为发泡剂，避免了使用化学发泡剂；与植物纤维发泡缓冲材料相比，取消了淀粉的使用，既节约了粮食，又降低了生产成本。

Description

一种全秸秆发泡材料的制作方法
技术领域
本发明涉及一种全秸秆发泡材料的制作方法，属于造纸制浆和泡沫塑料领域。
背景技术
泡沫塑料应用范围广，产量逐年增加。2014年，我国泡沫塑料产量为202.2万吨，比2013年增加9.85％。2015年为245万吨，同比呈上升趋势。
泡沫塑料存在的问题：
其一，泡沫塑料以石油为原料，资源日益枯竭，价格高。目前市场价为850元/立方米。
其二，泡沫塑料用化学发泡剂，破坏臭氧层。其成品不能自然降解，造成第二次污染，即人们常说的“白色污染”。
当今全世界的科学家都在寻求一种能够替代泡沫塑料的方法。目前主要是在探索以植物纤维发泡制作缓冲包装材料。但至少存在如下两个方面的问题：
第一方面，利用植物纤维发泡需要约50％的淀粉，消耗了大量粮食。因此，生产成本很高。
第二方面，植物纤维利用率很低，一般为20％左右。且采用化学发泡剂，造成生产过程的污染。
由上述可见，目前市场上普遍使用的泡沫塑料和准备取而代之的植物纤维发泡缓冲包装材料，都存在问题。因此亟待寻找一种新的原料和新的方法加以解决。
发明内容
本发明解决的技术问题是，目前利用植物纤维制备发泡包装材料需要添加较多的淀粉，并且使用化学发泡剂，导致生产成本很高、生产过程污染较大。
本发明的技术方案是，提供一种全秸秆发泡材料的制作方法，包括以下步骤：
(1)制浆：将秸秆破碎，除尘，得到干净料；将干净料与水混合，再加入螯合剂，搅拌4-10分钟；再加入复合碱，搅拌10-30分钟；最后加入渗透剂，混匀，浸泡3-6小时，得软化料；将软化料进行磨浆，得本色浆；将本色浆进行挤浆，得到挤出浆I和挤出余液I；
其中，螯合剂的用量为绝干干净料重量的2.5-4％，螯合剂中各成分及其重量百分含量为：柠檬酸63-67％、4A沸石分子筛4-6％、十二烷基苯磺酸钠28-32％；
复合碱的用量为绝干干净料重量的12-15％，复合碱中各成分及其重量百分含量为：氢氧化钠94-96％、碳酸镁4-6％；
渗透剂的用量为绝干干净料重量的2.5-4％，渗透剂中各成分及其重量百分含量为：KT-08：23-27％、氯化钠66-72％、乙醇4-6％；
绝干干净料的重量是干净料扣除其含水率之后的重量，比如100kg的含水率的为20％的干净料，其绝干干净料的重量为80kg。
(2)制糖：在挤出浆I中加入丙酮，混匀后加入Px，水解20-50分钟，水解后得水解料；将水解料进行挤浆，得到挤压料和挤出余液II；在挤压料中加入中和剂，调节挤压料的酸碱度为中性，得中和料；
其中，丙酮的用量为挤出浆I重量的1.2-1.5％；
Px的用量为挤出浆I重量的8.5-8.8％，Px中各成分及其重量百分含量为浓硫酸70-75％、过氧化氢溶液24-29％、硅藻土0.15-0.30％；其中浓硫酸为质量分数96-98％的硫酸；过氧化氢溶液为质量分数27.5-50％的过氧化氢水溶液；
(3)调料：按调和料配方，将调和料的各组分混合，搅拌，得调和料；其中，调和料配方中各成分及其含量为：中和料88-92％、VAE共聚乳液4.5-8％、聚乙烯醇0.4-0.7％、聚乙烯蜡0.8-1.2％、硬脂酸0.6-1％、4A沸石分子筛0.7-1.2％；
(4)成型：将调和料装入成型模中后，加热至105-110℃使调和料发泡，得到发泡材料。
进一步地，挤出余液I回收，用于代替部分螯合剂、渗透剂和复合碱。
进一步地，挤出余液II回收，用于代替部分丙酮和Px。
进一步地，所述秸秆为玉米秸秆、水稻秸秆、麦秆、棉秆、烟秆中的一种或几种。
进一步地，步骤(1)中，干净料与水混合的质量比为(4-8)：1。
进一步地，步骤(2)中，中和剂中各成分及其重量百分含量为：氧化钙93-96％、碳酸钙4-7％。
我国农业秸秆资源丰富。据相关资料统计，1995年农业秸秆为6.04亿吨；2010年为7.26亿吨；现在每年产生8亿多吨。本发明所用原材料全部利用农业秸秆，主要为玉米秆、稻草、麦秆、棉秆、烟秆、大豆秆等。
本发明以农业秸秆为主要原料(占调和料的85％以上，甚至90％以上)，配以少量无毒无害化学药品，并取消化学发泡剂，用4A沸石分子筛为泡核，以水蒸汽为发泡剂。从而充分利用了农业秸秆资源，根除了“白色污染”。并无需消耗淀粉等粮食类物质，在保证产品质量的同时，大幅度地降低了生产成本。具有极为可观的社会效益和经济效益。
本发明技术方案主要分四步：
第一步，制作纸浆；第二步，制糖；第三步，调料；第四步，成型。
下面对上述步骤进行进一步分析。
第一步：制作纸浆(制作纸浆的工艺可参照国家专利：ZL201210045262.0、ZL201410056255.X、ZL201410089180.5、ZL201510461328.8)
农业秸秆的性能：所有农业秸秆的主要组成部分为：纤维素，占50％左右；半纤维素占20％左右；木素占20％左右。
破碎：将农业秸秆用破碎机制作成长20～30㎜的破碎料。
除尘：用螺旋除尘机将破碎料中的粉尘、泥沙除去，得干净料。粉尘泥沙送回田里。
软化：将干净料送入料仓中，加水、料液比为1：(4～8)。加入软化剂，加入量为绝干干净料的18％～21％。经过4～6小时软化，得软化料。
磨浆：将软化料送入磨浆机中进行磨浆，得本色浆。
挤浆Ⅰ：将本色浆送入挤浆机Ⅰ中，挤出余液Ⅰ，得挤出浆Ⅰ。挤出的余液Ⅰ供下一批干净料软化时使用。
第二步：制糖
将挤出浆Ⅰ送入水解塔中，加入水解剂进行水解，得水解料。水解剂用量按绝干挤出浆Ⅰ重量的8～10％，水解时间为30～60分钟。
挤浆Ⅱ：将水解料送入挤浆机Ⅱ中，得挤出余液Ⅱ和挤压料。挤出的余液Ⅱ供下一批挤出浆Ⅰ漂白时使用。
中和：将挤压料送入中和池中，加入中和剂进行中和反应，使挤压料的酸碱度为中性(pH＝7)，得中和浆。
第三步：调料
1、配方：中和浆90％，VAE(醋酸乙烯-乙烯)共聚液6.5％，PVA0.6％(按PVA固含量计量)，PE蜡(聚乙烯蜡)1.1％，硬酯酸0.8％，4A沸石分子筛1.0％。
2、调料：将上述配方投入调料池中进行搅拌，混合均匀，以手挤无流液。并呈灰白色面团状。得调和料。
第四步：成型(参照国家专利：ZL 201220231867.4、ZL201420648348.7)
1、开机：启动成型机，将调和料装入成型模中，并挤压使之布满凹模内腔，然后卸压，继持0.05-0.1kg/cm2压力。
2、加热：将凹凸模温度升高至105～110℃，保温2～3分钟。然后断电，使模具温度降为80～90℃。
3、出料：升高凸模，同时启动凹模中的顶升装置，将产品从凹模中顶出，平放。待产品温度为常温时，可包装入库，得成品。
本发明上述步骤中的配方如下：
1、软化剂：由螯合剂、渗透剂、复合碱组成。在软化过程中MgCO3能保留纤维素和半纤维素。由复合碱与木素反应生成的碱木素，由于存在酚基基团，可极大地增加产品的强度。
螯合剂：柠檬酸65％，4A沸石分子筛5％，十二烷基苯磺酸钠30％，三者在反应釜中进行加成反应。
渗透剂：由KT-0825％，NaCl 70％，乙醇5％组成。三者在反应釜中混合均匀即可。
复合碱：由NaOH 95％，MgCO35％，二者在反应釜中混合均匀即可。
以上三种成份所占比例为：螯合剂占软化剂重量的16％；渗透剂占软化剂重量的16％；复合碱占软化剂重量的68％。
2、漂白剂：由Px(过氧硫酸)和丙酮组成。丙酮占漂白剂重量的13.5％，Px占漂白剂重量的86.5％。Px对纸浆水解时，产生酸性水解，使半纤维素水解为各种单糖，从而增加了大量糖类物质，所以可取消淀粉。同时，Px与木素反应产生硫酸盐木素，可作为增强剂。
Px：H2SO472.5％+H2O227.3％+Q 0.2％
Q：硅藻土
H2O2：浓度27.5％H2SO4：浓度98％
3、中和剂：由CaO和CaCO3组成。CaO占中和剂重量的95％，CaCO3占中和剂重量的5％，二者在反应釜中混合均匀即可。
4、配制PVA溶液：本申请的调和料的配方中的聚乙烯醇(PVA)是按PVA的固含量计算的。在实际使用中，以PVA溶液的形式加入，配制步骤为：称量PVA后，加入PVA重量的50倍的水。然后加入4A沸石分子筛，用量为PVA重量的1％。用HHS型电子恒温水浴锅，保持85～95℃温度。待PVA全部溶解后，用40目圆筛过滤。滤液即为合格的PVA溶液。滤渣供下一批PVA溶液配料时继续溶解使用。
本发明的有益效果是：
1、本发明采用农业秸秆为主要原料，资源丰富，价格低廉。目前，泡沫塑料市场价为850元/立方米，本发明产品成本约400元/立方米。
2、本发明从备料、生产、使用全过程均无污染，产品可自然降解，降解率达90％以上。
3、本发明利用4A沸石分子筛作泡核，以水蒸汽为发泡剂，避免了使用化学发泡剂；与植物纤维发泡缓冲材料相比，取消了淀粉的使用，既节约了粮食，又降低了生产成本。
综上所述，本发明具有资源丰富，质量可靠，价格低廉，无任何污染的优势；具有极大的市场前景和极好的经济效益。
附图说明
图1表示本发明的工艺流程图。
具体实施方式
实施例
本实施例的实施步骤参见附图1。所用到的设备及其型号为：
1、破碎机：HCF400
2、螺旋除尘机：自行设计制造(304#)
3、料仓：自行设计制造(304#)
4、磨浆机：YZJM-380
5、挤浆机：RBYL-1000带式压滤机
6、水解塔：TGPT-10
7、中和池：自行设计制造(304#)
8、调料池：自行设计制造(304#)
9、回药池Ⅰ、Ⅱ：自行设计制造(304#)
10、成型机：自行设计制造(参照国家专到ZL 2012 20231867.4、ZL20142064838.7)
本实施例以稻草为原料制作发泡包装材料，具体步骤如下，如无特别说明，本发明中的百分数均指重量百分数。
第一步、制浆
破碎：将稻草送入HCF400破碎机中，用直径Ф12㎜筛板得长度为15～20㎜的破碎料。
除尘：将破碎料送入螺旋除尘机中，螺旋下部开有Ф3㎜小孔，螺旋输送过程中，泥沙和粉尘通过小孔降落到地面，得干净料。泥沙和粉尘收集后送回田里。
软化：除尘后的干净料送入料仓，加水、料液比例1：5，加入螯合剂，用量为干净料重量的3.2％，搅拌5分钟。再加入复合碱，用量为干净料重量的13.6％，搅拌15分钟。最后加入渗透剂，用量为干净料重量的3.2％，浸泡4小时。得软化料。
螯合剂：由柠檬酸65％，4A沸石分子筛5％，十二烷基苯磺酸钠30％组成。
渗透剂：由KT-08 25％，NaCl 70％，乙醇5％组成。
复合碱：由NaOH 95％，MgCO3 5％组成。
磨浆：将软化料送入YZJM-380磨浆机中进行磨浆，得本色浆。
挤浆Ⅰ：将本色浆送入RBYL-1000中进行挤压，得挤出浆Ⅰ。挤出的余液Ⅰ，用回药池Ⅰ收集后，泵入料仓供下一批干净料软化时使用。如余液Ⅰ浓度太高，则参照“国家专利ZL2012 1 0106232.6”进行处理。处理后的水供给料仓处理后的废渣可参照“国家专利ZL20121 0331478.3”制作成微量元素肥料。
第二步、水解
将挤出浆Ⅰ送入水解塔TGPT-10中加入丙酮，用量为挤出浆Ⅰ重量的1.35％。拌匀后再加入Px，用量为挤出浆Ⅰ重量的8.65％，水解30分钟，得水解料。
其中Px的组成为：H2SO4 72.5％+H2O2 27.3％+Q 0.2％
H2SO4的浓度：质量分数98％的浓硫酸
H2O2的浓度：质量分数27.5％双氧水
Q：硅藻土
挤浆Ⅱ：将水解料送入RBYL-1000中进行挤压，得挤压料。挤出余液Ⅱ用回药池Ⅱ收集后，泵入水解塔中，供下一批挤出浆Ⅰ水解时使用。
中和：将挤压料送入中和池中，加入中和剂，中和剂用量为挤压料重量的8％左右。使浆的酸碱度为中性(pH＝7)，得中和浆。
其中，中和剂的组分及其质量百分含量为：CaO 95％和CaCO3 5％组成。
第三步、调料
配方：中和料90％；VAE乳液6.5％；PVA溶液0.6％(按PVA固含量计量)；PE蜡1.1％；硬酯酸0.8％；4A沸石分子筛1％。
调料：投料进行搅拌，以手挤无流液，并呈白灰色面团状，得调和料。
第四步、成型
开机：启动成型机，将调和料装入成型模中并挤满凹模内腔。然后卸压，并维持0.05㎏/平方厘米的压力。
加热：将凹凸模同步升温至105～110℃，保温2分钟。然后断电，使凹凸模温度降至85℃。
出料：升高凸模，同时启动凹模中的顶升装置，将产品从凹模中顶出。然后取出产品，平放至常温即可包装入库，得成品。

Claims (6)

1.一种全秸秆发泡材料的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制浆：将秸秆破碎，除尘，得到干净料；将干净料与水混合，再加入螯合剂，搅拌4-10分钟；再加入复合碱，搅拌10-30分钟；最后加入渗透剂，混匀，浸泡3-6小时，得软化料；将软化料进行磨浆，得本色浆；将本色浆进行挤浆，得到挤出浆I和挤出余液I；
其中，螯合剂的用量为绝干干净料重量的2.5-4％，螯合剂中各成分及其重量百分含量为：柠檬酸63-67％、4A沸石分子筛4-6％、十二烷基苯磺酸钠28-32％；
复合碱的用量为绝干干净料重量的12-15％，复合碱中各成分及其重量百分含量为：氢氧化钠94-96％、碳酸镁4-6％；
渗透剂的用量为绝干干净料重量的2.5-4％，渗透剂中各成分及其重量百分含量为：KT-08：23-27％、氯化钠66-72％、乙醇4-6％；
(2)制糖：在挤出浆I中加入丙酮，混匀后加入Px，水解20-50分钟，水解后得水解料；将水解料进行挤浆，得到挤压料和挤出余液II；在挤压料中加入中和剂，调节挤压料的酸碱度为中性，得中和料；
其中，丙酮的用量为挤出浆I重量的1.2-1.5％；
Px的用量为挤出浆I重量的8.5-8.8％，Px中各成分及其重量百分含量为浓硫酸70-75％、过氧化氢溶液24-29％、硅藻土0.15-0.30％；其中浓硫酸为质量分数96-98％的硫酸；过氧化氢溶液为质量分数27.5-50％的过氧化氢水溶液；
(3)调料：按调和料配方，将调和料的各组分混合，搅拌，得调和料；其中，调和料配方中各成分及其重量百分含量为：中和料88-92％、VAE共聚乳液4.5-8％、聚乙烯醇0.4-0.7％、聚乙烯蜡0.8-1.2％、硬脂酸0.6-1％、4A沸石分子筛0.7-1.2％；
(4)成型：将调和料装入成型模中后，加热至105-110℃使调和料发泡，得到发泡材料。
2.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，回收挤出余液I用于代替部分螯合剂、渗透剂和复合碱。
3.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，回收挤出余液II用于代替部分丙酮和Px。
4.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述秸秆为玉米秸秆、水稻秸秆、麦秆、棉秆、烟秆中的一种或几种。
5.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，步骤(1)中，干净料与水混合的质量比为(4-8)：1。
6.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，步骤(2)中，中和剂中各成分及其重量百分含量为：氧化钙93-96％、碳酸钙4-7％。
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