CN103906607B - 一种利用棕榈生物质生产纤维板的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种使用100%油棕榈树干（OPT）生产纤维板的方法，和一种使用包含OPT、橡胶木（RW）和混合热带硬木（MTH）的混合物生产纤维板的方法。生产纤维板的方法包括：切削油棕榈树干（OPT）；用蒸汽处理切削的OPT；在蒸汽加压精炼机中机械精制OPT木片；将树脂和/或蜡加入到精制的OPT纤维；使树脂处理过的纤维形成板坯；和压制板坯。使用尿素、乙酸和水的混合物可选地对精制纤维进行化学处理。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用棕榈生物质生产纤维板的方法。
背景技术
多年以来，亚洲的实木复合产业在制板，特别是纤维板生产中，一直专注于橡胶木（RW）和松木作为传统资源材料。总趋势表明，这些传统原材料的供应量在下降，随之而来的是原材料价格的上涨。为了保持生产量，需要寻找采用非传统原材料诸如油棕榈生物质的新方法。2010年，马来西亚油棕榈的种植面积估计约470万公顷，据估计，该区域大约有5%是由于重植。从估计的20万公顷的重植面积和平均134棵棕榈树/公顷的产量可以计算出，可用的油棕榈树大约有2680万棵，这相当于8百万公吨的干油棕榈树干（OPT）。
目前，马来西亚的纤维板行业在生产纤维板时使用硬木品种添加物和橡胶木来保持生产量。从锯木厂和其它以木材为基础的工厂的残渣中得到的原材料与不同比例的橡胶木混合。因此，纤维板生产有时会产生颜色和物理/机械性能不一致。由一种原材料来代替另一种原材料或者品种混合的显著变化会引起纤维板机械性能的巨大变化。在纤维板过程中，精制纤维的质量取决于多种因素，所述因素包括木材/纤维的品种、尺寸和分布、蒸汽压力的预处理条件、在分解液中的保留时间、输入功率、磨片的几何结构、精制强度、圆盘速度和在磨片区的停留时间。
发明内容
本发明涉及一种利用棕榈生物质生产纤维板的方法。该方法包括以下步骤：
i）将油棕榈树干（OPT）切削至尺寸在0.012-0.050m范围内；
ii）将步骤（i）得到的切削后的OPT在蒸汽压力为2-8巴（bar）、温度为150-180℃的条件下处理100-400秒；
iii）在蒸汽加压精炼机中，在蒸汽压力为2-8巴、温度为150-180℃的条件下，对OPT木片（chips）进行机械精制，从而使OPT木片转化为精制的纤维；
iv）将纤维干重的6-12%的树脂和/或纤维干重的0.5-2.5%的蜡加入至步骤（iii）得到的OPT精制纤维中；
v）使步骤（iv）得到的用树脂处理过的纤维形成板坯（mat）；
vi）将步骤（v）得到的板坯在160-220℃温度下压制2-5分钟。
步骤（iii）得到的精制纤维可选地进行化学处理。所述化学处理包括将OPT精制纤维与尿素、乙酸和水的混合物进行混合的步骤。
步骤（v）得到的板坯被压制至厚度为0.003m-0.032m的范围内。在进入成型机以形成步骤（v）的板坯之前，先准备预定量的步骤（iv）得到的与树脂和/或蜡混合的OPT精制纤维。预定量的精制纤维可以确保生产出高密度纤维板（HDF）、中密度纤维板（MDF）或低密度纤维板（LDF）。将步骤（vi）获得的纤维板冷却。
所述树脂为脲醛（UF）、三聚氰胺脲醛（MUF）、酚醛（PF）或者它们的任意组合。所述蜡选自合成酰胺、石蜡、石蜡/乙烯丙烯酸共聚物（石蜡/EAA）、石蜡/微晶（paraffin/micro）和石蜡/聚乙烯（石蜡/PE）。步骤（iii）中，蜡与树脂同时使用或在树脂前使用。
在另一个具体实施方式中，本发明涉及一种利用油棕榈树干（OPT）、橡胶木（RW）和混合热带硬木（MTH，mixedtropicalhardwood）的混合物生产纤维板的方法。该方法包括以下步骤：
i）将油棕榈树干（OPT）、橡胶木（RW）和混合热带硬木（MTH）切削至尺寸在0.012-0.050m范围内；
ii）将切削后的OPT木片与RW和MTH木片混合，以干重计，混合比例为：5-50%的OPT、5-50%的RW和5-50%的MTH；
iii）将步骤（ii）得到的混合物在蒸汽压力为2-8巴、温度为150-180℃的条件下处理100-400秒；
iv）在蒸汽加压精炼机中，在蒸汽压力为2-8巴、温度为150-180℃的条件下，对OPT、RW和MTH木片的混合物进行机械精制，从而将这些木片转化为精制纤维；
v）将纤维干重的6-12%的树脂和/或纤维干重的0.5-2.5%的蜡加入至步骤（iv）得到的OPT、RW和MTH混合物的精制纤维中；
（vi）使步骤（v）得到的用树脂处理过的纤维形成板坯；
（vii）将步骤（vi）得到的板坯在160-220℃温度下压制2-5分钟。
步骤（iv）得到的精制纤维可选地进行化学处理。所述化学处理包括将OPT、RW和MTH精制纤维的混合物与尿素、乙酸和水的混合物进行混合的步骤。
步骤（vi）得到的板坯被压制至厚度为0.003m-0.032m的范围内。在进入成型机以形成步骤（vi）的板坯之前，先准备预定量的精制纤维混合物，所述精制纤维混合物是指步骤（v）得到的与树脂和/或蜡混合的OPT、RW和MTH精制纤维的混合物。预定量的精制纤维可以确保生产出高密度纤维板（HDF）、中密度纤维板（MDF）或低密度纤维板（LDF）。将步骤（vii）获得的纤维板冷却。
所述树脂为脲醛（UF）、三聚氰胺脲醛（MUF）、酚醛（PF）或者它们的任意组合。所述蜡选自合成酰胺、石蜡、石蜡/EAA、石蜡/微晶和石蜡/PE。步骤（v）中蜡与树脂同时使用或在树脂前使用。
附图说明
从下面给出的详细说明和附图可以充分理解本发明，所述附图仅作说明用，并不是对本发明的限制，其中：
图1显示了利用油棕榈树干（OPT）、橡胶木（RW）和混合热带硬木（MTH）的混合物生产纤维板的流程图；
图2显示了利用100%油棕榈树干（OPT）生产纤维板的流程图；和
图3显示了在精制过程中经过化学处理的纤维板的性能。
具体实施方式
本发明涉及一种仅利用100%油棕榈树干（OPT）和OPT混合物生产纤维板的方法。本发明还涉及一种利用不同混合比例的橡胶木（RW）和混合热带硬木（MTH）生产纤维板的方法。由于RW供应缺乏，OPT可作为替代原材料用于纤维板生产以替代RW。这里公开了一种本发明较优的具体实施方式的详细描述。然而，应该理解的是，公开的较优的具体实施方式仅是本发明的示例，可以各种方式实施。因此，这里公开的细节并不能理解为对本发明的限制，而只是作为权利要求书的基础和作为对本发明技术领域的技术人员的教导。
为了保持生产量，纤维板制造商利用其它材料作为替代方式以替代RW。目前，纤维板行业大多采用共混的RW混合MTH生产纤维板。由于这些材料的价格上涨和供应稀缺，未来使用OPT是不可避免的。
OPT是一种废料，其是树木长至25年后重植过程中的副产物。截至目前，OPT被用作有机和用作胶合板工业的原材料。OPT纤维还具有与RW纤维相似的长度。这表明OPT是纤维板生产的潜在的原材料。
纤维板是一种复合木材产品，其通过将木材分解为纤维、纤维与蜡和树脂结合并通过施以高温高压成型来形成。与刨花板相反，纤维板的整个板具有更均匀的密度。除了这些，纤维板具有光滑和紧致的边缘，可被机器加工。产品具有光滑的表面和印文，因此，避免了贴面板和层板的使用。
纤维板在许多方面都是有用的，从家具到模型，因为其是光滑的、均匀的，且不会变形的。建筑商使用纤维板的用途如家具、架子、复合地板、装饰模型和门。纤维板的价值在于其在声音和热方面独特的品质。另外，它还可以用钉钉住（nailed）、用胶水粘住（glued）、用螺丝拧紧（screwed）、可装订（stapled）或与暗销连接（attachedwithdowel），使其可以像板材木材一样通用。
本发明的基本要素是利用100%OPT以及与RW和MTH混合的OPT生产纤维板，在蒸煮（digesting）或软化步骤中，或者在精制过程中，或者优选在蒸煮和精制过程中，使用高压蒸汽进行处理。
首先，OPT原料用普通的木片切削机转变成尺寸在0.012-0.050m范围的木片。一般来说，油棕榈原木都要经过与用于纤维板生产的其它木材，如RW和MTH，相似的准备。图1显示了利用油棕榈树干（OPT）、橡胶木（RW）和混合热带硬木（MTH）的混合物生产纤维板的流程图。
被切削的OPT与切削后的RW和MTH混合。切削后的OPT：RW：MTH的混合比例分别为5-50重量%：5-50重量%：5-50重量%。混合比例是基于干重计算的。切削后的OPT、RW和MTH的混合物在热-机械精制过程中被转变为精制纤维。该混合物在蒸煮器和精炼机中进行高压蒸汽处理。蒸汽处理是在蒸汽压力为2-8巴、温度为150-180℃条件下进行100-400秒。蒸汽处理可在可能进一步包括连续蒸煮器的任何压力容器中进行。连续蒸煮器包括螺旋输送机，可使共混RW和MTH木片的OPT通过蒸煮器转移至精炼机中。在精炼机中，处理后的木片在蒸汽压力为2-8巴、温度为150-180℃的条件下被分解为纤维，如适合于制造纤维板的丝状纤维（精制纤维）。可选地，在精制过程中，对切削的OPT、RW和MTH的混合物进行化学处理。所述化学处理包括将切削的OPT、RW和MTH的混合物与尿素、酸和水的混合物进行混合的步骤。如表3和图3所示，化学处理进一步增强了纤维板的性能。
然后，精制纤维被干燥1-2分钟，至水分含量为12%或更少。通常，使用管式干燥机将精制纤维的水分含量减少至所需水平。传统纤维板干燥机，如入口温度约为120-170℃的吹线系统（blow-linesystem）中的吹管，均可用于精制纤维的干燥。
为了混合，在进入干燥机之前，将树脂和/或蜡乳化液喷至纤维。任何其它需要的添加剂也可施用于纤维。蜡的使用量为纤维干重的0.5-2.5%，以提高树脂的流动性，以及提供附加的耐湿性。优选加入蜡乳化液以提供抗水性，并促进树脂在所有纤维表面的分散。蜡乳化液是本领域众所周知的。蜡乳化液的例子诸如是合成酰胺、石蜡、石蜡/EAA、石蜡/微晶、石蜡/PE，等。也可用本领域其它常规方法来施用树脂和蜡，即喷雾嘴、管和喷雾器。优选加入蜡乳化液以提供抗水性，并促进树脂在所有纤维表面的分散。树脂和蜡可分开使用，尽管同时加入树脂和蜡对均匀性是较好的。
本发明优选的树脂为脲醛（UF）树脂。UF是相对便宜的、透明的、热固性树脂，是由尿素和甲醛在诸如氨或吡啶的弱碱存在下加热制得的。UF具有高拉伸强度、弯曲强度，低吸水性和成型收缩，较高的表面硬度、断裂伸长率和体电阻。优选地，也可以用三聚氰胺脲醛（MUF）树脂与UF树脂合用或替代UF树脂以提供给纤维附加的抗水性。
替代UF或除UF外，其它本领域熟知的树脂如酚醛（PF）树脂也可以用于本发明。PF树脂是相对便宜的红色/黑色树脂，用在压制木产品如软木胶合板和薄板或室外应用的定向纤维板。应用于纤维的UF或其它树脂的浓度至少为纤维重量的6%，优选6-12重量%。
脲醛（UF）树脂可作为粘结剂而被广泛应用于纤维板工业中。其通常用作固体含量为50-70%的含水胶体溶液。UF树脂的制备方法为：
a）羟甲基化：在含水酸/或碱环境下，以适当的摩尔比（F:U比）1.0:5.0，优选1.0:3.0，预浓缩尿素和甲醛。
b）浓缩：在高温和pH为3.0-5.0条件下加入额外的尿素以增加分子量。
c）中和：可选地加入尿素使摩尔比降至1.2-1.8，如果必要的话，调pH至7.0-9.0。
用树脂处理过的纤维可气动转移至成型机中，成型机可连续不断地将树脂纤维转变为密度均匀分布的板坯。在将纤维加入成型机前测定树脂处理过的纤维的量。这个量将决定高密度纤维板（HDF）、中密度纤维板（MDF）或低密度纤维板（LDF）的形成。热压前，板坯被预压制至厚度为0.1m-0.25m。
热压将热和压力施予树脂处理过的板坯以固化树脂并将纤维结合形成实木板。压制时间一般为2-5分钟。根据所要生产的纤维板的类型，热压的温度约为160-220℃。纤维板被压制至厚度为0.003-0.032m。
压制后，堆叠前将纤维板冷却。然后在出货包装前，将纤维板打磨和/或修整至最终想要得到的尺寸。
在另一个具体实施方式中，100%OPT用于生产纤维板。OPT首先被切削成尺寸为0.012-0.050m的OPT木片，然后在热-机械精制过程中转变为精制纤维。100%OPT木片在蒸煮器和精炼机中进行高压蒸汽处理。用100%OPT纤维生产纤维板的其它过程和用与RW和MTH混合的100%OPT纤维生产纤维板的步骤（如上所述）相同。图2显示了利用油棕榈树干（OPT）生产纤维板的流程图。
提供的下述实施例用于说明本发明，并不限制本发明。
实施例1
树脂的制备：
在氢氧化钠水溶液（33%）中对甲醛水溶液（37%）和尿素进行处理。将该混合物搅拌并加热至高温保持30分钟，其中所述混合物的pH为8-9和摩尔比为3.8。在90分钟内加入酸的水溶液调节pH为4.7。当达到合适的粘性时，加入氢氧化钠水溶液使pH为8.5。真空条件下除水，直至得到所需的固体含量。将固体成分冷却至30℃，随后加入尿素使F:U摩尔比为1:5。然后搅拌树脂混合物60分钟。搅拌所得树脂是水溶性的和轻微不透明的。
该树脂具有以下性能：
固体含量：55%，25℃的粘度：30cps。
纤维板的制备：
精制过程中，将OPT木片在不同蒸汽压力和预热时间下进行处理，没有任何化学处理。用于处理OPT木片的蒸汽压力为2-8巴，而预热时间设置在100-400秒。制得的纤维与脲醛（UF）树脂混合后用于生产12mm实验室规模的纤维板。纤维板性能的平均值如表1和表2所示。
表1蒸汽压力和纤维板性能
| 蒸汽压力（巴） | MOE（N/mm2） | MOR（N/mm2） | IB（N/mm2） | TS（%） |
| 2 | 2873.12 | 31.08 | 0.68 | 19.2 |
| 4 | 3328.89 | 37.03 | 0.69 | 16.96 |
| 6 | 3344.91 | 37.5 | 0.7 | 14.82 |
| 8 | 3312.74 | 35.98 | 0.64 | 13.27 |
| EN622-5 | >2500 | >22 | >0.6 | <15 |
注：MOE：弹性模量，MOR：木材密度与抗弯强度，IB：内胶合强度，TS：吸水厚度膨胀率，EN622-5：欧洲标准，N/mm2：牛顿每平方毫米。
表2预热时间和纤维板性能
| 预热时间（秒） | MOE（N/mm2） | MOR（N/mm2） | IB（N/mm2） | TS（%） |
| 100 | 3247.62 | 35.66 | 0.63 | 16.79 |
| 200 | 3281.69 | 36.45 | 0.72 | 16.2 |
| 300 | 3280.30 | 35.44 | 0.7 | 15.73 |
| 400 | 3017.82 | 33.80 | 0.67 | 16.15 |
| EN622-5 | >2500 | >22 | >0.6 | <15 |
注：MOE：弹性模量，MOR：木材密度与抗弯强度，IB：内胶合强度，TS：吸水厚度膨胀率，EN622-5：欧洲标准，N/mm2：牛顿每平方毫米。
纤维板的性能可通过在精制过程中用化学处理和高蒸汽压力来改善。
[UAW：尿素（40-50%）+乙酸（1-10%）+水（约50%）]
蒸煮过程后，UAW混入纤维（OPT+RW+MTH）中。
化学处理后的纤维板性能的结果如表3和图3所示。
表3化学处理后纤维板的性能
Claims (16)
1.一种生产纤维板的方法，该方法包括以下步骤：
i)将油棕榈树干(OPT)切削至尺寸在0.012-0.050m范围内；
ii)将步骤(i)得到的切削后的油棕榈树干在蒸汽压力为2-8巴、温度为150-180℃的条件下处理100-400秒；
iii)将步骤(ii)得到的油棕榈树干木片在蒸汽压力为2-8巴、温度为150-180℃的条件下转化为精制纤维；
iv)将纤维干重的6-12％的树脂和纤维干重的0.5-2.5％的蜡同时加入至步骤(iii)得到的油棕榈树干精制纤维中；
v)使步骤(iv)得到的用树脂处理过的纤维形成板坯；
vi)将步骤(v)得到的板坯在160-220℃温度下压制2-5分钟；并且
其中，对步骤(iii)得到的精制纤维进行化学处理，且化学处理包括将油棕榈树干精制纤维与尿素、乙酸和水的混合物进行混合的步骤；
其中，在尿素、乙酸和水的混合物中，按质量百分比计，各物质的比例是：尿素40％，乙酸10％，水50％。
2.根据权利要求1所述的生产纤维板的方法，其中，所述步骤(vi)中的板坯被压至厚度为0.003-0.032m。
3.根据权利要求1所述的生产纤维板的方法，其中，在进入成型机以形成步骤(v)的板坯之前，先准备预定量的步骤(iv)得到的油棕榈树干精制纤维。
4.根据权利要求3所述的生产纤维板的方法，其中，所述预定量的精制纤维确保了高密度纤维板(HDF)、中密度纤维板(MDF)和低密度纤维板(LDF)的生产。
5.根据权利要求1所述的生产纤维板的方法，其中，将步骤(vi)得到的纤维板冷却。
6.根据权利要求1所述的生产纤维板的方法，其中，所述树脂为脲醛(UF)、三聚氰胺脲醛(MUF)、酚醛(PF)或它们的任意组合。
7.根据权利要求1所述的生产纤维板的方法，其中，所述蜡选自合成酰胺、石蜡、石蜡/乙烯丙烯酸共聚物、石蜡/微晶、石蜡/聚乙烯。
8.权利要求1-7中任一项所述的方法生产的纤维板。
9.一种生产纤维板的方法，该方法包括以下步骤：
i)将油棕榈树干(OPT)、橡胶木(RW)和混合热带硬木(MTH)切削至尺寸在0.012-0.050m范围内；
ii)按照5-50％切削的油棕榈树干、5-50％橡胶木和5-50％混合热带硬木的混合比例，将油棕榈树干木片与橡胶木和混合热带硬木木片混合；
iii)将步骤(ii)得到的混合物在蒸汽压力为2-8巴、温度为150-180℃的条件下处理100-400秒；
iv)在蒸汽压力为2-8巴、温度为150-180℃的条件下，将步骤(iii)得到的油棕榈树干、橡胶木和混合热带硬木木片混合物转化为精制纤维；
v)将纤维干重的6-12％的树脂和纤维干重的0.5-2.5％的蜡同时加入至步骤(iv)得到的油棕榈树干精制纤维中；
vi)使步骤(v)得到的用树脂处理过的纤维形成板坯；
vii)将步骤(vi)得到的板坯在160-220℃温度下压制2-5分钟；并且
其中，对步骤(iv)得到的精制纤维进行化学处理，且化学处理包括将精制纤维混合物与尿素、乙酸和水的混合物进行混合的步骤；
其中，在尿素、乙酸和水的混合物中，按质量百分比计，各物质的比例是：尿素40％，乙酸10％，水50％。
10.根据权利要求9所述的生产纤维板的方法，其中，所述步骤(vii)中的板坯被压至厚度为0.003-0.032m。
11.根据权利要求9所述的生产纤维板的方法，其中，在进入成型机以形成步骤(vi)的板坯之前，先准备预定量的步骤(v)得到的混合精制纤维。
12.根据权利要求11所述的生产纤维板的方法，其中，预定量的精制纤维确保了高密度纤维板(HDF)、中密度纤维板(MDF)和低密度纤维板(LDF)的生产。
13.根据权利要求9所述的生产纤维板的方法，其中，将步骤(vii)得到的纤维板冷却。
14.根据权利要求9所述的生产纤维板的方法，其中，所述树脂为脲醛(UF)、三聚氰胺脲醛(MUF)、酚醛或它们的任意组合。
15.根据权利要求10所述的生产纤维板的方法，其中，所述蜡选自合成酰胺、石蜡、石蜡/乙烯丙烯酸共聚物、石蜡/微晶、石蜡/聚乙烯。
16.权利要求11-15中任一项所述的方法生产的纤维板。
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