CN114467772B - 一种植物纤维猫砂的制备工艺及其制备系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种植物纤维猫砂的制备工艺及其制备系统，所述制备工艺包括以下步骤：（1）将秸秆进行预处理；（2）将预处理之后的秸秆短纤维进行粉碎；（3）将粉碎之后的物料与辅料进行混合；（4）将混合之后的物料进行造粒，得到所述植物纤维猫砂；其中，步骤（1）中，所述预处理包括秸秆长短纤维分级和/或皮穰叶分离。本发明提供的制备工艺解决了植物纤维猫砂所需的秸秆原料不均一性问题以及现有植物纤维猫砂生产工艺路线较长的问题。采用本发明提供的制备工艺及其制备系统得到的产品吸水速率较快、菌落总数和霉菌总数较少；并且工艺步骤较少、智能化控制程度高、设备一体化强、工厂化成本低廉。

Description

一种植物纤维猫砂的制备工艺及其制备系统
技术领域
本发明属于宠物清洁用品领域，涉及一种植物纤维猫砂的制备工艺及其制备系统，具体涉及一种秸秆植物纤维猫砂的制备工艺及其制备系统。
背景技术
猫砂是家养猫用来掩埋粪便和尿液的物体，一般与猫砂盆配合使用，将适量的猫砂倒于猫砂盆中，受过训练的猫会主动在其中排便或排尿。
目前，根据原料的种类，猫砂可分为膨润土猫砂、硅胶猫砂、木屑猫砂、纸屑猫砂、豆腐猫砂以及植物纤维猫砂。在评价猫砂的若干个指标中，除味性（除臭性和除骚性）、吸水性、结团性、使用后能否冲马桶、粉尘大小以及价格是饲主考虑的主要指标。膨润土猫砂和硅胶猫砂使用后无法冲马桶处理，给饲主带来了不便。木屑猫砂具有树木本身的味道，不易被某些猫种接受。纸屑猫砂吸水后容易变成糊状，给清理带来不便。豆腐猫砂的除臭性一般，并且生产工艺中包括脱水步骤，耗费大量能量用于脱除水分使得生产成本增加。秸秆因其原料成本低廉、易于获得、具有疏松多孔结构的组分并且遇水分散性好，是新一代猫砂的优质原料。但是秸秆本身存在组分上的不均一性，因此如何克服秸秆本身组分上的不均一性开发出连续性较强、步骤较少的工艺及其装备，是秸秆植物纤维猫砂领域的关键问题。
CN112889676A公开了一种亲水改性植物纤维猫砂材料及其制备方法。该方法将植物基材粉碎、筛分，得到植物纤维碎屑，然后将得到的植物纤维碎屑加入加热釜中，将10-30%的石灰水加入反应釜中，将混合液加热、搅拌再进行过滤，将得到的滤渣烘干，得到碱化的植物纤维。接下来，将得到的碱化植物纤维置于反应釜中，加入去离子水、二羟甲基二羟基乙烯脲和过硫酸铵，搅拌静置后将反应物过滤、烘干得到亲水改性植物纤维。然后将亲水改性植物纤维与其他辅料混合、挤压成型、切割、烘干、筛分得到亲水改性猫砂产品。所述植物纤维基材为玉米秸秆、水稻秸秆、丝瓜络、木屑、树叶、黄麻、桑树皮中一种或多种。
CN111492986A也公开了一种亲水改性植物纤维猫砂材料及其制备方法。该方法同样将植物基材进行亲水改性处理，只不过与CN112889676A采取了不同的方法。该方法首先对植物基材进行预处理，即将植物纤维基材粉碎，对粉碎得到的植物纤维基材进行挤压膨化，通过喷洒碱液或浸泡碱液方式进行碱化处理。然后进行亲水改性，即在加热和搅拌条件下，向预处理得到的植物纤维基材中依次顺序加入水、引发剂、丙烯酸、交联剂，继续加热并搅拌，进行反应，得到反应产物。之后进行后处理，将反应产物挤压过滤除去多余水分，然后烘干、粉碎，得到亲水改性植物纤维。
以上两种方法均通过物理和化学方法对选取的植物纤维基材进行亲水改性，提高了植物纤维基材的吸水性能。然而，从工艺设计的角度来说，应该利用尽可能少的步骤完成原料到产品的加工过程。实现亲水改性需要进行一系列物理加工和化学反应，大大增加了产品制备时间、降低了产品制造效率、提高了产品生产成本，因此，在追求高效率低成本的工业化生产过程中，对原料进行亲水改性处理势必会导致产品竞争优势的下降。
但是，客观地说，如果不进行亲水改性，若采用农作物秸秆作为主要基材，因为秸秆由维管组织、表皮组织、薄壁组织等组织构成，维管组织和表皮组织较为致密，不利于水分及其他物质的吸收；而薄壁组织具有疏松多孔的结构，易于吸收水分和其他物质，所以秸秆本身存在组织层面上的不均一性。对于玉米秸秆，除了存在组织层面上的不均一性，也存在器官上的不均一性，玉米秸秆从器官上分类主要分为皮、穰、叶三大部分。不论是从组织层面，还是从器官层面，如果不加分离地对秸秆进行全株粉碎利用，那么势必会导致制成的猫砂产品的吸水性不尽如人意。
目前，已公布的采用秸秆作为主要原料的植物纤维猫砂专利方法绝大多数没有考虑到秸秆组分的不均一性，选择将全株秸秆直接粉碎而后进行复配，而没有对秸秆进行分级处理。
例如，CN112825771A公开了一种可降解植物猫砂及其生产工艺，该方法将小麦秸秆、芦苇秸秆以及水稻秸秆置于粉碎机中粉碎，然后与氢氧化钠溶液进行反应，并未对秸秆进行分级处理。CN112715387A公开了一种高亲水性植物纤维猫砂，所述植物纤维为木粉、水稻秸秆、玉米秸秆、小麦秸秆、花生壳、核桃壳、椰壳中的一种或几种的组合，并未提及对所述的植物纤维进行分级处理。CN110036926A公开了一种天然植物纤维猫砂及其制备方法，该方法采用玉米纤维或甘蔗纤维作为主要原料，但并未提及所述玉米纤维或甘蔗纤维的制备方法。CN107182808A公开了一种植物纤维猫砂及其制备方法，该方法采用植物纤维作为主要原料，亦未说明植物纤维的具体种类及其制备方法。CN104351063A公开了一种炭化玉米秸秆猫砂及其制备方法，该方法先将玉米秸秆和玉米芯混合，加3~5倍的水及石英砂研磨成粒径40目以上的浆料，脱水烘干得粉剂，然后将上述粉剂密封后放入马弗炉中进行加热炭化，之后进行混合、造粒等其他处理，该方法对原料也并未做分级处理。CN103348923A公开了一种高吸水性秸秆猫砂，该方法将植物秸秆、干甘蔗渣、火山岩、椰子壳粉碎过60-80目筛，再与其他原料混合、造粒、烘干，并未对植物秸秆进行分级处理。CN104488729A公开了一种植物纤维猫砂及其制备方法，该方法将竹子及芦苇用稀释的氢氧化钠浸泡，分离其肉质部分和纤维部分，再离心得纤维结构。该方法虽然进行了原料的分离，但是采用湿法分离方式将导致生产时间的增加、生产效率的降低和生产成本的增加。
因此，如何提供一种植物纤维猫砂的制备工艺，使其可以解决植物纤维猫砂所需的秸秆原料不均一性问题以及现有植物纤维猫砂生产工艺路线较长的问题，成为目前亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种植物纤维猫砂的制备工艺及其制备系统。本发明提供的制备工艺解决了植物纤维猫砂所需的秸秆原料不均一性问题以及现有植物纤维猫砂生产工艺路线较长的问题。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种植物纤维猫砂的制备工艺，所述制备工艺包括以下步骤：（1）将秸秆进行预处理；（2）将预处理之后的秸秆短纤维进行粉碎；（3）将粉碎之后的物料与辅料进行混合；（4）将混合之后的物料进行造粒，得到所述植物纤维猫砂；
其中，步骤（1）中，所述预处理包括秸秆长短纤维分级和/或皮穰叶分离。
在本发明中，通过预处理可以得到疏松多孔的秸秆短纤维组分或者玉米秸秆穰组分，使得制备的产品具有吸水性强、吸附尿素能力强、除臭性佳的特点；在保证生产效率的前提下，实现了秸秆长短纤维组织层面上的分级，得到了吸水性较强的秸秆短纤维组分，从而避免了亲水改性，缩短了工艺流程，降低了生产成本。
在本发明中，步骤（1）中，所述秸秆包括玉米秸秆、水稻秸秆或小麦秸秆中的任意一种或至少两种的组合；
步骤（1）中，所述预处理前的秸秆，以干基计含水量≤15%（例如可以是1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、11%、12%、13%、14%、15%等）；
步骤（1）中，所述秸秆长短纤维分级包括第一辊压和第二辊压；所述第一辊压、第二采辊压各自独立地选自波浪形辊、刺辊、六边形辊或平辊中的任意一种或至少两种的组合；所述第一辊压、第二辊压的转速各自独立地选自400-1000 rpm（例如可以是400 rpm、500 rpm、600 rpm、700 rpm、800 rpm、900 rpm、1000 rpm等）。
优选地，所述第一辊压和第二辊压不相同。
在本发明中，步骤（1）中，所述秸秆长短纤维分级还包括揉丝和除尘；
所述揉丝的级数为1-3级，例如可以是1级、2级、3级等；
所述除尘包括一级除尘、二级除尘和三级除尘；所述一级除尘采用的筛网为50-70目，例如可以是50目、55目、60目、65目、70目等；所述二级除尘采用的筛网为30-50目，例如可以是30目、35目、40目、45目、50目等；所述三级除尘采用的筛网为10-30目，例如可以是10目、15目、20目、25目、30目等；
步骤（1）中，所述秸秆长短纤维分级中轴流式分级机的转速为1000-2000 rpm，例如可以是1000 rpm、1200 rpm、1400 rpm、1600 rpm、1800 rpm、2000 rpm等；
步骤（1）中，所述秸秆长短纤维分级中分级滚筒长为1500-2500 mm（例如可以是1500 mm、1700 mm、1900 mm、2100 mm、2300 mm、2500 mm等），直径为300-500 mm（例如可以是300 mm、350 mm、400 mm、450 mm、500 mm等）。
在本发明中，步骤（1）中，所述秸秆长短纤维分级处理后得到的秸秆短纤维物料，以干基计含尘量≤1%（例如可以是0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1%等）；
步骤（1）中，所述秸秆长短纤维分级处理后得到的秸秆短纤维物料，以干基计长短纤维的分净率≥99%（例如可以是99%、99.2%、99.4%、99.6%、99.8%、99.9%等）。
在本发明中：
Figure 780682DEST_PATH_IMAGE001
。
在本发明中，所述秸秆为玉米秸秆，步骤（1）中，所述预处理包括皮穰叶分离；
所述皮穰叶分离中剥穰辊转速为600-1000 rpm（例如可以是600 rpm、700 rpm、800 rpm、900 rpm、1000 rpm等）；所述皮穰叶分离中喂入速度为200-600 rpm（例如可以是200 rpm、300 rpm、400 rpm、500 rpm、600 rpm等）；所述皮穰叶分离中齿板间隙为1-2 mm（例如可以是1 mm、1.2 mm、1.4 mm、1.6 mm、1.8 mm、2 mm等）；所述皮穰叶分离中剥穰刀片齿刃角为20-30°（例如可以是20°、22°、24°、26°、28°、30°等）；
所述皮穰叶分离处理后得到的秸秆穰物料，以干基计含尘量≤1%（例如可以是0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1%等）；所述皮穰叶分离处理后得到的秸秆穰物料，以干基计皮穰分净率≥99%（例如可以是99%、99.2%、99.4%、99.6%、99.8%、99.9%等）。
在本发明中
Figure 510872DEST_PATH_IMAGE002
。
在本发明中，步骤（2）中，所述粉碎后得到的物料直径为0.8-1.5 mm（例如可以是0.8 mm、1 mm、1.2 mm、1.4 mm、1.5 mm等）；
步骤（3）中，所述混合后得到的物料的调匀度≥95%（例如可以是95%、96%、97%、98%、99%等）；
步骤（3）中，所述混合后得到的物料，以干基计含水量为15-20%（例如可以是15%、16%、17%、18%、19%、20%等）；
步骤（3）中，所述粉碎后得到的物料与辅料的质量比为(60-80):(20-55)（其中，“60-80”可以是60、65、70、75、80等；“20-55”可以是20、25、30、35、40、45、50、55等）；
步骤（3）中，所述辅料包括质量比为(1-10):(1-10):(2-15):(10-17):(2-15)（其中，“1-10”可以是1、2、3、4、5、6、7、8、9、10等；“2-15”可以是2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15等；“10-17”可以是10、11、12、13、14、15、16、17等）的钠基膨润土、沸石粉、羧甲基淀粉、复合润滑抑菌凝胶和水。
在本发明中，步骤（3）中，所述混合，应当首先加入堆积密度较小的物料，然后再加入堆积密度较大的物料，最后加水或者其他溶液。
在本发明中，调匀度：由于不同原料的密度有着显著的区别，采用五点取样法，即分别取混合机表面的四个角和中心处500 mL物料，然后测量其质量，从而测出五组样品的平均密度Ρ 1 。按照实验室高速混合机混合1 h之后的实际密度测量值为混合后物料的真实密度Ρ 0 。
Figure 618505DEST_PATH_IMAGE003
在本发明中，所述润滑抑菌凝胶的制备原料按质量百分含量计包括以下组分：
葡萄糖酸氯己定 0.1-0.3%
卡波姆 0.5-1%
三乙醇胺 1-2%
乙醇 30-50%
甘油 10-30%
水 30-60%。
所述复合润滑抑菌凝胶的制备方法包括以下步骤：
（a）将增稠剂和水混合，浸泡，得到增稠剂的水溶液；将杀菌剂和乙醇混合，得到杀菌剂的乙醇溶液；
（b）将甘油、剩余的乙醇和步骤（a）得到的杀菌剂的乙醇溶液混合，均质，得到第一混合物；
（c）将剩余的水、步骤（a）得到的增稠剂的水溶液和步骤（b）得到的第一混合物，混合，均质，得到第二混合物；
（d）将碱和步骤（c）得到的第二混合物混合，搅拌，得到复合润滑抑菌凝胶。
步骤（a）中，所述增稠剂和水的质量比为(0.5-1.5):(98.5-99.5)；
其中，“0.5-1.5”可以是0.5、0.7、0.9、1.1、1.3、1.5等；
“98.5-99.5”可以是98.5、98.7、98.9、99.1、99.3、99.5等。
步骤（a）中，所述杀菌剂和乙醇的质量比为(0.1-1):(99-99.9)；
其中，“0.1-1”可以是0.1、0.3、0.5、0.7、0.9、1等。
步骤（a）中，所述浸泡的时间为40-60 h，例如可以是40 h、42 h、44 h、46 h、48 h、50 h、52 h、54 h、56 h、58 h、60 h等。
步骤（b）中，所述均质的转速为1450-2900 rpm（例如可以是1450 rpm、1600 rpm、1800 rpm、2000 rpm、2200 rpm、2400 rpm、2600 rpm、2900 rpm等），时间为15-30 min（例如可以是15 min、17 min、19 min、21 min、23 min、25 min、27 min、30 min等），压力≤100 Pa（例如可以是10 Pa、20 Pa、30 Pa、40 Pa、50 Pa、60 Pa、70 Pa、80 Pa、90 Pa、100 Pa等）。
步骤（c）中所述均质的转速为2900-3600 rpm（例如可以是2900 rpm、3100 rpm、3300 rpm、3500 rpm、3600 rpm等），时间为10-20 min（例如可以是10 min、12 min、14 min、16 min、18 min、20 min等），压力≤100 Pa（例如可以是10 Pa、20 Pa、30 Pa、40 Pa、50 Pa、60 Pa、70 Pa、80 Pa、90 Pa、100 Pa等）。
步骤（d）中，所述搅拌的转速为50-80 rpm（例如可以是50 rpm、55 rpm、60 rpm、65rpm、70 rpm、75 rpm、80 rpm等）。
在本发明中，步骤（4）中，所述造粒后得到直径为1.5-3 mm（例如可以是1.5 mm、1.7 mm、1.9 mm、2.1 mm、2.3 mm、2.5 mm、2.7 mm、3 mm等）的棒状颗粒；
步骤（4）中，所述造粒后还包括依次进行的干燥灭菌和筛分冷却；
所述干燥灭菌采用微波干燥耦合紫外灭菌技术；所述微波的工作频率为2400-2500 MHz（例如可以是2400 MHz、2420 MHz、2440 MHz、2460 MHz、2480 MHz、2500 MHz等）；所述紫外线的强度≥70 uW/cm2（例如可以是10 uW/cm2、20 uW/cm2、30 uW/cm2、40 uW/cm2、50 uW/cm2、60 uW/cm2、70 uW/cm2等）；所述干燥灭菌中物料的停留时间为3-5 min（例如可以是3 min、3.3 min、3.6 min、3.9 min、4.2 min、4.5 min、4.7 min、5 min等）；
所述干燥灭菌后，以干基计物料的含水量≤10%（例如可以是1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%等）；所述干燥灭菌后，物料中菌落总数≤105 cfu/g（例如可以是100 cfu/g、1000 cfu/g、5000 cfu/g、10000 cfu/g、40000 cfu/g、80000 cfu/g、100000 cfu/g等），霉菌总数≤200 cfu/g（例如可以是10 cfu/g、50 cfu/g、100 cfu/g、150 cfu/g、200 cfu/g等）；所述筛分冷却后物料的温度≤65℃（例如可以是10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、65℃等）。
在本发明所述的制备工艺中，考虑了产品的微生物指标，采用了微波干燥耦合紫外灭菌技术，可以有效降低产品中的菌落总数和霉菌总数，进而有效保护猫咪的健康。
作为本发明优选地技术方案，所述植物纤维猫砂的制备工艺包括以下步骤：
（1）将秸秆进行预处理，所述预处理包括秸秆长短纤维分级和/或皮穰叶分离；
（2）将预处理之后的物料进行粉碎，所述粉碎后得到的物料直径为0.8-1.5 mm；
（3）将粉碎之后的物料与辅料进行混合，混合后得到的物料的调匀度≥95%；
（4）将混合之后的物料进行造粒，得到直径为1.5-3 mm的棒状颗粒；
（5）将造粒之后的物料进行干燥灭菌和筛分冷却，得到所述植物纤维猫砂；
其中，所述干燥灭菌采用微波和紫外线联合的方式，所述微波的工作频率为2400-2500 MHz；所述紫外线的强度≥70 uW/cm2；所述干燥灭菌中物料的停留时间为3-5 min；所述筛分冷却后物料的温度≤65℃。
第二方面，本发明提供一种适用于第一方面所述的植物纤维猫砂制备工艺的制备系统，其特征在于所述制备系统包括预处理设备、粉碎设备、混合设备、造粒设备、干燥灭菌设备和筛分冷却设备；
所述预处理设备包括秸秆长短纤维分级机和/或皮穰叶分离机；
所述秸秆长短纤维分级机包括揉丝模块、分级模块、除尘模块和隔音降噪模块；
所述皮穰叶分离机包括布料模块、剥叶模块、切割模块和剥穰模块。优选地，所述制备系统还包括干燥灭菌设备和筛分冷却设备。
优选地，所述制备系统还包括包装设备。
在本发明中，所述秸秆预处理设备包括秸秆长短纤维分级机和/或玉米秸秆皮穰叶分离机，用来对秸秆进行分级分离处理，目的是获得秸秆中疏松多孔的组分。
在本发明中，所述粉碎设备用于将分级后的秸秆原料粉碎，带有分级装置，符合粒径要求的物料将通过分级装置进入下一道工序，不符合粒径要求的物料将无法通过分级装置，将返回至粉碎机中继续粉碎。
优选地，所述预处理设备为秸秆长短纤维分级机，所述粉碎设备选自盘磨式粉碎机或涡轮式粉碎机；以筛网或分级轮作为分级装置。
优选地，所述预处理设备为皮穰叶分离机，所述粉碎设备选自锤片式粉碎机，以筛网作为分级装置。
在本发明中，所述混合设备用于将多种原辅料混合均匀。
优选地，所述混合设备选自卧式螺带混合机、卧式双轴混合机或立式双锥混合机中的任意一种。
在本发明中，所述造粒设备用于将混合均匀的物料挤压成为棒状颗粒。
优选地，所述造粒设备选自立式平模制粒机、立式环模制粒机或螺杆挤出制粒机中的任意一种。
在本发明中，所述干燥灭菌设备用于降低颗粒的含水量，并降低物料中的菌落总数和霉菌总数。
优选地，所述干燥灭菌设备选型选自微波耦合紫外干燥灭菌机。
在本方面中，所述筛分冷却设备用于去除颗粒中的粉状物料并使得颗粒温度降低至35℃以下。
优选地，所述筛分冷却设备选自逆流连续振动流化床式筛分冷却机。
在本发明中，所述包装机用于将冷却后的颗粒物料包装。
优选地，所述包装设备选自螺杆定量型大袋包装机。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明提供的植物纤维猫砂的制备工艺，充分考虑了秸秆组分的不均一性，采用了秸秆长短纤维分级和/或皮穰叶分离的预处理方法，可以得到疏松多孔的秸秆短纤维组分和/或玉米秸秆穰组分，使得制备得到的产品具有吸水性强、吸附尿素能力强、除臭性佳的特点。
（2）长短纤维分级预处理方法的引入，在保证生产效率的前提下，实现了秸秆长短纤维组织层面上的分级，得到了吸水性较强的秸秆短纤维组分，从而避免了亲水改性，缩短了工艺流程，降低了生产成本。
（3）本工艺由于采用了长短纤维分级的方法，将联产秸秆长纤维，因此，本工艺除了可以提高秸秆猫砂的性能、降低秸秆猫砂的成本外，还可以利用秸秆长纤维提高产线的整体利润。
（4）本发明公开的制备系统具有制造成本低廉、一体化程度较高、便于维护检修、便于控制的特点。
附图说明
图1为实施例1提供的植物纤维猫砂的制备工艺流程图。
图2为实施例3提供的植物纤维猫砂的制备工艺流程图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
制备例1
本制备例提供一种复合润滑抑菌凝胶，所述复合润滑抑菌凝胶的制备原料按质量百分含量计包括以下组分（如表1所示）：
表1
Figure 360852DEST_PATH_IMAGE004
（1）将卡波姆和去离子水混合，浸泡50 h，得到卡波姆的水溶液；将葡萄糖酸氯己定和乙醇混合，得到葡萄糖酸氯己定的乙醇溶液；其中，卡波姆和去离子水的质量比为1:99；葡萄糖酸氯己定和乙醇的质量比为0.5:99.5；
（2）将甘油、剩余的乙醇和步骤（1）得到的葡萄糖酸氯己定的乙醇溶液混合，均质，得到第一混合物；所述均质的转速为2000 rpm，时间为20 min，压力为80 Pa；
（3）将剩余的去离子水、步骤（1）得到的卡波姆的水溶液和步骤（2）得到的第一混合物，混合，均质，得到第二混合物；所述均质的转速为3100 rpm，时间为15 min，压力为90 Pa；
（4）将三乙醇胺和步骤（3）得到的第二混合物混合，以70 rpm的转速进行搅拌，调节pH到7，得到复合润滑抑菌凝胶。
以下实施例中用到的复合润滑抑菌凝胶均为上述制备例1中制备得到的复合润滑抑菌凝胶。
实施例1
本实施例提供一种植物纤维猫砂的制备工艺，具体包括以下步骤：
（1）将自然风干的小麦秸秆进行长短纤维分级，辊压次数为2次，其中一级辊压采用波浪形辊，二级辊压采用刺辊，波浪形辊的转速为600 rpm，刺辊转速为650 rpm，揉丝级数为2级，除尘级数为3级，轴流式分级机转速为1440 rpm，分级滚筒长2000 mm，直径400mm，除尘分别采用60目、40目和20目筛网作为3级除尘筛网；将分级后得到的秸秆短纤维物料由管式螺旋输送机输送至粉碎机中。
（2）将分级后得到的秸秆短纤维物料采用盘磨式粉碎机进行粉碎，粉碎后得到的短纤维粉的片平均粒径为1 mm；将粉碎后的秸秆短纤维物料气力输送至混合机中以避免粉尘逸散至生产空间。
（3）将粉碎后的秸秆短纤维物料与其他原辅料进行混合，使得混合后物料的调匀度为96%。在向混合机中投料时，以物料总质量为100%计，按照顺序分别加入70%粉碎后的短纤维粉、5%羧甲基淀粉、3%钠基膨润土、2%沸石粉、15%复合润滑抑菌凝胶和5%水。将混合后的物料利用管式螺旋输送机转移至立式环模制粒机中以避免粉尘逸散至生产空间。
（4）将混合后的物料进行造粒，造粒后得到直径为2.0 mm的棒状颗粒；将造粒后的颗粒物料通过密封式皮带输送机传送至微波干燥灭菌机。
（5）将造粒后的颗粒物料进行干燥灭菌，采用微波+紫外联合灭菌的形式。调节微波频率为2450 MHz，调节紫外线强度70 uW/cm2，调节传送带速率使得物料停留时间为3min，干燥后物料的含水量（以干基计）为9%，然后输送至逆流式振动流化床筛分冷却机，最终进行包装得到成品。
如图1所示，秸秆经过长短纤维分级、粗粉碎、混合复配、造粒、干燥灭菌、筛分冷却和包装，得到所述植物纤维猫砂。
实施例2
本实施例提供一种植物纤维猫砂的制备工艺，具体包括以下步骤：
（1）将自然风干的玉米秸秆进行长短纤维分级，辊压次数为2次，其中一级辊压采用六边形辊结合波浪形辊，二级辊压采用一对平辊，波浪形辊的转速为610 rpm，刺辊转速为660 rpm，揉丝级数为2级，除尘级数为3级，轴流式分级机转速为1280 rpm，分级滚筒长2600 mm，直径400 mm，除尘分别采用60目、40目和20目筛网作为3级除尘筛网；分级后得到的秸秆短纤维物料由管式螺旋输送机输送至粉碎机中。
（2）将分级得到的秸秆短纤维物料进行粉碎，采用盘磨式粉碎机进行粉碎，粉碎后得到的短纤维粉的平均粒径为1.1 mm；将粉碎后的秸秆短纤维物料气力输送至混合机中以避免粉尘逸散至生产空间。
（3）将粉碎后的秸秆短纤维物料与其他原辅料进行混合，使得混合后物料的调匀度为95%。在向混合机中投料时，以物料总质量为100%计，按照顺序分别加入70%短纤维粉、5%羧甲基淀粉、3%钠基膨润土、2%沸石粉、15%复合润滑抑菌凝胶和5%水。将混合后的物料利用管式螺旋输送机转移至立式环模制粒机中以避免粉尘逸散至生产空间。
（4）将混合后的物料进行造粒，造粒后得到直径为2.1 mm的棒状颗粒；将造粒后的颗粒物料通过密封式皮带输送机传送至微波干燥灭菌机。
（5）将造粒后的颗粒物料进行干燥灭菌，采用微波+紫外联合灭菌的形式。调节微波频率为2400 MHz，调节紫外线强度75 uW/cm2，调节传送带速率使得物料停留时间为4min，干燥后物料的含水量（以干基计）为8%，然后输送至逆流式振动流化床筛分冷却机，最终进行包装得到成品。
实施例3
本实施例提供一种植物纤维猫砂的制备工艺，具体包括以下步骤：
（1）将自然风干的玉米秸秆进行皮穰叶分离，剥穰辊转速800 rpm，喂入速度400rpm，齿板间隙1.5 mm，剥穰刀片齿刃角25°，分离后得到的秸秆穰物料由管式螺旋输送机输送至粉碎机中。
（2）将分离得到的秸秆穰物料进行粉碎，采用锤片式粉碎机进行粉碎，粉碎后得到的短纤维粉的平均粒径为1.2 mm；将粉碎后的物料气力输送至混合机中以避免粉尘逸散至生产空间。
（3）将粉碎后的物料与其他原辅料进行混合，使得混合后物料的调匀度为98.5%。在向混合机中投料时，以物料总质量为100%计，按照顺序分别加入70%粉碎后的短纤维粉、5%羧甲基淀粉、3%钠基膨润土、2%沸石粉、15%复合润滑抑菌凝胶和5%水。将混合后的物料利用管式螺旋输送机转移至立式环模制粒机中以避免粉尘逸散至生产空间。
（4）将混合后的物料进行造粒，造粒后得到直径为2.2 mm的棒状颗粒。将造粒后的颗粒物料通过密封式皮带输送机传送至微波干燥灭菌机。
（5）将造粒后的颗粒物料进行干燥灭菌，采用微波+紫外联合灭菌的形式。调节微波频率为2500 MHz，调节紫外线强度83 uW/cm2，调节传送带速率使得物料停留时间为5min，干燥后物料的含水量（以干基计）为9.5%，然后输送至逆流式振动流化床筛分冷却机，最终进行包装得到成品。
如图2所示，玉米秸秆经过皮穰叶分离、粗粉碎、混合复配、造粒、干燥灭菌、筛分冷却和包装，得到所述植物纤维猫砂。
实施例4
本实施例提供一种植物纤维猫砂的制备工艺，具体包括以下步骤：
（1）将自然风干的水稻秸秆进行长短纤维分级，辊压次数为2次，其中一级辊压采用平辊，二级辊压采用刺辊，波浪形辊的转速为500 rpm，刺辊转速为800 rpm，揉丝级数为2级，除尘级数为3级，轴流式分级机转速为1260 rpm，分级滚筒长2000 mm，直径400 mm，除尘分别采用60目、40目和20目筛网作为3级除尘筛网。分级后得到的秸秆短纤维物料由管式螺旋输送机输送至粉碎机中。
（2）将分级得到的秸秆短纤维物料进行粉碎，采用盘磨式粉碎机进行粉碎，粉碎后得到的秸秆短纤维粉的平均粒径为0.9 mm。将粉碎后的物料气力输送至混合机中以避免粉尘逸散至生产空间。
（3）将粉碎后的秸秆短纤维物料与其他原辅料进行混合，使得混合后物料的调匀度为97.5%。在向混合机中投料时，以物料总质量为100%计，按照顺序分别加入70%粉碎后的短纤维粉、5%羧甲基淀粉、3%钠基膨润土、2%沸石粉、15%复合润滑抑菌凝胶和5%水。将混合后的物料利用管式螺旋输送机转移至立式环模制粒机中以避免粉尘逸散至生产空间。
（4）将混合后的物料进行造粒，造粒后得到直径为2.0 mm的棒状颗粒。将造粒后的颗粒物料通过密封式皮带输送机传送至微波干燥灭菌机。
（5）将造粒后的颗粒物料进行干燥灭菌，采用微波+紫外联合灭菌的形式。调节微波频率为2470 MHz，调节紫外线强度为78 uW/cm2，调节传送带速率使得物料停留时间为4.5 min，干燥后物料的含水量（以干基计）为9.3%，然后输送至逆流式振动流化床筛分冷却机，最终进行包装得到成品。
实施例5
本实施例提供一种植物纤维猫砂的制备工艺，与实施例1的区别仅在于，步骤（1）中，缺少二级辊压，其他步骤同实施例1。
实施例6
本实施例提供一种植物纤维猫砂的制备工艺，与实施例1的区别仅在于，步骤（1）中，除尘仅采用60目的筛网进行一级除尘，其他步骤同实施例1。
实施例7
本实施例提供一种植物纤维猫砂的制备工艺，与实施例1的区别仅在于，步骤（3）中，将复合润滑抑菌凝胶替换为同等质量的大豆油。
实施例8
本实施例提供一种植物纤维猫砂的制备工艺，与实施例1的区别仅在于，步骤（3）中，将复合润滑抑菌凝胶替换为同等质量的大豆油和次氯酸钠的混合物，所述大豆油和次氯酸钠的质量比为100:1，其他步骤同实施例1。
实施例9
本实施例提供一种植物纤维猫砂，与实施例1的区别仅在于，步骤（3）中，不添加复合润滑抑菌凝胶，其他制备原料的比例关系同实施例1。
实施例10
本实施例提供一种植物纤维猫砂，与实施例1的区别仅在于，步骤（3）中，不添加钠基膨润土，其他制备原料的比例关系同实施例1。
实施例11
本实施例提供一种植物纤维猫砂，与实施例1的区别仅在于，步骤（3）中，不添加沸石粉，其他制备原料的比例关系同实施例1。
实施例12
本实施例提供一种植物纤维猫砂，与实施例1的区别仅在于，步骤（3）中，不添加羧甲基淀粉，其他制备原料的比例关系同实施例1。
对比例1
本对比例提供一种市面上常见的原味豆腐猫砂，所述原味豆腐猫砂的品牌为PETSHY，货号为ms0101。
对比例2
本对比例提供一种市面上常见的秸秆猫砂，所述秸秆猫砂的品牌为Petree。
对比例3
本对比例提供一种市面上常见的膨润土猫砂，所述秸秆猫砂的品牌为Pidan。
对比例4
本对比例提供一种植物纤维猫砂的制备工艺，与实施例1的区别仅在于，缺少步骤（1），直接将自然风干的小麦秸秆进行粉碎，其他制备方法同实施例1。
对比例5
本对比例提供一种植物纤维猫砂的制备工艺，与实施例1的区别仅在于，步骤（1）中，通过长短纤维分级得到秸秆长纤维；步骤（2）中，将分级后得到的秸秆长纤维物料采用盘磨式粉碎机进行粉碎，其他制备方法同实施例1。
实验例
性能测试
测试对象：实施例1-12和对比例1-5提供的猫砂
测试方法：
（1）吸水率：参考CN113100085A的方法，将试验筛没入盛水的塑料盆中，30s后取出并倾斜30°静置10 min后，用电子秤称量试验筛的重量(m0)，再用电子秤称量猫砂50 g(m1)，将猫砂平铺在试验筛上，缓慢浸入水中，5 min后，取出试验筛，倾斜30°静置10 min后，用电子秤称量试验筛和猫砂的重量(m2)，吸水率（%）＝[(m2-m0)/m1]×100%。
（2）结团重量：用电子天平称取猫砂50 g，盛放于平底托盘中。用20 mL移液管吸取20 mL、38℃的生理盐水，放入预先固定好的酸式滴定管内，管口距离猫砂上表面3 cm，将酸式滴定管的活塞拧至最大，快速将生理盐水放出，静置20 s后铲出结团猫砂，用天平称其团重。
（3）结团强度：将上述结团8 h的猫砂团从1.5 m的高度自由落体跌落至地面观察散团现象。
（4）除味性：取一个一次性杯子，将猫砂加至一次性杯子体积的1/3。用移液枪吸取新鲜的人体尿液10 mL，枪头距离猫砂上表面3 cm，快速推入猫砂中，5 s后在将鼻子凑近杯口闻气味，感受气味的强烈程度，并进行打分。若气味非常强烈，则为10分；若感觉无味，则为0分。在8小时后，再次将鼻子凑近杯口闻气味，打分方法同上。
（5）颗粒机模盘平均磨损情况：将不同实施例的原料混合均匀，加入到5个立式平模制粒机中。分别测量五个模盘的厚度初始值为h1，连续运行8 h后，再次测量每一个模盘的厚度，记为h2；以h2-h1的数值表示模盘的磨损程度。
测试结果如下表2和表3所示：
表2
Figure 378486DEST_PATH_IMAGE005
表3
Figure 794424DEST_PATH_IMAGE006
由上表2和表3可知，采用本发明的工艺制成的秸秆植物纤维猫砂的吸水率与市售豆腐猫砂无明显差异，但结团性稍逊于豆腐猫砂，而除味性则明显优于豆腐猫砂。
实施例1-9和对比例1-5提供的猫砂5 s后的气味强度并无显著性差异，但是8 h后的气味强度出现了明显的差异，盛有原为豆腐猫砂的杯子的杯口有较为明显的尿液的刺激性气味，而本发明提供的植物纤维秸秆猫砂在8 h后的气味强度基本保持与5s后的气味强度相同，特别是以玉米秸秆作为原料、使用秸秆长短纤维分级的预处理方法得到的猫砂产品的除味性明显优于其他实施例和对比例。
通过实施例1和实施例5-6的对比可知，步骤（1）中，辊压和除尘会影响植物纤维猫砂的性能。
通过实施例1和实施例7的对比可知，步骤（1）中，将复合润滑抑菌凝胶替换为同等质量的大豆油，会导致植物纤维猫砂的性能较差。
通过实施例1和实施例8的对比可知，步骤（1）中，将复合润滑抑菌凝胶替换为其他油和杀菌的组合，会导致植物纤维猫砂的性能较差。
通过实施例1和实施例9的对比可知，加入复合润滑抑菌凝胶的配方对于延长模具的使用寿命有积极的意义。
通过实施例1和实施例10-12的对比可知，缺少钠基膨润土、沸石粉或羧甲基淀粉中的任意一种，会影响植物纤维猫砂的性能。
通过实施例1和对比例4-5的对比可知，不进行长短纤维分级以及利用秸秆长纤维制备得到的植物纤维猫砂性能较差。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的工艺方法，但本发明并不局限于上述工艺步骤，即不意味着本发明必须依赖上述工艺步骤才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (5)

1.一种植物纤维猫砂的制备工艺，其特征在于，所述制备工艺包括以下步骤：（1）将秸秆进行预处理；（2）将预处理之后的秸秆短纤维进行粉碎；（3）将粉碎之后的物料与辅料进行混合；（4）将混合之后的物料进行造粒，得到所述植物纤维猫砂；
其中，步骤（1）中，所述预处理包括秸秆长短纤维分级；
步骤（1）中，所述秸秆包括玉米秸秆、水稻秸秆或小麦秸秆中的任意一种或至少两种的组合；
步骤（1）中，所述预处理前的秸秆，以干基计含水量≤15%；
步骤（1）中，所述秸秆长短纤维分级包括第一辊压和第二辊压；所述第一辊压、第二采辊压各自独立地选自波浪形辊、刺辊、六边形辊或平辊中的任意一种或至少两种的组合；所述第一辊压、第二辊压的转速各自独立地选自400-1000 rpm；
步骤（1）中，所述秸秆长短纤维分级还包括揉丝和除尘；
所述揉丝的级数为1-3级；
所述除尘包括一级除尘、二级除尘和三级除尘；所述一级除尘采用的筛网为50-70目；所述二级除尘采用的筛网为30-50目；所述三级除尘采用的筛网为10-30目；
步骤（1）中，所述秸秆长短纤维分级中轴流式分级机的转速为1000-2000 rpm；
步骤（1）中，所述秸秆长短纤维分级中分级滚筒长为1500-2500 mm，直径为300-500 mm；
步骤（2）中，所述粉碎后得到的物料直径为0.8-1.5 mm；
步骤（3）中，所述混合后得到的物料的调匀度≥95%；
步骤（3）中，所述混合后得到的物料，以干基计含水量为15-20%；
步骤（3）中，所述粉碎之后的物料与辅料的质量比为(60-80):(20-55)；
步骤（3）中，所述辅料包括质量比为(1-10):(1-10):(2-15):(10-17):(2-15)的钠基膨润土、沸石粉、羧甲基淀粉、复合润滑抑菌凝胶和水；
所述复合润滑抑菌凝胶的制备原料按质量百分含量计包括以下组分：
葡萄糖酸氯己定 0.1-0.3%
卡波姆 0.5-1%
三乙醇胺 1-2%
乙醇 30-50%
甘油 10-30%
水 30-40%；
所述复合润滑抑菌凝胶的制备方法包括以下步骤：
（a）将卡波姆和水混合，浸泡，得到卡波姆的水溶液；将葡萄糖酸氯己定和乙醇混合，得到葡萄糖酸氯己定的乙醇溶液；
（b）将甘油、剩余的乙醇和步骤（a）得到的葡萄糖酸氯己定的乙醇溶液混合，均质，得到第一混合物；
（c）将剩余的水、步骤（a）得到的卡波姆的水溶液和步骤（b）得到的第一混合物，混合，均质，得到第二混合物；
（d）将三乙醇胺和步骤（c）得到的第二混合物混合，搅拌，得到复合润滑抑菌凝胶；
步骤（a）中，所述浸泡的时间为40-60 h；
步骤（b）中，所述均质的转速为1450-2900 rpm，时间为15-30 min，压力≤100 Pa；
步骤（c）中所述均质的转速为2900-3600 rpm，时间为10-20 min，压力≤100 Pa；
步骤（d）中，所述搅拌的转速为50-80 rpm。
2.根据权利要求1所述的植物纤维猫砂的制备工艺，其特征在于，步骤（1）中，所述秸秆长短纤维分级处理后得到的秸秆短纤维物料，以干基计含尘量≤1%；
步骤（1）中，所述秸秆长短纤维分级处理后得到的秸秆短纤维物料，以干基计长短纤维的分净率≥99%。
3.根据权利要求1所述的植物纤维猫砂的制备工艺，其特征在于，步骤（4）中，所述造粒后得到直径为1.5-3 mm的棒状颗粒；
步骤（4）中，所述造粒后还包括依次进行的干燥灭菌和筛分冷却；
所述干燥灭菌采用微波干燥耦合紫外线灭菌；所述微波的工作频率为2400-2500 MHz；所述紫外线的强度≥70 uW/cm2；所述干燥灭菌中物料的停留时间为3-5 min；
所述干燥灭菌后，以干基计物料的含水量≤10%；所述干燥灭菌后，物料中菌落总数≤105 cfu/g，霉菌总数≤200 cfu/g；所述筛分冷却后物料的温度≤65℃。
4.根据权利要求1所述的植物纤维猫砂的制备工艺，其特征在于，所述制备工艺包括以下步骤：
（1）将秸秆进行预处理，所述预处理包括秸秆长短纤维分级；
（2）将预处理之后的物料进行粉碎，所述粉碎后得到的物料直径为0.8-1.5 mm；
（3）将粉碎之后的物料与辅料进行混合，混合后得到的物料的调匀度≥95%；
（4）将混合之后的物料进行造粒，得到直径为1.5-3 mm的棒状颗粒；
（5）将造粒之后的物料进行干燥灭菌和筛分冷却，得到所述植物纤维猫砂；
其中，所述干燥灭菌采用微波干燥耦合紫外线灭菌；所述微波的工作频率为2400-2500MHz；所述紫外线的强度≥70 uW/cm2；所述干燥灭菌中物料的停留时间为3-5 min；所述筛分冷却后物料的温度≤65℃；
步骤（1）中，所述秸秆包括玉米秸秆、水稻秸秆或小麦秸秆中的任意一种或至少两种的组合；
步骤（1）中，所述预处理前的秸秆，以干基计含水量≤15%；
步骤（1）中，所述秸秆长短纤维分级包括第一辊压和第二辊压；所述第一辊压、第二采辊压各自独立地选自波浪形辊、刺辊、六边形辊或平辊中的任意一种或至少两种的组合；所述第一辊压、第二辊压的转速各自独立地选自400-1000 rpm；
所述秸秆长短纤维分级还包括揉丝和除尘；
所述揉丝的级数为1-3级；
所述除尘包括一级除尘、二级除尘和三级除尘；所述一级除尘采用的筛网为50-70目；所述二级除尘采用的筛网为30-50目；所述三级除尘采用的筛网为10-30目；
步骤（1）中，所述秸秆长短纤维分级中轴流式分级机的转速为1000-2000 rpm；
步骤（1）中，所述秸秆长短纤维分级中分级滚筒长为1500-2500 mm，直径为300-500 mm。
5.一种适用于权利要求1-4中任一项所述的植物纤维猫砂制备工艺的制备系统，其特征在于，所述制备系统包括预处理设备、粉碎设备、混合设备、造粒设备、干燥灭菌设备和筛分冷却设备；
所述预处理设备包括秸秆长短纤维分级机；
所述秸秆长短纤维分级机包括揉丝模块、分级模块、除尘模块和隔音降噪模块。
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