用香蕉莖稈制作可降解材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了用香蕉莖稈制作可降解材料的制備方法,屬于可降解材料的制作領域??山到獠牧系闹苽浞椒òㄒ韵虏襟E:(1)備料除雜、削段、分絲壓棉;(2)擠壓纖維;(3)高濃度磨纖維;(4)漿池消潛;(5)纖維漿洗選;(6)改性處理;(7)烘干。本發(fā)明采用的香蕉莖稈和陽離子淀粉均為可完全生物降解的材料,其他加入的輔料均為無機化學產(chǎn)品,制得的產(chǎn)品為可完全降解的環(huán)保產(chǎn)品,且其各項指標如耐破指數(shù)、撕裂指數(shù)、抗張強度等均符合國家標準。本發(fā)明的制備方法免加熱、蒸煮、泡堿,制作工藝簡便、纖維軟化快、成本低、無污染。
【專利說明】用香蕉莖稈制作可降解材料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及可降解材料的制作領域,尤其是一種用香蕉莖桿為原料制作的可降解材料,以及這種可降解材料的制備方法。
【背景技術】
[0002]在我國北回歸線25度以南的地區(qū),適于種植大量的香蕉,香蕉屬于一年一砍植物,香蕉莖桿含有豐富的纖維素,纖維素是構成香蕉假莖纖維的主要成分,占總量的55.591% ;膠質總含量41.948 %,其中脂蠟質含量1.438 %,果膠含量6.975 %,木質素含量
8.742%,半纖維素含量17.378%。與其它植物纖維相比,雖然香蕉莖纖維含纖維素量中等,含木質素較高,但仍然有很好的開發(fā)價值。
[0003]每年香蕉果實采收后,會產(chǎn)生大量的香蕉莖桿,其數(shù)量可觀,體積龐大,據(jù)統(tǒng)計每年放棄的香蕉莖桿資源達6400萬噸。目前對香蕉莖桿資源的利用還較初始和原始,收果后的香蕉莖桿已成為堆在田間地頭和路邊的廢棄物,日曬雨淋,腐爛變質,不僅占用土地還導致植物病蟲害,既浪費資源又污染環(huán)境,采用香蕉莖桿作為原料制造可降解的材料是典型的綠色產(chǎn)品,其不但價廉而且可自然降解,能減少對環(huán)境的污染,增加農(nóng)民的收入,將其制成包裝材料又是消滅“白色污染”的最理想換代材料,對實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略,具有重要的環(huán)保意義和良好的社會經(jīng)濟效益。
[0004]近年來也有一些的人在利用香蕉莖桿造紙,但都離不開傳統(tǒng)的制漿方法,仍然存在嚴重的污染問題。在中國專利ZL02115525.9,專利名稱為“香蕉樹制造紙漿及其工藝”,該發(fā)明的工藝過程為:(1)原料;(2)切碎制漿去雜;(3)濾水濃縮;(4)加熱漂白;(5)脫膠;(6)磨漿。該方法在加熱漂白過程中需要加熱蒸煮,因此排出的水為強堿性,污染環(huán)境:其二、原料切碎后直接打漿,成漿慢,原料利用率不高;其三、制造成本高、工藝流程時間長。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的發(fā)明目的在于解決香蕉莖桿纖維制造可降解材料紙漿中的工藝難題。本發(fā)明提供一種用香蕉莖桿做原料制作的可降解材料及其制備方法。本發(fā)明的制備方法免加熱、蒸煮、泡堿,制作工藝簡便、纖維軟化快、成本低、無污染。
[0006]本發(fā)明采用的技術方案如下:
[0007]用香蕉莖桿制作可降解材料的制備方法,包括以下工藝步驟:
[0008](I)備料除雜、削段、分絲壓棉:選取干的香蕉樹莖桿,將其用鼓式削片機削成長度為30-50cm的小段,然后送入分絲機進行分絲壓棉處理。
[0009](2)擠壓纖維:采用先進擠壓機對香蕉莖桿進行高效擠壓,分離出纖維和原液,纖維送到高濃搓磨機磨纖維,原液回收提取單寧利用。通過擠壓來進行物理改性,能夠改變了天然植物纖維的結構和表面性能,但不改變天然植物纖維的化學組成。
[0010](3)高濃度磨纖維:將擠壓所得纖維用水調配至質量分數(shù)為25%,將纖維軟化劑添加到高濃搓磨機與擠壓所得纖維混合,纖維軟化劑與香蕉樹莖桿的質量比為0.01-0.03:1,通過在纖維質量分數(shù)為25%的高濃狀況下搓磨,改變香蕉植物纖維的結構和表面性能。
[0011]上述纖維軟化劑是由以下原料按重量份制作而成:
[0012]活性硅酸鈉I %?3%;陽離子淀粉2%?3%;纖維素1.5?2%;堿0.5%?1%;磨纖維助劑:5%?8%,余量是水。其中磨纖維助劑包括:鎂鹽0.5%?4.9%;濃度為30%的鹽酸 0.1%?0.5% ;Ca(OH)295% -99% ;
[0013]上述纖維軟化劑的制作方法為:先將磨纖維助劑鎂鹽、鹽酸、Ca(OH)2按比例混合制成3%?6%的白乳狀液,再將其他原料與磨纖維助劑按配比在加熱容器中混合,在40-50°C經(jīng)2小時反應即可制得。
[0014](4)漿池消潛:進行高濃度搓磨處理后的纖維和纖維軟化劑混合物直接進入纖維池消潛,通過常溫攪拌消潛60?120分鐘,使纖維軟化分解成纖維漿;
[0015](5)纖維漿洗選:先后利用洗選纖維箱、中濃除渣器、外流式壓力篩、一段除渣、二段除塵器對軟化分解后的纖維進行清洗,最后通過濃縮斜網(wǎng)后得到濃縮后的纖維漿;
[0016](6)改性處理:用水將洗選后的纖維漿的質量濃度調整為1.5%,將其通過雙盤磨漿機進一步研磨,再通過細料壓力篩和除砂器篩選漿料,然后到混合箱,在混合箱內(nèi)按照纖維漿占50-55 %、濃度為I %薯類多糖天然高分子聚合物占20 % -30 %,濃度為1.5 %植物廢料占20 % -30 %,濃度為I %。的聚丙烯酰胺占0.8 % -1.2 %的比例混合進行交聯(lián)改性。在20?50°C溫度范圍內(nèi)反應,反應時間15-30分鐘,過濾后得到可降解材料紙漿。
[0017]其中,上述交聯(lián)反應的目的是減少淀粉中羥基的含量,即降低了親水基團的濃度,從而起到耐水的效果。
[0018](7)烘干:添加叔十二烷基硫醇液體到改性后的纖維漿中,其添加量占纖維漿質量的0.5%,在烘機上成型即得生物可降解材料產(chǎn)品。
[0019]本發(fā)明添加的纖維軟化劑有催化分離木質素、軟化纖維的作用,通過添加纖維軟化劑到香蕉莖桿纖維中并經(jīng)高濃度搓磨,能起到使纖維軟化、疏解和分離的作用,軟化后的纖維經(jīng)過磨漿后容易制成纖維漿,從而使得本發(fā)明不需要高溫蒸煮,不需要添加堿劑,即達到制漿的目的,所制得的可降解材料制成包裝袋或者其他紙制品物理性能好,具有較高的強度性能、抗張性能、耐折度好、耐破和撕裂指數(shù)均較好;本發(fā)明還對纖維漿進行交聯(lián)改性,使得紙制品具有良好的耐水性能。
[0020]綜上所述,由于采用了上述技術方案,本發(fā)明的有益效果是:
[0021]1、本發(fā)明不需蒸煮、漂白,不再使用傳統(tǒng)制漿蒸煮劑,且免去了蒸汽的使用實現(xiàn)了節(jié)能減排;本發(fā)明由于使用了纖維軟化劑,只需要在常溫狀態(tài)下消潛、攪拌就可制漿,大大減少企業(yè)的的制造成本,增加企業(yè)經(jīng)濟效益,是一種全新的植物纖維制漿工藝技術,刷新了造紙工業(yè)污染環(huán)境的傳統(tǒng)工藝,對造紙行業(yè)的資源整合起到積極的推進作用,對我國亞熱帶地區(qū)的香蕉種植業(yè)發(fā)揮應有的作用。
[0022]2、本發(fā)明采用的香蕉莖桿和陽離子淀粉均為可完全生物降解的材料,其他加入的輔料均為無機化學產(chǎn)品,本發(fā)明制得的產(chǎn)品為可完全降解的環(huán)保產(chǎn)品,且其各項指標如耐破指數(shù)、撕裂指數(shù)、抗張強度等均符合國家標準。
[0023]3、本發(fā)明用無毒、無害、無腐蝕性纖維軟化劑替代了強酸、強堿,生產(chǎn)中沒有黑液產(chǎn)生,制漿過程沒有總還原硫產(chǎn)生,因此杜絕了傳統(tǒng)制漿法的惡臭氣味,且排出的廢水PH約為5-7,可以回收利用,具有很好的環(huán)保效應。
[0024]4、本發(fā)明用水量和廢水排放量少,傳統(tǒng)制漿工藝用水量為每噸漿耗水150-200m3/噸,而本發(fā)明每噸漿耗水僅8m3左右,噸漿排水僅2-3.5m3左右,減排廢水量約94%。
[0025]5、本發(fā)明的制纖維漿法無高溫蒸煮系統(tǒng)、堿回收系統(tǒng)、洗漿系統(tǒng),設備投資遠低于傳統(tǒng)制漿法,同規(guī)模漿廠可節(jié)約投資2/3 ;制漿的成本大大低于傳統(tǒng)制漿法,生產(chǎn)成本是傳統(tǒng)制漿的2/5,并大幅度降低了污染治理費用。同時,本發(fā)明可充分利用香蕉莖桿廢棄物資源,增加農(nóng)民收入,也防止了香蕉莖桿在田地造成病蟲害的污染和資源浪費。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明的工藝流程圖
【具體實施方式】
[0027]下面通過實施例對本發(fā)明作進一步詳述。
[0028]實施例1
[0029]用香蕉莖桿制作可降解材料的制備方法,其工藝流程圖如圖1所示,包括以下工藝步驟:
[0030](I)備料除雜、削段、分絲壓棉:將果農(nóng)收果后砍下的香蕉樹選取干的香蕉樹莖桿1000kg,將其用鼓式削片機削成長度為30-50cm的小段,然后送入分絲機進行分絲壓棉處理。
[0031](2)擠壓纖維:采用先進擠壓機對香蕉莖桿進行高效擠壓,分離出纖維和原液,纖維送到高濃搓磨機磨纖維,原液回收提取單寧利用。
[0032](3)高濃度磨纖維:將擠壓所得纖維用水調配至質量分數(shù)為25%,將纖維軟化劑添加到高濃搓磨機與擠壓所得纖維混合,纖維軟化劑與香蕉樹莖桿的質量比為0.01: 1,通過在纖維質量分數(shù)為25%的高濃狀況下搓磨,改變香蕉植物纖維的結構和表面性能。
[0033]上述纖維軟化劑總質量為10kg,是由以下原料按配比制作而成:
[0034]活性硅酸鈉0.1kg ;陽離子淀粉0.2kg ;纖維素0.15kg ;堿0.05kg ;磨纖維助劑:0.5kg,水9kg。其中磨纖維助劑包括:鎂鹽0.0025g ;濃度為30%的鹽酸0.0025g;Ca(OH)20.495kg ;
[0035]上述纖維軟化劑的制作方法為:先將磨纖維助劑鎂鹽、鹽酸、Ca(OH)2按比例混合加水制成3%的白乳狀液,再將其他原料與磨纖維助劑按配比在加熱容器中混合,在40-50°C經(jīng)2小時反應即可制得。
[0036](4)漿池消潛:進行高濃度搓磨處理后的纖維和纖維軟化劑混合物直接進入纖維池消潛,通過常溫攪拌消潛120分鐘,使纖維軟化分解成纖維漿;
[0037](5)纖維漿洗選:先后利用洗選纖維箱、中濃除渣器、外流式壓力篩、一段除渣、二段除塵器對軟化分解后的纖維進行清洗,最后通過濃縮斜網(wǎng)后得到濃縮后的纖維漿;
[0038](6)改性處理:用水將洗選后的纖維漿的質量濃度調整為1.5%,將其通過雙盤磨漿機進一步研磨,再通過細料壓力篩和除砂器篩選漿料,然后到混合箱,在混合箱內(nèi)按照質量濃度為1.5%的纖維漿占50%、濃度為1%薯類多糖天然高分子聚合物占20%,濃度為
1.5%植物廢料占29.2%,濃度為1%。的聚丙烯酰胺占0.8%的比例混合進行交聯(lián)改性。在20?50°C溫度范圍內(nèi)反應,反應時間15分鐘,過濾后得到可降解材料紙漿。
[0039]其中,上述交聯(lián)反應的目的是減少淀粉中羥基的含量,即降低了親水基團的濃度,從而起到耐水的效果。
[0040](7)烘干:添加叔十二烷基硫醇液體到改性后的纖維漿中,其添加量占纖維漿質量的0.5%,在烘機上成型即得生物可降解材料產(chǎn)品。
[0041]實施例2
[0042]用香蕉莖桿制作可降解材料的制備方法,其工藝流程圖如圖1所示,包括以下工藝步驟:
[0043](I)備料除雜、削段、分絲壓棉:將果農(nóng)收果后砍下的香蕉樹選取干的香蕉樹莖桿1000kg,將其用鼓式削片機削成長度為30-50cm的小段,然后送入分絲機進行分絲壓棉處理。
[0044](2)擠壓纖維:采用先進擠壓機對香蕉莖桿進行高效擠壓,分離出纖維和原液,纖維送到高濃搓磨機磨纖維,原液回收提取單寧利用。
[0045](3)高濃度磨纖維:將擠壓所得纖維用水調配至質量分數(shù)為30%,將纖維軟化劑添加到高濃搓磨機與擠壓所得纖維混合,纖維軟化劑與香蕉樹莖桿的質量比為0.03:1,通過在纖維質量分數(shù)為30%的高濃狀況下搓磨,改變香蕉植物纖維的結構和表面性能。
[0046]上述纖維軟化劑總質量為30kg,是由以下原料按配比制作而成:
[0047]活性硅酸鈉0.9kg ;陽離子淀粉(淀粉基生物降解樹脂CP_300)0.9kg ;纖維素
0.6kg ;堿3kg ;磨纖維助劑:2.4kg,水25.2kg。其中磨纖維助劑包括:鎂鹽0.12kg ;濃度為30 % 的鹽酸 0.0024g ;Ca (OH) 22.28kg ;
[0048]上述纖維軟化劑的制作方法為:先將磨纖維助劑鎂鹽、鹽酸、Ca(OH)2按比例混合加水制成6%的白乳狀液,再將其他原料與磨纖維助劑按配比在加熱容器中混合,在40-50°C經(jīng)2小時反應即可制得。
[0049](4)漿池消潛:進行高濃度搓磨處理后的纖維和纖維軟化劑混合物直接進入纖維池消潛,通過常溫攪拌消潛60分鐘,使纖維軟化分解成纖維漿;
[0050](5)纖維漿洗選:先后利用洗選纖維箱、中濃除渣器、外流式壓力篩、一段除渣、二段除塵器對軟化分解后的纖維進行清洗,最后通過濃縮斜網(wǎng)后得到濃縮后的纖維漿;
[0051](6)改性處理:用水將洗選后的纖維漿的質量濃度調整為3%,將其通過雙盤磨漿機進一步研磨,再通過細料壓力篩和除砂器篩選漿料,然后到混合箱,在混合箱內(nèi)按照濃度為3%的纖維漿占55%、濃度為I %薯類多糖天然高分子聚合物占20%,濃度為1.5%植物廢料占23.8%,濃度為1%。的聚丙烯酰胺占1.2%的比例混合進行交聯(lián)改性。在20?50°C溫度范圍內(nèi)反應,反應時間30分鐘,過濾后得到可降解材料紙漿。
[0052]其中,上述交聯(lián)反應的目的是減少淀粉中羥基的含量,即降低了親水基團的濃度,從而起到耐水的效果。
[0053](7)烘干:添加叔十二烷基硫醇液體到改性后的纖維漿中,其添加量占纖維漿質量的0.5%,在烘機上成型即得生物可降解材料產(chǎn)品。
[0054]實施例3性能指標
[0055]1、對實施例1和實施2產(chǎn)生的廢水測試pH值,所得結果分別為5.6和6.1,呈弱酸性。實施例的工藝用水量約為8m3,廢水排放量僅為2-3.5m3,而傳統(tǒng)制漿工藝用水量為每噸漿耗水150-200m3/噸,排水量為30-35m3,減排廢水量約94%,有效實現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保。
[0056]2、利用國家標準方法測試實施例制得的可降解材料的相關指標,所得結果如表1.
[0057]表1可降解材料的性能指標
[0058]
【權利要求】
1.用香蕉莖桿制作可降解材料的制備方法,包括以下工藝步驟: (1)備料除雜、削段、分絲壓棉:選取干的香蕉莖桿,將其用鼓式削片機削成長度為30-50cm的小段,然后送入分絲機進行分絲壓棉處理; (2)擠壓纖維:用擠壓機對分絲壓棉后的香蕉莖桿進行擠壓,分離出纖維和原液,纖維送到高濃搓磨機磨纖維,原液回收提取單寧利用; (3)高濃度磨纖維:將擠壓所得纖維用水調配至質量分數(shù)為25%,將纖維軟化劑添加到高濃搓磨機與擠壓所得纖維混合,纖維軟化劑與香蕉莖桿的質量比為0.01-0.03:1 ; 所述纖維軟化劑是由以下原料按重量份制作而成: 活性硅酸鈉1%?3% ;陽離子淀粉2%?3% ;纖維素1.5?2% ;堿0.5%?1% ;磨纖維助劑:5%?8%,余量是水;其中磨纖維助劑包括:鎂鹽0.5%?2%;濃度為30%的鹽酸 0.1%~ 0.3% ;Ca(OH)295% ; (4)漿池消潛:進行高濃度搓磨處理后的纖維和纖維軟化劑混合物直接進入纖維池消潛,通過常溫攪拌消潛60?120分鐘,使纖維軟化分解成纖維漿; (5)纖維漿洗選:先后利用洗選纖維箱、中濃除渣器、外流式壓力篩、一段除渣、二段除塵器對軟化分解后的纖維進行清洗,最后通過濃縮斜網(wǎng)后得到濃縮后的纖維漿; (6)改性處理:用水將洗選后的纖維漿的質量濃度調整為1.5%_3%,將其通過雙盤磨漿機進一步研磨,再通過細料壓力篩及除砂器篩選漿料,然后到混合箱,在混合箱內(nèi)按照濃度為1.5% -3%的纖維漿占50-55%、濃度為1%薯類多糖天然高分子聚合物占20 %-30%,濃度為1.5 %植物廢料占20 % -30 %,濃度為I %。的聚丙烯酰胺占0.8 % -1.2 %的比例混合進行交聯(lián)改性,反應溫度為20?50°C,反應時間15-30分鐘,過濾得到可降解材料紙衆(zhòng); (7)烘干:添加叔十二烷基硫醇液體到改性后的纖維漿中,其添加量占纖維漿質量的0.5%,在烘機上成型即得生物可降解材料。
2.根據(jù)權利要求1所述的用香蕉莖桿制作可降解材料的制備方法,其特征在于:所述纖維軟化劑的制作方法為:按質量百分比稱取原料,先將磨纖維助劑鎂鹽、鹽酸、Ca(OH)2按比例混合制成3%?6%的白乳狀液,再將其他原料與磨纖維助劑按配比在加熱容器中混合,在40-50°C經(jīng)2小時反應制得。
3.由權利要求1或2的制備方法所制得的可降解材料。
【文檔編號】D21C3/22GK104164800SQ201410379263
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年8月4日 優(yōu)先權日:2014年8月4日
【發(fā)明者】吳潔玲, 吳正平 申請人:南寧市美意環(huán)保工程有限責任公司, 廣西常樂農(nóng)業(yè)科技有限公司, 吳潔玲