可降解材料加工中的蒸汽爆破技術(shù)

1、可降解材料加工紙漿模塑制品（Pulp Moulded Products），是隨著人們對(duì)環(huán)保的重視以及相關(guān)技術(shù)的突破而得以發(fā)展起來(lái)的，其性能及良好的可回收性，已得到人們的廣泛認(rèn)可。作為包裝制品其應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛，可用于一次性餐具，鮮蛋、水果、花卉、農(nóng)作物、玻璃制品、陶瓷制品、電子產(chǎn)品、工藝品、醫(yī)療器械、機(jī)械設(shè)備部件及其它易碎產(chǎn)品的包裝。特別是紙漿模塑制品所特有的良好透氣性，用于包裝“呼吸有生命”的產(chǎn)品時(shí)，可提高保質(zhì)期、延長(zhǎng)貨架壽命；再加之現(xiàn)代社會(huì)對(duì)環(huán)保的要求越來(lái)越高，對(duì)包裝掀起了“綠色革命”的浪潮。因此，這諸多因素，使得紙漿模塑制品有了前所未有的發(fā)展良機(jī)。紙漿模塑制品盡管發(fā)展迅速、應(yīng)用也越來(lái)越廣

2、，但仍存在一些問(wèn)題，有待于研究與創(chuàng)新。紙模制品的發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在技術(shù)（工藝）、材料（原材料）利用，設(shè)備工序、產(chǎn)品應(yīng)用范圍等多個(gè)方面。目前，紙模制品幾乎都是采用高級(jí)木漿，而這些木漿大部分都是靠進(jìn)口；紙漿模塑制品生產(chǎn)過(guò)程中大多采用濕法真空或加壓脫水，會(huì)產(chǎn)生類似于造紙工業(yè)的廢水污染，另外，在生產(chǎn)過(guò)程中必須添加化學(xué)助劑，更易造成環(huán)境污染；由于使用進(jìn)口木漿作原料，生產(chǎn)過(guò)程需要化學(xué)助劑和大量廢水處理，致使紙漿模塑制品的生產(chǎn)成本昂貴，無(wú)法與發(fā)泡聚苯乙烯包裝材料相競(jìng)爭(zhēng)。因此，社會(huì)急需開(kāi)發(fā)利用廉價(jià)的秸稈原料，清潔高效制備全天然包裝材料。我國(guó)森林覆蓋率較低，木材短缺。依靠木材解決上述問(wèn)題是不現(xiàn)實(shí)的。而我國(guó)農(nóng)作物

3、秸桿資源豐富，稻、麥等秸稈年總量約7億噸以上，但其利用問(wèn)題至今未能得到較好解決，除少量用于低檔紙業(yè)、包裝、粗飼料及燃料外，大量均被作為廢物處理了。如何綜合利用秸稈，已成為一個(gè)突出的資源利用問(wèn)題、環(huán)境保護(hù)問(wèn)題和受到社會(huì)十分關(guān)心的問(wèn)題。利用秸稈制作可降解的紙漿模塑包裝材料，一方面為秸稈利用找到一條經(jīng)濟(jì)有效的途徑。另一方面，可解決包裝工業(yè)存在的諸多問(wèn)題，為其可持續(xù)發(fā)展作出貢獻(xiàn)。同時(shí)，為環(huán)境保護(hù)和航空安全作出貢獻(xiàn)。5.15.1 國(guó)內(nèi)外利用秸稈生產(chǎn)生態(tài)環(huán)境材料現(xiàn)狀為了盡快脫離礦物資源，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)環(huán)境有凈化作用的環(huán)境友好材料的研究開(kāi)發(fā)，以依賴礦物資源轉(zhuǎn)向依靠生物資源是人類社會(huì)的生產(chǎn)活動(dòng)從必然王國(guó)走向自由王國(guó)

4、的途徑。目前，利用生物資源制備環(huán)境材料已形成新材料研究的熱點(diǎn)，已成為世界高新技術(shù)領(lǐng)域最具有挑戰(zhàn)性的課題之一。1996年美國(guó)總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎(jiǎng)中的學(xué)術(shù)獎(jiǎng)授予了Taxas A & M 大學(xué)的Holtzapple M教授，以表彰他在生物質(zhì)轉(zhuǎn)化燃料、工業(yè)化學(xué)品和動(dòng)物飼料方面作出的貢獻(xiàn)。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的利用秸稈生產(chǎn)生態(tài)環(huán)境材料的技術(shù)，對(duì)天然的秸稈不加改造，必需添加一些熱固性樹(shù)脂和甲醛等膠料，如建材板、纖維板、內(nèi)包裝材料、一次性餐具盒和育苗器等。以致于所用膠料的費(fèi)用占整個(gè)生產(chǎn)成本很大比例（60%左右），使得該類產(chǎn)品在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上難以與塑料制品和其他裝飾材料相競(jìng)爭(zhēng)；并且造成二次環(huán)境污染。這樣的材料還不能算是真正的

5、生態(tài)環(huán)境材料。開(kāi)發(fā)利用純天然原料合成生態(tài)環(huán)境材料既是可持續(xù)發(fā)展的要求，又是該領(lǐng)域發(fā)展的趨勢(shì)。另外，生態(tài)環(huán)境材料的開(kāi)發(fā)不僅要求產(chǎn)品本身具有滿意的使用性能和優(yōu)良的環(huán)境協(xié)調(diào)性，而且要求所使用的原料和生產(chǎn)過(guò)程是綠色的。中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所生化工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，基于秸稈與木材在化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)異同，從秸稈變性方法與熱固化兩個(gè)方面著手研究，提出了變性秸稈新概念，開(kāi)發(fā)出一套秸稈變性手段，并提出變性秸稈清潔生產(chǎn)生態(tài)環(huán)境材料方法。變性秸稈是指秸稈經(jīng)物理，化學(xué)或生物方法，改變天然秸稈的結(jié)構(gòu)和性能。秸稈中的半纖維素、木質(zhì)素定向降解轉(zhuǎn)化，纖維素的氫鍵重排，制成具有新性能的秸稈材料，使之便于加工成各類產(chǎn)品。這種利用

6、秸稈不加膠料的生態(tài)環(huán)境材料在經(jīng)濟(jì)上和環(huán)境上是很有吸引力的。不加膠料的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)化了生產(chǎn)流程，節(jié)省了拌膠工序和設(shè)備，降低了生產(chǎn)成本；所生產(chǎn)的材料在自然界中完全可降解，可作為飼料，也可用作肥料，對(duì)環(huán)境無(wú)任何污染。由于經(jīng)過(guò)有效的變性處理，生產(chǎn)出生態(tài)環(huán)境材料強(qiáng)度大大提高。該技術(shù)主要解決以下幾個(gè)問(wèn)題：一是通過(guò)秸稈變性手段解決天然秸稈不宜于加工的問(wèn)題（僅水解糖膠粘差）；二是在熱固化過(guò)程中控制一定的含水量使秸稈中纖維素的氫鍵重排，提高了生態(tài)環(huán)境材料機(jī)械強(qiáng)度；三是利用變性秸稈生產(chǎn)生態(tài)環(huán)境材料不加任何膠料，解決了二次污染問(wèn)題，其殘?jiān)杉庸こ娠暳匣蛴袡C(jī)肥料，實(shí)現(xiàn)秸稈生物量全利用。5.15.2 利用秸稈生產(chǎn)生態(tài)環(huán)境

7、材料市場(chǎng)分析紙模制品在價(jià)格和與環(huán)境友好方面，難于與以秸稈為原料生產(chǎn)的全天然包裝材料相競(jìng)爭(zhēng)。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，我國(guó)年產(chǎn)彩色電視機(jī)約2000萬(wàn)部，其中出口約400萬(wàn)部；年產(chǎn)彩色顯像管4000萬(wàn)只，其中外銷1244萬(wàn)只，僅這兩項(xiàng)年需耗費(fèi)發(fā)泡材料2萬(wàn)噸左右，折算成體積為100萬(wàn)m3。盡管其它家電、工業(yè)儀表、機(jī)電產(chǎn)品等每年消耗的發(fā)泡塑料材料的數(shù)量很難有一個(gè)完全的統(tǒng)計(jì)，但無(wú)疑是個(gè)令人可怕的數(shù)字，用變性秸稈制品替代是大勢(shì)所趨。可以說(shuō)變性秸稈制品的發(fā)展前景十分看好。目前而言，其應(yīng)用已涉及以下領(lǐng)域：1）禽蛋托盤。變性秸稈制品尤其適用于雞蛋、鴨蛋、鵝蛋等禽蛋的大批量運(yùn)輸包裝。目前，國(guó)內(nèi)定型生產(chǎn)的已有GB1004-8

8、9頒布的ZDTP-30-40，ZDTP-30-45，ZDTP-30-50三種鮮蛋托盤，分別用于41-70g的鮮蛋包裝；2）鮮果托盤。主要用于桃、梨、柑桔、蘋果、菠蘿等果品特別是出口果品的包裝，它可以避免水果間的碰撞破損，延長(zhǎng)保鮮期。它還可以散發(fā)“悶熱”，抑制“乙烯濃度”。尤其是盛夏季節(jié)或熱帶環(huán)境，紙托盤包裝不阻隔呼吸熱，能吸收蒸發(fā)水份，可防止鮮果腐爛變質(zhì)，起其它包裝難起的作用；3）工業(yè)托盤。主要用于玻璃、罐頭等產(chǎn)品的固定緩沖材料，如目前國(guó)內(nèi)已投產(chǎn)的啤酒托盤、玻璃托盤等。國(guó)外已推廣至陶瓷、搪瓷、儀表、炊具、工藝品、硬塑料、醫(yī)療器械、家電、精密儀器、玻璃器皿等商品的包裝；4）農(nóng)用托盤。主要用于秧苗

9、或其它農(nóng)作物的營(yíng)養(yǎng)缽、花卉苗木護(hù)翼、糧食、蔬菜、鮮肉類的包裝以及蠶用方格簇等，如日本開(kāi)發(fā)的一種水稻秧苗用托盤，成為抵御凍害的有力手段。農(nóng)用托盤在農(nóng)副產(chǎn)品的保鮮，提高農(nóng)作物的成活率等方面具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。5）食品藥品或它們的半成品包裝，如：凈菜托盤、方便面碗、國(guó)際餐飲業(yè)用容器等；6）醫(yī)療器具包裝，傳統(tǒng)方法的最大問(wèn)題是消毒不徹底易產(chǎn)生交叉感染。一次性紙模托盤、痰盂、便盆、體墊等免去消毒環(huán)節(jié)，并且廢物直接燃燒無(wú)副作用，價(jià)格適中；7）用于制作兒童玩具、戲劇道具、人體模特、工藝品底坯、家具、零部件等的特種材料，它具有特殊的美化功能，如在銷售包裝中制成外表著色的盒式包裝，又如紙漿中添加合成樹(shù)脂模塑成硬質(zhì)紙纖

10、維板，用于室內(nèi)裝璜。此外，在兵工、服裝等行業(yè)中將大有用武之地，特別在兵器包裝、軍火包裝中，要求防沖撞、防靜電、防潮濕、防銹蝕，包裝運(yùn)輸萬(wàn)分謹(jǐn)慎。使用紙模包裝，將大大提高軍械彈藥和軍工儀器的貯運(yùn)水平和安全系數(shù)。有理由相信變性秸稈包裝制品因其對(duì)環(huán)境友好的材料特性，會(huì)越來(lái)越得到多方面關(guān)注與支持。我國(guó)是蒙特利爾詭議定書(shū)和維也納宣言的簽字國(guó)，保護(hù)自然生態(tài)環(huán)境不受破環(huán)也是我國(guó)的基本國(guó)策之一。對(duì)變性秸稈制品的大力推行和實(shí)施不僅符合國(guó)國(guó)策，也必將為變性秸稈制品產(chǎn)業(yè)帶來(lái)豐厚的回報(bào)。可預(yù)見(jiàn)作為世界造紙技術(shù)發(fā)源地的中國(guó)，在變性秸稈制品的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用方面，必將有一個(gè)突破性的進(jìn)展，從而訊速接近、趕上乃至超過(guò)國(guó)際先進(jìn)水平。

11、5.15.4 利用秸稈生產(chǎn)生態(tài)環(huán)境材料工藝流程利用秸稈生產(chǎn)生態(tài)環(huán)境材料的工藝流程主要分為秸稈變性、熱固化重組以及材料成型等三個(gè)方面。具體地說(shuō)，一是通過(guò)變性秸稈技術(shù)解決天然秸稈不易加工的問(wèn)題（起膠合作用的只有水解糖，膠粘差）；二是在熱固化過(guò)程中控制一定含水量使秸稈中的纖維素的氫鍵重排，最大限度地生成熱固化生物樹(shù)脂膠，并均勻分布于秸稈纖維表面；三是通過(guò)定型設(shè)備，在熱固化作用下將秸稈纖維粘接一體，形成滿足建筑要求的材料。整個(gè)生產(chǎn)工藝不加任何膠料，產(chǎn)品完全綠色環(huán)保。（1）秸稈經(jīng)連續(xù)機(jī)械化處理后進(jìn)行汽爆變性，使秸稈中木質(zhì)素的活性基團(tuán)巨增，類似于多元酚特性，作為天然黏合劑，而半纖維素降解為可溶性糖、脫水糖類、糠醛，代替甲醛，與木質(zhì)素發(fā)生交連反應(yīng)；在汽爆過(guò)程中，纖維素本身不但未降解，反而提高了結(jié)晶度。通過(guò)對(duì)汽爆過(guò)程及后續(xù)工藝的監(jiān)測(cè)，確定合適的汽爆時(shí)間、汽爆壓力和溫度。（2）汽爆處理后的秸稈，不要添加任何營(yíng)養(yǎng)物，可直接接種木質(zhì)素降解菌黃孢原毛平革菌進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵處理，以便進(jìn)一步分解秸稈中的木質(zhì)素，使之形成苯酚類衍生物。通過(guò)測(cè)試，得出能最大限度產(chǎn)生熱固化樹(shù)脂膠的工藝參數(shù)。（3）纖維熱固化定型處理。將汽爆發(fā)酵后的秸稈纖維直接送入專門設(shè)計(jì)