利用植物秸稈製作原生態植物纖維模塑製品的工藝的製作方法

2023-04-23 18:48:43 2

本發明涉及一種製作模塑製品的工藝，具體涉及一種利用植物秸稈製作原生態植物纖維模塑製品的工藝。

背景技術：

隨著工業的發展，大量含氟物質升入大氣層，使人類賴以生存的臭氧層遭到大面積的破壞，在南極和北極已經形成了幾千公裡的臭氧層空洞，給地球的生態環境造成了極大的危害。為此，聯合國環保署召開了世界性的環保會議，於1998年通過了保護臭氧層的「維也納公約」和關於消耗臭氧層物質的「蒙特婁議定書」，明確規定了世界各國要逐漸少用直至禁用破壞臭氧層的含氟物質。

近年來，三大包裝材料之一的塑料製品(特別是發泡聚苯乙烯EPS)的諸多弊端日顯嚴重，已經成為人皆惡之的「白色汙染」。這些塑料製品的廢棄物的處理給環境帶來了嚴重的汙染，例如：燃燒會破壞地球的大氣臭氧層；堆埋因不能降解會破壞地質結構。

改用可降解的環保包裝材料，消除「白色汙染」，改善人類的生活環境，已成為國際及國內明文規定的要求。

現有的可降解的環保包裝材料大致有以下四類：

一、紙漿模塑：用紙漿經模塑而成，需先生產紙漿，生產過程不僅會排放廢液，帶來黑色汙染，而且生產成本較高，缺乏市場競爭能力。

二、採用全澱粉作為原料的材料：生產過程無汙染，產品美觀、衛生，是理想的環保餐飲用具，但是原料價格高，設備投資大，難有市場前景。

三、可分解塑料製品：廢棄後，可分解成碎片，但不能繼續降解為無害物質，碎片在土壤中積累，仍可導致土地板結，影響作物生長。

四、植物纖維製品：植物纖維無毒，廢棄物燃燒不產生有毒有害氣體，灰燼進入土壤還可作肥料，直接埋入地下可受微生物降解成無害物質，並且原料來源豐富且廉價，是極有前途的製品。

現有的植物纖維製品，一般均由植物纖維、膠黏劑、防水劑在高溫下經壓制而成，大致有以下三種：

一、原始配方中不含防水膠，用溼法生產毛坯，植物纖維與膠黏劑混合後壓製成型，再塗上防水層，最後烘乾成為最終產品。不足之處：塗層和烘乾設備資金投入大，成本高，工藝複雜，生產周期長，能耗高，需要大的生產場地。

二、原料選用價格較高的進口樹脂做黏合劑，用量佔原料總重30％以上，不加防水膠，在160℃高溫、100噸壓力下幹壓成型，老化時間40秒以上，每次只能壓制60克的快餐面盒1隻，所得產品脆、硬，極易破碎。

三、在原料中加入大量(佔總重25％)價格較高的防水膠，用溼法高溫中壓工藝成型，一次可生產60克的快餐盒4隻，但在壓制過程中，因原料水分多，需多次放氣，老化時間每次超過1分鐘，成型後需要烘乾，能耗大，且防水性差。

技術實現要素：

為解決現有技術的不足，本發明的目的在於提供一種利用植物秸稈製作原生態植物纖維模塑製品的工藝，該製作工藝不僅路線簡潔，生產周期短，能耗小，成本低，對生產場地無要求，而且製作出來的植物纖維模塑製品韌性好，結實，不易破碎，並且植物秸稈形狀清晰可見。

為了實現上述目標，本發明採用如下的技術方案：

一種利用植物秸稈製作原生態植物纖維模塑製品的工藝，包括以下步驟：

Step1：向植物秸稈中噴灑生物酶製劑和軟化藥劑，攪拌均勻，然後自然堆放獲得成熟漿；

Step2：將成熟漿製成成品漿；

Step3：利用吸漿網模將成品漿成型，然後脫模、烘乾，最後熱定型、衝壓切邊、殺菌消毒；

其特徵在於，

在Step1中，通過調整生物酶製劑和軟化藥劑的使用量，控制成熟漿的pH值為7±1，同時控制成熟漿僅脫掉5％木質素、保留95％木質素；

在Step2中，先對成熟漿進行洗滌和篩選，然後打成粗漿，直接獲得成品漿，無需添加膠黏劑。

前述的工藝，其特徵在於，在Step1中，前述植物秸稈選自小麥秸稈、大麥秸稈、燕麥秸稈、水稻秸稈、玉米秸稈、高粱秸稈和棉花秸稈中的任意一種。

前述的工藝，其特徵在於，在Step1中，前述生物酶製劑為木質素酶、漆酶和木聚糖酶AU-PE89複合生物酶。

前述的工藝，其特徵在於，前述軟化藥劑為NaOH和浸透劑的組合物，前述浸透劑為異辛醇聚氧乙烯醚或乙醇。

本發明的有益之處在於：

(一)製作工藝

1、工藝路線短，工藝簡潔，生產周期短，成本低

本發明的工藝因只需脫掉5％木質素，生物酶製劑和NaOH的用量大幅減少，成熟漿的pH值降低在7左右，所以成熟漿經洗滌、篩選、打漿三步後直接成為成品漿；以往的工藝因需要100％脫木質素，生物酶製劑和NaOH的用量大，所以獲得的成熟漿的pH值在14以上，在獲得成品漿的過程中需要做鹼回收處理。故與以往的工藝相比，本發明的工藝路線更短，操作更簡潔，生產周期也更短，成本也更低。

通過同時使用生物酶製劑、NaOH和浸透劑，獲得了成熟漿，再對成熟漿進行打漿，以半生物、半化學、半機械的方式實現了在常溫常壓下將纖維素與木質素分離，並且保留了纖維素的完整性，浸透劑能夠促進NaOH和生物酶製劑快速、充分滲透到秸稈內部，加快了木質素和纖維素之間的分解分離，縮短了生產周期。

2、無汙染

由於本發明的工藝只脫掉了5％木質素，所以成品漿的洗滌水含有少量的木質素，洗滌水呈黃色，不再是「黑液」，這些黃色的洗滌水經過絮凝、吸附、過濾、澄清等處理後，獲得固體物——木質素，這些木質素可循環使用，用來做木質素生物肥、木質素磺酸鈉等，杜絕了對環境的汙染，是一個清潔生產項目。

3、能耗低

製漿工藝路線短，只有噴藥和打漿用電，資金投入降低，能耗減少，而且也不需要大的生產場地。

4、用水量不大

由於生產線用水是封閉循環使用的，只是在產品烘乾時產生水蒸汽揮發至空間，生產過程中不需補充用水，因此用水量不大。

(二)製作得到的模塑製品

1、韌性好，結實，不易破碎；

2、廢棄後可降解；

3、植物秸稈形狀清晰可見。

附圖說明

圖1是採用本發明的工藝製作得到的原生態植物纖維模塑製品-成品盤。

具體實施方式

以下結合具體實施例對本發明作具體的介紹。

一、準備原料

小麥秸稈、NaOH、生物酶製劑、浸透劑。

二、製作過程

1、軟化獲得成熟漿

向小麥秸稈中噴灑少量生物酶製劑和軟化藥劑，攪拌均勻，然後自然堆放，獲得成熟漿(仍是一根根較長的小麥秸稈)。在此過程中，我們需要通過調整生物酶製劑和軟化藥劑的使用量(減少使用量)，來控制成熟漿的pH值為7±1，同時控制成熟漿僅脫掉5％木質素、保留95％木質素。

在本實施例中，生物酶製劑選用的是木質素酶、漆酶和木聚糖酶AU-PE89複合生物酶，軟化藥劑選用的是NaOH和浸透劑的組合物，其中，浸透劑選用的是異辛醇聚氧乙烯醚(也可以選用乙醇)。

植物的成分有木質素，木質素主要位於纖維素與纖維之間，是一種廣泛存在於植物體中的無定形的、分子結構中含有氧代苯丙醇或其衍生物結構單元的芳香性高聚物。

在自然界中，木質素的儲量僅次於纖維素，而且每年都以500億噸的速度再生。製漿造紙工業每年要從植物中分離出大約1.4億噸纖維素，同時得到5000萬噸左右的木質素副產品，但迄今為止，超過95％的木質素仍以「黑液」直接排入江河或濃縮後燒掉，很少得到有效利用。

本發明的製作工藝，設計了「微脫木質素」方案，我們仍選用NaOH來脫木質素，但是與現有工藝100％脫木質素相比，我們僅脫掉植物5％的木質素，剩餘的95％的木質素均被保留下來，木質素及其衍生物具有多種功能，其中的一個功能就是可作為「植物膠」使用，本發明的製作工藝恰到好處的運用了這一功能，故整個製作過程中無需再添加膠黏劑，既減少了原料投入，又縮短了工藝路線和生產周期，有效降低了成本。

秸稈表面存在著角質蠟狀膜(蠟層)，這種蠟層一般由脂溶性的脂肪酸、烷烴、脂肪醇、醛類、酮類和酯類組成，其存在阻礙了微生物、化學藥劑等進入秸稈內部。所以在對秸稈進行軟化處理時，我們添加了一定量的滲透劑——異辛醇聚氧乙烯醚。

異辛醇聚氧乙烯醚：脂肪醇與環氧乙烷的縮合物，屬於非離子型表面活性劑，微黃色至無色液體，pH值5.0-7.0(1％水溶液)，滲透力≤5秒(4g/L)，溶於水，耐強酸、強鹼、次氯酸鹽等，具有良好的滲透性能，對各種纖維無親和力，可促進NaOH和生物酶製劑快速、充分滲透到秸稈的內部。

通過試驗我們發現：選用乙醇作為滲透劑也是可以獲得較好的促進滲透的效果的。

乙醇：有機溶劑，無毒，可以溶解秸稈中的脂肪酸、烷烴、脂肪醇、醛類、酮類和酯類等有機可溶物，這些有機可溶物是蠟層的主要成分，蠟層被溶解後，NaOH和生物酶製劑可快速、充分滲透到秸稈的內部。

2、製成成品漿

對成熟漿進行洗滌和篩選，然後利用打漿機把成熟漿打成粗漿，打粗漿的時間不宜過長(例如控制在1min以內)，能夠將一根根較長的小麥秸稈打成大部分的長度為5cm-6cm的短秸稈即可，如此直接獲得成品漿，無需再添加膠黏劑。

木質素及其衍生物具有多種功能，其中的一個功能就是可作為「植物膠」使用，因為本發明的工藝只脫去了5％木質素，保留了95％木質素，所以整個製作過程無需再添加膠黏劑。

3、成型

利用吸漿網模將成品漿成型，然後脫模、烘乾，最後熱定型、衝壓切邊、殺菌消毒。

最終製作得到的成品盤的外觀如圖1所示。縱觀整個成品盤，製作原料-小麥秸稈(長度較短)清洗可見。

在整個製作過程中，只使用了少量的軟化藥劑(主要成分為NaOH+異辛醇聚氧乙烯醚/乙醇，其中的NaOH會與秸稈木質素發生化學反應-酸鹼中和反應，異辛醇聚氧乙烯醚/乙醇會逐漸揮發)和少量的生物酶製劑(與秸稈木質素發生生物反應)，對原材料-小麥秸稈的處理主要是物理處理(洗滌)，因秸稈屬酸性物質，反應結束後，軟化藥劑中的NaOH基本完全反應掉了，異辛醇聚氧乙烯醚/乙醇基本揮發掉了，生物酶製劑基本上也不存在了，所以整個製作過程不會對環境造成汙染。

可見，從使用的原材料開始，到整個製作過程結束，本發明的製作工藝環保意識十分強。

三、關於原材料以及生物酶製劑和軟化藥劑的使用量的說明

1、關於原材料

植物秸稈除了選用小麥秸稈以外，還可以選用大麥秸稈、燕麥秸稈、水稻秸稈、玉米秸稈、高粱秸稈和棉花秸稈等富含纖維的秸稈。

2、關於生物酶製劑和軟化藥劑的使用量

不同作物秸稈的主要化學成分不盡相同，例如：

針對不同的作物秸稈，生物酶製劑和軟化藥劑的使用量需要做適當調整，無論是何種作物秸稈，調整所遵循的原則都是一致的，即：生物酶製劑和軟化藥劑的使用量僅能夠脫掉5％木質素，保留95％木質素，並將成熟漿的pH值控制在7±1。

依據這一原則，本領域技術人員通過常規的實驗手段即可獲得生物酶製劑和軟化藥劑的具體的使用量。

因此，在本發明的技術方案中，生物酶製劑和軟化藥劑的具體的使用量未給出，但是本領域技術人員依據我們給出的原則是可以毫無疑義的獲得生物酶製劑和軟化藥劑的具體的使用量的。

四、產品特點

本發明中的秸稈原生態植物纖維模塑製品，是以可再生、可回收、可降解的植物秸稈作基礎材料，採用半生物、半化學、半機械的獨特工藝，在常溫、常壓自然環境中，利用秸稈所含纖維素遇水自熱反應原理，製成的一種無汙染科技型綠色產品，其生產過程和使用過程均無任何汙染，可廣泛用於食(藥)品盛放、電器包裝、種植育苗、醫用器皿、工藝品底坯和易碎品襯墊包裝等領域。

採用本發明的工藝製作而成的秸稈原生態植物纖維模塑製品具有如下一些獨特的特點：

1、產品強度大，可塑性和緩衝性能好，質量輕，回收費用低，可反覆使用，保護性、互換性和裝潢性能好，透氣性好，對生鮮產品的包裝有獨到的好處。

2、完全可替代發泡塑料製品，可有效消除「白色汙染」。

3、廢棄後可降解，降解時間僅需100天，製品環保性好。

4、植物秸稈形狀清晰可見。

五、市場前景分析

1、環保性

本發明的秸稈原生態植物纖維模塑製品，以植物秸稈為原料，經過現代工藝進行製漿，通過特製的模具進行脫水成型，經烘乾、熱處理、整形等系列工藝程序製成。纖維模塑製品100天可降解，完全可替代發泡塑料製品，可有效消除「白色汙染」，製品環保性好。

纖維模塑製品是世界環保部門推薦的環保產品，在其生產過程中對環保工作十分重視，就其三廢問題對環保的影響，在整個生產過程中，從使用的原材料開始，到整個生產過程終結為止，其環保意識十分強。

原料為植物秸稈，而在生產加工過程中主要是物理處理(洗滌)，只使用少量的軟化藥劑和生物酶，軟化藥劑和生物酶會與木質素發生反應，反應結束後，軟化藥劑和生物酶基本被消耗掉了，所以整個生產加工過程不會造成環境的汙染。

生產線用水是封閉循環使用的，只是在產品烘乾時產生水蒸汽揮發至空間，生產過程中不需補充用水，因此用水量不大。

2、成本經濟

纖維模塑技術經過數年的發展創新，設備性能不斷改進，生產工藝逐步成熟，產品生產成本驅於穩定。目前國內紙託製品的生產成本已基本與泡沫塑料製品持平，有些紙託製品成本已明顯低於泡沫塑料製品。紙託製品替代泡沫塑料防震製品，在使用性能、生產成本上均具備了可行性，加上其環保方面的優勢，紙漿模塑製品替代泡沫塑料製品已成為必然的趨勢。

六、小結

由此可見，本發明的製作工藝具有如下一些獨特的優點：

1、工藝技術簡單實用，生產過程中無汙染，符合清潔生產的要求。另外，生產線各工序中除自控系統管理對人員素質要求較高外，其餘均為熟練技術，經過短期培訓便能掌握運用，再加上其設備的國產化程度很高，十分利於該項目的普及推廣，這對於迅速發揮秸稈纖維模塑製品的環保優勢來說也是一個便捷條件。

2、原料來源廣，造價低。它主要是用一年生草本植物纖維，原材料可以因地制宜，就地取材，取之不盡，用之不竭。

3、產品強度大，可塑性和緩衝性能好，質量輕，回收費用低，可反覆使用，保護性、互換性和裝簧性能好，透氣性好，對生鮮產品的包裝有獨到的好處。

4、從生產到使用再到廢棄物處理，對環境無汙染，生產過程中水消耗量少，無廢水排放，減少環境汙染。

5、產品具有良好的吸水性、疏水性和隔熱性，完全可替代發泡塑料製品，有效消除「白色汙染」。

6、可實現高速、自動化大批量生產。

綜上所述，由於秸稈原生態植物纖維模塑製品具有原料來源充足，生產使用過程無公害，適用範圍廣，造價低，重量輕，強度大，可塑性、緩衝性、互換性、裝潢性能較好，並可反覆使用和回收再生產等特點，因而具有強大的生命力和廣闊的應用前景，秸稈原生態植物纖維模塑製品替代泡沫塑料製品勢必成為必然的趨勢，本發明的製備工藝符合我國市場發展趨勢，具有廣闊的市場前景。

需要說明的是，上述實施例不以任何形式限制本發明，凡採用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術方案，均落在本發明的保護範圍內。