双螺丝挤压工艺，以生产可再生纤维板

摘要

开发了多功能双螺杆挤压工艺，为木质细胞生物量提供高效的恒温-机械化学预处理，从而提高了平均纤维纵横比。纤维精炼后还可以连续添加天然粘合剂，从而在热压获得挤压材料后，生物基纤维板具有改进的机械性能。

摘要

开发了一种多用途的双螺杆挤压工艺，可在木质细胞分子生物质上提供高效的恒温-机械化学预处理，然后将其用作全生物基纤维板机械加固的来源。通过这一过程，各种木质细胞素作物副产品已经成功地进行了预处理，例如谷物稻草（特别是大米）、香菜稻草、从卵泡亚麻稻草中抽水，以及阿马兰和向日葵茎的树皮。

挤压过程导致平均纤维纵横比显著提高，从而提高了纤维板的机械性能。双螺杆挤出器也可以在桶的末端安装过滤模块。从木质细胞基质中连续提取各种化学物质（如无糖、血糖、精油馏分挥发物等），因此纤维精炼可以同时进行。

挤出机还可用于其混合能力：天然粘合剂（如有机木质素，蛋白油饼，淀粉等）可以添加到螺丝轮廓末端的精炼纤维中。获得的预混音可通过热压成型，天然粘合剂有助于纤维板的凝聚。这种组合工艺在单一的挤出机通过提高生产时间，生产成本，并可能导致工厂生产规模的减少。由于所有操作都是一步一步进行的，纤维形态保存得更好，这要归功于挤出器内材料的居住时间缩短，从而提高了材料性能。这种一步一步的挤出操作可能是宝贵的工业过程强化的起源。

与商用木基材料相比，这些完全基于生物的纤维板不会排放任何甲醛，它们可以找到各种应用，如中间容器、家具、家用地板、搁板、一般建筑等。

引言

挤压是一个过程，在此期间，流动的材料被迫通过热死。因此，挤出允许在压力下形成预热产品。第一台工业单螺杆挤出机出现于1873年。它用于制造金属连续电缆。从1930年起，单螺杆挤出适应食品工业生产香肠和过去。相反，第一台双螺杆挤出机已首次用于食品工业的发展。直到20世纪40年代，它才出现在合成聚合物领域。为此，设计了新的机器，其操作也建模了^1。开发了一个具有共穿透和共旋转螺丝的系统，允许同时进行混合和挤压。此后，通过新型螺丝的设计，挤出技术不断发展。今天，食品行业广泛使用双螺杆挤压，虽然它比单螺杆挤出更昂贵，因为双螺杆挤出允许进入更精细的材料加工和最终产品。它特别用于淀粉制品的挤压烹饪，但也用于蛋白质的纹理和宠物食品和鱼饲料的制造。

最近，双螺杆挤压的应用领域已扩展到植物物质^2、3的恒温-机械化学分馏。这一新概念已导致真正的反应堆的发展，能够改变或分馏工厂的问题，在一个单一的步骤，以单独生产提取物和通过液体/固体分离^2，3，4的擦除。在农工化学实验室（LCA）进行的工作突出了双螺杆技术对农用资源^2....

研究方案

1. 准备原材料

1. 使用渗水亚麻，这是机械提取"全纤维"提取装置⁵¹中稻草的巴斯特纤维的初步阶段的结果。使用振动筛去除可能仍包含的短纺织纤维。
   注意：由于去除这些短纺织纤维可能很困难，请根据需要多次重复此筛分操作。在这里，目标是改善重量喂料器漏斗中的卵泡亚麻的流动，因此，在引入双螺杆挤出器之前，便于其施用。
2. 使用塑料亚麻籽蛋糕，通过破坏/塑化蛋白质获得，根据Rouilly等人描述的方法^。
   注意：通过这样做，蛋白质表现出更好的热塑性和粘合能力。
3. 使用装有 1 mm 网格的锤子磨碎塑料亚麻籽蛋糕的农用颗粒，然后筛下获得的研磨材料，仅保留小于 500μm 的颗粒。

2. 检查恒定重量喂料器和活塞泵的正常功能

1. 对于操作员在生产过程中工作的流量，选择避免机器堵塞（15 kg/h 为卵泡亚麻（OFS），从 1.50 kg/h 到 3.75 kg/h 的塑化亚麻籽蛋糕），检查输入到两个恒定重量喂食器的设定值与这些给定设备真正分布的固体流速之间的对应关系。
   注：实际固体流速通过权衡恒定重量馈线在已知时间段（5分钟）内分布的固体质量来实验确定。如果设定值与实际测量的流速之间存在显著偏差，则这可能表示称重馈线出现故障。为了防止这种情况，应彻底清洁整个配给装置，特别强调称重装置所在的区域。事实上，....

结果

在使用配置（步骤 3.1.1）对含卵亚麻水进行纤维精炼时，故意以等于 1.0 的液体/固体比率添加水。根据先前的25、26、27年作品，这种液体/固体比率比较低的比率更能保持双螺杆挤出口精炼纤维的长度，同时有助于提高其平均纵横比。此外，添加的水量足够低，可以消除机器堵塞的任何风险。因此，在没有"免费"水（即会过量添.......

讨论

此处概述的协议描述了如何在将木质细胞纤维用作可再生板的机械加固之前处理其挤压精炼。在这里，使用的双螺杆挤出机是一台中试秤机。螺丝直径为 53 mm （D），配备 8 个模块，每个模块长度为 4D，但具有 8D 的模块 1 除外长度，相当于36D总长度（即1，908毫米）的桶。其长度足够长，适用于加工材料，在单次通过中继承几个基本操作，即喂食、压缩、纤维固体与添加的水之间的亲密混合、膨胀.......

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Analogue durometer	Bareiss	HP Shore	Device used for determining the Shore D surface hardness of fiberboards
Ash furnace	Nabetherm	Controller B 180	Furnace used for the mineral content determinations
Belt dryer	Clextral	Evolum 600	Belt dryer used for the continuous drying of extrudates at the exit of the twin-screw extruder
Cold extraction unit	FOSS	FT 121 Fibertec	Cold extractor used for determining the fiber content inside solid materials
Densitometer	MA.TEC	Densi-Tap IG/4	Device used for determining apparent and tapped densities of extrudates once dried
Double-helix mixer	Electra	MH 400	Mixer used for preparing the solid mixture made of the raw shives and the plasticized linseed cake for producing board number 12
Fiber morphology analyzer	Techpap	MorFi Compact	Analyzer used for determining the morphological characteristics of extrusion-refined shives
Gravimetric belt feeder	Coperion K-Tron	SWB-300-N	Feeder used for the quantification of the oleaginous flax shives
Gravimetric screw feeder	Coperion K-Tron	K-ML-KT20	Feeder used for the quantification of the plasticized linseed cake
Hammer mill	Electra	BC P	Crusher used for the grinding of granules made of plasticized linseed cake
Heated hydraulic press	Pinette Emidecau Industries	PEI 400-t	Hydraulic press used for molding the fiberboards through hot pressing
Hot extraction unit	FOSS	FT 122 Fibertec	Hot extractor used for determining the water-soluble and fiber contents inside solid materials
Image analysis software	National Institutes of Health	ImageJ	Software used for determining the morphological characteristics of raw shives
Oleaginous flax straw	Ovalie Innovation	N/A	Raw material supplied for the experimental work
Piston pump	Clextral DKM	Super MD-PP-63	Pump used for the water quantification and injection
Scanner	Toshiba	e-Studio 257	Scanner used for taking an image of raw shives in gray level
Side feeder	Clextral	E36	Feeder used to force the introduction of the plasticized linseed cake inside the barrel (at the level of module 5) for configuration (b)
Thermogravimetric analyzer	Shimadzu	TGA-50	Analyzer used for conducting the thermogravimetric analysis of the solids being processed
Twin-screw extruder	Clextral	Evolum HT 53	Co-rotating and co-penetrating pilot scale twin-screw extruder having a 36D total length (D is the screw diameter, i.e., 53 mm)
Universal oven	Memmert	UN30	Oven used for the moisture content determinations
Universal testing machine	Instron	33R4204	Testing machine used for determining the bending properties of fiberboards
Ventilated oven	France Etuves	XL2520	Oven used for the discontinuous drying of extrudates at the exit of the twin-screw extruder
Vibrating sieve shaker	RITEC	RITEC 600	Sieve shaker used for the sieving of the plasticized linseed cake
Vibrating sieve shaker	RITEC	RITEC 1800	Sieve shaker used for removing short bast fibers entrapped inside the oleaginous flax shives