CN101086150B - 无胶粘合中高密度纤维板的制备方法 - Google Patents

Abstract

无胶粘合中高密度纤维板的制备方法，其工艺步聚为：(1)溶剂配制；(2)植物纤维材料收集和处理；(3)投料；(4)反应；(5)溶剂回收；(6)打浆分离半纤维素；(7)木质素活化；(8)疏水化处理；(9)胚板铺装；(10)热(冷)压成型。其优点是：(1)中纤维板的游离甲醛释放问题得到彻底的解决；(2)使草本植物纤维具有和木本植物纤维同样的经济价值，在中高密度纤维板的生产中得到充分利用；(3)植物纤维材料得到完全的利用，基本无三废排放问题。

Description

无胶粘合中高密度纤维板的制备方法

技术领域

本发明涉及一种中高密度纤维板的制备方法，特别涉及一种无胶粘合中高密度纤维板的制备方法。

背景技术

我国森林覆盖率不足18%，木材供求矛盾突出。解决这一矛盾的主要途径是大力发展各种不同类型的人造板，以便充分利用木材及各种木质纤维素材料。进一步减轻我国森林资源所承受的压力。而传统上生产人造板则离不开各种合成树脂型木材粘合剂。而目前木材粘合剂90%以上属于三醛胶（脲醛;酚醛及三聚氰胺甲醛树脂）；其中又以脲醛胶的使用量为最大。以脲醛胶生产各种人造板，不仅生产过程中劳动条件恶劣，而且使用这类人造板所进行的房屋装修，所制造家具中都潜伏下可怕的致癌杀手—甲醛。

近年来，我国中密度纤维板生产的发展突飞猛进，生产能力快速增长，已成为全球生产第一大国。从环保的角度来看，中密度纤维板的过度发展对我国本就严重不足的森林的可持续发展形成巨大的威胁。部分或全面实现以草代木生产中高密度纤维板是彻底改变上述问题的有效途径之一。虽然目前有异氰酸酯胶-草纤维板的生产技术，但由于所用异氰酸酯胶价格极高、热压过程中异氰酸酯蒸汽毒性很大、草板脱模困难，表面需要二次装装饰等问题而无法得到普及。

在国际间，人造板行业正在寻求摆脱对各种合成树脂型木材粘合剂的依赖性的新途径；与此同时，如何把生产原料从有限的木材扩大到草本植物纤维，也成为本行业的热点课题。人造板无胶粘合的研究与开发在沉寂数十年后再次受到关注，但迄今没有成功的产业化应用实利。

发明内容

本发明的目的是提供一种无胶粘合中高密度纤维板的制备方法，该方法完全摆脱传统木质中纤维生产技术对合成树脂胶粘剂的依赖，使中纤维板的游离甲醛释放问题彻底解决。

本发明是这样来实现的，第一步采用溶剂法改变植物纤维理化结构，部分降解植物纤维中的木质素成分，部分分离除去植物纤维中半纤维素成分。第二步对部分降解木质素进行活化处理、疏水化处理，最后是热（冷）压成型，其工艺步骤包括：（1）溶剂配制：按照所要加工植物纤维材料重量1-20倍的量配制由数种化工原料组成的溶溶剂备用，所述的溶剂是由质量分数为1%-60%的有机酸，包括甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、草酸、马来酸、琥珀酸；和质量分数为2.5%-50%的醇类，包括甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇、丙二醇、丁二醇、甘油、各种高沸点聚醚多元醇；和质量分数为0.01%-5%的催化剂，包括硫酸、盐酸、磷酸、各种酸式盐；纯碱、烧碱、苛性钾、石灰、氨水、脲、硫脲、硫化钠、各种碱式盐；和水配合的溶液；(2) 植物纤维材料收集和处理：木本植物原料经切片后适当粉碎，草本植物原料切段至一定长度备用；（3）投料： 先向特定的反应器中投入一定量的经过预处理的植物原料（草本植物原料和木本植物原料的比例可以调整），再加入相当于原料重量约1-20倍溶剂；（4）反应：根据反应器类型和反应条件，反应时间由数十分钟到数小时不等；（5）溶剂回收：反应结束后，乘热蒸馏挥发性的溶剂供循环利用；（6）打浆分离半纤维素：回收溶剂后的反应物转移到打浆机中，添加约1-3倍重量的水，打浆后离心分离出含有水溶性半纤维素的液体供进一步利用；（7）木质素活化：对由步骤（6）分离得到的变性后植物纤维中木质素活化处理（8）疏水化处理：对由步骤（7）木质素活化后的植物纤维素进行疏水化处理（9）胚板铺装：疏水化处理纤维材料按照要求铺装（10）热压成型：胚板一般在木质素熔点温度范围热压成型。

本发明原料包括各种草本和木本植物，并按照产品性能、用途不同可以调整两者的比例；本发明所指溶剂是指分别含有不同质量分数的有（无）机酸（碱、盐）、各种醇类物质、（氨）胺类物质的水溶液；本发明中所指特定的反应器是压力容器或常压回流式的蒸煮设备；本发明中所指溶剂回收可以是常压或减压回收法；本发明中植物纤维木质素活化的方法包括了水解、醇解、酰化、醚化、硝基化、漆酶氧化法、化学氧化法等。本发明中所指变性纤维的疏水化处理采用非极性的高熔点的原料。

本发明中所指木本植物原料在投料前需要切片粉碎到直径约1-3毫米左右，草本植物原料切段成1-10厘米长。

本发明中所指木本植物原料和草本植物原料的比例可调，为了确保所制备中高密度纤维板的机械强度可以单独使用木本植物原料，而在装饰性非结构材料的生产中则可单独使用草本植物原料，

本发明所指溶剂是由质量分数为1%-60%的有机酸，包括甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、草酸、马来酸、琥珀酸；和质量分数为2.5%-50%的醇类，包括甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇、丙二醇、丁二醇、甘油、各种高沸点聚醚多元醇；和质量分数为0.01%-5%的催化剂，包括硫酸、盐酸、磷酸、各种酸式盐；纯碱、烧碱、苛性钾、石灰、氨水、脲、硫脲、硫化钠、各种碱式盐；和水配合的溶液。

本发明中所指变性纤维的疏水化处理采用非极性的高熔点的原料可以是高熔点的石蜡或蜂蜡，其添加量为纤维重量的1-2%W/W熔融石蜡或蜂蜡。

本发明中所指热压成型一般采用热压进行，在温度为130-250℃，压力1-10MPa下完成。热压时间60sec/mm。热压后板材的密度根据需要控制在0.8-1.15之间。

本发明的优点是: （1）提供了一种可以完全摆脱传统木质中纤板生产技术对合成树脂胶粘剂依赖性的解决方法，从而使中纤维板的游离甲醛释放问题彻底的解决，新产品因而可以在高档室内装修方面发挥巨大作用；（2）本发明的目的还在于使草本植物纤维具有和木本植物纤维同样的经济价值，在中高密度纤维板的生产中得到充分利用，从而大大减轻人造板工业对木材产生巨大需求而对森林资源所产生的压力。（3）本发明赋予了改性的植物纤维材料显著的热塑性，因此还可以借助特定的模具热压制造各种环保型热固性塑料容器。（4）本发明的另一个最显著的特点是在无胶粘合中高密度纤维板的生产中，植物纤维材料得到完全的利用，基本无三废排放问题。

具体实施方式

实施例一：马尾松无胶粘合高密度纤维板

原料包括马尾松板皮、乙酸、工业硫酸、52号石蜡。

马尾松板皮用木片机切片后用锤片式粉碎机粉碎到直径约1-3毫米左右，配制乙酸溶剂，其中含有质量分数为30%乙酸溶液，并添加质量分数为0.01%工业硫酸；

向不锈钢压力蒸球内先后投入1000公斤直径约1-3毫米左右马尾粉，2000公斤乙酸溶剂，物料在120℃，压力1.2MPa下混合蒸煮2小时后，停止加热，利用余热蒸馏回收乙酸和其他挥发性成分如甲醇、甲酸、糠醛；再添加相当于反应物质量2倍的水量，充分混合后，将反应产物放入打浆机中打浆，离心分离出液体部分提供作为糠醛和醋酸生产的原料，离心得到的变性纤维材料施蜡（1% W/W，52号石蜡）并经鼓风干燥至含水率低于8%，气流铺装预压，胚板在175-180℃下热压成型，密度为1.05。性能指标满足GB12626.1-90硬质纤维板的各项指标。

实施例二：稻草无胶粘合中密度纤维板

原料包括稻草、乙酸、工业盐酸、蜂蜡。

稻草用锤片式粉碎机粉碎成长度约1-10厘米左右，配制乙酸溶剂，其中含有质量分数为50%乙酸溶液，并添加质量分数为0.05%工业硫酸；

向不锈钢常压回流带搅拌装置的蒸煮锅内先后投入1000公斤长度约1-10厘米左右稻草，2000公斤乙酸溶剂，物料在85℃，常压下回流蒸煮8小时后，蒸馏回收乙酸和其他挥发性成分如甲醇、甲酸；再添加相当于反应物质量2倍的水量，充分搅拌混合后，将反应产物放入打浆机中打浆，离心分离出液体部分提供作为低聚木糖和醋酸生产的原料，离心得到的变性纤维材料施蜡（1.5% W/W，蜂蜡）并经鼓风干燥至含水率低于8%，气流铺装预压，胚板在175-180℃下热压成型，密度为0.80-0.90，性能指标满足GB11718.2-89中密度纤维板的各项指标。

实施例三：麦草-杨木无胶粘合中密度纤维板

原料包括麦草、杨木边脚料、乙醇、甲酸、52号石蜡。

杨木边脚料用木片机切片后用锤片式粉碎机粉碎到直径约1-3毫米左右，麦草用锤片式粉碎机粉碎成长度约1-10厘米左右；配制乙醇溶剂，其中含有质量分数为20%乙醇溶液，并添加质量分数为1%甲酸；

向不锈钢压力蒸球内先后投入400公斤直径约1-3毫米左右杨木粉，600公斤长度约1-10厘米左右麦草，再加入3000公斤20%乙醇溶液（添加质量分数为1%甲酸）；物料在140℃，压力2.75MPa下混合蒸煮1.5小时后，停止加热，利用余热蒸馏回收乙酸和其他挥发性成分如乙醇、甲酸、糠醛；再添加相当于反应物质量2倍的水量，充分混合后，将反应产物放入打浆机中打浆，离心分离出液体部分提供作为糠醛和醋酸生产的原料，离心得到的变性纤维材料施蜡（1.25% W/W，52号石蜡）并经鼓风干燥至含水率低于8%，气流铺装预压，胚板在165℃下热压成型，密度为0.90。性能指标满足GB11718.2-89中密度纤维板的各项指标。

实施例四：毛竹无胶粘合中密度纤维板

原料包括毛竹加工边脚料、乙醇、乙酸、52号石蜡。

毛竹加工边脚料用锤片式粉碎机粉碎到直径约1-3毫米左右竹屑；配制乙醇-乙酸溶剂，其中含有质量分数为30%乙醇溶液，并添加质量分数为5%乙酸；

向不锈钢压力蒸球内先后投入1000公斤直径约1-3毫米左右竹屑，，再加入2500公斤30%乙醇-5%乙酸溶液；物料在130℃，压力2. 5MPa下混合蒸煮2小时后，停止加热，利用余热蒸馏回收乙酸和其他挥发性成分如乙醇、甲酸、糠醛；再添加相当于反应物质量2倍的水量，充分混合后，将反应产物放入打浆机中打浆，离心分离出液体部分提供作为糠醛和醋酸生产的原料，离心得到的变性纤维材料施蜡（2% W/W，52号石蜡）并经鼓风干燥至含水率低于8%，气流铺装预压，胚板在180℃下热压成型，密度为0.95。性能指标满足GB11718.2-89中密度纤维板的各项指标。

实施例五：杂木-芦苇秆高密度纤维板

原料包括锯板厂杂木锯屑、芦苇秆、乙酸、工业硫酸、乙二醇、52号石蜡。

芦苇秆用锤片式粉碎机粉碎到1-10厘米左右长度；配制乙酸-乙二醇溶剂，其中含有质量分数为15%乙酸溶液，并添加质量分数为2.5%乙二醇，并添加质量分数为0.25%工业硫酸；

向不锈钢压力蒸球内先后投入500公斤杂木锯屑，500公斤长度1-10厘米左右芦苇，再加入1500公斤15%乙酸-2.5%乙二醇-0.25%工业硫酸的混合溶液；物料在160℃，压力3. 5MPa下混合蒸煮1小时后，停止加热，利用余热蒸馏回收乙酸和其他挥发性成分如乙酸、甲酸、糠醛；再添加相当于反应物质量2倍的水量，充分混合后，将反应产物放入打浆机中打浆，离心分离出液体部分提供作为糠醛和醋酸生产的原料，向离心得到的变性纤维材料中加入5%W/W，活力为1000国际单位的漆酶水悬液，在45℃下存放5小时后施蜡（1.75% W/W，52号石蜡）并经鼓风干燥至含水率低于8%，气流铺装预压，胚板在160℃下热压成型，密度为1.0。性能指标满足GB12626.1-90硬质纤维板的各项指标。

Claims (8)

1.无胶粘合中高密度纤维板的制备方法，其特征为制备方法步聚如下：（1）溶剂配制：按照所要加工植物纤维材料重量1-20倍的量配制由数种化工原料组成的特定浓度的水溶液备用,所述的溶剂是由质量分数为1%-60%的有机酸，包括甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、草酸、马来酸、琥珀酸；和质量分数为2.5%-50%的醇类，包括甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇、丙二醇、丁二醇、甘油、各种高沸点聚醚多元醇；和质量分数为0.01%-5%的催化剂，包括硫酸、盐酸、磷酸、各种酸式盐；纯碱、烧碱、苛性钾、石灰、氨水、脲、硫脲、硫化钠、各种碱式盐；和水配合的溶液；(2) 植物纤维材料收集和处理：木本植物原料经切片后粉碎，草本植物原料切段至一定长度备用；（3）投料：向特定的反应器中投入一定量的经过预处理的植物原料，再加入相当于原料重量约1-20倍溶剂；（4）反应：根据反应器类型和反应条件，反应时间由数十分钟到数小时不等；（5）溶剂回收：反应结束后，趁热蒸馏出挥发性的溶剂供循环利用；（6）打浆分离半纤维素：回收溶剂后的反应物转移到打浆机中，添加约1-3倍重量的水，打浆后离心分离出含有水溶性半纤维素的液体供进一步利用；（7）木质素活化：对由步骤（6）分离得到的变性后植物纤维中木质素活化处理；（8）疏水化处理：对由步骤（7）木质素活化后的植物纤维素进行疏水化处理；（9）胚板铺装：疏水化处理纤维材料按照要求铺装；（10）热压成型：胚板一般在木质素熔点温度范围热压成型。

2.根据权利要求1所述的无胶粘合中高密度纤维板的制备方法，其特征是草本原料包括稻草、麦秆、玉米秸、芦苇、竹类茎叶；木本原料包括各种阔叶木本植物和针叶木本植物。

3.根据权利要求1所述的无胶粘合中高密度纤维板的制备方法，其特征是木本植物纤维材料切片粉碎到直径1-3毫米，草本植物原料切段成1-10厘米长度。

4.根据权利要求1所述的无胶粘合中高密度纤维板的制备方法，其特征是溶剂回收采用常压蒸馏法或减压蒸馏法。

5.根据权利要求1所述的无胶粘合中高密度纤维板的制备方法，其特征是木质素活化采用漆酶催化氧化产生稳定性自由基，或采用过氧化氢化学氧化法进行。

6.根据权利要求1所述的无胶粘合中高密度纤维板的制备方法，其特征是疏水化处理是指向变性和木质素活化处理后的植物纤维表面喷施1-2%W/W熔融石蜡或蜂蜡。

7.根据权利要求1所述的无胶粘合中高密度纤维板的制备方法，其特征是胚板铺装包括在特定模具中手工铺装经疏水化处理的变性植物纤维或采用气流铺装机自动化铺装预压中高密度纤维板胚板。

8.根据权利要求1所述的无胶粘合中高密度纤维板的制备方法，其特征是热压成型是在温度为130-250℃、压力1-10MPa下完成。