专利名称：一种造纸用纤维原料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种造纸用纤维原料，具体的说涉及一种处理后的造纸用纤维原料。
技术背景
玉米是供作饲料为主的粮、经、饲兼用作物，玉米秸杆也是工、农业生产的重要生产资源。作为一种资源，玉米秸杆含有丰富的营养和可利用的化学成分，可用作畜牧业饲料的原料。长期以来，玉米秸杆就是牲畜的主要粗饲料的原料之一。
玉米作为三大粮食作物之一，其副产品玉米秸杆的年产量达到2. 5亿t左右，占各类农作物秸杆总量的30%之多，在世界上仅次于美国位居第二位。
玉米秸杆的产量如此丰富，一直以来却未被合理有效的利用。过去人们处理秸杆的方式是少部分作为取暖做饭的材料或反刍动物的粗饲料，大部分弃之于地或就地焚烧， 浓烟滚滚，不仅污染环境、破坏交通，还给人们的生产、生活、财产带来威胁。随着科技的进步以及资源、能源危机的愈演愈烈，我国政府和人民意识到合理利用农作物秸杆的重要性， 从1980年左右到目前一直很重视农作物秸杆的综合利用，许多企业、科研院和高校都在寻找玉米秸杆综合利用的新途径。目前玉米秸杆在种植业、畜牧业以及工业生产中均有不同程度的利用，但由于技术水平和机械加工水平的限制，对玉米秸杆的利用尚属于粗加工阶段。大部分利用针对的是整株秸杆，整株进行加工，其外皮和内瓤相互干扰，给许多利用方法带来了难以解决的障碍。
而且由于整株收割的玉米秸杆茎杆粗硬，自然密度小(经测算自然堆放的干玉米秸杆密度仅为35 45kg/m3)，因此，采用整株收获的玉米秸杆储存和运输是一大难题，常常由于水分的存在，使得运输成本增加，而且在贮存和运输过程中造成大量腐烂，从而限制了其应用。比较经济实用的办法是边收割边丝化，丝化后的秸杆质地变得柔软细碎，自然回弹力大大降低。采用液压打包技术，将丝化后的秸杆压缩打包，形成高密度、外形规则的方捆。有利于秸杆的储存和运输，可以取代饲料草作为牛羊的越冬口粮，也可以远距离运输作为工业原料。
玉米秸杆揉丝技术、打捆技术是近年发展起来的一种新式秸杆加工方法，“玉米秸杆揉丝、打捆成套装备的研制”(新疆农机化，2008年第2期)公开了一种玉米秸杆揉丝、打捆成套装备；“玉米秸杆机械化揉丝制草技术”(农机科技推广，2004. 11)提出了一种玉米秸杆揉搓加工技术，变传统的玉米秸杆横向铡切为纵向挤丝揉搓，将玉米秸杆揉搓加工成柔软的丝状饲草，玉米秸杆经挤丝揉搓加工后，破坏了秸杆表皮结构，使饲草柔软，适口性好， 可提闻米食率。
然而，上述技术仅限于将玉米秸杆挤丝后用于饲草，大大限制了其应用范围。
这样，如何将玉米秸杆的皮、瓤和叶进行大规模分离，改善使用性能，以提供一种性能改善的玉米秸杆原料，拓宽其应用领域、提高利用价值，便成为玉米秸杆原料综合利用的关键环节。发明内容
为解决上述问题，本发明的目的就在于提供一种造纸用原料，很好地解决了储存和运输的问题，改善了使用性能，拓宽了应用领域，提高了利用价值，能够大批量地被收购， 实现大规模工业化利用。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案
一种造纸用纤维原料，其中，所述的造纸用纤维原料为玉米秸杆皮；所述的玉米秸杆皮是在农田将玉米成熟期收获的玉米秸杆经挤压、碾搓、撕裂、搅碎或揉丝的机械手段得到的；优选为经农用收割机收割、皮瓤叶分离后，至水分含量为15 45%时收集得到的；更优选直接由农用收割机收割、皮瓤叶分离后，在田地里晾晒或风干至水分含量为15 45% 时收集分离的皮，然后进行打捆得到的；其中所述的皮上残存有瓤。
本发明中，相对绝干原料而言，所述的玉米秸杆皮中水溶性糖的质量百分含量为10. 0-17. 5%，综纤维素的质量百分含量为67. 57-71. 26%，木质素的质量百分含量为 12. 91-15. 85%。
本发明中，所述的玉米秸杆皮的结晶度为47. 72-48. 50%。
本发明中，所述的玉米秸杆皮包括条状的秸杆皮和秸杆皮丝。
本发明中，所述的条状的秸杆皮上残存有瓤。
本发明中，所述的瓤在条状的秸杆皮上的残存量不高于5%，优选不高于3%，更优选 O. 5 2. 5%ο
本发明中，所述的秸杆皮丝包括皮瓤分离后的一根根的秸杆皮丝和结合于皮上的秸杆皮丝束；所述的条状的秸杆皮的长度不大于45cm。
本发明中，所述的秸杆皮丝束包括在结节部位与皮结合的秸杆皮丝束或结合于皮上的部分连续的秸杆皮丝。
本发明中，所述的皮上沿秸杆纵向方向上有形成部分连续的秸杆皮丝的裂痕。
本发明中，所述的玉米秸杆皮的纤维细度为38 42tex，优选41. 33tex ;平均宽度为82 88 μ m，优选85. 076 μ m ;所述的玉米秸杆皮中大于等于70微米的纤维含量为60 65%，优选 63. 433%。
本发明所述的玉米秸杆原料采用如下工艺路线得到的
在农田将玉米成熟期收获的玉米秸杆经挤压、碾搓、撕裂、搅碎或揉丝的机械手段得到的；优选为经农用收割机收割、皮瓤叶分离后，至水分含量为15 45%时收集得到的； 更优选直接由农用收割机收割、皮瓤叶分离后，在田地里晾晒或风干至水分含量为15 45%时收集分离的皮，然后进行打捆得到的。
实现上述工艺过程合理选用配套设备是关键，目前市面上加工农作物秸杆的设备很多，但是选用时要注意配套的科学性、合理性，使选配的设备发挥最大效能，保证生产的连续性，达到最佳生产率指标。由于是收割田地里的作物茎杆，因此要选用能在田间边行走边工作的设备，以保证设备的移动方便、灵活，实现田间作业。本发明选用农用收割机，在收割的同时也能实现皮瓤叶的分离。并在农用收割机上安装配套的皮瓤叶分离装置，该装置可采用多种机械形式，采用挤压、碾搓、撕裂、搅碎、揉丝等多种机械手段，从而达到将玉米秸杆的皮瓤叶分离的技术效果。本发明将处理后的秸杆在田间晾晒，通过空气氧化、紫外线照射等因素的影响，从而起到杀菌的作用，使制备得到的玉米秸杆原料不易发生霉变，保质期延长，并且可加速秸杆中糖分、蛋白质类成分的氧化分解，从而进一步降低纤维原料中杂 质的含量，进一步提高纤维素的含量，从而更加适应造纸等工业应用。
优选本发明所述的农用收割机包括底盘4，动力装置、电气装置、液压系统、驾驶室 5，收割玉米秸杆的收茎割台1，将玉米秸杆撕裂、搅碎，并将皮、瓤、叶分离的玉米秸杆皮瓤 叶分离装置3，将收割下的玉米秸杆运送到将玉米秸杆撕裂、搅碎以及将皮、瓤、叶分离的玉 米秸杆皮瓤叶分离装置3的输茎装置2，各个结构之间或者各个结构同底盘直接使用紧固 件连接，要保证连接强度，避免在收割玉米秸杆的过程中出现事故。
所述的玉米秸杆皮瓤叶分离装置3包括用于撕裂、搅碎玉米秸杆并分离玉米秸杆 皮瓤叶的轴流滚筒11和用于漏下分离后的瓤和叶的筛子12。
所述的轴流滚筒11上设有多个用于撕裂、搅碎玉米秸杆并分离玉米秸杆皮瓤叶 的齿。
所述的齿为螺纹状的杆齿、钉状齿或平板齿中的一种或几种。
所述的筛子12上设有多个供分离的玉米秸杆瓤和叶通过的孔。
所述的收茎割台I上设有割刀A，所述的割刀A沿水平方向向下倾斜一定角度，这 样可以避免被割刀A割下的玉米秸杆还没进入收割机时重新被割刀切割，使得一段秸杆掉 到地面不能进入收割机搅碎。
所述的玉米秸杆皮瓤叶分离装置3还包括秸杆皮分散装置6和防堵装置7。
秸杆皮分散装置6可以避免玉米秸杆皮粘连在一起且引导玉米秸杆皮散落到收 割机的一侧，这样可以避免收割机的后轮碾压散落到地上的秸杆皮，以更好的收储。由于收 割时候玉米秸杆的含水量较高，分离后的瓤和叶都很潮湿，经过筛子12的孔后很容易发生 淤积堵塞，有了防堵装置7可以让分离好的瓤和叶很顺利的落下。
所述的农用收割机还包括收茎割台搅龙8、链耙总成9、切流滚筒10、振动筛板13， 分配搅龙14和风扇15。
要实现玉米秸杆的撕裂、搅碎和皮、瓤、叶的分离，轴流滚筒d的转速很关键，本发 明中，所述的轴流滚筒11的转速为900 1000r/min，优选950 1000r/min。
要获得良好的分离效果，根据作物状况，调节好轴流滚筒11与筛子12之间的间隙 很重要，为此有四档间隙，即5mm、10mm、15mm、20mm,当作物潮湿时,轴流滚筒11与筛子12之 间用小间隙，作物干燥时，滚筒与筛子之间用大间隙。
与现有技术相比，本发明具有如下优点
( I)玉米秸杆(整杆)不能大批量收购，无法实现大规模工业利用；本发明的玉米秸 杆原料能够大批量收购，可实现大规模工业化利用；
(2)玉米秸杆(整杆)运输、承载量低，本发明的玉米秸杆原料运输、承载量高，同等 运力的车辆，每辆车仅装货13吨玉米秸杆(整杆)；而本发明的玉米秸杆原料则可装35吨；
(3)储存同等面积，堆放同样高度，玉米秸杆(整杆)仅可存放350公斤/平方米， 而本发明的玉米秸杆原料可存放I吨/平方米；
(4)农民将玉米收获后，将玉米秸杆粉碎后还田(旋耕)，费用150元/亩；由工业 化秸杆收割、分离、打包回收，土地旋耕得到本发明的玉米秸杆原料，合计费用100元/亩。
图I为本发明的农用收割机的结构图2为本发明中玉米秸杆输送示意图；；
图3为本发明的玉米收割机中秸杆皮分散装置和防堵装置安装位置示意其中
I——收茎割台，2——输茎装置，3——玉米秸杆皮瓤叶分离装置，4——底盘， 5——驾驶室，6——秸杆皮分散装置，7——防堵装置，8——收茎割台搅龙，9一链耙总成， 10-切流滚筒，11一轴流滚筒，12-筛子，13一振动筛板，14-分配搅龙，15-风扇。
具体实施方式
以下为本发明的具体实施方式
，所述的实施例是为了进一步描述本发明，而不是限制本发明。
实施例I
一种造纸用纤维原料采用如下工艺路线得到
将玉米成熟期收获的玉米秸杆经本发明所述的农用收割机(如图I和图2所示)进行收割、皮瓤叶分离后，在田地里晾晒至水分含量为15%时打捆得到的。
参见图I和图2，本实施例采用的农用收割机包括底盘4，动力装置、电气装置、液压系统、驾驶室5，收割玉米秸杆的收茎割台1，将玉米秸杆撕裂、搅碎，并将皮、瓤、叶分离的玉米秸杆皮瓤叶分离装置3，将收割下的玉米秸杆运送到将玉米秸杆撕裂、搅碎以及将皮、瓤、叶分离的玉米秸杆皮瓤叶分离装置3的输茎装置2，各个结构之间或者各个结构同底盘直接使用紧固件连接，要保证连接强度，避免在收割玉米秸杆的过程中出现事故。
所述的玉米秸杆皮瓤叶分离装置3包括用于撕裂、搅碎玉米秸杆并分离玉米秸杆皮瓤叶的轴流滚筒11和用于漏下分离后的瓤和叶的筛子12。
所述的轴流滚筒11上设有多个用于撕裂、搅碎玉米秸杆并分离玉米秸杆皮瓤叶的齿。
所述的齿为螺纹状的杆齿、钉状齿或平板齿中的一种或几种。
所述的筛子12上设有多个供分离的玉米秸杆瓤和叶通过的孔。
所述的收茎割台I上设有割刀A，所述的割刀A沿水平方向向下倾斜一定角度，这样可以避免被割刀A割下的玉米秸杆还没进入收割机时重新被割刀切割，使得一段秸杆掉到地面不能进入收割机搅碎。
所述的农用收割机还包括收茎割台搅龙8、链耙总成9、切流滚筒10、振动筛板13， 分配搅龙14和风扇15。
要实现玉米秸杆的撕裂、搅碎和皮、瓤、叶的分离，轴流滚筒d的转速很关键，本实施例中，所述的轴流滚筒11的转速为950r/min。
要获得良好的分离效果，根据作物状况，调节好轴流滚筒与筛子之间的间隙很重要，为此有四档间隙，即5mm、10mm、15mm、20mm,当作物潮湿时,轴流滚筒与筛子之间用小间隙，作物干燥时，滚筒与筛子之间用大间隙。
作业过程为生长在农田里的玉米秸杆，在玉米成熟期收获玉米后，秸杆由农用收割机的收茎割台I割断并通过割台上的收茎割台搅龙8进入到输茎装置2中，秸杆靠输茎装置2中的链耙总成9将割断的秸杆输送至切流滚筒10，秸杆由切流滚筒10抛入玉米秸杆皮瓤叶分离装置3，通过玉米秸杆皮瓤叶分离装置3的轴流滚筒11和筛子12的作用将玉米秸杆撕裂，分为条状的秸杆外皮、不规则块状瓤和小片状的叶片。由于玉米秸杆在被撕裂过程中被撕裂的程度不同，条状的秸杆外皮有的很宽，形成玉米条状的秸杆皮；有的则很细， 形成玉米秸杆皮丝。而玉米秸杆皮丝中，有的与皮片结合，有的未与皮片结合；结合的皮丝至少在秸杆结节部分结合形成丝束或结合于皮上的部分连续的秸杆皮丝，未与皮片结合的则形成一根根的脱离于皮外的其长度不大于玉米秸杆的结长的细丝状皮丝。皮片上清晰可见形成秸杆皮丝的裂痕或形成部分连续的秸杆皮丝的裂痕。同时，由于被撕裂的程度不同， 玉米秸杆皮上的瓤部分被剥离下来形成脱离于皮片的自由瓤，而部分未被剥离下来形成附着于皮片上的结合瓤。不规则块状瓤和小片状的叶片由筛子12上设置供分离的玉米秸杆瓤和叶通过的孔落下，由分配搅龙14将其输送至收割机后方的抖动筛板13，瓤及叶片靠风扇15及抖动筛板13的抖动作用在农用收割机后方排出，条状的秸杆外皮由秸杆皮分散装置6打散后排出，完成作业。
将不规则块状瓤、小片状的叶片和条状的秸杆外皮在农田里晾晒，晾晒过程中，不规则块状瓤部分变成颗粒状，小片状的叶片也部分变成碎屑；取样检测水分含量为15%时将条状的秸杆外皮进行收集打捆。
所得的造纸用纤维原料中，相对绝干原料而言，所述的玉米秸杆皮中水溶性糖的质量百分含量为10. 0%，综纤维素的质量百分含量为71. 26%，木质素的质量百分含量为12.91% ;所述的玉米秸杆皮的结晶度为47. 72%。所述的玉米秸杆皮包括条状的秸杆皮和秸杆皮丝，所述的条状的稻杆皮上残存有瓤，所述的瓤在条状的稻杆皮上的残存量为O. 5%。
实施例2
一种造纸用纤维原料采用如下工艺路线得到
将玉米熟成熟期收获的玉米秸杆经本发明所述的农用收割机(如图I和图2所示) 进行收割、皮瓤叶分离后，在田地里风干至水分含量为45%时打捆得到的。
本实施例所使用的农用收割机在实施例I的基础上进一步增设了秸杆皮分散装置6和防堵装置7，参见图3，其作业过程同实施例I。
所述的秸杆皮分散装置6固定连接在轴流滚筒11的出料口。由玉米秸杆皮瓤叶分离装置3分离出的条状的秸杆外皮在排出到地上时会呈现不规则的排布，可能受到收割机后轮的碾压，同时由于秸杆皮较硬且纤维连接性好，可能出现成堆的现象，不便于晾晒。故加装秸杆皮分散装置6，该装置由滚筒通过带传动方式使其内的叶片转动，将秸杆皮打散并有装置壳体的引导把秸杆皮均匀的打散到收割机一侧的地上，而且便于晾晒及打捆。
所述的防堵装置7设于筛子12的下部。如若收割的玉米秸杆的叶子及瓤较潮湿、 含水量高，则秸杆在轴流滚筒及筛子的作用下产生的不规则块状瓤和小片状的叶片在漏下筛子后，可能粘附到收割机的内壁上，随着其不断的累积会使筛子孔堵塞，造成秸杆的分离效果减弱。所以加装该防堵装置，由分配搅龙作为主传动，通过链轮传动的方式带动防堵装置，在防堵装置不断的作用下，使粘附在内壁上的瓤和叶子顺利进入分配搅龙内，完成分离作业。
所得的造纸用纤维原料中，相对绝干原料而言，所述的玉米秸杆皮中水溶性糖的质量百分含量为17. 5%，综纤维素的质量百分含量为67. 57%，木质素的质量百分含量为15. 85% ;所述的玉米稻杆皮的结晶度为48. 50%ο所述的玉米稻杆皮包括条状的稻杆皮和稻杆皮丝，所述的条状的稻杆皮上残存有瓤，所述的瓤在条状的稻杆皮上的残存量为2. 5%。
本实施例中，所述的轴流滚筒11的转速为1000r/min。
实施例3
一种造纸用纤维秸杆原料采用如下工艺路线得到
将玉米成熟期收获的玉米秸杆经本发明所述的农用收割机(如图I和图2所示)进行收割、皮瓤叶分离后，在田地里风干至水分含量为30%时打捆得到的。
所述的农用收割机同实施例I。
所得的造纸用纤维原料中，相对绝干原料而言，所述的玉米秸杆皮中水溶性糖的质量百分含量为12. 15%，综纤维素的质量百分含量为68. 32%，木质素的质量百分含量为13.85% ;所述的玉米稻杆皮的结晶度为47. 96%ο所述的玉米稻杆皮包括条状的稻杆皮和稻杆皮丝，所述的条状的稻杆皮上残存有瓤，所述的瓤在条状的稻杆皮上的残存量为O. 5%。
本实施例中，所述的轴流滚筒11的转速为980r/minmin。
实施例4
一种造纸用纤维原料采用如下工艺路线得到
将玉米成熟期收获的玉米秸杆经本发明所述的农用收割机(如图I和图2所示)进行收割、皮瓤叶分离后，在田地里晾晒至水分含量为20%时打捆得到的。
所述的农用收割机同实施例2。
所得的造纸用纤维原料中，相对绝干原料而言，所述的玉米秸杆皮中水溶性糖的质量百分含量为13. 28%，综纤维素的质量百分含量为70. 16%，木质素的质量百分含量为14.15% ;所述的玉米秸杆皮的结晶度为48. 23%。所述的玉米秸杆皮包括条状的秸杆皮和秸杆皮丝，所述的条状的稻杆皮上残存有瓤，所述的瓤在条状的稻杆皮上的残存量为I. 0%。
本实施例中，所述的轴流滚筒11的转速为960r/min。
试验例I
抄纸对比试验
I、制浆
将本发明实施例I的纤维原料(简称试验)、“玉米秸杆皮瓤分离及其制浆试验”的玉米秸杆皮(简称对比I)和“玉米联合收获机秸杆揉搓压捆装置设计及仿真”的短丝状结构的玉米秸杆皮(简称对比2)采用烧碱-蒽醌法制浆方式，在15L回转式蒸煮器中进行， 升温时间从25 °C开始计，100°C小放汽，用碱量16% (以Na2O计)，液比1:5，最高温度160°C， 升温时间90min,保温时间60min,蒽醌用量O. 05%。
2、漂白
本试验采用传统的CEH三段漂白方式对上述原料得到的玉米秸皮浆进行漂白。工艺流程为氯化(C)——洗涤——碱处理(E)——洗涤——次氯酸盐漂白(H)——洗涤。 总用氯量为8%，其他工艺参数见表I。
表I、玉米秸皮浆漂白工艺参数
权利要求
1.一种造纸用纤维原料，其特征在于，所述的造纸用纤维原料为玉米秸杆皮；所述的玉米秸杆皮是在农田将玉米成熟期收获的玉米秸杆经挤压、碾搓、撕裂、搅碎或揉丝的机械手段得到的；优选为经农用收割机收割、皮瓤叶分离后，至水分含量为15 45%时收集得到的；更优选直接由农用收割机收割、皮瓤叶分离后，在田地里晾晒或风干至水分含量为15 45%时收集分离的皮，然后进行打捆得到的；其中所述的皮上残存有瓤。
2.根据权利要求I所述的造纸用纤维原料，其特征在于，相对绝干原料而言，所述的玉米秸杆皮中水溶性糖的质量百分含量为10. 0-17. 5%，综纤维素的质量百分含量为67. 57-71. 26%，木质素的质量百分含量为12. 91-15. 85%。
3.根据权利要求2所述的造纸用纤维原料，其特征在于，所述的玉米秸杆皮的结晶度为 47. 72-48. 50%ο
4.根据权利要求1-3任意一项所述的造纸用纤维原料，其特征在于，所述的玉米秸杆皮包括条状的秸杆皮和秸杆皮丝。
5.根据权利要求4所述的造纸用纤维原料，其特征在于，所述的瓤残留在条状的秸杆皮上。
6.根据权利要求5所述的造纸用纤维原料，其特征在于，所述的瓤在条状的秸杆皮上的残存量不高于5%，优选不高于3%，更优选O. 5 2. 5%。
7.根据权利要求4所述的造纸用纤维原料，其特征在于，所述的秸杆皮丝包括皮瓤分离后的一根根的秸杆皮丝和结合于皮上的秸杆皮丝束；所述的条状的秸杆皮的长度不大于45cm。
8.根据权利要求7所述的造纸用纤维原料，其特征在于，所述的秸杆皮丝束包括在结节部位与皮结合的秸杆皮丝束或结合于皮上的部分连续的秸杆皮丝。
9.根据权利要求8所述的造纸用纤维原料，其特征在于，所述的皮上沿秸杆纵向方向上有形成部分连续的秸杆皮丝的裂痕。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的造纸用纤维原料，其特征在于，所述的玉米秸杆皮的纤维细度为38 42tex，优选41. 33tex ;平均宽度为82 88 μ m,优选85. 076 μ m ;所述的玉米稻杆皮中大于等于70微米的纤维含量为60 65%,优选63. 433%。
全文摘要
本发明涉及一种造纸用纤维原料，其中，所述的造纸用纤维原料为玉米秸秆皮；所述的玉米秸秆皮是在农田将玉米成熟期收获的玉米秸秆经挤压、碾搓、撕裂、搅碎或揉丝的机械手段得到的；优选为经农用收割机收割、皮瓤叶分离后，至水分含量为15～45%时收集得到的；更优选直接由农用收割机收割、皮瓤叶分离后，在田地里晾晒或风干至水分含量为15～45%时收集分离的皮，然后进行打捆得到的；其中所述的皮上残存有瓤。本发明所提供的造纸用纤维原料很好地解决储存和运输的问题，改善了使用性能，拓宽了应用领域，提高了利用价值，能够大批量地被收购，实现大规模工业化利用。
文档编号D21B1/00GK102978981SQ20121049157
公开日2013年3月20日 申请日期2012年11月27日 优先权日2012年11月27日
发明者毕衍金, 李洪法, 宋明信, 黄洪星, 华新生 申请人:山东泉林纸业有限责任公司