CN102431072A - 一种秸秆的处理方法及秸秆纤维板的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种秸秆的处理方法，它的步骤如下：（1）将刚收获的秸秆切断成5-15mm的段，再经过磁鼓除去铁，打成长宽高5-10cm的秸秆块；（2）将秸秆块进行微波辐照；（3）将秸秆块浸入水中后，加入氢氟酸，搅拌后pH为5-6，水洗至pH为6.5-7，然后离心分离。本发明的有益效果是：通过微波处理秸秆，部分或完全破坏硅细胞和栓质细胞，以便在酸化步骤中，氢氟酸浸入细胞，溶解SiO2，减少秸秆纤维中SiO2的含量，提高秸秆纤维的胶合性能，进一步提高秸秆纤维板的强度。本发明秸秆纤维板质地细密，在锯解加工后，相比于普通的刨花板，表面平整，光洁，内结合强度为0.56-0.65MPa，静曲强度为30-60MPa，弹性模量为3000-4000MPa，板面握螺钉力为1600-1750N。
Description
技术领域
本发明涉及一种秸秆的处理方法及秸秆纤维板的制造方法。
背景技术
利用农作物秸秆生产人造板，大概起源于20世纪20年代。当时，美国建立了世界上第一家蔗渣纤维板厂。40年代末以后，以蔗渣、麻秆、棉秆等经济作物秸秆为原料的人造板厂曾先后在一些国家有过不同程度的发展，但除少数蔗渣板厂和麻屑板厂外，大都没有长期存活下来。近年来，由于对木材和人造板资源的需求增加而带来的资源短缺，特别是越来越多的国家和地区为了保护环境而禁止或限制焚烧农作物秸秆，重新引起了人们对利用农作物秸秆制造人造板的重视，利用的主要对象也转向数量巨大的麦秸、稻草等谷物秸秆。
在利用秸秆生产人造板的工业化道路上，存在着两种工艺方案。一种是以异氰酸酯作为胶粘剂，以机械破碎方式制备秸秆碎料生产刨花板或碎料板的方案。此种方案是秸秆人造板生产最初采用并得到快速发展的方案，也是目前大多数已经投产的秸秆人造板工厂的生产方案。由于秸秆原料表面富含蜡质层和灰份，制得的秸秆碎料不经过改性处理，难以用脲醛树脂胶合，因此各工厂均采用异氰酸酯作为胶粘剂。然而随着北美地区以及世界上其它地区利用异氰酸酯胶粘剂生产刨花板或碎料板的企业遇到了一系列的技术和市场困难，很多企业纷纷倒闭或转产。
由于秸秆原料自身的特性，造成了以异氰酸酯为胶粘剂、以机械破碎方式制备秸秆碎料生产刨花板或碎料板的工艺方案在实际使用上存在一些技术困难和难点。大部分秸秆原料（特别是麦秸和稻秸）表面富含蜡质层和灰份（主要成分是SiO2），这带来了以下生产技术上的难题：1)在制备刨花原料时不能够使用削片机。因为蜡质层和灰份会加剧刀具的磨损，经常更换刀具也会增加生产线的停车时间，这些都会增加生产成本。2)秸秆碎料胶合性能不佳，必须采用异氰酸酯胶粘剂，但是价格较高。3)异氰酸酯胶粘剂没有初粘性，施胶后铺装的板坯完整性和连续性不好，在输送过程中容易出现坍塌、脱落现象，造成运输的困难。另外由于异氰酸酯胶粘剂的使用，使得热压过程中存在着粘板问题。尽管可以采用脱模剂处理，但是一方面增加了生产的工序，另一方面又增加了生产成本。4)生产的成品板中也会含有少量的蜡和灰份，会增加后处理工段刀具和砂光机砂带的磨损，增加生产成本。
由于秸秆原料自身的特性，以脲醛树脂为胶粘剂、采用机械热磨方式制备秸秆纤维生产中密度纤维板工艺方案在工业化生产中也会遇到一些技术难点。秸秆原料(特别是麦秸和稻草)表面富含蜡质层和灰份(主要成分是SiO2)带来的技术难题是：要使脲醛树脂胶粘剂能够较好地发挥作用，必须对农作物秸秆纤维进行改性。而如何有效地对秸秆纤维进行热磨，制备出合格的纤维原料也是此种工艺方案能否成功的关键。秸秆原料，特别是近年来工业化生产用得最多的稻秸和麦秸的有效纤维含量低。稻秸中有效纤维含量为50%左右，麦秸中稍高，约为60%左右。这样，热磨的有效纤维得率也低。而且由于秸秆原料的化学组分比较复杂，将会在生产过程中带来更多的复杂废弃物。
总之，由于在秸秆表面有一层致密的组织，即表皮，表皮是秸秆最外面的一层细胞，它包括几乎充满SiO2的硅细胞和栓质细胞，而SiO2在纤维中形成了非极性表层结构，影响了对胶黏剂的吸附和氢键的形成，降低了板的强度。同时，秸秆表面有一层明显的蜡质层，秸秆之间摩擦力较小，使用胶黏剂后，难以透过该表面进入秸秆内部，与羟基产生化学反应的能力大大降低，对秸秆纤维板的生产产生不利影响。
WO99/02318中公开了一种化学-热机械处理方法，由此可以将酸（或碱）洗涤剂应用于秸秆，但是处理的结果是粘结力只是提高了，但并没有产生意想不到的粘结性能，也没有产生充分的粘结性来满足商业标准。中国专利028108183认为上述专利不是对SiO2的溶解，是对SiO2致密表层的改性，该专利提出在高压蒸汽提炼的技术方案，我们认为WO99/02318的技术方案不能溶解致密表层，其技术方案达不到溶解致密表层的效果，并不能否定溶解致密层之后将提高纤维的粘结性，中国专利028108183主要是应用物理方法对致密层的改性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是有效去除秸秆中的SiO2，解决胶合问题；加强秸秆的前期处理，解决热磨进料问题，进而制造秸秆纤维板。
本发明的技术方案是：一种秸秆的处理方法，它的步骤如下：
（1）将刚收获的秸秆切断成5-15mm的段，除去碎叶、泥沙杂质，再经过磁鼓除去铁，打成长宽高5-10cm的秸秆块；
（2）将秸秆块进行微波辐照，微波频率为15-20GHz，功率强度为50-100W/cm2，时间为0.05-50s；
（3）将秸秆块浸入水中后，加入氢氟酸，搅拌后pH为5-6，水洗至pH为6.5-7之间，然后离心分离。
所述步骤（1）中秸秆块的密度为0.65-0.75 克/立方厘米。
所述步骤（2）中将秸秆进行微波辐照，时间为0.05-2.5s/次，次数为1-10次。
所述步骤（3）中搅拌后pH为5-6，指将秸秆输入塑料衬板液体球磨机中注水，加入氢氟酸，研磨后pH为5-6。
所述步骤（3）中将秸秆块浸入水中后，加入氢氟酸，搅拌后pH为5-6，再加入硫酸，水洗至pH为6.5-7，然后离心分离。
所述处理的秸秆制造秸秆纤维板的方法，它的步骤如下：
（1）将刚收获的秸秆切断成5-15mm的段，除去碎叶、泥沙杂质，再经过磁鼓除去铁，打成长宽高5-10cm的秸秆块；
（2）将秸秆块进行微波辐照，微波频率为15-20GHz，功率强度为50-100W/cm2，时间为0.05-50s；
（3）将秸秆块浸入水中后，加入氢氟酸，搅拌后pH为5-6，水洗至pH为6.5-7之间，然后离心分离。
（4）将秸秆块在热磨机中热磨解纤，得到秸秆纤维；
（5）将秸秆纤维送往施胶系统施胶，然后干燥；
（6）将秸秆纤维用气流式铺装机铺装后，用热压机热压，齐边砂光，制成秸秆纤维板。
所述步骤（5）中将秸秆纤维送往施胶系统施胶，胶黏剂与秸秆的质量比为1:8-12；所述胶黏剂为水溶性酚醛树脂胶或三聚氰胺改性脲醛树脂胶。
所述步骤（6）中热压机的热压温度为170-190℃，时间为18-25s/mm，热压的面压力为2.0-4.0MPa。
本发明的有益效果是：通过微波处理秸秆，使秸秆表层的硅细胞中的水分急剧膨胀，在秸秆表层的硅细胞和栓质细胞中瞬间产生内压，从而部分或完全破坏硅细胞和栓质细胞崩裂，使秸秆表面致密层疏松，以便在酸化步骤中，氢氟酸浸入细胞，溶解SiO2，达到除去SiO2的目的，大大减少秸秆纤维中SiO2的含量，提高秸秆纤维的胶合性能，进一步提高秸秆纤维板的强度；对秸秆进行蒸汽处理后，将秸秆在热磨机中热磨，分离出秸秆的纤维素；使用塑料衬板液体球磨机磨秸秆，研磨后颗粒均匀，塑料衬板液体球磨机的料仓内衬为耐磨塑料层，研磨球外层为耐磨塑料层，不腐蚀塑料衬板液体球磨机内壁，在碾压过程中，氢氟酸更易渗透进秸秆致密表层细胞，除去硅细胞和栓质细胞，并且外层为耐磨塑料层的研磨球的研磨力度小，不会将秸秆研磨成粉。本发明秸秆纤维板质地细密，在锯解加工后，相比于普通的刨花板，表面平整，光洁，板边的表面粗糙度Ra为6-8微米；在秸秆纤维板钻孔后，秸秆纤维板钻孔内的表面粗糙度Ra为10-12微米，秸秆纤维板的板面孔直径偏差为0.2-0.4毫米，密度为880-950kg/cm3，内结合强度为0.56-0.65MPa，静曲强度为30-60MPa，弹性模量为3000-4000MPa，板面握螺钉力为1600-1750N。
附图说明
图1为本发明的示意图。
具体实施方式
实施例1
一种秸秆的处理方法，它的步骤如下：
（1）将刚收获的麦秸秆切断成5-15mm的段，除去碎叶、泥沙杂质，再经过磁鼓除去铁，使用现有的制砖机压制成长宽高5-10cm的秸秆块，将秸秆块压实，秸秆块的密度为0.65-0.75 克/立方厘米，秸秆打成秸秆块的目的是为了防止起火；
（2）将秸秆块进行微波辐照，微波频率为15GHz，功率强度为50W/cm2，时间为0.05s，将秸秆块摆整齐放在微波辐照输送带上，辐照时秸秆块伸出的秸秆毛能够烧焦引起火苗，秸秆块体不会起火，在辐照仪器的侧方设置喷淋头，刚起火苗的秸秆块就被水淋灭，旁边备有灭火器；
（3）将秸秆块经搅拌散开后，注水，水的加入量以浸没秸秆为准，加入氢氟酸，氢氟酸的浓度为47%，调节pH为5-6，搅拌后水洗至pH为6.5，然后离心分离；
由化学式SiO2 + 4HF = SiF4 + 2H2O，4 SiF4 + 3H2O+ 2HF = 3H2SiF6 + H2Si O3，规模生产前，根据不同地区的秸秆，按照不同秸秆量加入氢氟酸，研磨后检测pH值，找出研磨后pH为5-6对应的研磨前单位重量加入氢氟酸对应的量，采取先少加，研磨检测后再补加的方式，至研磨后pH为5-6，可以防止酸度过大使秸秆纤维损坏，氢氟酸的加入量计算，以驻马店地区100公斤麦秸秆计算，需要加入氢氟酸0.4公斤。
秸秆纤维板的制造方法，它的步骤如下：
（1）、（2）、（3）同本实施例秸秆的处理方法；
（4）将秸秆块在热磨机中热磨解纤，得到秸秆纤维；
（5）将秸秆在热磨机中热磨后，送往施胶系统施胶为了确保施胶均匀，应保证胶黏剂与秸秆的消耗量配比是一个恒定的常量，胶黏剂与秸秆的质量比为1: 12，胶黏剂为三聚氰胺改性脲醛树脂胶，然后干燥，干燥采用蒸汽为介质，以加热空气，施好胶的秸秆纤维在管道中被热风吹送前进，干燥好的纤维被送入高效旋风分离器，在这里将秸秆纤维和湿空气分离，湿热空气排到大气中，干燥后的秸秆纤维含水率为8-10%；
（6）将拌过胶的秸秆纤维用气流式铺装机铺装，铺装后的板坯具有松散的厚度，经过预压，会减少板坯的厚度，同时提高了板坯的质量，也避免了运输过程中的破损。热压机采用单层形式，热压温度170-190℃，热压时间为22s/mm，热压的面压力为3.0-4.0MPa，完成热压后的板材放在常温下冷却，冷却的目的是使板材的温度降低，消除板内应力，防止板子变形，冷却后裁边，幅面尺寸为1220mmx2440mm，标准的板面规格，堆垛48小时进行砂光。
实施例2
一种秸秆的处理方法，它的步骤如下：
（1）将刚收获的麦秸秆切断成5-15mm的段，除去碎叶、泥沙杂质，再经过磁鼓除去铁，使用现有的制砖机压制成长宽高5-10cm的秸秆块，将秸秆块压实，秸秆块的密度为0.65-0.75 克/立方厘米，秸秆打成秸秆块的目的是为了防止起火；
（2）将秸秆块进行微波辐照，微波频率为15-20GHz，功率强度为100W/cm2，时间为0.05-50s，可以分次进行微波辐照，时间为0.05-2.5s/次，次数为1-10次，将秸秆块摆整齐放在微波辐照输送带上，辐照时秸秆块伸出的秸秆毛能够烧焦引起火苗，秸秆块体不会起火，在辐照仪器的侧方设置喷淋头，刚起火苗的秸秆块就被水淋灭，旁边备有灭火器；
（3）将秸秆块经搅拌散开后，注水，水的加入量以浸没秸秆为准，加入氢氟酸，调节pH为5-6，搅拌后水洗至pH为7，然后离心分离。
秸秆纤维板的制造方法，它的步骤如下：
（1）、（2）、（3）同本实施例秸秆的处理方法；
（4）将秸秆块在热磨机中热磨解纤，得到秸秆纤维；
（5）将秸秆在热磨机中热磨后，送往施胶系统施胶为了确保施胶均匀，应保证胶黏剂与秸秆的消耗量配比是一个恒定的常量，胶黏剂与秸秆的质量比为1: 8，胶黏剂为水溶性酚醛树脂胶，然后干燥，干燥采用蒸汽为介质，以加热空气，施好胶的秸秆纤维在管道中被热风吹送前进，干燥好的纤维被送入高效旋风分离器，在这里将秸秆纤维和湿空气分离，湿热空气排到大气中，干燥后的秸秆纤维含水率为8-10%；
（6）将拌过胶的秸秆纤维用气流式铺装机铺装，铺装后的板坯具有松散的厚度，经过预压，会减少板坯的厚度，同时提高了板坯的质量，也避免了运输过程中的破损。热压机采用单层形式，热压温度170℃，热压时间为25s/mm，热压的面压力为4.0MPa，完成热压后的板材放在常温下冷却，冷却的目的是使板材的温度降低，消除板内应力，防止板子变形，冷却后裁边，标准的板面规格，堆垛48小时进行砂光。
实施例3
一种秸秆的处理方法，它的步骤如下：
（1）将刚收获的麦秸秆切断成5-15mm的段，除去碎叶、泥沙杂质，再经过磁鼓除去铁，使用现有的制砖机压制成长宽高5-10cm的秸秆块，将秸秆块压实，秸秆块的密度为0.65-0.75 克/立方厘米，秸秆打成秸秆块的目的是为了防止起火；
（2）将秸秆块进行微波辐照，微波频率为15-20GHz，功率强度为50-100W/cm2，时间为25s，可以分次进行微波辐照，时间为2.5s/次，次数为10次，将秸秆块摆整齐放在微波辐照输送带上，辐照时秸秆块伸出的秸秆毛能够烧焦引起火苗，秸秆块体不会起火，在辐照仪器的侧方设置喷淋头，刚起火苗的秸秆块就被水淋灭，旁边备有灭火器；
（3）将秸秆输入塑料衬板液体球磨机中注水，加入氢氟酸，研磨后pH为5-6，水洗至pH为6.5-7，然后离心分离，
塑料衬板液体球磨机的示意图如图1所示，包括旋转动力机构、轴瓦4和料仓6，料仓上设有进料口5和出料口，料仓内设有研磨球2，研磨球的球心可为钢球或其它金属材料球，进料口和出料口及料仓内衬设有耐磨塑料层1，所述研磨球外层为耐磨塑料层，耐磨塑料层为聚四氟乙烯耐磨塑料层或超高分子量聚乙烯耐磨塑料层，研磨球为实心聚四氟乙烯耐磨塑料球或实心超高分子量聚乙烯耐磨塑料球，研磨球的直径为3-8cm，耐磨塑料层的厚度为1-2 cm；
塑料衬板液体球磨机就是在现有液体球磨机中所有与研磨料接触的部位均加耐磨塑料层。
秸秆纤维板的制造方法，它的步骤如下：
（1）、（2）、（3）同本实施例秸秆的处理方法；
（4）将秸秆块在热磨机中热磨解纤，得到秸秆纤维；
（5）将秸秆在热磨机中热磨后，送往施胶系统施胶为了确保施胶均匀，应保证胶黏剂与秸秆的消耗量配比是一个恒定的常量，胶黏剂与秸秆的质量比为1: 10，胶黏剂为三聚氰胺改性脲醛树脂胶，然后干燥，干燥采用蒸汽为介质，以加热空气，施好胶的秸秆纤维在管道中被热风吹送前进，干燥好的纤维被送入高效旋风分离器，在这里将秸秆纤维和湿空气分离，湿热空气排到大气中，干燥后的秸秆纤维含水率为8-10%；
（6）将拌过胶的秸秆纤维用气流式铺装机铺装，铺装后的板坯具有松散的厚度，经过预压，会减少板坯的厚度，同时提高了板坯的质量，也避免了运输过程中的破损。热压机采用单层形式，热压温度170-190℃，热压时间为25 s/mm，热压的面压力为2.0 MPa，完成热压后的板材放在常温下冷却，冷却的目的是使板材的温度降低，消除板内应力，防止板子变形，冷却后裁边，幅面尺寸为1220mmx2440mm，标准的板面规格，堆垛48小时进行砂光。
实施例4
一种秸秆的处理方法，它的步骤如下：
（1）将刚收获的麦秸秆切断成5-15mm的段，除去碎叶、泥沙杂质，再经过磁鼓除去铁，使用现有的制砖机压制成长宽高5-10cm的秸秆块，将秸秆块压实，秸秆块的密度为0.65-0.75 克/立方厘米，秸秆打成秸秆块的目的是为了防止起火；
（2）将秸秆块进行微波辐照，微波频率为15-20GHz，功率强度为50-100W/cm2，时间为0.05-50s可以分次进行微波辐照，时间为0.05-2.5s/次，次数为1-10次，将秸秆块摆整齐放在微波辐照输送带上，辐照时秸秆块伸出的秸秆毛能够烧焦引起火苗，秸秆块体不会起火，在辐照仪器的侧方设置喷淋头，刚起火苗的秸秆块就被水淋灭，旁边备有灭火器；
（3）将秸秆输入塑料衬板液体球磨机中注水，水的加入量以浸没秸秆为准，塑料衬板液体球磨机的构造如实施例3，加入氢氟酸，研磨后pH为5-6，然后再加入硫酸，硫酸的加入物质的量为氢氟酸的物质的量的1/10，目的是除去秸秆的栓质细胞，然后水洗至pH为6.5-7，再离心分离。
秸秆纤维板的制造方法，它的步骤如下：
（1）、（2）、（3）同本实施例秸秆的处理方法；
（4）将秸秆块在热磨机中热磨解纤，得到秸秆纤维；
（5）将秸秆在热磨机中热磨后，送往施胶系统施胶为了确保施胶均匀，应保证胶黏剂与秸秆的消耗量配比是一个恒定的常量，胶黏剂与秸秆的质量比为1: 12，胶黏剂为三聚氰胺改性脲醛树脂胶，然后干燥，干燥采用蒸汽为介质，以加热空气，施好胶的秸秆纤维在管道中被热风吹送前进，干燥好的纤维被送入高效旋风分离器，在这里将秸秆纤维和湿空气分离，湿热空气排到大气中，干燥后的秸秆纤维含水率为8-10%；
（6）将拌过胶的秸秆纤维用气流式铺装机铺装，铺装后的板坯具有松散的厚度，经过预压，会减少板坯的厚度，同时提高了板坯的质量，也避免了运输过程中的破损。热压机采用单层形式，热压温度170-190℃，热压时间为18-2522s/mm，热压的面压力为2.0-4.0MPa，完成热压后的板材放在常温下冷却，冷却的目的是使板材的温度降低，消除板内应力，防止板子变形，冷却后裁边，幅面尺寸为1220mmx2440mm，标准的板面规格，堆垛48小时进行砂光。
以上自步骤（4）之后的步骤可以与现有技术中将秸秆制成中高密度板的方法一样。
实施例5
一种秸秆纤维板的制造方法，同实施例4，将麦秸杆替换为玉米杆。
实施例中，秸秆纤维板的性能测试如下：
| 样品 | 密度（kg/cm3） | 内结合强度/MPa | 静曲强度/MPa | 弹性模量/MPa | 板面握螺钉力/N |
| 实施例1 | 930 | 0.62 | 58 | 3700 | 1680 |
| 实施例2 | 880 | 0.56 | 30 | 3000 | 1650 |
| 实施例3 | 950 | 0.58 | 40 | 3500 | 1600 |
| 实施例4 | 920 | 0.65 | 60 | 4000 | 1558 |
| 实施例5 | 900 | 0.60 | 50 | 3800 | 1750 |
| 实施例6 | 940 | 0.62 | 45 | 3600 | 1700 |
实施例6
一种秸秆纤维板的制造方法，同实施例4，将麦秸杆替换为稻草杆。
Claims (8)
1. 一种秸秆的处理方法，其特征在于，它的步骤如下：
（1）将刚收获的秸秆切断成5-15mm的段，除去碎叶、泥沙杂质，再经过磁鼓除去铁，打成长宽高5-10cm的秸秆块；
（2）将秸秆块进行微波辐照，微波频率为15-20GHz，功率强度为50-100W/cm2，时间为0.05-50s；
（3）将秸秆块浸入水中后，加入氢氟酸，搅拌后pH为5-6，再水洗至pH为6.5-7，然后离心分离。
2. 根据权利要求1所述的秸秆的处理方法，其特征在于：所述步骤（1）中秸秆块的密度为0.65-0.75 克/立方厘米。
3. 根据权利要求2所述的秸秆的处理方法，其特征在于：所述步骤（2）中将秸秆进行微波辐照，时间为0.05-2.5s/次，次数为1-10次。
4. 根据权利要求3所述的秸秆的处理方法，其特征在于：所述步骤（3）中搅拌后pH为5-6，指将秸秆输入塑料衬板液体球磨机中注水，加入氢氟酸，研磨后pH为5-6。
5. 根据权利要求3所述的秸秆的处理方法，其特征在于：所述步骤（3）中将秸秆块浸入水中后，加入氢氟酸，搅拌后pH为5-6，再加入硫酸，水洗至pH为6.5-7，然后离心分离。
6. 根据权利要求1或2或3或4或5所述处理的秸秆制造秸秆纤维板的方法，其特征在于，它的步骤如下：
（4）将秸秆块在热磨机中热磨解纤，得到秸秆纤维；
（5）将秸秆纤维送往施胶系统施胶，然后干燥；
（6）将秸秆纤维用气流式铺装机铺装后，用热压机热压，齐边砂光，制成秸秆纤维板。
7. 根据权利要求6所述方法处理的秸秆制造秸秆纤维板的方法，其特征在于：所述步骤（5）中将秸秆纤维送往施胶系统施胶，胶黏剂与秸秆的质量比为1:8-12；所述胶黏剂为水溶性酚醛树脂胶或三聚氰胺改性脲醛树脂胶。
8. 根据权利要求6所述方法处理的秸秆制造秸秆纤维板的方法，其特征在于：所述步骤（6）中热压机的热压温度为170-190℃，时间为18-25s/mm，热压的面压力为2.0-4.0MPa。
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