CN102085686A - 厌氧发酵处理后的秸秆刨花制板的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种利用厌氧发酵处理后的秸秆刨花制板的方法。取沼气池厌氧活性污泥的滤液作为厌氧发酵接种物，将粉碎过的秸秆刨花和厌氧发酵接种物在厌氧反应器中混匀后进行厌氧发酵处理，发酵结束后将秸秆刨花清洗后脱水干燥处理，并与胶粘剂、固化剂、防水剂搅拌均匀，铺装预压后采用单层或多层式热压机压制秸秆刨花板。本发明提高了刨花板的物理力学性能，使廉价的胶粘剂能够生产出达到国家标准(GB/T 4897-92)的合格刨花板产品。
Description
技术领域
本发明属于人造板技术领域，更具体地说，涉及一种利用厌氧发酵处理后的秸秆刨花制板的方法。
技术背景
我国的木质资源极度匮乏，而草质资源极为丰富，因此，在我国的纸浆造纸和人造板领域，草类等非木材原料所占比重十分突出。目前，在人造板制造领域，稻草、麦秸、柳枝稷、荻草、杂交狼尾草等草类非木材原料的利用均有报道，实验研究及工程应用均证明了草质刨花板的可行性。与木质刨花板制造不同，由于草本类原料的表面存在疏水性保护层(主要为蜡状物质、二氧化硅和脂肪)，如果采用普通廉价的胶粘剂(如脲醛树脂、酚醛树脂、三聚氰胺脲醛树脂)进行粘结时，疏水性保护层会降低胶粘剂和草本类原料的胶合性能。因此，需要采用价格昂贵的异氰酸酯(如聚二苯甲烷二异氰酸酯)作为胶粘剂才能生产出合格产品。通常，聚二苯甲烷二异氰酸酯的价格比脲醛树脂胶的价格高7～10倍，显然，生产出的产品不具有价格优势。另一方面，与木质原料不同，草本类原料的木质素和纤维素含量较低，粗蛋白、粗脂肪、浸出物(可溶性糖等)含量较高，而这三类物质在热压过程中容易发生降解，以上均会降低刨花板的物理力学性能。以稻草为例，克拉森木质素、纤维素、冷水浸出物、热水浸出物分别为8.93％、38.04％、14.86％、19.74％；而杨木的上述组分分别为17.10％、43.24％、1.38％、2.46％。
为了采用廉价的脲醛树脂等胶粘剂生产出合格的刨花板，目前有研究报道，通过对草本类原料进行化学和酶预处理以提高原料的亲水性以及原料与胶粘剂的结合能力。例如，通过氧化剂(H2O2)或碱(NaOH)部分去除秸秆表面的蜡状物质和无机成分。然而，化学处理不仅增加刨花板的生产成本，还会造成环境污染。酶预处理主要是利用纤维素酶、木聚糖酶和脂肪酶等对草本类原料进行预处理。酶预处理虽然能够提高脲醛树脂等廉价胶粘剂粘结的秸秆刨花板的机械强度，但是高成本的酶制剂以及缓冲剂使得酶预处理成本较高。
因此，寻找经济可行且环境友好的草本类原料预处理技术，对于生产低成本且质量合格的草质刨花板具有重要的意义。实际上，酶预处理所用的纤维素酶、木聚糖酶和脂肪酶均由微生物产生，如果采用厌氧发酵微生物进行处理，不仅能够破坏并降解草本原料表面的疏水性保护层物质，而且完整的厌氧发酵微生物群落能够利用粗蛋白、粗脂肪、浸出物、酶解产物产生沼气。一方面，不仅改善草本类原料与脲醛树脂等廉价胶粘剂之间的胶合性能，而且提高木质素和纤维素的相对含量，从而提高刨花板的物理力学性能；另一方面，通过厌氧发酵微生物将粗蛋白、粗脂肪、浸出物、酶解产物转化为清洁能源(沼气)，通过合理利用可以在一定程度上弥补干燥和热压过程的能耗，降低生产成本。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种利用厌氧发酵处理后的秸秆刨花制板的方法，以提高刨花板的物理力学性能。
为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案实现：
(1)厌氧发酵接种物制备：取沼气池厌氧活性污泥，经过滤去除大颗粒物质和沙石后取滤液备用；
(2)粉碎秸秆：去除秸秆中的杂物后，将其粉碎成粒径小于等于8目的秸秆刨花备用；
(3)厌氧发酵：将制得的秸秆刨花和厌氧发酵接种物在厌氧反应器中混匀后进行厌氧发酵处理，发酵过程中回收利用沼气；
(4)清洗：发酵结束后从厌氧反应器中取出秸秆刨花，首先用水清洗以去除沙、附着物和溶解性物质，随后用浓度为0.5％～1％的次氯酸钠溶液清洗以消除异味；
(5)脱水干燥：进行脱水干燥处理，保证干燥后秸秆刨花的含水率为3％～10％；
(6)拌胶：将干燥后的秸秆刨花在拌胶机中与胶粘剂、固化剂、防水剂搅拌均匀，其中胶粘剂的施加量为胶粘剂固体部分与干基秸秆刨花的质量百分比10％～16％，固化剂的施加量为胶粘剂固体部分的质量百分比0.5％～1.5％，防水剂的施加量为干基秸秆刨花的质量百分比0.2％～2％；
(7)铺装预压：采用铺装机进行铺装，并经预压机预压，预压在常温下进行；
(8)热压：采用热压机压制秸秆刨花板。
完成热压后的秸秆刨花板在常温下进行冷却、裁边和砂光处理，冷却在翻板冷却装置中进行，时间30～60min，裁边用锯机将产品加工成所需要的幅面尺寸，堆垛2～3天后用砂光机进行砂光处理并入库存放。
所述秸秆包括但不局限于稻草、麦秸、柳枝稷、荻草、杂交狼尾草、芒草等。
本发明各步骤均可采用现有技术。如步骤(6)中采用的胶粘剂、固化剂、防水剂以及拌胶过程均可采用现有制板工艺的成熟技术。
步骤(3)中，接种物的添加比例为秸秆刨花质量百分比的40％～80％，控制厌氧发酵温度为30℃～55℃，发酵时间15～30天。
步骤(8)中，可采用如下参数：热压温度为150℃～200℃，热压时间为20～50s/mm，热压最大压力2.5～3.5Mpa。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)通过厌氧发酵处理，不仅改善了秸秆与廉价的胶粘剂(如脲醛树脂、酚醛树脂、三聚氰胺脲醛树脂)之间的胶合性能，还提高了木质素和纤维素的相对含量，从而提高刨花板的物理力学性能，使廉价的胶粘剂能够生产出达到国家标准(GB/T 4897-92)的合格刨花板产品；
(2)与化学预处理和酶预处理相比，厌氧发酵处理所需的接种物(厌氧发酵微生物)容易获得，沼气池污泥、污水处理厂厌氧污泥、池塘底泥均可作为接种物，基本不需要成本，因此预处理成本较低。
(3)厌氧发酵处理能够将粗蛋白、粗脂肪、浸出物(可溶性糖等)、酶解产物转化为沼气，生产出清洁能源，通过合理利用可以弥补干燥和热压过程的能耗，降低生产成本。
附图说明
图1是本发明厌氧发酵处理后的秸秆刨花制板的流程图
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进行进一步说明。
实施例1
以稻草为原料制备刨花板：取沼气池厌氧活性污泥用孔径为8目的筛网过滤，将滤液静置30min取上层液体作为厌氧发酵接种物；人工分拣出稻草中的杂物，采用切草机将秸秆加工成20mm的稻草单元，然后用粉碎机将其加工成碎料单元，粒径小于等于8目的碎料单元作为稻草刨花备用，大于8目的碎料单元进行二次粉碎。将稻草刨花和厌氧发酵接种物在厌氧反应器中混匀后进行厌氧发酵，接种物的添加比例为秸秆刨花的40％(以质量百分比计)，控制厌氧发酵温度为55℃，发酵时间30天，发酵过程中回收利用沼气；待发酵结束后从厌氧反应器中取出稻草刨花，首先用自来水清洗以去除沙、附着物和溶解性物质，随后用浓度为0.5％的次氯酸钠溶液清洗以消除异味；清洗后用脱水机进行脱水，然后用干燥机进行干燥处理，保证干燥后秸秆刨花的含水率为3％；将干燥后的稻草刨花在拌胶机中与胶粘剂(脲醛树脂胶)、固化剂(NH4Cl)、防水剂(石蜡乳液)搅拌均匀，其中脲醛树脂胶的施加量为10％(脲醛树脂胶固体部分与干基稻草刨花的质量百分比)，NH4Cl的施加量为0.5％(NH4Cl与脲醛树脂胶固体部分的质量百分比)，石蜡乳液的施加量为0.2％(石蜡与干基稻草刨花的质量百分比)；采用机械式铺装机将以上混合物进行铺装，并用预压机在常温下进行预压；随后采用单层式热压机进行压制，热压温度为150℃，热压时间为20s/mm，热压最大压力3.5MPa；完成热压后的秸秆刨花板在翻板冷却装置中进行冷却，时间30min，冷却后用锯机将产品加工成幅面尺寸为1220mm×2440mm，堆垛2天后用砂光机进行砂光处理并入库存放。
实施例2
以荻草为原料制备刨花板：取沼气池厌氧活性污泥，用孔径为10目的筛网过滤，将滤液静置30min取上层液体作为厌氧发酵接种物；人工分拣出荻草中的杂物，采用切草机将荻草加工成30mm的荻草单元，然后用粉碎机将其加工成碎料单元，粒径小于等于8目的碎料单元作为荻草刨花备用，大于8目的碎料单元进行二次粉碎；将荻草刨花和厌氧发酵接种物在厌氧反应器中混匀后进行厌氧发酵，接种物的添加比例为荻草刨花的60％(以质量计)，控制厌氧发酵温度为38℃，发酵时间15天，发酵过程中回收利用沼气；待发酵结束后从厌氧反应器中取出荻草刨花，首先用自来水清洗以去除沙、附着物和溶解性物质，随后用浓度为0.8％的次氯酸钠溶液清洗以消除异味；清洗后用脱水机进行脱水，然后用干燥机进行干燥处理，保证干燥后荻草刨花的含水率为6％；将干燥后的荻草刨花在拌胶机中与胶粘剂(酚醛树脂胶)、固化剂(固化剂N，市售)、防水剂(石蜡乳液)搅拌均匀，其中酚醛树脂胶的施加量为14％(酚醛树脂胶固体部分与干基荻草刨花的质量百分比)，固化剂N的施加量为1％(固化剂N与酚醛树脂胶固体部分的质量百分比)，石蜡乳液的施加量为1％(石蜡与干基荻草刨花的质量百分比)；采用气流式铺装机将以上混合物进行铺装，并采用预压机在常温下进行预压；随后采用多层式热压机进行压制，热压温度为175℃，热压时间为35s/mm，热压最大压力3.0MPa；完成热压后的秸秆刨花板在翻板冷却装置中进行冷却，时间45min，冷却后用锯机将产品加工成幅面尺寸为1000mm×2000mm，堆垛2天半后用砂光机进行砂光处理并入库存放。
实施例3
以杂交狼尾草为原料制备刨花板：取沼气池厌氧活性污泥，用孔径为12目的筛网过滤，将滤液静置30min取上层液体作为厌氧发酵接种物；人工分拣出杂交狼尾草中的杂物，采用切草机将杂交狼尾草加工成40mm的杂交狼尾草单元，然后用粉碎机将其加工成碎料单元，粒径小于等于8目的碎料单元作为杂交狼尾草刨花备用，大于8目的碎料单元进行二次粉碎；将杂交狼尾草刨花和厌氧发酵接种物在厌氧反应器中混匀后进行厌氧发酵，接种物的添加比例为杂交狼尾草刨花的80％(以质量计)，控制厌氧发酵温度为30℃，发酵时间22天，发酵过程中回收利用沼气；待发酵结束后从厌氧反应器中取出杂交狼尾草刨花，首先用自来水清洗以去除沙、附着物和溶解性物质，随后用浓度为1％的次氯酸钠溶液清洗以消除异味；清洗后用脱水机进行脱水，然后用干燥机进行干燥处理，保证干燥后秸秆刨花的含水率为10％；将干燥后的秸秆刨花在拌胶机中与胶粘剂(三聚氰胺脲醛树脂胶)、固化剂((NH4)2SO4)、防水剂(石蜡乳液)搅拌均匀，其中三聚氰胺脲醛树脂胶的施加量为16％(三聚氰胺脲醛树脂胶固体部分与干基杂交狼尾草刨花的质量百分比)，(NH4)2SO4的施加量为1.5％((NH4)2SO4与三聚氰胺脲醛树脂胶固体部分的质量百分比)，石蜡乳液的施加量为2％(石蜡与干基杂交狼尾草刨花的质量百分比)；采用机械式铺装机将以上混合物进行铺装，并采用预压机在常温下进行预压；随后采用单层式热压机进行压制，热压温度为200℃，热压时间为50s/mm，热压最大压力2.5MPa；完成热压后的秸秆刨花板在翻板冷却装置中进行冷却，时间60min，冷却后用锯机将产品加工成幅面尺寸为915mm×1830mm，堆垛3天后用砂光机进行砂光处理并入库存放。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例子，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种厌氧发酵处理后的秸秆刨花制板的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)厌氧发酵接种物制备：取沼气池厌氧活性污泥，经过滤去除大颗粒物质和沙石后取滤液备用；
(2)粉碎秸秆：去除秸秆中的杂物后，将其粉碎成粒径小于等于8目的秸秆刨花备用；
(3)厌氧发酵：将制得的秸秆刨花和厌氧发酵接种物在厌氧反应器中混匀后进行厌氧发酵处理，发酵过程中回收利用沼气；
(4)清洗：发酵结束后从厌氧反应器中取出秸秆刨花，首先用水清洗以去除沙、附着物和溶解性物质，随后用浓度为0.5％～1％的次氯酸钠溶液清洗以消除异味；
(5)脱水干燥：进行脱水干燥处理，保证干燥后秸秆刨花的含水率为3％～10％；
(6)拌胶：将干燥后的秸秆刨花在拌胶机中与胶粘剂、固化剂、防水剂搅拌均匀，其中胶粘剂的施加量为胶粘剂固体部分与干基秸秆刨花的质量百分比10％～16％，固化剂的施加量为胶粘剂固体部分的质量百分比0.5％～1.5％，防水剂的施加量为干基秸秆刨花的质量百分比0.2％～2％；
(7)铺装预压：采用铺装机进行铺装，并经预压机预压，预压在常温下进行；
(8)热压：采用热压机压制秸秆刨花板。
2.如权利要求1所述的厌氧发酵处理后的秸秆刨花制板的方法，其特征在于：所述步骤(3)中，接种物的添加比例为秸秆刨花质量百分比的40％～80％，控制厌氧发酵温度为30℃～55℃，发酵时间15～30天。
3.如权利要求1所述的厌氧发酵处理后的秸秆刨花制板的方法，其特征在于：所述步骤(8)中，热压温度为150℃～200℃，热压时间为20～50s/mm，热压最大压力2.5～3.5Mpa。
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