CN1864958A

CN1864958A - 利用互花米草生产的中密度纤维板及其制备方法

Info

Publication number: CN1864958A
Application number: CN 200610085521
Authority: CN
Inventors: 钦佩; 王光; 郭英燕
Original assignee: Nanjing University
Current assignee: Nanjing University
Priority date: 2006-06-21
Filing date: 2006-06-21
Publication date: 2006-11-22

Abstract

本发明属于生态工程技术领域。利用互花米草生产的中密度纤维板及其制备方法，把大量的互花米草生物质能转化为替代木质纤维的非木质纤维资源生产纤维板，同时还将互花米草可溶性提取物加工成具有保健作用的添加剂用于食品、饮料、啤酒和保健品等，大大提高互花米草的附加值，使互花米草由“害草”转化成为具有较大经济效益的资源。

Description

利用互花米草生产的中密度纤维板及其制备方法

一、技术领域

本项发明属于生态工程技术领域。

二、背景技术

随着我国经济的快速发展以及人们生活水平的不断提高，我国建筑、装修、家具、包装等行业迅速崛起，人们对板材消费量不断增加。以往建筑、装修、家具和包装等多用木板或木质纤维板材，而我国人均森林蓄积量仅有0.12m³，远远低于世界人均森林蓄积量0.65m³的水平，而我国目前年均木材总消耗量已达2.5×10⁸m³，使得我国森林受到严重破坏，面积迅速缩小，木材供给能力大幅度下降。为保护森林资源、保护环境，我国加强了对森林保护力度、并大力提倡植物造林，积极引导和鼓励利用非木纤维制作纤维板以替代木质纤维板。随着人们保护森林、保护环境和保护生态平衡意识的不断提高，以及我国科技水平不断提高，我国非木纤维板的研究和生产都取得巨大成就。

非木纤维植物具有生长快、周期短、生物量大、成本低等诸多的特点，我国又是农业大国，拥有巨大的农作物资源。因此，近年来我国出现许多以农作物秸秆作为原料生产非木纤维板材和造纸的公司，将大量的农作物秸秆转化为非木纤维板、瓦楞纸，在建筑、装修、家具、包装等领域发挥了巨大作用。利用农作物秸秆的非木纤维造纸、制板可以减少对木质纤维的消耗，这对保护我国的森林资源、保护生态环境十分有利的。但是，我们还应该考虑我们人均耕地面积少且质量不高的国情，加之近几十年以来过度化肥施用和植物秸秆归田率不高，土壤有机质水平较低并有下降的趋势，土壤结构破坏严重。为了更好地保护和利用我们人类赖以生存的土地，科学的做法是提倡秸秆还田，把农作物秸秆作有机肥直接还田或做饲料后间接还田，以提高土壤的有机质营养水平，以维持土地的持续生产力。如果把大量的农作物秸秆固化成不能还田的纤维板，土壤就会因长期缺乏有机质，其结构会遭到严重破坏而出现退化，出现作物产量和品质下降等严重问题。只有把农作物秸秆作为饲料间接还田或者把他们制成有机肥直接还田才能有利于保持和提高土壤肥力，以保证农作物的持续丰产和保持土壤肥力的持续性。因此，从长远观和人类自身生存、发展来看，把农作物秸秆作为原料进行固化生产非木纤维板不是一种真正可持续性的好的办法。为了保护和发展我国的森林资源、保护我国生态环境、保护我国有限的耕地土壤资源，应在减少森林的砍伐和大力开展植树造林结合的同时，还要积极寻求新的非木纤维资源作为替代木纤维和耕地农作物秸秆资源。

我国拥有长达18000km的海岸线，随着河流入海口的造陆活动不断加强，每年淤积出面积可观的海涂。目前，北起辽宁南至广东、广西等漫长海岸线滩涂上生长着大面积的互花米草有待被利用，以防止互花米草继续过渡侵占滩涂，减少其产生的负面影响。

三、发明内容

(一)本发明要解决的问题：

1、利用互花米草生产中密度纤维板；

2、互花米草纤维板的制作工艺，以及互花米草有效生物活性成分的利用问题；

3、纤维板生产过程中污染问题。

(二)本发明的具体技术方案：

本发明所述互花米草纤维板是由互花米草和不含甲醛的环保胶-异氰酸酯为主要原料生产的一种中密度纤维板，生产过程中同时实现互花米草可溶性物质与不溶性的固体残渣分的高效利用：

1、大量利用互花米草的有效途径：互花米草生长在潮间带的一种泌盐植物，其生产力强，生物量巨大，但体内含有丰富NaCl和有益于健康的可提取物质，如总黄酮、稀有微量元素等。互花米草经过收获-清洗-破碎-烘干-粉碎-除尘-蒸煮浸提-分离，将可溶性物质与不溶性的固体残渣分离开来；然后将其固体残渣和可溶性提取物分别利用，一方面将其固体残渣作为非木质纤维资源用于替代农作物秸秆制作非木质纤维板：将分离出的固体残渣经过干燥-入仓-混胶-铺装-预压-板坯带-截坯-检验-合格板坯-运输-装坯-热压-出板-截板、锯边-板材堆放-抛光-入库；不合格板坯回收不能进入下一程序。利用互花米草生产中密度纤维板，每m³纤维板需要互花米草干草约1.5t。另一方面，将分离出的液体提取物经过减压浓缩，将释放出的水蒸气输入到互花米草的蒸煮程序再利用，将浓缩后获得的褐色浓稠状物质收集起来作为食品、饮料、啤酒和保健品的添加剂用于食品、饮料、啤酒和保健品的生产，实现副产物的利用，进一步提高互花米草的经济附加值。

2、实现互花米草纤维板生产过程无污染：使用不含甲醛的环保胶、生产过程实现充分利用互花米草的生物质能、水蒸气实现循环利用，不仅节约能源和水，不产生有害化学物质和污染环境的物质。

本发明的可行性分析：

我国互花米草面广、量大，资源丰富：我国绵长的海岸线的淤泥质海滩潮间带都分布有大面积且生物量巨大的互花米草(Spartina aterniflora)单优势种群。它原产于美国，是一种生长在淤泥质潮间带的多年生盐沼植物。其根系异常发达，植株粗壮，其地上高度一般可达1.0～2.5m，生存能力超强，它具有耐盐碱、耐潮汐淹没、繁殖力强、生长旺盛等特点，能在低滩高碱环境中快速生长，具有极强的消浪能力和保滩护岸能力。我国为保滩护岸，保护沿海地区经济和人民生命财产，经国务院批准此，由南京大学仲崇信教授于1979年底将互花米草引入我国，1980年在福建沿海滩涂试种成功，1982年以后逐渐扩种到江苏、广东、浙江和山东等地，经过二十余年的发展，互花米草面积在我国沿海滩涂地区达到5万hm²以上，在江苏盐城市的滩涂上，互花米草可收获的干物质量高达4874kg/m²。互花米草大的大量繁殖产生了一定的负面影响，大量利用互花米草可减轻甚至消除其负面作用：作为一个具有极强繁殖能力的外来物种，具有生长旺，繁殖快，植株高而密，生物量大，它占据大面积的光滩，改变了淤泥质光滩的景观和本土物种的栖息环境，排挤和替代了一些本土物种等。对我国沿海淤泥质滩涂地区的生物多样性和水产养殖等产生了一定的不良影响和负面作用：米草侵占滩涂贝类养殖的场所，导致贝类在密集的米草草滩中无法自由活动，健康生长，甚至会窒息死亡，一些贝类不得不迁移至米草滩外；一些港区也由于互花米草的侵入淤积加快，影响船只出入；在夏秋季互花米草的落叶随着潮水四处漂移，进入滩涂或浅海的藻类养殖地，就会对紫菜，海带等海藻的生产与产品的质量产生一定的影响；由于大量的互花米草生物质能没有得到充分利用每年干枯在滩涂中，不仅是一种资源的巨大浪费，还对海洋环境造成了二次污染等。为了减轻互花米草产生的负面影响，我国每年都花费大量的人力、物力、财力控制互花米草，但见效不大或难以持久。目前国内外控制互花米草的措施主要有物理控制、化学控制和生物防治等：物理方法主要是人工挖掘及机械清除，并将其弃之于堤岸上，这不仅要消耗大量的人力、物力和财力，且没有经济效益，是一种只投入而没有产出的控制方法。物理方法控制互花米草，只能起到短时间、暂时性控制，效果差，还需要政府出资和组织才行，人们主动实施的积极性差，难以持续和长久；化学方法是使用除草剂，但除草剂通常只能清除地表以上部分，对于地下根系和滩涂土壤中的种子效果较差，且存在污染问题；生物防治是指使用天然的动物天敌和致病微生物来防治外来入侵种。作为外来入侵种，其入侵地也往往缺乏其天敌，其天敌和致病微生物一般也是外来种，这些外来天敌还面临气候等环境因素的限制而面临越冬难的问题，并且传统的生物防治还存在极大的生态风险，生物防治尚处在实验阶段。由于互花米草的大量繁殖和种群的不断扩大，大量的生物量无法利用且造成海洋的二次污染，其负面影响没有能够很好的克服，2003年互花米草还被国家环保局列入我国16种入侵种黑名单。

互花米草巨大的生物量和丰富的营养可以转化成为人类服务的宝贵资源：互花米草不仅含有丰富的纤维物质，还含有大量的对人体有益的具有保健作用的物质。研究发现海水中的元素含量比地壳岩石中的元素含量更接近人血液的元素含量水平，互花米草生长在潮来潮去的潮间带这种特殊的生境中，接受海水哺育，能产生和积累大量的有利于其抗逆生理的次级代谢产物，这些物质往往是有益于动物和人体的生物活性成分：Cruz(1997)发现米草含有抗癌物质长春新碱；南京大学钦佩等发现互花米草不仅含有丰富的矿物质、人体必须微量元素如Fe、Cu、Mn、Zn以及含有Se、I、Co等14种重要元素，还含有类黄酮、有机酸、多酚类、皂苷、蒽醌苷、香豆素苷以及丰富的维生素等物质(钦佩、谢民，1988。自然杂志，11(12)：931-933；钦佩、谢民，1990。自然杂志，13(4)：226-227)；钦佩等作了“互花米草中硒的含量、分布、形态及其利用”的研究(钦佩、仲崇信，米草的应用研究，1992，海洋出版社，北京)；对互花米草的提取物进行毒理学试验如急性毒性试验、致突变试验、亚慢性毒性试验、致畸试验等，证明它是安全无毒(钦佩、仲崇信，米草的应用研究，1992，海洋出版社，北京)；钦佩与原南京医学院姜允申等联合做了“矿质水对大鼠免疫与运动功能”(矿质水——添加花米草提取物的水)的影响研究、“生物矿质乳对动物及人体运动和免疫功能的影响”(生物矿质乳——添加互花米草提取物的牛奶)的研究(钦佩、仲崇信，米草的应用研究，1992，海洋出版社，北京)；钦佩与南京药物研究所张康宣联合做了互花米草提取物中总黄酮的“局部消炎作用及其免疫活性”研究和“生物矿质乳”的免疫学研究等(钦佩、仲崇信，米草的应用研究，1992，海洋出版社，北京)。这些研究结果都表明互花米草的提取物对动物和人体具有抗炎抗氧化、强心、提高免疫力等系列保健作用。互花米草生产力高，生物量大，生长在其他植物难以生存的潮间带，不占用耕地，生产成本低，深度利用和开发互花米草资源具有可行性和广阔的前景。

通过多级利用互花米草，进一步提高互花米草的经济附加值，将以往难以利用的互花米草转化为具有极大经济价值和生态价值的资源，这不仅解决了利用农作物秸秆替代木纤维的不足，还能实现互花米草生物质能的充分利用，克服外来入侵种带来的负面影响，充分发挥互花米草巨大的生产力和极高的生物量在经济价值和生态功能等方面的作用。

(三)本发明与现有技术比较，其显著性进步为：

我国森林覆盖率仅有16％，人均耕地面积少、且优质高产耕地所占比例不高，长期以来农作物秸秆作为饲料和有机肥的主要来源，对保护耕地的结构和持续生产力具有重要作用。本发明利用滩涂上的互花米草替代农作物秸秆和木纤维生产纤维板，一方面克服了大量固化农作物秸秆或消耗大量木纤维的不足，不占用耕地资源、不破坏森林，使更多农作物秸秆能用作家畜饲料或耕地的有机肥还田以提高耕地土壤品质，使其具有持续的更高的生产力，有利于保护森林；另一方面把大量的互花米草生物质能转化为替代木质纤维的非木质纤维资源生产纤维板，同时还将互花米草可溶性提取物加工成具有保健作用的添加剂用于食品、饮料、啤酒和保健品等，大大提高互花米草的附加值，使互花米草由“害草”转化成为具有较大经济效益的资源。因此，本发明可充分发挥互花米草强大的正面生态效益和经济效益，大大提高沿海人民大众主动收获互花米草的积极性，对沿海人民脱贫、致富、弃渔从农和保护森林、保护海洋资源都具有重要意义，对沿海地区的可持续发展有积极推动作用。同时还可实现不需要国家投资、无生态风险地对互花米草的有效控制，为国家节约大量的治理和控制互花米草的投资费用，真正实现了经济效益、生态效益和社会效益的共赢。

四、具体实施方式

一种利用互花米草生产的纤维板及其的制备方法，具体实施方式如下：

(1)选择适宜的收获期：每年9月份以后进行收获互花米草。6～10月是互花米草快速营养生长主要时期，7、8月份又是大潮和特大潮多发期，选择9月份以后，并在小潮时开始收获互花米草，一可以保障获得最大生物量和最优质的纤维，二便于收获和运输，降低收获成本；

(2)清洗除污：将收获的互花米草用自来水洗去附着的泥土，特别要注意其基部的清洗，消除泥土附着；

(3)切碎做成粗料：将清洁好的互花米草用切碎机将其切碎成小于4cm的草段粗料，以便于进一步粉碎；

(4)筛选除尘：进一步消除尘土、种子等杂质；

(5)蒸煮浸提：将经过(4)处理好的互花米草粗料放入蒸煮器/池，加入自来水将其淹没，加盖密封、通入水蒸气使其沸腾30～60分钟，使其充分软化、以利于可溶性物质的析出、溶解和纤维的解离；

(6)固、液分离：经过(5)蒸煮浸提后将其输送到螺旋卸料过滤式离心机进行固、液分离，将分离出的液体送入液体浓缩器；然后将固体物送入碎丝机继续粉碎成2～4mm的纤维丝；

(7)纤维干燥：将(6)中分离出来并粉碎的纤维丝送入干燥机干燥至含水率小于10％；

(8)分选：从经过(7)的纤维丝中按粒度大小将纤维丝分离成做表层的细料和芯层的粗料；

(9)计量施胶：采用不含甲醛的环保胶——异氰酸酯胶粘剂作为粘合剂，施胶量按互花米草与胶20∶1的重量比施胶，并使胶、料在施胶混料器内充分混合均匀。为提高纤维板品质，在施胶程序中可根据需要选择加入阻燃剂、防霉剂、防水剂、防腐剂等添加剂，在施加过程中，必须保障添加剂与纤维丝充分混合均匀。操作时可先将添加剂与纤维丝混合均匀后再施胶，也可将添加剂先与胶混合均匀后随胶一同与纤维丝均匀混合；

(10)铺装：将(9)混合好的胶-料送入纤维板铺装机，由铺装机按表层料、芯层料的层次进行铺装成毛板坯；

(11)预压：将铺装好的毛板坯经预压机预压成板坯带，压缩量为毛板坯的1/3～1/2，预压压强为1.0MPa＜P＜1.6MPa，预压时间20～30s；

(12)截坯：按照热压槽的长度将预压好的板坯带截成板坯；

(13)板坯检验和运输：对(12)截好的板坯进行板坯质量合格检验，不合格的板坯进行回收，合格的板坯运往热压机进行热压；

(14)装槽、热压：将合格的板坯按层装进热压机的压缩槽，装槽完成后，进行热压定型：热压温度150～170℃，压强2.5Mpa＜P＜3.5Mpa，热压时间30～45s/mm；

(15)出板、截板、锯边：热压完成后将压好的毛边板拉出，运到截板、锯边机按规格尺寸进行截板、锯边，并将加工好的纤维板堆放；

(16)磨光：将(15)中加工好的纤维板运往砂磨抛光机将两面磨光；

(17)板材抽样检验：随机抽样对纤维板进行检验，以达到或超过国家中密度纤维板标准(GB/T11718-1999)为合格；纤维板的密度700-850kg/m³，静曲强度＞25MP，弹性模量＞3000，内结合强度＞0.72，2小时吸水厚度膨胀率＜7％，板面握钉力＞1600N，板侧握钉力＞1400N，穿孔值＜0.05mg/100g，甲醛释放量＜0.3mg/L；

(18)入库：经检验合格的纤维板运入仓库暂存；

(19)可溶性提取物利用：将(6)中分离并送入到液体浓缩器的提取液经减压浓缩，水蒸气通入蒸煮器再利用，将浓缩后呈褐色浓稠糊状的提取物作为添加剂，应用于食品、啤酒、保健品、或饲料的生产。

Claims

1、一种利用互花米草生产的中密度纤维板，其特征是由互花米草和不含甲醛的环保胶——异氰酸酯构成。

2、根据权利要求1所述利用互花米草生产的中密度纤维板及其制备方法，其特征是选取适宜时期对互花米草进行收获-清洗-破碎-烘干-粉碎-除尘-蒸煮浸提-分离、将可溶性物质与不溶性的固体残渣分离开来，然后将其固体残渣和可溶性提取物分别利用，具体方法如下：

(1)选择适宜的收获期：每年9月份以后进行收获互花米草；

(3)切碎成粗料：将清洁好的互花米草用切碎机将其切碎成小于4cm的草段粗料，以便于进一步粉碎；

(4)筛选除尘：进一步消除尘土、种子等杂质；

(9)计量施胶：采用不含甲醛的环保胶——异氰酸酯胶粘剂作为粘合剂，施胶量按互花米草与胶20∶1的重量比施胶，并使胶、料在施胶混料器内充分混合均匀；为提高纤维板品质，在施胶程序中可根据需要选择加入阻燃剂、防霉剂、防水剂、防腐剂等添加剂，在施加过程中，必须保障添加剂与纤维丝充分混合均匀；操作时可先将添加剂与纤维丝混合均匀后再施胶，也可将添加剂先与胶混合均匀后随胶一同与纤维丝均匀混合；

(12)截坯：按照热压槽的长度将预压好的板坯带截成板坯；

(18)入库：经检验合格的纤维板运入仓库暂存。

3、根据权利要求2所述利用互花米草生产的中密度纤维板及其制备方法，其特征是将可溶性提取物利用，具体方法是：将(6)中分离并送入到液体浓缩器的提取液经减压浓缩，水蒸气通入蒸煮器再利用，将浓缩后呈褐色浓稠糊状的提取物作为添加剂，应用于食品、啤酒、保健品、或饲料的生产。