CN1396045A - 植物木芯材料或皮纤维材料制备方法及其用途 - Google Patents

Abstract

本发明公开了木芯或皮纤维材料的制备方法及其用途。将每年间伐或平茬收割直径≥6mm的榆、杨、柳、紫穗槐等树种的树木干、枝条切断至适宜长度，湿原料直接用机械碾压预脱皮后，在研磨设备加工过程中用＜280℃的热空气或蒸汽加热，使皮层与木芯热膨胀剥离和干燥脱水，当干燥至水分＜35％，继续研磨脱皮使木芯与皮纤维及易碎的皮屑物质完全分离；干原料可直接用球磨、棒磨机等设备研磨处理，使木芯与皮纤维及易碎的皮屑物质充分离解，用分选设备分别选出木芯材料、皮纤维材料、粉末状皮屑物质(用作饲料及其它用途)，本发明提出的木芯材料尤其适用于造纸或人造板生产；皮纤维材料用于包装品制造。为造纸及其他相关领域提供一种可持续再生利用的新材料。

Description

植物木芯材料或皮纤维材料制备方法及其用途

                                技术领域

本发明涉及将未成材、利用价值低的树木干或枝条加工成为用途广泛的木芯材料或皮纤维材料的制备方法，特别是涉及可用于造纸、人造板材生产的木芯材料或用于包装品生产的皮纤维材料的制备方法。

                                背景技术

已知，工农业利用木材的传统方法是等待林木成材后，一般是按树干中段直径达到80mm以上时再进行采伐。既使速生林的采伐周期至少也在4---5年，周期较长。现有传统工艺大多是利用质量好(树干笔直)的木材为原料造纸或生产其他产品，采伐树木后的树冠枝杈，因不便于运输等原因，往往当作薪炭烧掉，利用价值极低，造成资源的巨大浪费。已知目前造纸除消耗大量的木材外，且需将木材脱皮、蒸煮、旋切成刨花、木片再磨碎制成纸浆，因大多数造纸厂是用已成材、直径大的木材进行脱皮、旋切处理，所以水电动力和机械能耗很高，并且污染环境。中国森林资源匮乏，而农村大多数地区每年间伐或平茬收割未成材的树木干(胸径80mm以下)及砍伐树木剩余的枝杈大部分未能作为资源合理利用。木材主要用于造纸及板材生产，需要消耗大量的森林资源。而小型材、间伐材、树木枝杈、枝条等直径小，经整理后对其脱皮、刨切、破碎等加工方法简单容易、且水电和机械能耗较少，所以这部分资源很有利用价值。已知榆树木质细腻，纤维柔韧，可用于制造木器家具或造纸等，树根皮、树皮、叶含有胶原蛋白和淀粉等物质，具有较高的应用价值。中国发明专利ZL99103519.4在说明书中披露了每年定期收割榆树枝叶为原料制备成粘结剂，用来作为瓦楞纸包装材料、蚊香、饲料、生物质(农作物秸杆)砌块、粉煤等压缩成型的粘结助剂使用，从而有利于环境保护。其制造过程是将枝叶干燥、破碎、过筛分选出的粉末状物质用作粘结剂或其他用途，而筛选分级后占较大部分的(筛上物)木芯、皮纤维未指出其具体内容和用途。这些主要由难粉碎的木纤维组成的物质较难加工成粉末状，如返回继续粉碎会造成机械动力能耗过高，并且木芯不含胶粘物质，若使其粉碎后进入粘结剂内，必将影响到粘结剂的质量，同时增加生产成本。而分离出来的木芯材料、皮纤维材料是造纸、人造板及包装品生产的优质高档原料。

                                发明内容

本发明的目的是为造纸、人造板及包装品生产提供一种持续再生、节能环保、高效率、资源化的木芯材料或皮纤维材料的制备方法。

现已发现，密植的生长期2年以上的树木(榆、杨、柳、紫穗槐树等)根系已十分发达，产生的生物量很高，每年间伐的榆树生长一年后高度可达到3.5-4.0m。用每年定期间伐或平茬收割分蘖的树木干、枝条为原料，经机械加工分离出皮屑等粉末状物质后，分别获得的木芯、皮纤维具有较高的综合利用价值，这种通过分选加工后制成的木质细腻洁白、纯净的木芯材料或柔韧的皮纤维材料，可以直接有效地用于纸浆、人造板生产或用于包装品及其它相关领域。

根据本发明，实现上述目的主要是利用生长期为2年未成材的榆、杨、柳、紫穗槐等树木，当树木根部直径达15mm以上时，用每年间伐或平茬收割的树干、枝条为原料，经切断、脱皮、研磨、分选制备成的木芯材料或皮纤维材料，它是按下述过程制备的，

按相同树种将每年间伐或平茬收割的湿润或已干燥的树木干、枝条原料，分别用锯切设备切割至长度为10---600mm，湿原料用碾压或研磨设备将木芯与皮层预剥离，并用＜280℃的热空气或蒸汽加热，加热时间视原料的湿度控制在3---40min内，使木芯与皮层热膨胀离解及干燥脱水，也可在加热过程中用已知的有碾压、脱皮、研磨功能的机械设备使木芯与皮层基本剥离，将原料干燥至水分＜35％后，继续用研磨设备研磨脱皮，使木芯与易碎的树皮屑及柔韧的皮纤维充分离解，未脱皮水分＜35％的原料可直接用球磨机、棒磨机研磨脱皮，充分离解木芯与皮屑，待木芯与皮层充分离解后，用已知的分选设备(机械式分选机或气流式分选机)分别选出木芯材料、皮纤维材料及粉未状皮屑物质(用作饲料或其它用途)，得到的木芯材料、皮纤维材料用于造纸、人造板生产或包装品制造。

其特征还在于：本发明所述每年间伐或平茬收割树木新分蘖的树干、枝条为原料，按照木本植物的自然生长发育特性，每批原料间伐或平茬收割周期≥10个月，选择纤维已充分木质化、平均直径≥6mm的树木枝干或枝条，根据中国各地的气候条件和地理环境，其间伐或平茬收割期一般选在每年8月中旬至第二年的6月中旬，因此每年可以持续获得大量速生的原料。

其特征还在于：可用同一方法和装置分批次加工处理干燥的或湿润的原料；分批加工处理不同直径的原料。

其特征还在于：本发明的木芯材料用已知造纸和人造板生产通用的削片机、刨片机、磨浆机设备，进一步加工成为木片、刨花或木纤维用于造纸或人造板生产，并且使一般情况下作为废弃物的树皮，经加工得到的皮纤维材料可用作易降解的包装品生产。

其特征还在于：本发明利用小直径树木干、枝条直接切断、挤压冲击、脱皮、分选加工成为纸浆或人造板生产使用的木芯材料，与传统工艺比较(对大直径木材的旋切)减少了加工难度和强度，所以比用原木生产纸浆节省水电消耗和机械动力能耗，并且使造纸和人造板生产成本降低，大大提高了造纸和人造板生产原料的供给量。

其特征在还于：选择速生的榆、杨、柳、紫穗槐等树种，利用荒山、沙荒地、低产田等土地资源合理密植，并可套种农作物，每亩种植密度视当地套种农作物的具体情况而定，只种植上述树种时密度一般为＞500株/亩，适应多种地域环境生长。

本发明提出的木芯材料或皮纤维材料很容易制备，特别是对湿原料脱皮时，选择用于加工的碾压、脱皮、研磨设备时，应优先考虑使用已知的滚筒式球磨或棒磨机，可在加工过程中用同一设备连续对原料进行预热或加热干燥处理；与其配套的分选设备也应优先考虑适用于湿物料分选的机型，因为这样才可能有效地减少能耗，方法也简单易行。

本发明与现有技术相比，它直接使用速生的树木干、枝条为原料，并且直接为造纸和人造板生产提供已进行脱皮加工处理的原料，比纸浆和人造板生产需用剥皮机、旋切机等设备剥离大直径木材树皮和旋切成刨花的方法，节省了大量生产用工和水电动力消耗，并且简化了工艺流程，提高了资源的利用率和再生周期。本发明利用荒山、沙荒地、低产田合理密植速生的树种，并利用生长期2年以上的榆、杨、柳、紫穗槐等树种树木干、枝条再生周期短、产能高的特性，依据木本植物根系发达、保土固墒并可持续再生的自然规律，治理水土流失，修复生态环境。又依据小直径树木干、枝条加工时的动力消耗少、加工难度低的原理，能够在农村大多数地区建设专业加工网点，为造纸和人造板生产提供产量丰富的原料加工基地，从而使造纸和人造板生产原料资源化。本发明写明了木芯或皮纤维材料的制备方法及获得原料的途径和特征。它可应用于需要这种木芯或皮纤维材料的各个生产领域。这种木芯材料尤其适于作为纸浆、人造板生产的原料；皮纤维适宜作为包装品生产的原料；本发明可有效地减轻经济发展需求对森林资源的依赖和过度采伐。

                             具体实施方式

以下所述实施例详细说明了本发明。合理密植的树木经2年的生长期，其根系已深入土壤，当树木根部直径达15mm以上时，每年间伐或平茬收割树木干、枝条已不影响第二年树木萌芽及生长发育，所以从每年的8月中旬至第二年的六月中旬，在长达10个月的时间内，均可间伐或平茬收割树木干或枝条作为本发明的原料，其每批原料间伐或平茬收割的周期最好在10个月以上。为便利运输和加工，应对湿原料进行去除枝杈、按不同直径打成捆等前期预处理，例如：

在每年的2月下旬，取直径≤35mm的榆树木干或枝条为原料，趁湿将原料用电锯切割至长度100mm左右，筛选出直径＜15mm的原料留存(下一批生产使用)，将直径在15---35mm之间的原料用已知的对辊碾压设备或滚筒式脱皮机处理，把木芯与皮层预剥离，用200℃的热空气将原料加热，加热时间视原料的湿度控制在12min内，使木芯与皮层膨胀离析并干燥脱水，也可用已知的棒磨机等设备在加热干燥过程中直接对原料进行脱皮研磨处理，木芯在机械力的挤压冲击作用下与大部分树皮层分开，使木芯与柔韧的皮纤维及易磨碎成粉末的皮屑充分离解，当木芯材料与皮纤维材料及粉末状皮屑物质离解后，被与棒磨机配套的气流式分选机连续分选出木芯材料、皮纤维材料、粉末状皮屑物质。

对已干燥的切断长度为300mm左右、直径40-50mm的原料，直接输送至棒磨机内研磨10---30min，磨棒选用截面为多棱角的，可强化对原料皮层的摩擦冲击，使木芯与树皮剥离，皮屑易研磨成粉末，木芯或皮纤维被充分离解出来，同时连续用已知的辊筒式筛选机(可连接在棒磨机后面)分选出木芯材料、皮纤维材料、粉末状皮屑物质。

在上述实施方案中，不单要对干、湿两种原料分别处理，还要选择直径相近的原料同一批次加工，这样才能保证加工出的木芯材料或皮纤维材料的质量较高，同时也能提高分选设备对木芯材料或皮纤维材料的分选效率。

本发明这种木芯材料用已知的削片机、刨片机及磨浆机进一步加工成为木片、刨花或纸浆，直接用作造纸和人造板生产的原料，柔韧的皮纤维材料可代替麻制绳用于包装品制造。

Claims (4)

1.一种植物木芯材料或皮纤维材料制备方法及其用途所述，其特征是选择生长期为2年的榆、杨、柳、紫穗槐等树种，当树木根部直径达15mm以上时，用每年间伐或平茬收割的树木干、枝条为原料，经切断、脱皮、研磨、分选、制备成的木芯材料或皮纤维材料，它主要是按下述过程制备的，

①按相同树种将每年间伐或平茬收割的湿润或已干燥的原料，根据需要分别切断至长度为10---600mm，

②湿料用碾压或研磨设备将木芯与皮层预剥离，用＜280℃的热空气或蒸汽加热干燥脱水，

③将干燥至水分＜35％的原料继续用碾压、研磨设备研磨脱皮，使木芯、皮纤维与易碎的皮屑物质充分离解，未脱皮的干料切断后直接加入研磨设备中研磨脱皮，

④经研磨脱皮的原料用分选设备分别选出木芯材料、皮纤维材料及粉末状皮屑物质。

2.根据权利要求1.所述，其特征是，所述每批原料的间伐或平茬收割周期≥10个月，选择纤维已充分木质化、平均直径≥6mm的树木干或枝条，其间伐或平茬收割期选在每年8月中旬至第二年的6月中旬长达10个月的时间内。

3.根据权利要求1.所述，其特征是，所述可用同一方法和装置分批次加工处理干燥的或湿润的原料；分批加工处理不同直径的物料。

4.根据权利要求1至3所述，其特征是，所述分选出的木芯材料可直接加工成为木片、刨花或纸浆，用于造纸或人造板生产；皮纤维材料可用于包装品制造。