CN103538135B - 一种利用棉花秸秆制备木质杆生产中高密纤维板的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种利用棉花秸秆制备木质杆生产中高密纤维板的方法，通过提供优良的棉花秸秆制备木质杆工艺技术，进而利用木质杆生产中高密纤维板。棉花秸秆作为制造纤维板重要原料，但因含有25％皮质纤维和4.5％芯，直接使用将严重影响纤维板强度、耐水性等纤维板质量指标。本发明在常规工艺基础上，通过改进棉花秸秆碱煮去皮、催化改性、无胶热压环节，使产品达到甲醛释放、质量强度和耐水性标准，实现棉花秸秆变废为宝资源化合理利用和生产效益、节约生产成本、减少能源消耗、降低排放量效果，具有广泛的应用价值。
Description
发明领域
本发明属于人造纤维板的技术领域，具体地，本发明涉及一种棉花秸秆生产无醛高密纤维板的制造技术领域，进一步讲，本发明涉及一种利用棉花秸秆制备木质杆生产中高密纤维板的制备技术领域。
背景技术
随着经济社会的快速发展，建筑安装、家居装潢对纤维板需求量越来越大，同时，森林资源的保护与可替代产品开发、环境安全、甲醛在居室中给人们健康带来危害等问题，越来越受到人们的普遍关注。中国是农业大国，每年大量农作物秸秆未能合理开发利用，焚烧和堆积等处理方式，不仅造成了资源的巨大浪费，甚至造成了环境污染或安全隐患。以棉花秸秆为例，其皮质纤维、木质素居农作物之首，皮质纤维是天然纺织纤维的高品质原料，高木质化中间部分是替代木材制造纤维板上好原料，我国每年有2300万吨棉花秸秆，新疆更是中国棉花产量大区，棉花秸秆是棉花生产的剩余物，利用现代手段，改进加工方法，实现资源的合理化利用，更是世界各国研究和关注的焦点。
目前棉花秸秆主要被用作燃料，大量的棉花秸秆没有得到高效利用。棉花秸秆主要有纤维素、半纤维素和木质素组成，类似于阔叶材的化学组成。由于我国目前木材资源短缺，人造板工业用于生产纤维板和刨花板的原料短缺，因此如果能够将棉花秸秆用于人造板的生产，不仅会解决我国人造板工业木材原料资源短缺的问题，而且为棉花秸秆的高效利用寻找到了出路，增加了广大农民单位土地面积上的收入。
高密度纤维板(简称HDF)，是以木质纤维或其他植物纤维为原料，施加脲醛脂，或其它合成树脂在加热加压的条件下压制成的一种板材。高密度纤维板以其优异的各项物理性能，兼容了中纤板的所有优点，广泛应用于室内外装横、办公、高档家私、音响、高级轿车内部装饰，还可用作计算机室抗静电地板、 护墙板、防盗门、墙板、隔板等的制作材料。近年来更是取代高档硬木直接加工成复合地板、强化地板等，大量应用于室内装修装饰，其光洁的表面、坚实的质地、超长的使用寿命得到广泛的应用。
中密度纤维板(简称MDF)，是以木质纤维或其他植物纤维为原料，施加脲醛脂，或其它合成树脂在加热加压的条件下压制成的一种板材，密度在450-880kg／M3。它具有密度适中，表面坚硬平整光滑，幅面大，内部结构均匀，物理力学性能优良等特点。可在表面和侧面进行复杂的机械加工。其光滑、稳定的表面，对于油漆涂饰、薄木或贴面、丝网印刷、模压加工饿PVC薄膜的热模压都是良好的基材。广泛应用于家私制造、音箱、强化地板、室内装修用墙板，还可代替胶合板用于车船、飞机等工业与民用建筑装修装饰。中密度板经二次加工后，可生产水泥模板、防水板、阻燃板，车船舱隔板，住房非承重隔板等，取代大量的天然木材，具有广泛的应用范围。
我国在80年代末期曾经采用棉花秸秆用于刨花板的生产原料和湿法纤维板的生产原料，未见用棉花秸秆生产中高密度纤维板。但是后来纷纷停产，重新改换采用木材为原料，主要是相关的技术没有解决。其主要技术问题有两个：一是由于棉花秸秆的舍有大量韧皮纤维的外皮在刨切刨花时不易切断而形成麻状纤维团，不仅堵塞设备和运输管道，而且容易起火和施胶铺装困难；二是棉花秸秆生产的刨花板和纤维板的吸水厚度膨胀率难以达到要求，上述两个主要技术问题造成我国尚无一家采用棉花秸秆作为生产原料的人造板企业。
现有的干法生产棉秆中密度纤维板，其制造工艺过程困难，不稳定，制品质量很难达到有关标准的要求。这是因为现有的干法生产棉秆中密度纤维板，对棉秆皮未作处理，由于棉秆皮的存在，它会直接影响棉秆的破碎效果，又因棉秆皮纤维为长纤维，所以它极易圈曲结团，影响施胶均匀和铺装的效果，导致产品质量稳定性差，同时也无法实现产业化生产，亟需加以解决。
发明内容
针对现有技术中利用棉花秸秆制备木质杆生产中高密纤维板的技术现状， 本发明充分利用现有技术基础上，提供一种利用棉花秸秆制备木质杆生产中高密纤维板的方法，通过提供优良的棉花秸秆制备木质杆工艺技术，进而利用木质杆生产中高密纤维板，突出特点是将棉花皮杆分离获得高纯度皮纤维、木质杆，皮纤维作为纺织行业高品质原料使用，木质杆为制造纤维板原料，实现棉花秸秆资源合理化利用，具有广泛而适用的价值。
本发明采用的主要技术方案：
本发明提供了一种利用棉花秸秆制备木质杆生产中高密纤维板的方法，通过提供优良的棉花秸秆制备木质杆工艺技术，进而利用木质杆生产中高密纤维板。棉花秸秆作为制造纤维板重要原料，但因含有25％皮质纤维和4.5％芯，直接使用将严重影响纤维板强度、耐水性等纤维板质量指标。本发明在常规工艺基础上，通过改进棉花秸秆碱煮去皮、催化改性、无胶热压环节，使产品达到甲醛释放、质量强度和耐水性标准，实现棉花秸秆变废为宝资源化合理利用和生产效益、节约生产成本、减少能源消耗、降低排放量效果。
本发明具体提供一种利用棉花秸秆制备木质杆的方法，具体方法步骤如下：
(1)按每1.5立方反应釜中注入1立方水，以干重比计依次加入4％氢氧化钠、10％硫化钠、3％硅酸钠、3％三聚磷酸钠和1％蒽醌，均匀搅拌溶解并加热至70～75℃，将棉花秸秆切成10-20cm段投入反应釜溶液中，投入量以溶液能够完全浸泡棉花秸秆为准，盖紧反应釜盖，使棉花秸秆在70～75℃溶液中浸泡1小时，经棉花秸秆在弱碱条件下软化、脱脂后，需要经过多次浸泡，反应釜投药量按投入棉花秸秆重量百分比计，先后投入2％氢氧化钠、5％硫化钠、1.5％硅酸钠、1.5％三聚磷酸钠，0.5％蒽醌。
(2)打开上述步骤中反应釜后，捞出棉花秸秆，投入到70～75℃热水中清洗，后用常温清洁水清洗，反应釜缺水由清洗棉花秸秆热水沉淀后补充，热水清洗池缺水由头道清洗常温水沉淀后补充，头道清洗池缺水由二道清洗常温水补充，二道清洗池缺水由新清洁水补充。
(3)将步骤(2)提供清洗后棉花秸秆控干水分，投入搓揉机搓揉，再投 入棉花秸秆皮芯分离机，制备获得制造纤维板原料木质杆。
进一步，本发明具体提供一种利用棉花秸秆制备木质杆生产中高密纤维板的方法，具体方法步骤如下：
(1)配制12％浓度硫酸二氢钾溶液，加入柠檬酸，溶解后加入漆酶，按照重量比计，12％浓度硫酸二氢钾溶液、柠檬酸和漆酶按1：1：0.5添加配置。
(2)将制备的木质杆投入搓揉机进行第二次搓揉，搓揉后按干原料重量45LU／g均匀喷洒步骤(1)配制的溶液，并投入搓揉机进行第三次搓揉，经搓揉机出料口送入恒温发酵室发酵，温度50℃，时间2小时。
(3)经步骤(2)发酵后原料无须经削片、筛选、蒸煮、热磨等环节，直接送入干燥系统，经140-150℃温度，转速1500rpm条件下脱水至原料含水量13％左右，直接喷射进入施胶系统，同时按步骤(2)发酵后原料重量比1.5％喷施石蜡乳液。
(4)经铺装成型、板坯预压、板坯预切环节进入热压系统，热压条件165-170℃温度，3.5—4mpa压力下热压20分钟后，经裁边、等湿处理、砂光、检验后制备获得不同规格的中高密纤维板。
通过实施本发明具体的发明内容，可以达到以下效果：
(1)本发明专利的突出特点是将棉花皮杆分离获得高纯度皮纤维、木质杆，皮纤维作为纺织行业高品质原料使用，木质杆为制造纤维板原料，实现棉花秸秆资源合理化利用。实施生物降解无胶制造纤维板工艺，取消了常规制造纤维板中削片、筛选、蒸煮、热磨等环节，生产过程采用生物降解技术，使纤维素自身带胶，常规制造纤维板干燥工艺温度降低到150以内，热压温度降低到170℃以内，节省了人工、、节约了生产成本，降低了机械、热能消耗，因整个过程不适用任何粘胶剂，产品无甲醛成分，达到了环保要求。
(2)本发明提供的一种棉花秸秆生产无醛高密纤维板方法，属于纤维板制造技术领域和生态保护与环境治理业中固体废物资源化利用技术领域。纤维板生产方法，通常采用木料等木质素较高的生物质基为原料，通过削片-筛选、 热磨-干燥-施胶、铺装-热压-裁切、养生-砂光-检验-入库等工艺完成。棉花秸秆作为制造纤维板重要原料，但因含有25％皮质纤维和4.5％芯，直接使用将严重影响纤维板强度、耐水性等纤维板质量指标。本发明在常规工艺基础上，通过改进棉花秸秆碱煮去皮、催化改性、无胶热压环节，使产品达到甲醛释放、质量强度和耐水性标准，制备的中高密纤维板均超过我国中密度纤维板(GB／T11718-1999)标准的要求，实现棉花秸秆变废为宝资源化合理利用和生产效益、节约生产成本、减少能源消耗、降低排放量效果。
具体实施方式
下面，举实施例说明本发明，但是，本发明并不限于下述的实施例。另外，在下述的说明中，如无特别说明，％皆指m／m质量百分比。
本发明中选用的所有原辅材料和设备仪器都为本领域熟知选用的，但不限制本发明的实施。
实施例一：利用棉花秸秆制备木质杆
利用棉花秸秆制备木质杆的具体方法步骤如下：
(1)按每1.5立方反应釜中注入1立方水，以干重比计依次加入4％氢氧化钠、10％硫化钠、3％硅酸钠、3％三聚磷酸钠和1％蒽醌，均匀搅拌溶解并加热至70～75℃，将棉花秸秆切成10-20cm段投入反应釜溶液中，投入量以溶液能够完全浸泡棉花秸秆为准，盖紧反应釜盖，使棉花秸秆在70～75℃溶液中浸泡1小时，经棉花秸秆在弱碱条件下软化、脱脂后，需要经过多次浸泡，反应釜投药量按投入棉花秸秆重量百分比计，先后投入2％氢氧化钠、5％硫化钠、1.5％硅酸钠、1.5％三聚磷酸钠，0.5％蒽醌。
(2)打开上述步骤中反应釜后，捞出棉花秸秆，投入到70～75℃热水中清洗，后用常温清洁水清洗，反应釜缺水由清洗棉花秸秆热水沉淀后补充，热水清洗池缺水由头道清洗常温水沉淀后补充，头道清洗池缺水由二道清洗常温水补充，二道清洗池缺水由新清洁水补充。
(3)将步骤(2)提供清洗后棉花秸秆控干水分，投入搓揉机搓揉，再投 入棉花秸秆皮芯分离机，制备获得制造纤维板原料木质杆。
实施例二：利用棉花秸秆制备木质杆生产中高密纤维板
利用棉花秸秆制备木质杆生产中高密纤维板的具体方法步骤如下：
(1)配制12％浓度硫酸二氢钾溶液，加入柠檬酸，溶解后加入漆酶，按照重量比计，12％浓度硫酸二氢钾溶液、柠檬酸和漆酶按1：1：0.5添加配置。
(2)将制备的木质杆投入搓揉机进行第二次搓揉，搓揉后按干原料重量45LU／g均匀喷洒步骤(1)配制的溶液，并投入搓揉机进行第三次搓揉，经搓揉机出料口送入恒温发酵室发酵，温度50℃，时间2小时。
(3)经步骤(2)发酵后原料无须经削片、筛选、蒸煮、热磨等环节，直接送入干燥系统，经140—150℃温度，转速1500rpm条件下脱水至原料含水量13％左右，直接喷射进入施胶系统，同时按步骤(2)发酵后原料重量比1.5％喷施石蜡乳液。
(4)经铺装成型、板坯预压、板坯预切环节进入热压系统，热压条件165—170℃温度，3.5—4mpa压力下热压20分钟后，经裁边、等湿处理、砂光、检验后制备获得不同规格的中高密纤维板。
实施例三：
(1)将1.5立方反应釜中注入1立方水，按干重比依次加入4％氢氧化钠、10％硫化钠、3％硅酸钠、3％三聚磷酸钠和1％蒽醌，均匀搅拌溶解并加热至70～75℃。称重2000公斤棉花秸秆，将其棉花秸秆切成10-20cm段，分三次投入反应釜溶液中，盖紧反应釜盖，使棉花秸秆在70～75℃溶液中浸泡1小时后捞出。第二次、第三次浸泡，反应釜投药量2％氢氧化钠、5％硫化钠、1.5％硅酸钠、1.5％三聚磷酸钠，0.5％蒽醌，补水量约0.5立方。
(2)打开反应釜盖，捞出棉花秸秆，投入到70～75℃热水中清洗，后用常温清洁水清洗两次。
(3)将清洗后棉花秸秆控干水分，投入搓揉机搓揉，再投入棉花秸秆皮芯分离机，以含水率8％干物质计算，获得高纯度皮纤维520公斤、木质杆1260公斤。
(4)配制12％浓度硫酸二氢钾溶液，加入柠檬酸，溶解后加入漆酶，重量比为1：1：0.5。
(5)将木质杆投入搓揉机进行第二次搓揉，搓揉后按干原料重量45LU/g均匀喷洒步骤(4)配制的漆酶溶液，并投入搓揉机进行第三次搓揉，经搓揉机出料口送入恒温发酵室发酵，温度50℃，时间2小时。
(6)发酵后原料无须经削片、筛选、蒸煮、热磨等环节，可直接送入干燥系统，经140—150℃温度，转速1500rpm条件下脱水至原料含水量13％左右，直接喷射进入施胶系统，同时按原料重量比1.5％喷施石蜡乳液。经铺装成型、板坯预压、板坯预切环节进入热压系统，经165—170℃温度，3.5—4mpa压力下热压20分钟。经裁边、等湿处理、砂光制成8.0mm、12.mm、15.0mm三种成品纤维板，每个产品取5张检验，平均密度0.86g／cm3，甲醛释放量为零；8.0mm产品平均静曲强度37.2／MPa、内结合强度0.84／MPa、吸水厚度膨胀率11.2％，12.0mm产品平均静曲强度35.8／MPa、内结合强度0.81／MPa、吸水厚度膨胀率9.2％，15.0mm产品平均静曲强度35.2／MPa、内结合强度0.81／MPa、吸水厚度膨胀率7.3％。
实施例四：
按照上述实施例制成8.0mm、12.mm、15.0mm三种成品纤维板，每个产品取5张检验，平均密度0.85g／cm3，甲醛释放量为零，纤维板表面色泽发深，有焦糊气味；8.0mm产品平均静曲强度34.1／MPa、内结合强度0.78／MPa、吸水厚度膨胀率17.2％，12.0mm产品平均静曲强度33.7／MPa、内结合强度0.77／MPa、吸水厚度膨胀率13.2％，15.0mm产品平均静曲强度33.6／MPa、内结合强度0.76／MPa、吸水厚度膨胀率11.2％，制备的中高密纤维板的各种性能显著超过我国中密度纤维板(GB／T11718—1999)标准的要求，获得显著的技术效果。
实施例五：
按照上述实施例制成不同规格的成品纤维板，每个产品取5张检验，平均密度0.85g/cm3，甲醛释放量为零；8.0mm产品平均静曲强度35.2／MPa、内结合强度0.83／MPa、吸水厚度膨胀率15.3％，12.0mm产品平均静曲强度35.2／MPa、内结合强度0.80／MPa、吸水厚度膨胀率13.6％，15.0mm产品平均静曲强度35.3／MPa、内结合强度0.80／MPa、吸水厚度膨胀率11.7％。
实施例六：
按照上述实施例制成不同规格的成品纤维板，每个产品取5张检验，平均密度0.86g／cm3，甲醛释放量为零；8.0mm产品平均静曲强度37.2／MPa、内结合强度0.84／MPa、吸水厚度膨胀率32.5％，12.0mm产品平均静曲强度35.8／MPa、内结合强度0.81／MPa、吸水厚度膨胀率21.3％，15.0mm产品平均静曲强度35.2／MPa、内结合强度0.81／MPa、吸水厚度膨胀率17.7％。
经上述实施例系统实验验证，上述实施例提供的一种利用棉花秸秆制备木质杆生产中高密纤维板的方法，通过改进棉花秸秆碱煮去皮、催化改性、无胶热压环节，使产品达到甲醛释放、质量强度和耐水性标准，制备的中高密纤维板均超过我国中密度纤维板(GB/T11718-1999)标准的要求，实现棉花秸秆变废为宝资源化合理利用和生产效益、节约生产成本、减少能源消耗、降低排放量效果，相比现有技术具有突出和显著的技术效果。
Claims (2)
1.—种利用棉花秸秆制备木质杆的方法，其特征在于，具体方法步骤如下：
(1)按每1.5立方反应釜中注入1立方水，以干重比计依次加入4％氢氧化钠、10％硫化钠、3％硅酸钠、3％三聚磷酸钠和1％蒽醌，均匀搅拌溶解并加热至70～75℃，将棉花秸秆切成10-20cm段投入反应釜溶液中，投入量以溶液能够完全浸泡棉花秸秆为准，盖紧反应釜盖，使棉花秸秆在70～75℃溶液中浸泡1小时，经棉花秸秆在弱碱条件下软化、脱脂后，需要经过多次浸泡，反应釜投药量按投入棉花秸秆重量百分比计，先后投入2％氢氧化钠、5％硫化钠、1.5％硅酸钠、1.5％三聚磷酸钠，0.5％蒽醌；
(2)打开上述步骤中反应釜后，捞出棉花秸秆，投入到70～75℃热水中清洗，后用常温清洁水清洗，反应釜缺水由清洗棉花秸秆热水沉淀后补充，热水清洗池缺水由头道清洗常温水沉淀后补充，头道清洗池缺水由二道清洗常温水补充，二道清洗池缺水由新清洁水补充；
(3)将步骤(2)提供清洗后棉花秸秆控干水分，投入搓揉机搓揉，再投入棉花秸秆皮芯分离机，制备获得制造纤维板原料木质杆。
2.一种利用权利要求1提供的木质杆生产中/高密纤维板的方法，其特征在于，具体方法步骤如下：
(1)配制12％浓度硫酸二氢钾溶液，加入柠檬酸，溶解后加入漆酶，按照重量比计，12％浓度硫酸二氢钾溶液、柠檬酸和漆酶按1∶1∶0.5添加配置；
(2)将制备的木质杆投入搓揉机进行第二次搓揉，搓揉后按干原料重量45LU/g均匀喷洒步骤(1)配制的溶液，并投入搓揉机进行第三次搓揉，经搓揉机出料口送入恒温发酵室发酵，温度50℃，时间2小时；
(3)经步骤(2)发酵后原料无须经削片、筛选、蒸煮、热磨环节，直接送入干燥系统，经140-150℃温度，转速1500rpm条件下脱水至原料含水量13％，直接喷射进入施胶系统，同时按步骤(2)发酵后原料重量比1.5％喷施石蜡乳液；
(4)经铺装成型、板坯预压、板坯预切环节进入热压系统，在热压条件为165-170℃温度，3.5-4mpa压力下热压20分钟后，经裁边、等湿处理、砂光、检验后制备获得不同规格的中高密纤维板。
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