CN103465339B - 一种无甲醛的环保型纤维板的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于人造板生产的技术领域，具体地说是一种无甲醛的环保型纤维板的生产方法。它是在160‑190℃条件下，将木素、低分子木素脱氢聚合物与秸秆颗粒混合均匀，然后进行热压成型，木素用量为原料总质量的10％‑30％，低分子木素脱氢聚合物为原料总质量的5％‑10％，余量为秸秆颗粒。本发明制备的纤维板首先不含甲醛，这是其最为显著的特点，其次，本发明制备的纤维板具有较好的弹性模量和良好的抗水性能，这主要是木素具有刚性和抗水性所致。由于采用了DHP作为高效的交联剂，使得废木素及秸秆中三大主成分之间发生交联，大大提高了纤维板的表面结合强度和内结合强度。本发明开发的生产工艺和产品均无甲醛污染。本发明的主要原料为农作物秸秆，原料价格低廉。由于采用干法工艺，生产过程不产生废水和废气。
Description
技术领域
本发明属于人造板生产的技术领域，具体地说是一种无甲醛的环保型纤维板的生产方法。它采用农作物秸杆为原料，以纤维微粒形式通过木素及木素脱氢聚合物(DHP)共同作用，达到提高纤维板的物理强度和抗水性能。
背景技术
自本世纪以来，世界人造板工业一直保持快速平稳发展，尤其在我国，人造板业的发展令世界瞩目。在这之前，人们更习惯于木材原料的人造板，以致人造板行业一度成为森林资源的消费大户。随着国内外对于环保呼声的高涨及我国对森林资源保护力度的加大，木材的供应渐趋紧张。同时，由于传统人造板使用脲醛树脂(UreaFormaldehyde Resin,UF)、酚醛树脂(Phenolic Formaldehyde Resin,PF)和三聚氰氨甲醛树脂(Melamine Formaldehyde Resin,MF)作为胶粘剂，在生产过程中以及人造板使用过程中不可避免会释放的游离甲醛而污染环境，对人体造成巨大伤害。随着人们对健康和生活品质的要求日益提高，国内外对人造板的生产标准更加严格。而房地产、家具、音响设备、装修和装饰、包装、汽车等行业对人造板的需求仍具有庞大的市场，木材资源的紧缺、市场需求的发展以及人们对健康的促使生产者寻求一种依靠新原料新工艺制造的环境友好的高质量人造板。
我国属于世界上贫林国家，木材供应不足，却拥有丰富的农作物秸秆资源，每年收获的秸秆除去用于造纸、饲料原料、造肥还田和收集损失，加上用于燃料的部分，还有2亿多吨没有利用。因此研究与开发农作物秸秆人造板，以缓解我国将长期面临的木材供需矛盾具有重要的现实意义。
制浆造纸过程是脱除植物纤维中的木素而分离纤维素纤维并其生产纸张的过程，产生的大量废木素大部分在碱回收过程中被燃烧掉，基本上没有将其作为天然高分子材料进行高值化利用。而造纸废木素作为可再生资源用于工业生产制备胶粘剂，已越来越受到科研人员的关注。木素具有优越的结构特性，来源广泛，通过热压，可改进板内部胶合强度及其抗水性能，较传统胶粘剂有价格低、绿色环保等巨大优势。木素作为胶粘剂在人造板中的应用将大有发展空间。
美国专利公开的US 2011/0009530 A1《无甲醛木质纤维板的制造》(Formaldehyde-free Binders for Producing Wood Products)、US7722712B2《基于木质纤维的无甲醛粘合剂的制备》(Formaldehyde-free Adhesives and Lignocellulosic Composites MadeFrom the Adhesives)，国内专利公开的CN101148056A《无甲醛复合秸秆板生产工艺方法和用途》、CN201998256U《无醛家具用纤维板》、CN1899783A《一种利用农作物秸秆生产板材的方法》，都在无甲醛板方面作了探索，但其对原料的处理、胶粘剂的选择应用都存在一定不足，生产成本虽有降低，但降幅不大，同时其部分板材的结合强度、耐水性能、形变稳定性存在缺陷，约束了其在更多领域的应用；
与此同时，湿法压板在人造的生产中仍有一席之地，但其工艺较干法复杂，而且存在废水处理的问题。此外，漆酶的应用可以一定程度缓解了人造板甲醛释放等问题，但目前由于漆酶的成本太高因而难以大规模生产。
发明内容
本发明的目的就是针对现有无甲醛的环保型纤维板的生产方法的缺陷，提供一种利用造纸废木素为胶黏剂，以农作物秸秆纤维颗粒为基体生产高强度无甲醛的环保型纤维板的方法。
本发明的技术方案：它是在160-190℃条件下，将木素、低分子木素脱氢聚合物与秸秆颗粒混合均匀，然后进行热压成型，木素用量为原料总质量的10％-30％，低分子木素脱氢聚合物为原料总质量的5％-10％，余量为秸秆颗粒。热压压力为3-7Mpa，保压3-10分钟后卸压、冷却、切边。
本发明较好的技术方案是：所述的木素是将来自造纸厂的草浆废木素平衡水分至质量含量10％，加热干燥至绝干，粉碎至70-100纳米，再将造纸废木素平衡水分至10％。所述的低分子木素脱氢聚合物是以松柏醇为原料，以漆酶为催化剂，在pH＝5.0和室温的条件下反应4-6h，然后分离，干燥得到。所述的低分子木素脱氢聚合物制备的反应式如下：
所述的秸秆颗粒是将稻草秸秆或玉米秸秆粉碎至50-80微米。
由于造纸废木素的分子量较低，木素侧链上的双键较少，大部分结构的反应性能较差，在高温和高压下发生聚合反应时，反应的位点较少，这类木素和秸秆颗粒中的纤维素、半纤维素和木素之间发生聚合反应效率不高，使得木素的胶合强度比较低，大大限制了木素作为胶黏剂在纤维板中的应用。本发明在纤维板热压过程中添加低分子木素脱氢聚合物(Dehydrogenation Polymer,简称DHP)作为交联剂，促使木素与纤维微粒中的纤维素、半纤维素和木素产生酯键和醚键的化学键交联，使得纤维微粒通过木素高效连接在一起，从而制备出高强度纤维板。
所述的低分子木素脱氢聚合物(Dehydrogenation Polymer,简称DHP)的合成机理如上述反应式所示，松柏醇在漆酶和氧气的作用下脱氢产生酚氧自由基，并通过诱导效应使自由基转移到芳香环的C5、C1位已经侧链Cβ位。再通过自由基耦合反应，生成富含亚甲基醌脱氢聚合物DHP。制备方法为：以松柏醇为原料，以漆酶为催化剂，在pH＝5.0和室温的条件下反应4-6h，然后离心、洗涤，干燥，得到DHP。
本发明制备的纤维板首先不含甲醛，这是其最为显著的特点，其次，本发明制备的纤维板具有较好的弹性模量和良好的抗水性能，这主要是木素具有刚性和抗水性所致。由于采用了DHP作为高效的交联剂，使得废木素及秸秆中三大主成分之间发生交联，大大提高了纤维板的表面结合强度和内结合强度。这些特性使得本项目制备的纤维板具有天然木材的特性。本发明开发的生产工艺和产品均无甲醛污染。本发明的主要原料为农作物秸秆，原料价格低廉。由于采用干法工艺，生产过程不产生废水和废气。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步说明：
实施例一：
以玉米秸秆粉末、木素和DHP为原料合成零甲醛中密度纤维板
(1)DHP的制备
将10g松柏醇溶解于0.2M的醋酸/醋酸钠(pH＝5.0)中，然后加入1ml漆酶(酶活800U/ml)，在室温下反应4h,离心、洗涤和减压干燥后，得到粉末状的DHP。
(2)造纸废木素的制备
将来自造纸厂的草浆废木素平衡水分至10％左右，加热干燥至绝干，用水冷式震动球磨粉碎至70-100纳米。再将造纸废木素平衡水分至10％左右，备用。
(3)秸秆颗粒
利用机械粉碎技术将秸秆粉碎到至50-80微米尺寸的秸秆颗粒。
(4)无甲醛中密度秸秆人造板的制备
按照板材厚度8mm，密度0.7g/cm3、DHP用量(质量百分比)5％和木素用量(质量百分比)20％的要求准备原料，其中玉米秸秆粉末的尺寸为70um，用量占75％(质量百分比)。
纤维板热压工艺参数为：热压温度170℃，升压至5Mpa，保压10min左右，卸压；冷却成型。
利用本发明所述技术方案制备的无甲醛人造板材的物理性能指标：静曲强度：25MPa、弹性模量5000MPa、24h吸水厚度膨胀率：9.4％，内结合强度：2.2MPa；游离甲醛：未检出。
实施例二：
以稻草粉末、木素和DHP为原料合成零甲醛高密度纤维板(地板基材)
(1)DHP的制备
将20g松柏醇溶解于0.2M的醋酸/醋酸钠(pH＝5.0)中，然后加入2ml漆酶(酶活800U/ml)，在室温下反应6h,离心、洗涤和干燥后，得到粉末状的DHP。
(2)造纸废木素的制备
将来自造纸厂的硫酸盐针叶木废木素平衡水分至10％左右，加热干燥至绝干，用水冷式震动球磨粉碎至70-100纳米。再将造纸废木素平衡水分至10％左右，备用。
(3)秸秆颗粒
利用机械粉碎技术将稻草秸秆粉碎到至50-80微米尺寸的秸秆颗粒。
(4)无甲醛人造板的制备
按照板材厚度5mm，密度0.9g/cm3、DHP用量(质量百分比)10％和木素用量(质量百分比)20％的要求准备原料，其中稻草秸秆粉末的尺寸为60um。
纤维板热压工艺参数为：热压温度190℃，升压至7Mpa，保压9min左右，卸压；冷却成型。
利用本发明所述技术方案制备的无甲醛人造板材的物理性能指标：静曲强度：30MPa、弹性模量6000MPa、24h吸水厚度膨胀率：8.4％，内结合强度：2.5MPa；游离甲醛：未检出。
Claims (1)
1.一种无甲醛的环保型纤维板的生产方法，它是将木素、低分子木素脱氢聚合物与秸秆颗粒混合均匀，然后进行热压成型，木素用量为原料总质量的10％-30％，低分子木素脱氢聚合物为原料总质量的5％-10％，余量为秸秆颗粒，其中所述的低分子木素脱氢聚合物是以松柏醇为原料，以漆酶为催化剂，在pH＝5.0和室温的条件下反应4-6h，然后分离，干燥得到，所述的秸秆颗粒是将稻草秸秆或玉米秸秆粉碎至50-80微米；其中所述的木素是将来自造纸厂的草浆废木素平衡水分至质量含量10％，加热干燥至绝干，粉碎至70-100纳米，再将木素平衡水分至10％；所述的低分子木素脱氢聚合物制备的反应式如下：
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