專利名稱：蘆竹漿、紙制品、以及刨花板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由蘆竹(一種草本植物)制成的復(fù)合板和設(shè)計(jì)產(chǎn)品，和由蘆竹生產(chǎn)的紙漿與紙。
流行的木基復(fù)合材料大部份是基于較低成本可獲得的木材副產(chǎn)品(木片、鋸末等)，這些木材副產(chǎn)品可被用來制造復(fù)合材料。的確，這些復(fù)合材料的物理性能的許多工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是以木基復(fù)合材料為依據(jù)的。由于木基復(fù)合材料的制造參數(shù)是為人們所熟知的，且通常能為某些應(yīng)用而作出特別的規(guī)定，現(xiàn)在對(duì)研究其它填料只有極少的興趣。
隨著對(duì)得自木漿的紙制品的日漸增大的需求和世界性的對(duì)木基復(fù)合材料(它能取代成材)世界性需求的增加，出現(xiàn)新的可感覺到對(duì)木材取代品的越益增大的需求。盡管用于這些產(chǎn)品的木材來源是“可更新的”，但是并沒有考慮到樹木生長需要長的時(shí)間的。而且，當(dāng)需求超過供應(yīng)時(shí)，因?yàn)楣?yīng)是根據(jù)在植樹前幾十年預(yù)測(cè)的，那么必然會(huì)出現(xiàn)估計(jì)不足的差錯(cuò)。由于為了滿足這些應(yīng)用所需要的木材每年要砍伐幾百萬英畝的森林，這樣的短缺量導(dǎo)致嚴(yán)重的世界性的森林消失與全球氣候變暖問題。
還存在對(duì)在木基復(fù)合材料中能方便地代替木材的材料的需求，該種材料還能被用于生產(chǎn)制造紙制品的紙漿。為了發(fā)現(xiàn)在復(fù)合材料與制漿工業(yè)中代替木材的適用的新材料，現(xiàn)已進(jìn)行了大規(guī)模的研究且生產(chǎn)性試驗(yàn)正在有效地進(jìn)行，但是，迄今為止，此項(xiàng)工作由于不良的性質(zhì)、昂貴的成本和許多工業(yè)生產(chǎn)方面的缺陷而收效甚微。
在另一個(gè)方面中，本發(fā)明提供包括用蘆竹顆粒充填的粘結(jié)劑基科的復(fù)合材料。根據(jù)本發(fā)明，這些復(fù)合材料板與木基復(fù)合材料相比使用少得多的粘結(jié)劑，且與可比擬的木基復(fù)合材料相比，按工業(yè)中所用的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定，在幾個(gè)物理性能方面更為優(yōu)越。
本發(fā)明的復(fù)合材料是通過精選nalgrass(蘆竹的常用名)來生產(chǎn)，nalgrass作為天生的野草廣泛地生長在世界各地。將nalgrass裝到刨片機(jī)，刨片機(jī)有尖銳的機(jī)內(nèi)刀片將nalgrass削成小碎片(例如，刨花)，然后能將小碎片裝入到錘式粉碎機(jī)以進(jìn)一步減少其尺寸。所得到的材料被稱為“配料”。按尺寸能錘式粉碎機(jī)配料進(jìn)行分類，最好至少分成二部份。二部份的每一部份nalgrass顆粒分別與一部份樹脂相混合。然后生產(chǎn)具有細(xì)和粗nalgrass-樹脂混合物交錯(cuò)層的層狀結(jié)構(gòu)。為了固化對(duì)層狀結(jié)構(gòu)加熱與加壓而形成復(fù)合材料。令人滿意的產(chǎn)品可被制成單層、二層、或更多層。在制造復(fù)合材料時(shí)，許多工業(yè)操作中摻混各種木材料，例如針葉材、闊葉材、和回收的木材廢料。本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員正在尋求通過在配料中將一部份nalgrass與部份可獲得的木源材料相摻合的nalgrass的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明還提供由nalgrass制成的紙漿與紙制品。由nalgrass生產(chǎn)的粗漿與紙生產(chǎn)中常用的由木材生產(chǎn)的紙漿相比具有較淺的顏色。因此，必須添加少量的化學(xué)漂白劑以將紙漿漂白到所需要的白度。Nalgrass漿還比最普通的針葉材例如山楊具有更高的強(qiáng)度。本發(fā)明的漿還能被用于其它的纖維基產(chǎn)品，包括建筑產(chǎn)品和改性的纖維纖維諸如粘膠(例如人造纖維)。
優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)說明本發(fā)明的復(fù)合材料所利用的原料是豐富的，但被稱雜草(weed)的除了保護(hù)斜坡土壤、抗風(fēng)林與制造木管樂器外是不適于任何使用的?？捎玫脑鲜茄蛎┳宀菘频奶J竹屬。它包括六種，其中蘆竹L是分布最廣的和最有名的。蘆竹，還被稱為nalgrass，天生于地中海周圍諸國。此處術(shù)語“nalgrass”和“蘆竹”是互用的。
Nalgrass是一種高而直的多年生草且在成熟期高達(dá)7-28英尺。在最佳氣候下，最好年份它的生長率為每天六英寸且在一年到一年半的期間達(dá)到成熟期。在不良土壤中，產(chǎn)率為每英畝8噸干nalgrass。在南加利福尼亞的試驗(yàn)性收割產(chǎn)率為每英畝30噸干nalgrass。50000英畝nalgrass干纖維的持續(xù)產(chǎn)量相當(dāng)于1250000英畝木材纖維。它是最大的草本植物之一。與竹子、洋麻和其他草類不同，莖是空的，具有壁厚為2-7毫米有在節(jié)處能被剖分。節(jié)的長度變化為約12到30厘米不等。莖的外壁組織是含硅物質(zhì)、非常硬且脆，具有平滑的光澤表面，當(dāng)完全成熟期間表面轉(zhuǎn)變成淺的金黃色。
Nalgrass的維管束自由地布在基本的薄壁組織的整個(gè)截面。其中少數(shù)朝向莖的周邊而更多數(shù)是朝向內(nèi)部的。這些維管束排列在一列或更多列的厚壁的、強(qiáng)的木素化的纖維周圍。由于維管束尺寸的減少，朝向莖的周邊的與維管束相連的纖維是小的且比較地靠近在一起，纖維充分地豐富而形成連續(xù)的結(jié)構(gòu)組織的環(huán)，其中散布維管組織。這些結(jié)構(gòu)環(huán)通過窄的薄壁細(xì)胞帶而與覆蓋蠟的單一細(xì)胞表皮層相分離，在成熟期間莖是比較小的、壁厚而木素化的。維管束包括處于相關(guān)的纖維環(huán)內(nèi)的纖維，約占莖量的24％。維管細(xì)胞與相關(guān)的纖維構(gòu)成結(jié)構(gòu)環(huán)約占總截面積的33％。于是，薄壁細(xì)胞約占莖的總截面積的43％。
Nalgrass的葉與莖，特別是前者含有許多高硅化的細(xì)胞。這些與維管束有關(guān)的細(xì)胞還處于表皮組織內(nèi)。其存在說明了已被化學(xué)分析所指出的高的二氧化硅含量。
制備本發(fā)明的組合物的必要設(shè)備是商業(yè)上可購到的，但必須進(jìn)行改進(jìn)以優(yōu)化生產(chǎn)。不管怎樣，商購的設(shè)備能被方便地用于本發(fā)明的方法中。在本發(fā)明的一個(gè)方面中提供蘆竹顆粒。所說的顆粒為小片或刨花，且它們既能被用于形成紙漿和由紙漿得到的紙制品，也能被摻入到復(fù)合材料板中。
由蘆竹莖通過垂直其長度方向切割莖面而形成具有基本上為環(huán)形截面長度為約1/8英寸-約3英寸的片。破壞的環(huán)形截面就形成小片。通常，當(dāng)環(huán)被破壞時(shí)形成二到五塊小片?，F(xiàn)參看

圖1，蘆竹莖1形成環(huán)2并由環(huán)2形成小片3。形成蘆竹片的代表性裝置與方法被介紹于實(shí)施例1中。最好，環(huán)的長度為約1/2-約11/2英寸且是通過用鋸、刀或單板刀片切割而形成的。
除了小片外，合適的蘆竹顆粒包括刨花。刨花是由在任何一種慣用的刨片機(jī)中刨削蘆竹莖而形成的。最好，刨花(即，碎片、條狀碎片)具有長度為約二英寸-約四英寸，優(yōu)選為約21/2英寸-約31/2英寸。小片厚度能從約1/32英寸到約1/8英寸之間變化。參看圖1，刨削的莖1提供小片4。適用的小片能由慣用的設(shè)備包括環(huán)狀、鼓式、盤狀刨片機(jī)和小片來制備。最好，小片是使用鼓式刨片機(jī)來制備的。
如下面所討論的，蘆竹顆粒(例如，刨花與小片)能被有利地用于生產(chǎn)復(fù)合材料、紙漿與紙制品中。小片能被有利地用于形成紙漿，包括連續(xù)法或分批法。蘆竹刨花還能優(yōu)選通過分批蒸煮法被制漿。在硫酸鹽制漿法中刨花或小片被直接蒸煮。在CTMP(堿性過氧化物)制漿中，在蒸煮前刨花和/或小片尺寸能被減少。就形成復(fù)合材料板(例如刨花板)而言，刨花和/或小片一般通過錘式粉碎機(jī)減少尺寸以提供配料，然后將配料與粘結(jié)劑諸如樹脂粘結(jié)劑相混合，然后固化成板。
形成復(fù)合材料的代表性方法被說明于圖5中。在第一步中干凈的nalgrass被裝入到刨片機(jī)或小片機(jī)10中，機(jī)10裝有內(nèi)峰利刀片以將nalgrass的尺寸減少。一般，nalgrass的尺寸分布是由刨片機(jī)獲得的。如果制得的配料被用于制造復(fù)合材料的話，最好，具有長度為約一英寸、且最高達(dá)約四英寸的nalgrass顆粒是由刨片機(jī)制備的。如果制得的顆粒被用于制造紙漿的話，那么它優(yōu)選為比較小的，通常長度為O.5英寸到1.5英寸。
然后將nalgrass顆粒裝到錘式粉碎機(jī)20中進(jìn)行進(jìn)一步粉碎。當(dāng)然，還可以使用粉碎纖維材料的其他常用設(shè)備，本發(fā)明并不限于使用刨片機(jī)、小片機(jī)、以及錘式粉碎機(jī)。錘式粉碎機(jī)進(jìn)一步減少nalgrass顆粒的尺寸并達(dá)到配料的料徑分布。
然后最好將得自錘式粉碎機(jī)的顆粒裝入到篩網(wǎng)30進(jìn)行篩選。最好，篩網(wǎng)的配備以能產(chǎn)生至少三種的nalgrass顆粒的切割料或尺寸分布。于是，優(yōu)選使用48目的第一篩網(wǎng)以除去過小尺寸的nalgrass“粉塵”。因此，過大尺寸的顆粒被裝到14目的第二篩網(wǎng)。這種篩選產(chǎn)生過小尺寸與過大尺寸物。不能通過4目(超過一又四分之一英寸)的材料被除掉和再加工。
過小尺寸的材料是細(xì)的并被用來制造圖6中所示的復(fù)合材料的“表面”層100。過大尺寸的材料是較粗的，被用于復(fù)合材料的芯層120。復(fù)合材料一般包括三層其每一面被表面層所覆蓋的中央層。然而，還可添加另外的層，這取決于消費(fèi)者的要求、物理性能、以及其他因素。過小尺寸或“表面nalgrass顆?！迸c樹脂40相混合而形成樹脂涂布顆粒的“表面材料混合物”。另外，芯層材料還可與樹脂相混合以形成“芯材料混合物”。
盡管在制造木材產(chǎn)品中常用的任何有機(jī)或無機(jī)的粘結(jié)劑還可被用于制造nalgrass復(fù)合材料，但是優(yōu)選的樹脂是二異氰酸甲酯(MDI)?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，MDI樹脂導(dǎo)致生產(chǎn)出具有優(yōu)越性能的復(fù)合材料。在不囿于任何理論的情況下，從理論是說nalgrass-MDI樹脂相結(jié)合可產(chǎn)生具有增大的物理性能的產(chǎn)品，因?yàn)閚algrass的上例的物理性能源于在nalgrass中存在高熔點(diǎn)蠟、nalgrass的高二氧化硅的含量、nalgrass的高α-纖維素含量、和nalgrass的低木素含量之故。
不管理論上怎么說，現(xiàn)還發(fā)現(xiàn)，nalgrass復(fù)合材料比其物理性質(zhì)(尺寸穩(wěn)定性與強(qiáng)度)上較差的木基復(fù)合材料需要較低添加量的樹脂。的確，根據(jù)所要求的復(fù)合材料的性能的不同，本發(fā)明的nalgrass復(fù)合材料可以用少達(dá)1.5％重量的MDI樹脂來制備。通常，取決于要求的復(fù)合材料的性能，樹脂比例可為1.5％重量-5％重量的MDI。還可使用高于5％重量的MDI樹脂，但是生產(chǎn)這樣的復(fù)合材料似乎沒有多大的商業(yè)上好處。一般說，添加的樹脂量愈高，組合物的強(qiáng)度就愈大。最好，nalgrass-樹脂混合物含有約1.5％-約3.5％重量MDI，最優(yōu)選為含有約2.5％-約3.0％重量MDI。顯然，當(dāng)使用不是MDI的其他樹脂時(shí)，可以找出最佳的不同的樹脂量，這取決于復(fù)合材料的所要求的物理性能。
在已制備nalgrass-樹脂混合物后，將它們送至“墊形成步驟”60。在該過程中，首先將表面材料混合物鋪成一層。接著鋪芯材料混合物層，在芯材料混合物層上覆蓋最后的表面混合物層，以形成三層的夾芯物?；蚨嗷蛏俚膶舆€能被使用，這取決于所制成復(fù)合材料的想要的性能。成層的墊在通常的條件下被預(yù)壓70以減少其體積，接著是顆粒的有限制的移動(dòng)以充填間隙和空洞。然后對(duì)加工好的成層結(jié)構(gòu)加壓，加壓使用生產(chǎn)木基復(fù)合材料的常用壓機(jī)，施加充分的熱與壓力以固結(jié)板80。當(dāng)使用MDI樹脂時(shí)，壓機(jī)通常在溫度為160-170℃(320-340°F)，閉合循環(huán)期間的壓力為500-600 psi(最大值)和固化循環(huán)期間的壓力為100 psi。加壓期間，某些混合物向外流出，形成具有不均勻邊緣的固結(jié)的復(fù)合材料。板邊緣被修整，且將板切割成標(biāo)準(zhǔn)尺寸而生產(chǎn)出復(fù)合材料板。Nalgrass顆粒板的形成及其性質(zhì)和麥桿基顆粒板和南方松基顆粒板被介紹于實(shí)施例2中。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明nalgrass配料可與部份木基配料相混合來制備復(fù)合材料。最好，nalgrass占配料的主要部份，以便降低成本。在實(shí)施例3中介紹代表性的nalgrass/南方松顆粒板的形成及其性質(zhì)。在該實(shí)施例中將nalgrass/南方松混合顆粒板與(1)由nalgrass形成的顆粒板和(2)由南方松形成的顆粒板進(jìn)行了比較。
蘆竹復(fù)合材料板包括粘結(jié)劑基料和分布在整個(gè)粘結(jié)劑基科中的蘆竹顆粒(例如，小片、刨花、和具有減少尺寸的小片和刨花)?，F(xiàn)參看表1和2，本發(fā)明的復(fù)合材料板至少符合復(fù)合材料板的M-3標(biāo)準(zhǔn)。
所說的板包括以板的總重量計(jì)為約1％-約10％重量的樹脂粘結(jié)劑。然而，為了獲得與木材板有關(guān)的有利的性質(zhì)，在本發(fā)明的復(fù)合材料板中存在蘆竹的情況下有可能使用低得多量的粘結(jié)劑。因此，所說的板優(yōu)選包括以板的總重量計(jì)為約1.5％-約3.0％重量的粘結(jié)劑。已知在形成復(fù)合材料板中慣用的粘結(jié)劑均能被使用來制造本發(fā)明的板。優(yōu)選的粘結(jié)劑包括甲基二異氰酸酯、脲醛、和酚醛粘結(jié)劑。
本發(fā)明的板能進(jìn)一步包含包括木纖維的其他纖維。最好，本發(fā)明的板包含以板的總重量計(jì)為約10％-約90％重量的蘆竹顆粒的纖維摻合物。
本發(fā)明板的抗彎強(qiáng)度與耐濕性相對(duì)于慣用的木基板是隨著板中蘆竹量的增加而增大的。一般說，板的抗彎強(qiáng)度比類似結(jié)構(gòu)的木基板高約55％，而比類似結(jié)構(gòu)的麥桿板高約5％。板的耐濕性比類似結(jié)構(gòu)的木基板高約2.6倍，而比類似結(jié)構(gòu)的麥桿板高約15％。
代表性的制造蘆竹復(fù)合材料板的方法包括以下步驟(1)粉碎蘆竹到粒徑分布適于被用作復(fù)合材料板的配料；(2)將這些顆粒與粘結(jié)劑(例如，樹脂)相混合而形成粘結(jié)劑一顆?；旌衔?；和(3)將粘結(jié)劑-顆?；旌衔锕袒蓮?fù)合材料板。在該方法中，蘆竹顆粒被樹脂粘結(jié)而成為連續(xù)材料。如上所指出的，顆粒-粘結(jié)劑混合物能進(jìn)一步包括其他材料諸如木材顆粒和纖維。
如上所述，蘆竹能有利地被摻入到刨花板。類似的優(yōu)點(diǎn)能通過在定向木絲板(OSB)和中密度纖維板(MDF)中摻入蘆竹來達(dá)到。蘆竹能作為基底顆粒組分或作為顆?；旌衔镏械慕M分而被摻入。
在本發(fā)明的另一方面，nalgrass被用作紙漿及由此紙漿制造的紙制品的原料。蘆竹紙包含由處理蘆竹顆粒(例如，小片和刨花)而獲得的纖維。取決于紙漿的不同，如所說的處理外，顆粒還可被粉碎。粉碎能通過許多裝置包括，例如，錘式粉碎機(jī)或轉(zhuǎn)盤精碎磨機(jī)來進(jìn)行。
如上所述，所說的紙漿能由許多不同的處理來形成，這些處理包括，例如，硫酸鹽法制漿、蘇打法制漿、堿性過氧化物機(jī)械法制漿(CTMP)、亞硫酸鹽法制漿、以及本行業(yè)已知的其他制漿法。制漿方法還能包括漂白。在一種優(yōu)選方法中，漂白步驟包括無元素氯漂白。
本發(fā)明的蘆竹漿具有游離度為約150-750 CSF和具有亮度為至少約55％ISO、且優(yōu)選為至少約75％ISO。
本發(fā)明的制漿法的紙漿產(chǎn)率約為50％。該產(chǎn)率可與闊葉材的產(chǎn)率相比而稍高于由洋麻所得的產(chǎn)率。由蘆竹、闊葉材和洋麻所得的產(chǎn)率被說明于圖7中。現(xiàn)參看圖7，可用的洋麻、闊葉材和蘆竹的初始產(chǎn)率分別為約50磅/100磅、約88磅/100磅和約99磅/100磅。就洋麻而言，分離髓心大大地降低了可用的纖維量。就闊葉材而言，去皮對(duì)進(jìn)一步加工來說能提供更多量的纖維。蘆竹的初始加工僅從莖上除去葉子，葉子是不適用的，留下大部份的蘆竹之主要部份(即，約99％)可供進(jìn)一步加工使用。初速加工之后，然后洋麻、闊葉材和蘆竹纖維被蒸煮，一般產(chǎn)率為約50％。如圖7中所示，就制漿所需的功率(蒸汽需量，單位為BTU/噸)與化學(xué)品(磅/噸)而言，蘆竹大大地低于洋麻或闊葉材纖維。蘆竹制漿所需的功率約為洋麻蒸煮的88％和闊葉材蒸煮的約73％。另外，蘆竹制漿需要約83％量的化學(xué)品以將原料纖維轉(zhuǎn)變成可用的紙漿。對(duì)洋麻、闊葉材和蘆竹來說，總產(chǎn)率分別為約28％、44％和50％。因此，使用蘆竹于制漿和隨后的紙制品，由于與闊葉材和其他非木材料相比使用較少的能量與化學(xué)品而提供經(jīng)濟(jì)上大大的好處。如實(shí)施例中所說，蘆竹漿的特征、紙制品和刨花板通常是可與木基和非木基的對(duì)比物相比擬的或比它們要優(yōu)越。與楊木相比漿具有更好的撕裂與抗張強(qiáng)度。這是影響紙生產(chǎn)效率的重要性質(zhì)。還有，nalgrass配料使用較少化學(xué)品與能量以生產(chǎn)紙漿。
Nalgrass的松厚密度稍高于一般木材小片的松厚密度。因此，nalgrass小片的蒸煮裝料量按比例高于木材小片。這對(duì)那些紙與紙漿制造者來說具有重要的意義，因生產(chǎn)能力受到蒸煮器裝料量的限制。
與木材小片相反，為了進(jìn)行有效的蒸煮木材小片要求含水量為約50％，nalgrass顆粒具有大大地低的水含量，水含量為低于10％就能直接而方便地進(jìn)行蒸煮。
Nalgrass小片或顆粒易于被蒸煮，與木材硫酸鹽蒸煮條件下的木材相比Nalgrass小片或顆粒非常容易被蒸煮。未漂白漿的產(chǎn)率為48.5％，處于可漂白的硫酸鹽漿的上限，可能例外的是楊木(其產(chǎn)率為55-58％)。重要的是，nalgrass漿具有比通常由闊葉材得到的漿淺的顏色。因此，添加較低量的化學(xué)品就能生產(chǎn)出相同結(jié)果的處理亮度。在產(chǎn)率為93.9％時(shí)由nalgrass粗漿生產(chǎn)的粗漿是非常容易地用DEDED順序漂白到89.9％ISO亮度。粗漿還能通過無元素氯(ECF)法(一種三步法)方便地進(jìn)行漂白，如實(shí)施例4和8中所述。在一種代表性的ECF法中，得到的紙漿的亮度約為85％ISO。
Nalgrass漿的重均纖維長度約為0.97毫米，漿的粗度為每米0.13毫克。這二個(gè)值稍高于從楊木漿所得到的值。
Nalgrass漿可被用于制造紙，例如無木的未涂布紙，且還可與木漿摻合來制造其他產(chǎn)品。Nalgrass木漿還適用于生產(chǎn)皺紋紙。Nalgrass配料可與木配料相摻合而生產(chǎn)適用于各種用途的混合漿產(chǎn)品。
在本發(fā)明的另一方面，提供形成蘆竹漿的方法。在這些方法中，蘆竹顆粒諸如小片和刨花被制漿。
在一種方法中，蘆竹漿是通過選擇配料來形成的，所說的配料包括蘆竹顆粒，且讓配料經(jīng)受制漿過程來生產(chǎn)具有以配料計(jì)產(chǎn)率為約48％重量的粗漿。一般說，得到48％產(chǎn)率和卡伯值為約15的方法之制漿時(shí)間為比達(dá)到同樣產(chǎn)率與卡伯值的制漿闊葉材的時(shí)間短25％。
在另一實(shí)施方式中，本發(fā)明提供一種形成蘆竹漿的方法包括以下步驟(1)選擇包括蘆竹顆粒的配料；(2)使配料經(jīng)受制漿過程以生產(chǎn)具有以配料計(jì)產(chǎn)率為約48％重量的粗漿；(3)漂白粗漿至亮度為約55％-約90％ISO。在該方法中，粗漿被漂白至亮度為約90％ISO需要比漂白闊葉材至同樣亮度所需要的漂白劑少約25％。
在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，蘆竹漿是通過以下步驟形成的(1)對(duì)蘆竹顆粒進(jìn)行化學(xué)漂白以提供漂白的配料；和(2)機(jī)械精磨漿配料以提供具有亮度為約55％-約90％ISO的漿料。漂白化學(xué)品可以是制漿業(yè)中已知的各種化學(xué)品的任何一種。優(yōu)選的漂白化學(xué)品包括過氧化氫、氫氧化鈉和硅酸鈉的混合物(堿性過氧化物制漿)。另外，漂白化合物可以包括二氧化氯。
說明二種代表性制漿方法的流程圖被示于圖8中?，F(xiàn)參看圖8，對(duì)硫酸鹽制漿與漂白法和化學(xué)制漿法(堿性過氧化物法)進(jìn)行說明。簡言之，在這些方法中nalgrass莖被加工成nalgrass顆粒(例如，小片和/或刨花)。就硫酸鹽制漿與漂白法而言，nalgrass顆粒是在蒸煮液中被蒸煮的。然后蒸煮過的材料被洗滌而廢液被回收到蒸煮液中供連續(xù)加工用。蒸煮結(jié)果是漿產(chǎn)物，然后對(duì)其進(jìn)行漂白。如圖8中所示，漂白能包括以下步驟第一二氧化氯漂白步驟，接著是提取步驟，然后是第二二氧化氯漂白步驟。漂白之后，然后是洗漿，接著或是直接送到造紙機(jī)中造紙或是經(jīng)加壓和干燥后送到市場(chǎng)。
對(duì)化學(xué)制漿法來說，nalgrass顆粒用化學(xué)品(過氧化氫、氫氧化鈉和硅酸鈉的堿性過氧化物混合物)浸漬。在化學(xué)浸漬后，得到的處理漿被機(jī)械精磨，然后進(jìn)行洗滌。洗滌后漿或是直接送到造紙機(jī)或是經(jīng)干燥和打包后送到市場(chǎng)。
在本發(fā)明的另一方面，是提供蘆竹紙制品。這些紙制品包括蘆竹漿。將蘆竹漿摻到紙制品中提供有利的亮度和強(qiáng)度(即，耐破強(qiáng)度，撕裂強(qiáng)度和抗張強(qiáng)度)。在生產(chǎn)紙中利用蘆竹、其制漿性和漿性質(zhì)被介紹于實(shí)施例4中。在實(shí)施例4中，提供得自硫酸鹽制漿法、蘇打制漿法和堿性過氧化物制漿法的數(shù)據(jù)。蘆竹的數(shù)據(jù)可與得自麥桿和木材的數(shù)據(jù)相比擬。
蘆竹紙制品通常中通過一種包括以下步驟的方法來形成的(1)形成包括纖維與水性分散介質(zhì)(例如，水)的配料；(2)將配料沉積在多孔的支承物(例如，成形網(wǎng))上；(3)脫水沉積的配料而形成纖維狀紙幅；和(4)干燥紙幅而形成紙制品。
本發(fā)明的蘆竹紙制品能進(jìn)一步包括其他材料，且能包括紙漿摻合物，例如蘆竹和針葉材和/或闊葉材的摻合物。因此，在上述方法中，蘆竹配料進(jìn)一步包括木材纖維。
蘆竹的有利性質(zhì)能通過在紙制品中摻入約5％-約85％重量的蘆竹漿來獲得。一般說，本發(fā)明的紙制品具有至少約82％ISO的亮度，耐破指數(shù)至少約為3.0，撕裂指數(shù)至少為約8.5，和拉伸指數(shù)至少為約50。取決于紙漿性質(zhì)之不同，本發(fā)明的紙制品包括高亮度的印刷和書寫級(jí)紙、新聞與出版物級(jí)紙、未漂白的襯里與起皺紙板。
為了說明本發(fā)明特提供下列的實(shí)施例，這些實(shí)施例并不是限制性的。
許多年來森林與木材工業(yè)已研究出十分復(fù)雜的加工設(shè)備用來減少原木、制材廠鋸末、廢板材等等的尺寸。這些設(shè)備與處理方法用來生產(chǎn)特定幾何形狀的顆粒，所說的顆粒供制漿蒸煮器用或供木材復(fù)合材料即刨花板、定向木絲板(OSB)和中密度纖維板(MDF)用。在開發(fā)期間，對(duì)幾種形式與類型的木材小片機(jī)與刨削機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)。得到的顆粒能滿足實(shí)驗(yàn)室與中試要求，但是很快被證實(shí)這樣的顆粒形狀不能滿足工業(yè)上的應(yīng)用。
一般地說，慣用的裝置如環(huán)狀、鼓式和盤式刨削機(jī)或小片機(jī)和各種管式和農(nóng)業(yè)和“路邊/場(chǎng)院”粉碎機(jī)產(chǎn)生許多長刨花、碎片和細(xì)木片。這些機(jī)械的作用將中空的nalgrass莖拉成葉片和成剝離層地撕碎長纖維。長的碎片與細(xì)片易于堵塞向紙漿蒸煮器或復(fù)合材料板車間用的篩網(wǎng)和輸送帶。
在進(jìn)行試驗(yàn)期間大的材料被篩出和回收，但是對(duì)工業(yè)加來說，顯然需要進(jìn)行更多的工作以減少nalgrass的尺寸。另外的科學(xué)試驗(yàn)已顯示，用于木材的慣用設(shè)備不能生產(chǎn)出令人滿意的顆粒形狀以用于現(xiàn)代的連續(xù)的制漿蒸煮器和用于許多復(fù)合材料板的加工車間。理想的顆粒形狀為3/4-1英寸長、1/4-3/4英寸和約3/16英寸厚的小片(注這些尺寸廣泛地應(yīng)用于大部份工業(yè)操作工廠，但對(duì)某些操作來說可稍有變化)。此外，主要在美國以外使用的某些制漿設(shè)備和過程能利用更廣范圍的顆粒形狀。
一種代表性的用nalgrass制備理想的顆粒形狀用的的置與方法被示于圖2-4中。同樣的原則可被用來提高農(nóng)業(yè)麥桿和枝叉、路邊和庭院的雜枝等。
Nalgrass的有用莖桿部份在12-18個(gè)月內(nèi)達(dá)到成熟期而長到15英尺20英尺，這取決于氣候與土壤條件。莖是用刀高于地面切割而收得的topsection，它包含葉子與小莖。所得到的莖部基本上是中空的、直徑為約1/2英寸-11/4英寸和壁厚恰好超過1/16英寸-約l/4英寸。其原則是然后將莖鋸成3/4到1英寸長的“環(huán)”，將環(huán)“劈”成三到五塊。簡單的計(jì)算顯示，所得到的小塊符合工業(yè)制漿與復(fù)合材料板加工的最佳尺寸規(guī)格。
圖2是和圖3是51/2寬的鋸片裝在軸上且間隔為1英寸的鋸床的平面圖與剖片圖。寬度根據(jù)要求來選定，因?yàn)橛糜趶?fù)合材料板與木制品的自動(dòng)鋸將板切割成寬度為4-8英尺而用于各種制品。然而，可以具有寬得更多與窄得更多的鋸床，這取決于建造費(fèi)用與生產(chǎn)能力要求方面的經(jīng)濟(jì)因素。圖4刀與指的排列之詳圖。此圖顯示圓鋸的形狀，然而原則上也可使用帶鋸。
還使用1英寸的刀間距來進(jìn)行說明，因?yàn)?/4-11/2上下的間距是可能的，這取決于所期望應(yīng)用的情況。nalgrass莖被先切成約4-5英尺長，且對(duì)齊并送入到料斗，料斗裝在輸送機(jī)平臺(tái)之上而將料送到鋸片。裝在鏈、皮帶、或其他輸送機(jī)械上的指被驅(qū)動(dòng)而穿過皮帶中的縫而將料送入到鋸床。這些齒推動(dòng)nalgrass莖，所說的莖是由重力或由強(qiáng)制進(jìn)料機(jī)構(gòu)(莖不完全是直的而使用強(qiáng)制進(jìn)料能將料斗卸空送入到指)從料斗送到平臺(tái)上而進(jìn)入并穿過鋸片形成環(huán)狀的nalgrass卸出料，然后環(huán)狀的nalgrass卸出料進(jìn)入到斜槽并進(jìn)入到斬碎機(jī)。對(duì)1英寸指寬來說鋸片可以為1/2到3/4英寸以便施加強(qiáng)制力而平穩(wěn)地推動(dòng)莖穿過鋸片。
“斬碎機(jī)”可具有幾種形狀，所示的是一種刀片按裝在軸上以單一或可變的速度旋轉(zhuǎn)的形式。當(dāng)環(huán)落入到圍繞刀片的小室時(shí)，由于刀片作用而與壁相碰撞它們被切碎。另一種形式是使用錘而不使用刀片或帶刀片的轉(zhuǎn)鼓和環(huán)形空間，由此厚塊受到nalgrass環(huán)拉引。最佳的設(shè)計(jì)產(chǎn)生最少的碎屑。
斬碎機(jī)之后，設(shè)置篩子以除去過大(完整的或幾乎完整的環(huán))物并返回到斬碎機(jī)，而過小的碎屑通過篩選被除掉。大部份過篩物流被輸送到貯料斗再被裝到卡車或火車車廂。
此基本方法的各種變型方法是可能的。如果需要更強(qiáng)制的切割作用的話，鋸片可以是振蕩的。鋸片可以具有許多或甚少或沒有齒。另一種設(shè)計(jì)，如前所述，可以使用帶鋸而不是圓鋸片。隨著莖被推入帶鋸條可以上下運(yùn)動(dòng)。盡管如此，在所有的變型方法中所說的方法涉及將環(huán)切割到最佳長度，然后將環(huán)加工成想望的顆粒。
許多設(shè)計(jì)特征之關(guān)鍵在于裝置的能力。對(duì)于大加工車間來說，在田野中的裝置需要每小時(shí)產(chǎn)生最小10噸到最高達(dá)30噸或多的裝置，裝置每天有效工作時(shí)間為16小時(shí)和每周工作6或7天，每年生產(chǎn)50-52周。此處所指的噸為短噸，即2000磅，亦稱“毛”噸(“green”ton)。在該工業(yè)中，噸數(shù)常常指“干透的噸”。以松厚密度的莖為基準(zhǔn)計(jì)，某些粗略估算顯示，每一次如果每一指“推入”一直徑為10英寸的小束，約重6-7磅的話，所有的指需以每秒一次的速率通過刀片(直徑約30英寸)每小時(shí)生產(chǎn)10-12噸。有關(guān)的類似方法之速度概念上似乎為需要2-3秒才能完成鋸割同樣尺寸的束。30-40英寸長的帶鋸條可能鋸割直徑高達(dá)15英寸的束，且該裝置能每小時(shí)加工10-12噸。推入較大的束可以在它們被切割成想望的環(huán)形之前先壓碎莖。
配料(顆粒)的制備。在Pallmann鼓式刨片機(jī)中蘆竹桿被切斷成約2-3英寸長、1/4-3/8英寸厚的塊，干燥到水分含量為8％，然后在帶1/8英寸篩網(wǎng)的Prater Bluue Streak錘式分碎機(jī)中被加工。將來自分碎機(jī)的材料過篩，過篩物占32％被用作面層材料，在篩上的68％被用作芯層材料。
就木材(南方松)復(fù)合材料的制備而言，使用工業(yè)上得到的面層和芯層。工業(yè)上的面層材料要比所用的nalgrass和麥桿要粗，以致一部份的木材面料被篩出，所使用的篩網(wǎng)是與nalgrass中所用的篩網(wǎng)相同。
就麥桿而言，使用帶l/8英寸篩網(wǎng)的Prater Bluue Streak錘式分碎機(jī)對(duì)麥桿進(jìn)行加工。將來自分碎機(jī)的材料進(jìn)行與nalgrass相同方式的過篩，過篩物占24％被用作面層材料，在篩上的76％被用作芯層材料。
所有的制備的試驗(yàn)材料均按如下方式進(jìn)行加工。每種試驗(yàn)以低(12％)、中(4％)和高(6％)的三種樹脂含量；和低與高的密度進(jìn)行重復(fù)。每種材料使用總數(shù)為18塊的試板。參見表1。
樹脂/粘結(jié)劑的添加。稱出芯層與面層材料并分別放入到進(jìn)行重復(fù)生產(chǎn)條件的實(shí)驗(yàn)室用的摻合機(jī)中。就每一份而言，二異氰酸甲酯，通常被稱為MDI，被稱出而達(dá)到規(guī)定的百分比，并被放入到進(jìn)料進(jìn)入到噴咀噴灑裝置的貯槽。噴咀位于摻混室中并噴灑60-180秒同時(shí)進(jìn)行摻混。仃機(jī)并取出已涂布樹脂的材料。在所有的試驗(yàn)中，面層材料與芯層材料的樹脂含量是相同的。
成墊操作。對(duì)每一種板子稱出二小份的面層材料與一份芯層材料以壓制3-層的試板。對(duì)每一塊從壓制后取出的試板在不銹鋼板上放置Teflon片，并將矩形木框放置在Teflon片上。框的尺寸為16英寸×20英寸(成品試板的目標(biāo)尺寸)和厚為6英寸。將面層材料均勻地分布在框的內(nèi)側(cè)以形成下表面，然后在該面層上均勻地分布芯層材料。最后，將剩余的面層材料均勻分布而作為頂層。夯實(shí)由這些層形成的墊，取掉框子，并將Teflon脫模紙放置在墊的頂上。板的形成操作。將墊放在Siempelkamp pilot model壓機(jī)的下壓板上。壓板的尺寸為23英寸×31英寸，且它是由200噸伺服水壓機(jī)驅(qū)動(dòng)的。提供三級(jí)壓縮的計(jì)算機(jī)程序先在60秒鐘內(nèi)壓縮到0.75英寸，并在此厚度下保持另外的400秒鐘，然后卸壓20秒鐘，使總壓縮時(shí)間為480秒鐘。壓板溫度為330°F。在壓縮時(shí)間的末了，上壓板退回到其起始距離，取出板子并讓其在環(huán)境條件下冷卻。
由nalgrass、麥桿、和南方松制造復(fù)合材料板。從每種板子切出二塊試板并進(jìn)行靜彎曲的斷裂模量和彈性模量測(cè)定；切出四塊試樣進(jìn)行內(nèi)彎曲強(qiáng)度測(cè)定；和切出一塊試樣作螺釘拉拔測(cè)定。使用由每一種配料的18塊板的六塊中的一塊試樣測(cè)定吸水性與厚度膨脹率。
使用螺桿驅(qū)動(dòng)的萬能試驗(yàn)機(jī)，除了下列所指出的例外規(guī)定外，按照ASTMD1037對(duì)環(huán)境調(diào)質(zhì)處理的試樣進(jìn)行機(jī)械強(qiáng)度測(cè)試。
靜彎曲試樣為約2英寸×19英寸×3/4英寸而不是如對(duì)厚度大于1/4英寸試樣規(guī)定的3英寸×20英寸×3/4英寸。試驗(yàn)速度為0.36英寸/分，而跨距為18英寸。
內(nèi)彎曲強(qiáng)度試樣為約2英寸×2英寸×3/4英寸，試驗(yàn)速度為0.06英寸/分。記錄每次內(nèi)彎曲試驗(yàn)的中心線與表面斷裂。
螺釘拉拔試樣為約3英寸×6英寸×3/4英寸而不是如對(duì)表面螺釘拉拔試樣規(guī)定的3英寸×6英寸×1英寸和如對(duì)邊緣螺釘拉拔試樣規(guī)定的21/2英寸×41/2英寸×3/4英寸。試驗(yàn)速度為0.06英寸/分。二邊緣與二表面螺釘拉拔測(cè)定是在相同樣上進(jìn)行的。
吸水性與厚度膨脹率是對(duì)6英寸×6英寸的試樣在它們被浸于蒸餾水中為時(shí)2小時(shí)和24小時(shí)后測(cè)定的。每塊試樣的吸水性測(cè)定是在四個(gè)位置測(cè)定的并取平均值。每塊試樣的吸水性和膨脹率是按其未浸泡重量與平均厚度的百分率測(cè)定的。
所有的機(jī)械與物理性質(zhì)是每類板的三塊試板的平均值。下表1中所求的平均值代表有關(guān)類型板的平均值。
所有的測(cè)試均是根據(jù)“評(píng)估木基纖維和刨花板材料的標(biāo)準(zhǔn)方法”，ASTMD1037進(jìn)行的。所有的板先被切成14英寸×19英寸部份。測(cè)試用的試樣是從這些部份切出的。
靜彎曲-斷裂模量(MOR)與彈性模量(MOE)。為了為每一種密度與樹脂的結(jié)合提供總數(shù)為六塊的試樣而從每塊板中切割出二塊2英寸×19英寸的試樣。將試樣放置在跨距設(shè)定為18英寸的United Model No.SEM-10螺旋驅(qū)動(dòng)的測(cè)試機(jī)中。計(jì)算輔助程序?qū)y(cè)試速度設(shè)定為0.36英寸/分，并記錄彈性與斷裂斯曲線。對(duì)每一種密度與樹脂的結(jié)合的六個(gè)數(shù)據(jù)取平均值并記錄于表1中。
垂直于表面的抗張強(qiáng)度-內(nèi)粘結(jié)(IB)。從每一試板中切割出四塊2英寸×2英寸的試樣。將金屬加載方塊粘合在試樣的二表面上，并讓其完全固化。方塊被嵌入到Model.SEM-10上，以速度為0.06英寸/分進(jìn)行測(cè)試。內(nèi)粘結(jié)破壞被自動(dòng)地記錄。對(duì)每種密度與樹脂結(jié)合的試樣的測(cè)試結(jié)果取平均值，并記錄于表1中。
直接的螺釘拉拔；垂直的與邊緣。準(zhǔn)備每一試板的一塊試樣進(jìn)行二面與二邊的拉拔試驗(yàn)。表面拉拔試樣為3英寸×6英寸×3/4英寸，邊緣拉拔試樣為21/2英寸×41/2英寸×3/4英寸(ASTM D 1037推薦為3英寸×6英寸×1英寸)。鉆出標(biāo)準(zhǔn)的引導(dǎo)孔并插入標(biāo)準(zhǔn)螺釘。試樣被錨固到臺(tái)板，用螺絲刀將螺釘頭擰入，然后通過以0.6英寸/分的標(biāo)準(zhǔn)速率分離臺(tái)板進(jìn)行拉拔。記錄拉拔螺釘所需的力。對(duì)具有相同的密度與樹脂結(jié)合的試樣的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行平均并記錄于表1中。
吸水率與厚度膨脹。將每種結(jié)合的板子的一塊6英寸×6英寸試樣浸在室溫下的蒸餾水中為時(shí)2小時(shí)和24小時(shí)。在試樣的四個(gè)位置使用厚度規(guī)在試樣的四個(gè)位置測(cè)定厚度，并取平均值。記錄每一時(shí)期的重量。吸水率與厚度膨脹是根據(jù)超過未浸泡重量的百分增加率來計(jì)算的，并被記錄于表1中。
表1由Nalgrass、麥桿、南方松(粗)和南方松(細(xì))形成的復(fù)合材的比較試驗(yàn)結(jié)果
+代表那些限制級(jí)別合格的性質(zhì)MOE和MOR三次重復(fù)的二塊試樣的平均值內(nèi)粘結(jié)是三次重復(fù)的四塊試樣的平均值吸水率是一次重復(fù)的一塊試樣值螺釘拉拔是三次重復(fù)的二塊試樣的平均值結(jié)果顯示，在2重量％樹脂量與低密度試驗(yàn)中，nalgrass復(fù)合材料超過中密度刨花板的最高工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(ANSI；M-3)，而木材復(fù)合材料與麥桿復(fù)合材料甚至達(dá)不到最低級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(ANSI；M-1)。參見表1和2。2重量％nalgrass復(fù)合材料顯示低于木基復(fù)合材料的非常小的吸水率和厚度膨脹。而且，nalgrass的內(nèi)粘結(jié)強(qiáng)度大大地高于麥桿復(fù)合材料的內(nèi)粘結(jié)強(qiáng)度，麥桿復(fù)合材料未能達(dá)到最低標(biāo)準(zhǔn)。這些優(yōu)越的物理性能還顯現(xiàn)在4和6重量％樹脂含量時(shí)。
就螺釘拉拔試驗(yàn)而言，nalgrass復(fù)合材料的性能至少與木基復(fù)合材料相當(dāng)，且大大地超過麥桿復(fù)合材料的性能。對(duì)于幾乎每種樹脂的添加量來說，除了6重量％外，Nalgrass的彈性模量(MOE)超過麥桿與木基復(fù)合材料的彈性模量。在6重量％樹脂添加時(shí)，麥桿復(fù)合材料似乎具有稍高的彈性模量。
就斷裂模量(MOR)而言，與木基復(fù)合材料相比，nalgrass復(fù)合材料再次顯示優(yōu)越的性能。木基復(fù)合材料不能達(dá)到最低(M-1)工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)與麥桿復(fù)合材料相比時(shí)，當(dāng)樹脂量低時(shí)例如2重量％時(shí)，nalgrass復(fù)合材料是優(yōu)越的。隨著樹脂量的增加，麥桿復(fù)合材料的MOR超過nalgrass復(fù)合材料的MOR。這說明nalgrass復(fù)合材料的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即，在低樹脂含量時(shí)nalgrass是能達(dá)到好的物理性質(zhì)的。
表2中密度刨花板的等級(jí)規(guī)格(國際刨花板協(xié)會(huì)ANSI A208.1-1993)
使用電加熱的、計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制的熱壓機(jī)來制造所有的試板。壓機(jī)裝有額定尺寸為23×31英寸的壓板，壓板由200噸伺服水壓機(jī)驅(qū)動(dòng)。使用具有三級(jí)壓縮程序的壓板位置對(duì)壓機(jī)進(jìn)行控制(1)壓機(jī)閉合60秒鐘；(2)壓板400秒鐘；(3)卸壓20秒鐘。壓板溫度為330°F。所有的板均被成型為尺寸16×20×3/4英寸，但被修邊到14×19×3/4英寸。
由nalgrass、南方松、和nalgrass/南方松制造的板之目標(biāo)密度為42磅/立方英尺和47磅/立方英尺，而二苯甲烷二異氰酸酯(MDI)樹脂量為2％和4％。按不同的密度與樹脂量制造每種配料的十二塊板(即，每種結(jié)合復(fù)制三塊板)。從每塊板切出二塊試樣并進(jìn)行斷裂模量和彈性模量的靜彎曲測(cè)定，切出四塊試樣進(jìn)行內(nèi)粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)定，切出一塊試樣進(jìn)行吸水率/厚度膨脹測(cè)定。從每種配料的十二塊板的四塊中的取出一塊試樣用來測(cè)定表面與邊緣握釘力測(cè)定。每塊試樣具有不同的密度與樹脂量。
使用螺桿驅(qū)動(dòng)的萬能試驗(yàn)機(jī)一般根據(jù)ASTM D 1037對(duì)經(jīng)環(huán)境調(diào)質(zhì)處理的試樣進(jìn)行機(jī)械性能測(cè)定。靜彎曲試樣通常為2×19×3/4英寸(ASTM試樣尺寸為3×20×3/4英寸，但厚度大于1/4英寸)。試驗(yàn)速度為0.36英寸/分和跨度為18英寸。內(nèi)粘結(jié)強(qiáng)度試樣為2×2×3/4英寸和試驗(yàn)速度為0.06英寸/分。握釘力試樣的尺寸對(duì)表面握釘力為3×6×3/4英寸(ASTM試樣尺寸為3×6×1英寸)和對(duì)邊緣握釘力為21/2×41/2×3/4英寸。試驗(yàn)速度為0.06英寸/分。二邊和二面的握釘力測(cè)定是在同一的試樣上進(jìn)行的。吸水率與厚度膨脹是在6×6英寸的試樣在蒸餾水中浸泡24小時(shí)后進(jìn)行的。在五個(gè)位置測(cè)定厚度，并對(duì)每一試樣取平均值。
使用密度、樹脂量、配料作為三個(gè)因素對(duì)所有的機(jī)械與物理性質(zhì)進(jìn)行三向變化分析(ANOVA)。
一般說，就每種密度與樹脂量的結(jié)合而言，隨著其中nalgrass顆粒量的增加斷裂模量(MOR)與彈性模量(MOE)大大地增加(參見表3)。反之，由大量的nalgrass顆粒組成的板的內(nèi)粘結(jié)強(qiáng)度(IB)大大地低于由大量的南方松顆粒組成的板的內(nèi)粘結(jié)強(qiáng)度。就表面(FSP)與邊緣(ESP)握釘力而言，在這二種板子間稍有差別?？偟恼f，所在板子均超過由ANSIA208.1-1993制訂的最高級(jí)規(guī)格(參見表2)。
表3各種Nalgrass、南方松和Nalgrass/南方松刨花板的平均機(jī)械性能
對(duì)于所有的配料而言，機(jī)械性能一般是隨著密度從42磅/立方英尺增加到47磅/立方英尺和樹脂含量從2％增加4％而增加的。
三向ANOVA指出，樹脂量、密度、配料從靜態(tài)上影響所有的機(jī)械性能。板密度對(duì)材料IB強(qiáng)度的影響取決于樹脂的含量，而樹脂含量對(duì)材料MOE的影響取決于配料類型。
在蒸餾水中浸泡24小時(shí)后含較多量的nalgrass顆粒的板子的吸水率與厚度膨脹一般低于含較多量的南方松顆粒的板子的吸水率與厚度膨脹(參見表4)。
表4各種Nalgrass、南方松和Nalgrass/南方松刨花板的平均物理性能
括號(hào)中的值指出有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)偏差。
24小時(shí)后的吸水率與厚度膨脹一般是隨著密度從42磅/立方英尺增加到47磅/立方英尺和樹脂含量從2％增加4％而減少的。三向ANOVA指出，板密度對(duì)厚度膨脹的影響取決于配料的類型，而樹脂含量對(duì)厚度膨脹和吸水率二者的影響取決于配料類型。
一般說，使用nalgrass顆粒對(duì)于獲得優(yōu)越的強(qiáng)度與剛性的板子是最好的。添加低達(dá)20％的南方松顆粒到配料中，雖對(duì)板的強(qiáng)度與剛性稍有影響，但能大大地增加內(nèi)粘結(jié)強(qiáng)度。
機(jī)械性能隨著板密度與樹脂含量的增加而增加。然而，在商品市場(chǎng)中，低密度與低樹脂含量的板在經(jīng)濟(jì)上是受歡迎的且仍能符合各種等級(jí)的要求。
由占大量的nalgrass顆粒制成的板子顯示比由占大量的南方松顆粒制成的板子顯示更好的吸水率與厚度膨脹。24小時(shí)水浸沒后的吸水率與厚度膨脹通常中隨著板子密度與樹脂含量的增加而減少的。
試驗(yàn)是以實(shí)驗(yàn)室與小試車間規(guī)模進(jìn)行的。華盛頓大學(xué)紙漿與紙科學(xué)系被選定進(jìn)行硫酸鹽與蘇打制漿試驗(yàn)，而北加羅利納州立大學(xué)木材與紙科學(xué)系被選定進(jìn)行堿性過氧化物機(jī)械制漿。所有試驗(yàn)的手抄紙?jiān)嚇泳扇A盛頓大學(xué)紙漿與紙科學(xué)系制造。發(fā)現(xiàn)硫酸鹽制漿進(jìn)行快速并形成較高產(chǎn)率的易漂白漿。與其他的非木材料相比平均纖維長度高，事實(shí)上還稍高于楊木闊葉材。強(qiáng)度性質(zhì)在撕裂與拉伸方面還稍好于楊木闊葉材。
原料。本研究所用的原料是新從加利福尼亞Orange縣從生長物上割下來的，未經(jīng)干燥而運(yùn)到華盛頓大學(xué)。
Nalgrass莖具有圍繞中空芯的密集環(huán)狀組織。莖的直徑一般為3/4到13/4英寸。它能被切割或粉碎成長度類似于木材小片，且一旦被壓碎而破壞環(huán)狀截面后具有與木小片相類似的松厚密度(參見表5)。
表5松厚密度
在早期試驗(yàn)中，使用nalgrass小片。使用手鋸將本試驗(yàn)用的材料切成準(zhǔn)確的長度然后壓碎。就硫酸鹽制漿而言，試驗(yàn)是以四種不同的切割長度，即，1/2、3/4、7/8和11/4英寸進(jìn)行的。片狀材料的特征對(duì)進(jìn)入到慣用的制漿設(shè)備進(jìn)行加工是重要的。片狀材料的松厚密度填塞到蒸煮器中和按尺寸分類輸送器和其他加工設(shè)備是重要的。小片狀的nalgrass之高松厚密度使它能在慣用的現(xiàn)有的小片處理與制漿設(shè)備中被加工。蒸煮液與原料之比可以是低的，類似于木片所用的那些導(dǎo)致高廢液濃度的比例。
其他重要的小片特征是制漿期間蒸煮化學(xué)品滲透到小片中央的能力。早期試驗(yàn)是用錘式粉碎機(jī)制備的小片和經(jīng)篩選除去細(xì)粉與過大材料而進(jìn)行的。應(yīng)該說明，存在某些長塊(2英寸)，如果在加工程序的初期不除去的話它們可能會(huì)妨礙材料的流動(dòng)。它們使?jié){帶有未蒸煮的下腳料，要指出的是蒸煮液的滲透是相當(dāng)不均勻的。
還可包括干燥材料的試樣。這被切到7/8英寸長度，并被包括以評(píng)估蒸煮液的滲透是否如木片情況那樣由于干燥而受到妨礙。
硫酸鹽制漿與漂白硫酸鹽制漿。Nalgrass的硫酸鹽蒸煮是在華盛頓大學(xué)使用實(shí)驗(yàn)性蒸煮器進(jìn)行的。在目標(biāo)為產(chǎn)生適于漂白的20卡伯值的脫木素的條件下對(duì)每種小片試樣進(jìn)行蒸煮。制漿條件被列于表6中。
表6小片尺寸與類型評(píng)估的制漿條件
所有的蒸煮試樣具有類似的結(jié)果。蒸煮時(shí)間如由低的H因子(一種結(jié)合溫度與反應(yīng)時(shí)間的化學(xué)反應(yīng)值)所指出的是短的。蒸煮時(shí)間最高為針葉材的一半。Nalgrass小片的高的松厚密度還使有可能使用類似于木小片中所使用的低的液體與小片比。這表明nalgrass制漿能在如木小片相同的設(shè)備中與同樣的熱經(jīng)濟(jì)條件下進(jìn)行。通常，盡管如此種nalgrass材料中所發(fā)現(xiàn)的那樣蒸煮很快，但是低密度的稻草和其他的非木植物材料需要高的液木比。
在制漿靈敏性方面四種不同長度的小片顯示僅僅是微小的、可能是無意義的差別。雖然3/4英寸小片具有稍低卡伯值(14.6)，比較長小片的卡伯值為17.6-18.2，而1/2英寸小片的卡伯值為17.4。在短的小片中未蒸煮的下腳料是低的，為0.9-1.1％；相比之下，長小片的下腳料為3.2-3.6％。這些量均是低的，要指出的是，蒸煮液進(jìn)入到材料出現(xiàn)不均勻的滲透，還顯示出節(jié)被蒸煮得很好。Nalgrass的結(jié)有時(shí)是耐蒸煮的。
單板小片蒸煮類似于鋸切小片，得到低的卡伯值(14.6)和低的下腳料(0.2％)。對(duì)工業(yè)操作而言此類小片的制備是令人滿意的。
干燥材料顯示的制漿靈敏性類似于新鮮材料，卡伯值為14.9和3.3％的下腳料，需指出的是，液體進(jìn)入到干nalgrass小片的滲透是沒有問題的。這意味在生產(chǎn)的條件下新鮮或干燥材料均可使用而不會(huì)出現(xiàn)重大的變化。
切成7/8英寸長的nalgrass小片的制漿與一般的闊葉材與針葉材硫酸鹽制漿的比較被示于表7中。Nalgrass蒸煮比上二類木材蒸煮更快、需要較少的化學(xué)品和產(chǎn)生稍高的下腳料(無重要意義的差別)。
表7 7/8英寸小片尺寸與木片制漿條件的比較
漂白。關(guān)于漂白非木材料的大部份已公開的工作是使用現(xiàn)在過時(shí)的氯(C)、浸提(E)、次氯酸鹽(H)漂白程序進(jìn)行的。在世界范圍通常使用此程序，但是在美國它現(xiàn)在在環(huán)境上是不能被接受的，因?yàn)樗环檄h(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，硫酸鹽紙漿的漂白必須使用無元素氯(ECF)法。漂白試驗(yàn)是使用由二氧化氯(D0)組成的ECF法對(duì)大規(guī)模蒸煮7/8英寸切削材料進(jìn)行的。用氧與過氧化物(EOP)進(jìn)行浸提。二氧化氯(D1)。結(jié)果被示于表8中。
表8漂白靈敏度D.Eop.D.漂白程度-0.20卡伯
D.E0p.D漂白程序-0.25卡伯因子
開始，在第一階段中使用0.20卡伯因子(百分當(dāng)量的氯/卡伯?dāng)?shù))的二氧化氯裝料量，接著在第三階段中使用1.5％二氧化氯。這形成83.8％亮度。在第一階段將卡伯因子應(yīng)用改為0.25導(dǎo)致亮度為85.6和86.4與二氧化氯分別為1.25％和1.5％。
對(duì)86.4而言需要的總二氧化氯量為3.18％。在早期試驗(yàn)中，使用4.34％二氧化氯的第五階段漂白中亮度達(dá)到90.0％。
手抄紙的性質(zhì)。使用TAPPI程序進(jìn)行紙漿性質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)。在PFI磨中對(duì)7/8英寸小片試樣進(jìn)行打漿至不同的游離度。PFI磨是實(shí)驗(yàn)室中用來模擬工業(yè)性造紙操作的精磨的.通常，紙漿的初始游離度為600-700mlCSF，在造紙前此游離度被減少到約約400-500ml以提高強(qiáng)度性質(zhì)，抗張強(qiáng)度稍有增加而撕裂強(qiáng)度略有降低。
由被打漿為不同游離度的7/8英寸nalgrass紙漿制造手抄紙并對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度性質(zhì)測(cè)試(參見表9)。為了進(jìn)行比較漿其他不同長度小片的紙漿打漿至400ml CSF。
表9手抄紙強(qiáng)度測(cè)試
在打漿前初始紙漿的游離度為700ml CSF，該游離度是非常高的且與典型的非木材料相比是理想的水平。在早期試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)類似高的游離度為630ml CSF。與其相比，針葉材漿為＞700和闊葉材漿為600-650，它們適當(dāng)?shù)馗咭恍乖旒垯C(jī)有可能不受限制地改變紙漿的性質(zhì)并在造紙操作中允許有高的排泄量。
手抄紙的強(qiáng)度(耐破、抗張與撕裂強(qiáng)度)的測(cè)定值均在合適的水平并高于早期試驗(yàn)所達(dá)到的水平。二組Nalgrass與典型的麥桿、洋麻、闊葉材與針葉材的比較結(jié)果被示于表10中。在所有種類中nalgrass的強(qiáng)度是明顯地高。與其他的非木紙相比，紙頁的松厚度是高的，這表明該材料具有與麥桿大大地不同的特性。
表10 Nalgrass漿與其它漿的比較
雖然已對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行說明與介紹，但是應(yīng)該懂得，在不背離本發(fā)明的精神與范圍下能夠作出種種的改變。
權(quán)利要求
1.一種蘆竹小片，其中小片是通過在長度方向橫切莖而提供具有基本上為環(huán)形截面和長度約為1/8英寸-約3英寸的環(huán)，和然后破壞環(huán)形部份而由蘆竹莖形成的。
2.權(quán)利要求1的小片，其中環(huán)具有長度為約1/2英寸-約3/2英寸。
3.權(quán)利要求1的小片，其中環(huán)是通過鋸切而由莖形成的。
4.權(quán)利要求1的小片，其中環(huán)是通過刀切而由莖形成的。
5.權(quán)利要求1的小片，其中環(huán)是通過切削單板而由莖形成的。
6.一種蘆竹刨花，其中所說的刨花是由在刨削機(jī)中刨削蘆竹莖而形成的。
7.權(quán)利要求6的刨花，具有長度為約2英寸-約4英寸。
8.權(quán)利要求6的刨花，具有長度為約2.5英寸-約3.5英寸。
9.權(quán)利要求6的刨花，其中厚度為1/3英寸-約1/8英寸。
10.權(quán)利要求6的刨花，其中刨削機(jī)是鼓式刨削機(jī)。
11.蘆竹漿，所說的漿包括得自處理蘆竹顆粒的纖維。
12.權(quán)利要求11的漿，其中蘆竹顆粒選自小片與刨花組成的組中。
13.權(quán)利要求11的漿，其中蘆竹處理還包括粉碎。
14.權(quán)利要求13的漿，其中粉碎是通過錘式粉碎機(jī)進(jìn)行的。
15.權(quán)利要求13的漿，其中粉碎是通過旋轉(zhuǎn)盤精磨機(jī)進(jìn)行的。
16.權(quán)利要求11的漿，其中處理包括硫酸鹽制漿。
17.權(quán)利要求11的漿，其中處理包括蘇打制漿。
18.權(quán)利要求11的漿，其中處理包括堿性過氧化物機(jī)械制漿。
19.權(quán)利要求11的漿，其中處理包括亞硫酸鹽制漿。
20.權(quán)利要求11的漿，其中處理包括制漿和漂白。
21.權(quán)利要求20的漿，其中漂白包括無元素氯漂白。
22.權(quán)利要求11的漿，具有游離度為約150-約750CSF。
23.權(quán)利要求11的漿，其中漿具有亮度至少為約55％ISO。
24.權(quán)利要求11的漿，其中漿具有亮度至少為約75％ISO。
25.一種形成蘆竹漿的方法，所說的方法包括(a)選擇一種包括蘆竹顆粒的配料；和(b)使配料經(jīng)受制漿過程而產(chǎn)生具有產(chǎn)率以配料為基準(zhǔn)計(jì)為約48％重量的紙漿粗漿。
26.權(quán)利要求25的方法，其中達(dá)到48％的產(chǎn)率和約15-約25％的卡伯值的制漿時(shí)間比達(dá)到同樣產(chǎn)率與卡伯值的闊葉材制漿所需的時(shí)間要少。
27.一種形成蘆竹漿的方法，所說的方法包括(a)選擇一種包括蘆竹顆粒的配料；(b)使配料經(jīng)受制漿過程而產(chǎn)生具有產(chǎn)率以配料為基準(zhǔn)計(jì)為約48％重量的紙漿粗漿；和(C)漂白粗漿至亮度為約55％-約90％ISO。
28.權(quán)利要求27的方法，其中漂白粗漿到亮度為約90％ISO所需的漂白劑比將闊葉材粗漿漂白到相同的亮度所需的漂白劑少25％。
29.一種形成蘆竹漿的方法，所說的方法包括(a)使蘆竹顆粒經(jīng)受化學(xué)漂白以提供漂白的配料；和(b)機(jī)械精磨漂白的配料以提供具有亮度為約55-約90％ISO的紙漿。
30.權(quán)利要求25、27或29的方法，其中蘆竹顆粒選自由小片與刨花組成的組中。
31.權(quán)利要求29的方法，其中漂白化學(xué)品包括過氧化氫、氫氧化鈉、和硅酸鈉的混合物。
32.權(quán)利要求28的方法，其中漂白化學(xué)品包括二氧化氯。
33.一種包括蘆竹漿的紙制品。
34.權(quán)利要求32的紙制品，包括漿摻合物。
35.權(quán)利要求33的紙制品，其中漿摻合物包括針葉材漿、闊葉材漿、以及它們的混合物。
36.權(quán)利要求33的紙制品，其中漿摻合物包括約5-約80％重量的蘆竹漿。
37.權(quán)利要求32的紙制品，具有亮度至少為約82％ISO。
38.權(quán)利要求32的紙制品，具有耐破指數(shù)至少為約3.0。
39.權(quán)利要求32的紙制品，具有撕裂指數(shù)至少為約8.5。
40.權(quán)利要求32的紙制品，具有抗張指數(shù)至少為約50。
41.權(quán)利要求32的紙制品，其中所說的產(chǎn)品選自由高亮度的印刷級(jí)紙與書寫級(jí)紙組成的組中。
42.權(quán)利要求32的紙制品，其中所說的產(chǎn)品選自由新聞級(jí)紙與出版物級(jí)紙組成的組中。
43.權(quán)利要求32的紙制品，其中所說的產(chǎn)品選自由未漂白的平紙板與波紋紙板組成的組中。
44.一種形成蘆竹紙制品的方法，包括形成包括纖維與水分散介質(zhì)的蘆竹配料；將配料沉積在帶小孔的支持物上；使沉積的配料脫水成為纖維狀紙幅，和干燥紙幅而形成紙制品。
45.權(quán)利要求43的方法，其中蘆竹配料還包括木材纖維。
46.蘆竹復(fù)合材料板，所說的復(fù)合材料包括(a)粘結(jié)劑樹脂；和(b)被用樹脂粘結(jié)在連續(xù)的材料中的蘆竹顆粒；其中所說的復(fù)合材料至少符合復(fù)合材料板的M-3標(biāo)準(zhǔn)。
47.權(quán)利要求45的板，其中所說的板包括以板的總重量計(jì)為約1-約10％重量的樹脂粘結(jié)劑。
48.權(quán)利要求45的板，其中所說的板包括以板的總重量計(jì)為約1.5-約3.0％重量的樹脂粘結(jié)劑。
49.權(quán)利要求45的板，其中所說的粘結(jié)劑選自由甲基二異氰酸酯、脲-甲醛、酚、和無機(jī)粘結(jié)劑組成的組中。
50.權(quán)利要求45的板，其中蘆竹配料還包括木材纖維。
51.權(quán)利要求49的板，具有以板的總重量計(jì)為約10％-約90％重量的蘆竹。
52.權(quán)利要求49的板，其中與木基板相比板的彎曲強(qiáng)度隨著板中蘆竹量的增加而成正比例地增加。
53.權(quán)利要求49的板，其中與木基板相比板的耐水性隨著板中蘆竹量的增加而成正比例地增加。
54.權(quán)利要求49的板，其中板的彎曲強(qiáng)度至少比類似構(gòu)成的木基板高約55％。
55.權(quán)利要求49的板，其中板的耐水性比類似構(gòu)成的木基板的耐水性高2.6倍。
56.權(quán)利要求49的板，其中板的彎曲強(qiáng)度至少比類似構(gòu)成的麥桿基板高約5％。
57.權(quán)利要求49的板，其中板的耐水性比類似構(gòu)成的麥桿基板的耐水性高15％。
58.一種制造蘆竹復(fù)合材料板的方法，所說的方法包括(a)粉碎蘆竹成為粒徑分布適于用作復(fù)合材料板中配料的顆粒；(b)將顆粒與樹脂相混合而形成粘結(jié)劑-顆?；旌衔?；和(c)將粘結(jié)劑-顆?；旌衔锕探Y(jié)成復(fù)合材料板。
59.權(quán)利要求50的方法，其中粘結(jié)劑-顆?；旌衔镞€包括木材顆粒。
全文摘要
由蘆竹生產(chǎn)復(fù)合材料板和紙漿、以及該紙漿的紙制品。在制造復(fù)合材料板時(shí),蘆竹被粉碎(20)合適尺寸,與粘結(jié)劑相混合(40,50),然后固結(jié)成符合建筑和/或家具級(jí)板標(biāo)準(zhǔn)的板。蘆竹顆粒可與木材顆粒相混合以生產(chǎn)出混合的配料,混合的配料能被用于制備復(fù)合材料板。被粉碎的蘆竹在慣用的制漿過程中被處理而生產(chǎn)出高抗張強(qiáng)度的漿,所說的漿能被用于紙的生產(chǎn)。所說的漿具有比木漿較淺的顏色,由此而能使用稍少的漂白化學(xué)品而達(dá)到理想的白度。該漿能與木漿相混合而生產(chǎn)出各種產(chǎn)品。
文檔編號(hào)B27L11/02GK1330740SQ99814407
公開日2002年1月9日 申請(qǐng)日期1999年6月16日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月17日
發(fā)明者E·奧塞米爾, M·P·沃考特 申請(qǐng)人:尼勒纖維紙漿和紙公司, 華盛頓州立大學(xué)研究基金會(huì)