洞庭湖蘆葦材料屬性與加工利用技術初探

（湖南大學，湖南 長沙 410082）

據(jù)《湖洲志》記載，洞庭湖地區(qū)的蘆葦古稱葭、蒹、菼，泛指蘆泡、荻葦兩類。實指又不同：蒹即荻葦，葭即蘆葦（蘆泡）。蘆葦和荻是兩種完全不同的植物，兩者有質的差異。蘆葦：禾本科蘆葦屬，水生植物。荻：禾本科芒屬荻種，濕生植物。蘆與荻一般混生于葦田中，蘆比荻高，荻比蘆堅實。由于它們在外部形態(tài)、內部結構以及環(huán)境條件關系等方面有許多相似，特別是從造紙的角度來看，相似之處更多，同時古書中有蘆、荻皆可通用的論述，因此人們習慣稱荻蘆為蘆葦。洞庭湖地區(qū)蘆的品種主要是線蘆、大頭蘆、觀音蘆，荻主要有崗柴、剎柴兩個變種。據(jù)統(tǒng)計，2013年洞庭湖地域有蘆葦面積 0.867×104hm2，產量約 9.0×107kg[1]。以前洞庭湖地區(qū)的蘆葦主要用作造紙原料。但隨著國家環(huán)保政策的實施，大量小型造紙廠已關閉，大型造紙廠又存在資源收集困難的問題。于是，蘆葦產地有必要進行新產品的研發(fā)[2]。

蘆葦是一種典型的可再生資源，生長周期短，資源量大，且如不及時利用，原材料極易變質報廢。當今蘆葦資源綜合利用主要包括直接利用和纖維再造利用兩種方式。所謂直接利用，就是將采割的蘆葦經過適當處理和簡單加工后直接制成相關產品，葉、莖、根等通身可被利用，因而資源利用率高，且無廢棄物和中間生成物污染，產品原汁原味，粗狂自然，但產品類型單調，附加值較低。所謂再造利用，就是先將蘆葦充分解體磨制成蘆葦纖維漿，再利用纖維漿制成相關產品。此種利用方式產品質地細膩，形態(tài)可塑造性強，但由于在漿料制造過程中會產生廢水，并且磨漿過程能耗較大，就綠色生產理念而言，此種利用方式當前受到較多限制[3]。因此，對于蘆葦資源利用的研究主要集中在直接利用的產品設計創(chuàng)新和再造利用的控制污染2個方面。

1 蘆葦物性與直接利用的產品結構和生產工藝

材料可直接用于產品設計和制造，也可以對材料進行適當加工后進行利用，就產品制造的LCA觀點而言，直接利用的物耗、能耗最少[4]。

1.1 蘆葦各部位原材料的物性特點

材料是設計的靈魂，設計中對材料的正確利用就是要做到材盡其才。因此，要利用好蘆葦原材料，首先必須了解蘆葦?shù)奈镄蕴攸c。

蘆葦各部位材料物性特點不同，具體分析如表1所示：

表 1 蘆葦各部位物料分析Table 1 Analysis of each parts of reed

1.2 直接利用的形態(tài)與結構分析

材料形態(tài)特點、物料屬性、加工方式與結果、結構形式、可使用的裝飾手法等均是產品分析的重要依據(jù)。

葦葉與葦花的產品利用途徑主要是作為飾品素材。即利用其特殊的生物形態(tài)，進行相關藝術構思。此類產品的結構特點是將選定的素材粘貼在基體上，即膠合是主要的結構形式。技術關鍵在于去除表面的蠟質和進行防腐處理。

蘆莖與蘆根可以直接使用，但結構強度較低。利用其中空的構造特點，可將其碾壓破碎并展開為蘆蔑。將蘆蔑集成為產品的主要結構方式是編制，如圖1（1）所示。視編制方法不同可以形成不同的圖案效果。也可以對蘆蔑進行染色處理，染色的技術關鍵在于去除表面的蠟質。

荻莖的直接使用與竹材相似?？梢詥渭冇幂肚o來制造產品，也可以與其它材料共用。其結構方式主要包括膠接、綁接、串接以及其它連接方式。如圖1（2）所示。

圖1 直接利用結構形式Fig.1 Structure form of directly using

1.3 關鍵生產工藝及典型產品案例

蘆葦直接利用的共性工藝包括去蠟、防腐、漂白、染色等。其工藝指標如表2所示。

案例1：蘆葦席

加工工藝如下：

蘆葦展開→防腐處理→（漂白處理）→（染色）→編制→去蘆毛→表面涂飾→（塑型）→邊部或收口處理

將蘆葦剖切并碾壓展開，形成蘆蔑。進行防蟲蛀、防霉、漂白處理后進行編制。編制時，不同的穿插方法可以形成不同的編制紋理，如將蘆蔑染色，用不同色彩的蘆蔑交錯編制，則可形成豐富的編制圖案。蘆席半成品表面粗糙，用水性清漆涂刷席面，有利于蘆毛豎起并變硬，用木砂紙磨除蘆毛，再用水性油漆涂刷表面，讓席面更加光亮美觀。蘆席可按設計要求進行剪裁、鎖邊處理后直接成為成品，也可采用模具對其進行塑型處理，其工藝為采用高溫噴蒸方法對葦席進行局部軟化，將已軟化的蘆席敷貼于模具上固定，待蘆席自然冷卻后，即定型為模具的形態(tài)。如圖2（1）所示。

表 2 直接利用共性工藝指標Table 2 Common process indicators of directly using

案例2：荻葦桿燈具

加工工藝如下：

精選荻葦桿→取段→防蟲防腐→（漂白或染色處理）→精加工→安裝

按設計尺寸并預留加工尺寸1～2 cm，將荻葦取段，經防蟲蛀、防霉處理后，對荻桿段進行整形、端部精截、修整等精加工。在荻桿與骨架的接合部位處涂膠，將其安裝在骨架上，即成為燈具罩。如圖2（2）所示。

案例3：蘆葦裝飾畫

加工工藝如下：

選料→去蠟→防蟲防腐→染色→剪裁→拼貼

選取蘆蔑、蘆葉、蘆花等原料，先去除表面蠟質，以增強構件間的膠合強度[5]。再進行防蟲防霉處理，按預先構思計劃將素材粘貼在合適的基材上，制作成裝飾畫，最后進行適當?shù)难b裱。如圖2（3）所示。

圖2 直接利用案例Fig.2 Cases of directly using

2 蘆葦纖維物性分析與再造產品生產技術

蘆葦原料雖然可以被直接使用，但由其物性特點決定，利用途徑受到了較大限制。蘆葦是一種優(yōu)良的木質纖維原料，將蘆葦解體為纖維形態(tài)，其用途將會極大拓展。再生纖維制品的開發(fā)一直是國外生物質材料利用研究的熱點[6]。

2.1 蘆葦纖維制備、形態(tài)及性能分析

按如圖3所示的程序制取蘆葦纖維漿料：將蘆葦切割成50 mm左右的蘆葦段，放入水溫為80～100 ℃蒸煮槽中蒸煮3～6 h，將混合料注入粗磨熱磨機中，漿料連續(xù)注入細磨熱磨機，視原材料區(qū)別調節(jié)熱磨機的磨盤刀具參數(shù)、熱磨機轉速、研磨壓力等技術參數(shù)，得到單元尺寸不同的蘆葦漿料[7]。取出粗漿和細漿，對漿料和干燥后的纖維形態(tài)進行檢測，結果如表2所示。

圖3 蘆葦漿料制備工藝Fig.3 Preparation process of reed pulp

2.2 蘆葦纖維再造利用的成型分析

進行蘆葦漿料成份與纖維形態(tài)檢測分析，發(fā)現(xiàn)：

蘆葦漿的成分與木漿基本相似，纖維間的膠合可參照木纖維制品的方法。但蘆葦漿料糖分含量較高，因而親水性更高，產品的防潮處理、防腐處理更重要[8]。

表 3 蘆葦漿料制備與物料分析Table 3 Preparation and analysis of reed pulp

無論是粗漿或細漿，蘆葦纖維均可以敷設在形態(tài)各異的網(wǎng)狀基體表面，制品的形態(tài)取決于基體的形態(tài)，制品表面將反映夸張或細膩的纖維肌理，只要纖維間、纖維與基體間有足夠的膠接強度，纖維層不會輕易被破壞。

可以在網(wǎng)狀模具上對纖維漿進行濾水和模壓，成為與模具形態(tài)相吻合的模壓制品。

粗漿纖維適合采用松香膠（黃膠）膠合成型，細漿纖維適合采用脲醛膠、乳白膠膠合成型。

2.3 蘆葦纖維再造產品生產案例

案例1：模壓餐茶具盤

按設計形狀制作模具，陰模具有濾水功能，視纖維粗細長度，濾水孔徑為1.2～2.5 mm。陰模和陽模模具表面均涂刷石蠟乳化液脫模劑，在模具中注入纖維漿料即可進行模壓。為提高纖維漿料的粘合度以及粘合后的產品強度，經實驗發(fā)現(xiàn)：加入相當于蘆葦漿絕干纖維質量3%左右的松香膠能達到最佳性能，且需加入相當于蘆葦漿絕干纖維質量5%左右的硫酸鋁才能完成最終施膠工作。經壓制工藝測試，投影面積單位壓力為0.4～0.6 MPa，模腔內溫度控制在180～200 ℃范圍，壓制時間取決于制品形狀厚度，一般控制在30～50 s。制品最終厚度大約是成型模具模腔厚度的70%。制品的干燥溫度為250～300 ℃（制品在7～10 s內含水量減少50%），然后溫度降為100～150 ℃，最后干燥到含水率為10%～12%左右即可。通過以上工藝，最終制作出了系列餐盤。如圖4-1所示。

案例2：蘆葦纖維板基用品

選用未經漂白處理、由未添加化學助劑的纖維漿料制成的蘆葦纖維板，測試發(fā)現(xiàn)其靜曲強度均值為36.644 MPa、彈性模量為2 800～3 600 MPa；通過彎曲性能實驗，確定5 mm厚的板材的最小彎曲直徑為180 mm。制作系列直徑大于或等于最小彎曲直徑的圓盤形木質模具，選用合格板材，在常溫條件下對板條進行彎曲，底板嵌入周邊板條，所有接口處用食品包裝級膠黏劑連接，在木模上固定4 h后即可。通過以上方法，制作出了系列托盤。如圖4-2所示。

圖4 再造產品案例Fig.4 Cases of reed reengineering product

3 結 論

（1） 湖南洞庭湖地區(qū)有豐富的蘆葦資源，在由于中間過程污染嚴重的造紙利用途徑受阻時，可考慮蘆葦直接利用，也可考慮對蘆葦纖維漿料不加化學處理進行利用的途徑。

（2）對蘆葦原料進行去蠟、防霉防蟲、軟化處理，依據(jù)蘆葦各部位原始形態(tài)或蘆葦加工形態(tài)，或對蘆葦原料進行簡單加工如編制、膠接等，可直接使用制成各種日用品、飾品。

（3）將蘆葦磨成粗細不等的纖維漿料，不需對漿料進行化學處理，只要添加水溶性膠黏劑，采用具有濾水功能的模具，并在模具上涂刷脫模劑，即可模壓成各類無毒無害的纖維產品。

（4）以蘆葦纖維板為基材，可加工成多種制品。為避免和減少纖維板制造工程中的水污染，纖維漿料可不經漂白處理，也無需添加化學助劑，其強度和彎曲性亦能滿足產品設計和使用質量要求。

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