本發(fā)明涉及木質(zhì)復(fù)合材料制備領(lǐng)域，尤其是涉及一種煙稈纖維及利用煙稈纖維制備的物流包裝板材。
背景技術(shù)：
我國(guó)是煙草生產(chǎn)大國(guó)，煙稈是煙草生產(chǎn)中最大的副產(chǎn)品，年產(chǎn)量約為450萬(wàn)噸，煙稈中含有大量的木質(zhì)素和纖維素，在以往的處理方法中大部分采取丟棄和直接燃燒，既不經(jīng)濟(jì)也造成了不同程度的環(huán)境污染。為了增強(qiáng)煙草秸稈利用率，現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)煙稈深加工做了一系列的研究，比如將煙稈經(jīng)過(guò)發(fā)酵制備有機(jī)肥；采用加熱和微波工藝制備活性炭；壓制成纖維板等。而煙稈纖維壓制成板材可以作為物流包裝板材使用，而物流包裝板材需要搬運(yùn)和運(yùn)輸，對(duì)機(jī)械強(qiáng)度和防水性能均具有很高的要求。
李曉薇等在《農(nóng)牧產(chǎn)品開(kāi)發(fā)》上發(fā)表了煙桿工業(yè)利用新途徑，采用濕法和半干法將煙桿制備成纖維板，濕法是是將原料分解成纖維，加入大量水稀釋成漿料，然后施加保證產(chǎn)品性能的化學(xué)添加劑（膠粘劑除外），再脫水形成濕板坯，經(jīng)熱壓后制成纖維板的方法。半干法是將原料分解成纖維，進(jìn)行機(jī)械擠干后，鋪成半干狀板坯，經(jīng)熱壓后制成纖維板，制備成纖維板。但是該方法制備的纖維板的吸水后度膨脹率比較高，用于物流包裝材料時(shí)不防水，而且機(jī)械性能比較差。
中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?01110201014.6公開(kāi)了一種無(wú)醛植物纖維包裝材料的制造方法，屬于木質(zhì)復(fù)合材料制造技術(shù)領(lǐng)域，其工藝是先將植物纖維原料加工成一定尺寸的單元，將之與絕干重量占絕干植物纖維單元重量 30-50％的酶解木素均勻混合，再將混合料放入蒸汽爆破處理器中，在蒸汽壓力為0.8-1.3MPa， 處理時(shí)間為3-10min的條件下爆破解離成纖維束，再經(jīng)常溫磨機(jī)精磨處理 1-3min后分離成纖維，干燥至含水率10-20％，然后鋪裝成型。在溫度為190-210℃，壓力為4.0-5.0MPa，時(shí)間為30-50s/mm的條件下，熱壓制成密度為 0.9-1.2g/cm3，厚度為 2-4mm的板材，該方法制備的包裝材料的吸水膨脹率比較高，制備的包裝材料不防水，在運(yùn)輸過(guò)程中容易對(duì)包裝的物品造成損壞。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
有鑒于此，本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種煙稈纖維，該煙稈纖維是采用瞬間彈射蒸汽爆破技術(shù)處理煙稈，制備的煙稈纖維形態(tài)均勻，采用該煙稈纖維制備的物流包裝板材的各項(xiàng)機(jī)械性能優(yōu)異，且防水效果好，可以作為物流運(yùn)輸包裝材料。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
一種煙稈纖維，由以下步驟制備：
（1）將煙稈切成3-5cm長(zhǎng)的小段；
（2）切段后的煙稈在蒸汽壓力為1.5-3.5Mpa的條件下維持60-120s，然后瞬間彈射蒸汽爆破，得到煙稈纖維。
進(jìn)一步的，所述步驟（1）中煙稈的水分含量為15-25%。
進(jìn)一步的，所述步驟（2）中瞬間彈射蒸汽爆破時(shí)間為0.08-0.09s。
一種利用煙稈纖維制備的物流包裝板材，由以下步驟制備：
（1）將煙稈纖維與5-10%重量的黏合劑混合后，鋪裝成型，經(jīng)過(guò)預(yù)壓形成板坯，所述預(yù)壓壓力為0.2-0.6Mpa；
（2）在熱壓溫度為140-160℃，熱壓壓力為12-18Mpa，熱壓時(shí)間為2-3min的條件下，將板坯壓制成厚度為1.0-1.5cm的板材。
進(jìn)一步的，所述步驟（1）中的黏合劑為脲醛樹(shù)脂膠粘劑、羧甲基淀粉或堿木素。
本發(fā)明的有益效果是：
1、本發(fā)明采用瞬間彈射蒸汽爆破技術(shù)處理煙稈，在處理腔中，高壓蒸汽通過(guò)擴(kuò)散作用，滲透進(jìn)入煙稈木質(zhì)纖維細(xì)胞壁內(nèi)，冷凝成液態(tài)水，使細(xì)胞壁受到潤(rùn)濕，纖維素結(jié)晶度提高，聚合度減小，木質(zhì)素軟化，煙稈內(nèi)部橫向聯(lián)結(jié)強(qiáng)度下降,然后瞬間泄壓，蒸汽瞬間汽化，并產(chǎn)生二次蒸汽，體積猛增，蒸汽的膨脹對(duì)周圍細(xì)胞的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)施加了一個(gè)剪切力，使?jié)駶?rùn)的煙稈木質(zhì)纖維發(fā)生爆破，纖維細(xì)胞壁破裂，從而使煙稈纖維分散開(kāi)。
本發(fā)明對(duì)蒸汽爆破的壓力和保壓時(shí)間進(jìn)行考察，當(dāng)蒸汽壓力過(guò)小時(shí)，煙稈纖維分離不徹底，壓力過(guò)大，保壓時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，蒸汽溫度比較高，會(huì)導(dǎo)致纖維素發(fā)生溶出和降解，纖維含量降低，另外壓力大保壓時(shí)間長(zhǎng)的話，纖維受損會(huì)增加，細(xì)小纖維的含量會(huì)增大，且設(shè)備的能耗也會(huì)大大增加；而瞬間彈射蒸汽爆破時(shí)間直接影響爆破的效果，合理的瞬間彈射蒸汽爆破時(shí)間可以使煙稈纖維得到最大的分散，而且形態(tài)均勻。經(jīng)驗(yàn)證當(dāng)在蒸汽壓力為1.5-3.5Mpa的條件下維持60-120s，然后在0.08-0.09s瞬間彈射蒸汽爆破，得到的煙稈纖維，形態(tài)比較均勻，纖維分布適用于制備優(yōu)質(zhì)的板材。
2、煙稈中需要保持一定的水分含量，有利于加大水蒸氣的深入強(qiáng)度，提高處理效果；但是水分含量過(guò)低時(shí)，蒸汽爆破過(guò)程中細(xì)胞內(nèi)水分過(guò)少會(huì)降低液態(tài)水汽化時(shí)的剪切力，使得爆破效果變差，同時(shí)水分含量低也會(huì)導(dǎo)致煙稈發(fā)生碳化；而水分含量過(guò)高纖維容易降解，因此本發(fā)明將煙稈中含水量控制在15-25%。
3、本發(fā)明制備的煙稈纖維形態(tài)均勻，不需要經(jīng)過(guò)精磨，即可直接壓板，成本低。
4、采用本發(fā)明煙稈纖維制備的物流包裝板材密度為1.15-1.45g/cm3，內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度≥1.2MPa，靜曲強(qiáng)度≥30.2MPa，彈性模量≥4137.16MPa，各項(xiàng)性能優(yōu)異，可以達(dá)到復(fù)合木地板的性能，另外本發(fā)明制備的板材吸水厚度膨脹率≤3.54%，防水性能優(yōu)異。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
實(shí)施例1
一種煙稈纖維，由以下步驟制備：
（1）將煙稈切成3-5cm長(zhǎng)的小段，其中煙稈的水分含量為15%；
（2）采用QBS-80B型汽爆工藝試驗(yàn)臺(tái)，切段后的煙稈置于處理腔中，在蒸汽壓力為1.5Mpa的條件下維持120s，然后瞬間彈射蒸汽爆破，其中瞬間彈射蒸汽爆破時(shí)間為0.0875s，得到煙稈纖維。
一種利用煙稈纖維制備的物流包裝板材，由以下步驟制備：
（1）將煙稈纖維與5%重量的黏合劑混合后，鋪裝成型，經(jīng)過(guò)預(yù)壓形成板坯，其中預(yù)壓壓力為0.2Mpa；
（2）在熱壓溫度為140℃，熱壓壓力為18Mpa，熱壓時(shí)間為2min的條件下，將板坯壓制成厚度為1.0cm的板材，即制備得到產(chǎn)品。
其中黏合劑為脲醛樹(shù)脂膠粘劑。
實(shí)施例2
一種煙稈纖維，由以下步驟制備：
（1）將煙稈切成3-5cm長(zhǎng)的小段，其中煙稈的水分含量為18%；
（2）采用QBS-80B型汽爆工藝試驗(yàn)臺(tái)，切段后的煙稈置于處理腔中，在蒸汽壓力為1.8Mpa的條件下維持100s，然后瞬間彈射蒸汽爆破，其中瞬間彈射蒸汽爆破時(shí)間為0.0875s，得到煙稈纖維。
一種利用煙稈纖維制備的物流包裝板材，由以下步驟制備：
（1）將煙稈纖維與6%重量的黏合劑混合后，鋪裝成型，經(jīng)過(guò)預(yù)壓形成板坯，其中預(yù)壓壓力為0.3Mpa；
（2）在熱壓溫度為145℃，熱壓壓力為17Mpa，熱壓時(shí)間為2.5min的條件下，將板坯壓制成厚度為1.2cm的板材，即制備得到產(chǎn)品。
其中黏合劑為羧甲基淀粉。
實(shí)施例3
一種煙稈纖維，由以下步驟制備：
（1）將煙稈切成3-5cm長(zhǎng)的小段，其中煙稈的水分含量為20%；
（2）采用QBS-80B型汽爆工藝試驗(yàn)臺(tái)，切段后的煙稈置于處理腔中，在蒸汽壓力為2.0Mpa的條件下維持90s，然后瞬間彈射蒸汽爆破，其中瞬間彈射蒸汽爆破時(shí)間為0.0875s，得到煙稈纖維。
一種利用煙稈纖維制備的物流包裝板材，由以下步驟制備：
（1）將煙稈纖維與7%重量的黏合劑混合后，鋪裝成型，經(jīng)過(guò)預(yù)壓形成板坯，其中預(yù)壓壓力為0.4Mpa；
（2）在熱壓溫度為150℃，熱壓壓力為16Mpa，熱壓時(shí)間為3min的條件下，將板坯壓制成厚度為1.5cm的板材，即制備得到產(chǎn)品。
其中黏合劑為堿木素。
實(shí)施例4
一種煙稈纖維，由以下步驟制備：
（1）將煙稈切成3-5cm長(zhǎng)的小段，其中煙稈的水分含量為22%；
（2）采用QBS-80B型汽爆工藝試驗(yàn)臺(tái)，切段后的煙稈置于處理腔中，在蒸汽壓力為2.5Mpa的條件下維持80s，然后瞬間彈射蒸汽爆破，其中瞬間彈射蒸汽爆破時(shí)間為0.0875s，得到煙稈纖維。
一種利用煙稈纖維制備的物流包裝板材，由以下步驟制備：
（1）將煙稈纖維與8%重量的黏合劑混合后，鋪裝成型，經(jīng)過(guò)預(yù)壓形成板坯，其中預(yù)壓壓力為0.5Mpa；
（2）在熱壓溫度為150℃，熱壓壓力為15Mpa，熱壓時(shí)間為3min的條件下，將板坯壓制成厚度為1.0cm的板材，即制備得到產(chǎn)品。
其中黏合劑為脲醛樹(shù)脂膠粘劑。
實(shí)施例5
一種煙稈纖維，由以下步驟制備：
（1）將煙稈切成3-5cm長(zhǎng)的小段，其中煙稈的水分含量為25%；
（2）采用QBS-80B型汽爆工藝試驗(yàn)臺(tái)，切段后的煙稈置于處理腔中，在蒸汽壓力為3.0Mpa的條件下維持70s，然后瞬間彈射蒸汽爆破，其中瞬間彈射蒸汽爆破時(shí)間為0.0875s，得到煙稈纖維。
一種利用煙稈纖維制備的物流包裝板材，由以下步驟制備：
（1）將煙稈纖維與9%重量的黏合劑混合后，鋪裝成型，經(jīng)過(guò)預(yù)壓形成板坯，其中預(yù)壓壓力為0.6Mpa；
（2）在熱壓溫度為155℃，熱壓壓力為13Mpa，熱壓時(shí)間為2.5min的條件下，將板坯壓制成厚度為1.2cm的板材，即制備得到產(chǎn)品。
其中黏合劑為羧甲基淀粉。
實(shí)施例6
一種煙稈纖維，由以下步驟制備：
（1）將煙稈切成3-5cm長(zhǎng)的小段，其中煙稈的水分含量為25%；
（2）采用QBS-80B型汽爆工藝試驗(yàn)臺(tái)，切段后的煙稈置于處理腔中，在蒸汽壓力為3.5Mpa的條件下維持60s，然后瞬間彈射蒸汽爆破，其中瞬間彈射蒸汽爆破時(shí)間為0.0875s，得到煙稈纖維。
一種利用煙稈纖維制備的物流包裝板材，由以下步驟制備：
（1）將煙稈纖維與10%重量的黏合劑混合后，鋪裝成型，經(jīng)過(guò)預(yù)壓形成板坯，其中預(yù)壓壓力為0.4Mpa；
（2）在熱壓溫度為160℃，熱壓壓力為12Mpa，熱壓時(shí)間為2min的條件下，將板坯壓制成厚度為1.5cm的板材，即制備得到產(chǎn)品。
其中黏合劑為堿木素。
對(duì)比例1
對(duì)比例1與實(shí)施例4基本相同，不同之處在于：蒸汽爆破設(shè)備采用武漢格潤(rùn)環(huán)保設(shè)備有限公司研制的蒸汽爆破器，具體步驟為：
一種煙稈纖維，由以下步驟制備：
（1）將煙稈切成3-5cm長(zhǎng)的小段，其中煙稈的水分含量為22%；
（2）采用蒸汽爆破器，切段后的煙稈置于處理腔中，在蒸汽壓力為2.5Mpa的條件下維持80s，然后瞬間蒸汽爆破，得到煙稈纖維。
一種利用煙稈纖維制備的物流包裝板材，由以下步驟制備：
（1）將煙稈纖維與8%重量的黏合劑混合后，鋪裝成型，經(jīng)過(guò)預(yù)壓形成板坯，其中預(yù)壓壓力為0.5Mpa；
（2）在熱壓溫度為150℃，熱壓壓力為15Mpa，熱壓時(shí)間為3min的條件下，將板坯壓制成厚度為1.0cm的板材，即制備得到產(chǎn)品。
其中黏合劑為脲醛樹(shù)脂膠粘劑。
對(duì)比例2-5
對(duì)比例2-5與實(shí)施例4基本相同，不同之處在于調(diào)整蒸汽壓力分別為0.8Mpa、1.0Mpa、3.8Mpa、4.0Mpa，其余工藝方法與實(shí)施例4相同。
對(duì)比例6-9
對(duì)比例6-9與實(shí)施例4基本相同，不同之處在于調(diào)整保壓時(shí)間，即在在蒸汽壓力為2.5Mpa的條件下分別維持40s、50s、130s、140s，其余工藝方法與實(shí)施例4相同。
性能測(cè)試試驗(yàn)
采用纖維篩分儀，分別檢測(cè)實(shí)施例1-6以及對(duì)比例1-9中的煙稈纖維中粗纖維（＜14目）、中長(zhǎng)纖維（28-100目）以及細(xì)小纖維（＞200目）的含量，另外根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T 17657-2013《人造板及飾面人造板理化性能試驗(yàn)方法》測(cè)試實(shí)施例1-6以及對(duì)比例1-9制備的板材的含水率、密度、內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度、靜曲強(qiáng)度、彈性模量和吸水厚度膨脹率，具體測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1，經(jīng)檢測(cè)本發(fā)明實(shí)施例1-6以及對(duì)比例1-9制備的板材的含水率為6-8%。
表1 板材性能測(cè)試
由表1可以看出，本發(fā)明實(shí)施例1-6制備的煙稈纖維中粗纖維的含量為10-20%，中長(zhǎng)纖維含量為65-73%，細(xì)小纖維的含量為15-25%，纖維中的中長(zhǎng)纖維的含量多，可以制備性能優(yōu)良的板材，而實(shí)施例4中的中長(zhǎng)纖維含量最多，說(shuō)明實(shí)施例中工藝參數(shù)最優(yōu)選。制備的板材的密度為1.15-1.45g/cm3， 內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度≥1.2MPa，靜曲強(qiáng)度≥30.2MPa，彈性模量≥4137.16MPa，各項(xiàng)性能優(yōu)異，可以達(dá)到復(fù)合木地板的性能，另外本發(fā)明制備的板材吸水厚度膨脹率≤3.54%，其中實(shí)施例4制備的板材的吸水厚度膨脹率為2.86%，防水效果優(yōu)異，與本發(fā)明采用的蒸爆工藝有關(guān)，采用本發(fā)明的蒸爆工藝制備的煙稈纖維中半纖維素大幅降解，半纖維降解后板材的吸水性降低，防水性能比較好，且細(xì)小纖維含量適中，在熱壓過(guò)程中可以填補(bǔ)纖維之間的空隙，增加結(jié)合強(qiáng)度，從而增加防水性能；另外煙稈纖維中長(zhǎng)纖維的含量高，纖維細(xì)胞受損小，制備的板材強(qiáng)度比較高，機(jī)械性能優(yōu)異。
而對(duì)比例1與實(shí)施例4工藝基本形同，不同之處在于采用普通的蒸汽爆破機(jī)對(duì)煙稈纖維進(jìn)行蒸汽爆破，制備的煙稈纖維中粗纖維的含量和細(xì)小纖維的含量高，中長(zhǎng)纖維的含量很低，主要是由于爆破時(shí)間對(duì)煙稈纖維的形態(tài)影響比較大，因此制備的板材的機(jī)械性能和防水效果均比實(shí)施例4差。
對(duì)比例2-5是在實(shí)施例4的基礎(chǔ)上調(diào)整蒸汽壓力，由表1可以看出，當(dāng)蒸汽壓力為0.8Mpa和1.0Mpa時(shí)，煙稈纖維中粗纖維的含量比較高，而達(dá)到3.8Mpa和4.0Mpa時(shí)，粗纖維的含量大幅度降低，但是細(xì)小纖維的含量也大大增加，得到的煙稈纖維形態(tài)不均勻，制備的板材的機(jī)械性能和防水性均比實(shí)施例4低，說(shuō)明合適的蒸汽壓力對(duì)煙稈纖維形態(tài)很很大影響。
對(duì)比例6-9是在實(shí)施例4的基礎(chǔ)上調(diào)整保壓時(shí)間，由表1可以看出，當(dāng)保壓時(shí)間分別為40s和50s，煙稈纖維中粗纖維的含量比較高，而且保壓時(shí)間越長(zhǎng)，粗纖維含量會(huì)降低，而當(dāng)保壓時(shí)間分別為130s和140s時(shí)，粗纖維的含量大幅度降低，但是細(xì)小纖維的含量也大大增加，且保壓時(shí)間越長(zhǎng)，細(xì)小纖維的含量越大，實(shí)施例6-9制備的板材的機(jī)械性能和防水性均比實(shí)施例4低，說(shuō)明合適的保壓時(shí)間對(duì)煙稈纖維形態(tài)以及制備的板材的機(jī)械性能均有很大影響。
最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案所做的其他修改或者等同替換，只要不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。