CN104293274B

CN104293274B - 一种秸秆人造板专用胶粘剂及秸秆人造板的制备

Info

Publication number: CN104293274B
Application number: CN201410406737.3A
Authority: CN
Inventors: 王凤奇; 杨辉; 李樾
Original assignee: Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS
Current assignee: Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS
Priority date: 2014-08-18
Filing date: 2014-08-18
Publication date: 2016-08-31
Anticipated expiration: 2034-08-18
Also published as: CN104293274A

Abstract

本发明公开一种秸秆人造板专用胶粘剂，包含如下配比的组分：粘合剂：固化剂：改性剂＝100:8‑17:8‑12。该胶粘剂采用主剂和固化剂双组分，打破了目前生产秸秆人造板必须使用异氰酸酯胶的行内共识，降低了生产成本，解决了秸秆人造板的核心关键技术。本发明还公开了秸秆人造板生产工艺，解决了目前生产的秸秆人造板存在遇到潮湿变形问题。在压板过程中有效控制固化速度，从根本上解决了易散坯、粘板和脱模的问题，实现连续化生产，工艺操作简便，大大提高了生产效率。新型环保秸秆人造板专用胶粘剂相比MDI基胶粘剂更加环保，利用其配套的热压工艺将开发出高附加值的绿色板材，开辟了秸秆综合利用，农民增收的新渠道。

Description

一种秸秆人造板专用胶粘剂及秸秆人造板的制备

技术领域

本发明涉及人造板制造领域。更具体地，涉及一种秸秆人造板专用胶粘剂及秸秆人造板的制备。

背景技术

我国是一个农业大国，每年产生将近7亿吨的农作物秸秆。在木材原料短缺，农作物秸秆资源浪费及人造板需求旺盛的形势下，用农作物秸秆代替木材制造人造板是一条绿色、环保的替代方式。可以节省大量宝贵的木材资源。同时可以降低森林砍伐造成的生态效益损失。新型环保秸人造板作为生态环保、新型节能的新材料和木材替代品，不仅产品性能优良，无毒无害，而且能消除秸秆焚烧对环境的污染，做到了资源的综合利用，同时也增加了农民的收入，符合节约型社会、循环经济和可持续发展要求。

秸秆的化学成分主要是纤维素、半纤维素和木素，表面含有蜡状物质和硅物质，界面活性很差，用传统的胶粘剂很难实现有效的胶合。当前我国秸秆人造板生产刚刚起步，国内已建成的以秸秆为主要原料的秸秆人造板厂，几乎都是以聚异氰酸酯为胶粘剂，还存在很多的技术问题。比如，生产成本过高导致与其他同类木质产品相比缺乏竞争力；关键原料粘合剂不能满足正常生产的需求，秸秆人造板生产过程中容易出现粘板问题；生产过程中有机挥发物问题；板坯预压性差，传输过程中易出现散坯、板材塌边等问题，这将严重影响着秸秆人造板的产业化水平。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种秸秆人造板专用胶粘剂，该胶粘剂采用主剂和固化剂双组分，打破了目前生产秸秆人造板必须使用异氰酸酯胶的行内共识，降低了生产成本，解决了秸秆人造板的核心关键技术。

本发明要解决的第二个技术问题是提供一种秸秆人造板的制备方法。

为解决上述第一个技术问题，本发明采用下述技术方案：

一种秸秆人造板专用胶粘剂，包含如下重量配比的组分：粘合剂：固化剂：改性剂＝100:8-17:8-12。

优选地，所述粘合剂为无醛胶粘剂。例如采用中国发明专利CN201010237295.6公开的无醛胶粘剂作为粘合剂。

优选地，所述改性剂选自：柠檬酸水溶液、乙二酸水溶液、马来酸水溶液、硼酸水溶液、富马酸水溶液、氨基乙酸水溶液、水杨酸水溶液、丁二酸水溶液、抗坏血酸水溶液和酒石酸水溶液中的一种或几种，所述酸性改性剂的浓度为35-40％。

优选地，所述固化剂的封闭率为90-91％，所述固化剂由下述方法制得：

1)向异氰酸酯中加入活泼亚甲基型封闭剂，异氰酸酯与活泼亚甲基型封闭剂的质量比为1:1-3:2，再加入溶剂于50-105℃反应2-4h；

2)向步骤1)反应后的产物中加入亚胺基型封闭剂于40-65℃反应1-2.5h，异氰酸酯与亚胺基型封闭剂的质量比为2:1-5:1；

3)将步骤2)得到的产物自然冷却，出料得到所述固化剂。

优选地，步骤1)所述的封闭剂选自活泼亚甲基型封闭剂，所述活泼亚甲基型封闭剂选自乙酰乙酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸叔丁酯、丙二酸二甲酯、丙二酸二乙酯、对羟基苯甲酸乙酯、丙二腈、1,3-环己二酮、1,3-环戊二酮、2,2-二甲基-1,3-二噁烷-4,6-二酮或乙酰丙酮；步骤1)所述溶剂选自丁酮、环己酮、甲基异丁基甲酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲亚砜和N-甲基-2-吡咯烷酮中的一种或几种。

优选地，步骤2)所述亚胺基型封闭剂选自ε-己内酰胺、二乙酰胺、乙酸乙二胺、N-甲基苯胺、N-羟基丁二酰亚胺、N-甲基二乙醇胺、三乙胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、乙酰苯胺、乙二胺、二乙醇胺、二丁基胺、二异丙胺、丙酮肟、丁酮肟、甲乙酮肟或环己酮肟。

为解决上述第二个技术问题，本发明采用下述技术方案

1.秸秆人造板专用胶粘剂的制备：

将粘合剂与固化剂，酸性改性剂按照质量配比为100:8-17:8-12调制，适用期为4-6小时。提前配置，便于施胶。

2.秸秆人造板的制备：

1.秸秆处理：秸秆经过切割机切成20-40mm的草段，再经重力分离除去杂质后送至锤磨机锤磨，加工成合格的草料，经一般的转子式干燥机将含水率为14％-25％的秸秆干燥到含水率为8％-10％。本发明所用秸秆原料，可以是含水率14-25％的小麦、水稻或玉米等农作物的秸秆；

2.分筛：将长度为0.03-1.25mm之间的料为表层料；长度为1.25-150mm之间的料为芯层料。大料重新返回锤磨机锤磨；

3.计量施胶：将表层料、芯层料经计量后分别采用喷放式施胶，喷入胶液由拌胶机充分混合均匀后分别构成表层、芯层。芯层配比按质量计是芯层料90-95％，胶液5-10％；表层配比按质量计是表层料80-87％，胶液13-20％。总施胶量为设定原料质量的10-20％，优选15％；

4.铺装：机械式铺装，分为表层、芯层铺装系统，可通过调整导流板的角度和下料口间距以及抛料辊的转速、转向来调整铺装形态和质量，达到工艺的要求；

5.预压：将施胶后的碎料铺装成板坯预压，预压压力为3-5Mpa，预压时间为20-40s；

6.热压：热压温度：140-170℃，热压最大压力为：15MPa，热压时间为20-30s/mm；

7.裁边冷却：用纵向裁板锯和横向裁板锯实施纵向、横向分别裁边，然后冷却；

8.板面砂光；

9.所述秸秆人造板板坯幅面为50mm X 50mm，厚度为16mm，制得的人造板的板密度为0.7-0.75g/cm³；静曲强度大于14MPa；内结合强度大于0.4MPa；2小时吸水厚度膨涨率：6％-8％；含水率为5％-11％，各项指标全部达到了国家标准GB/T21723-2008的要求。

本发明的有益效果如下：

本发明的秸秆人造板专用胶粘剂采用粘合剂，固化剂双组分，打破了目前生产秸秆人造板必须使用异氰酸酯胶的行内共识，降低了生产成本，解决了秸秆人造板的核心关键技术。选用价格低廉的多元醇预聚物作为主体粘合剂，并采用自制改性异氰酸酯为固化剂，制备秸秆人造板专用无醛胶粘剂。可有效控制固化速度，适用期延长到4-6个小时。

本发明的秸秆人造板专用胶粘剂及其配套的生产工艺将能生产出比MDI基麦秸板性能更优异的板材，解决了目前生产的麦秸杆人造板存在遇到潮湿变形问题。在压板过程中有效控制固化速度，从根本上解决了易散坯、粘板和脱模的问题，实现连续化生产，工艺操作简便，大大提高了生产效率。新型环保秸秆人造板专用胶粘剂相比MDI基胶粘剂更加环保，利用其配套的热压工艺将开发出高附加值的绿色板材，开辟了秸秆综合利用，农民增收的新渠道。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

实施例1

1.无醛秸秆人造板专用胶粘剂的制备：

向异氰酸酯中加入乙酰丙酮，异氰酸酯与乙酰丙酮的质量比为1:1，,再加入二甲基亚砜于50℃反应4h；加入ε-己内酰胺于40℃反应2.5h，异氰酸酯与ε-己内酰胺的质量比为5:1，产物自然冷却，出料得到新型固化剂。

将无醛粘合剂与新型固化剂，35％柠檬酸溶液按照质量配比为100:10:10调制，得到人造板专用胶粘剂。

2.新型环保无醛秸秆人造板的制备：

(1)秸秆处理：将含水率为14％的水稻秸秆经过切割机切成20-40mm的草段，再经重力分离除去杂质后送至锤磨机锤磨，加工成合格的草料，经一般的转子式干燥机干燥，含水率为8％；

(2)粉筛：将长度为0.03-1.25mm之间的料为表层料；长度为1.25-150mm之间的料为芯层料。大料重新返回锤磨机锤磨；

(3)计量施胶：将表层料、芯层料经计量后分别采用喷放式施胶，喷入胶液由拌胶机充分混合均匀后分别构成表层、芯层；芯层配比按质量计施胶量为10％；表层配比按质量计施胶量为15％；

(4)铺装：机械式铺装，分为表层、芯层铺装系统，麦秸刨花板的铺装厚度比为l：8～10；

(5)预压：将施胶后的碎料铺装成板坯预压，预压压力为5Mpa，预压时间为20s；

(6)热压：热压温度：170℃，最大热压压力为：15MPa，热压时间为22s/mm。

(7)裁边冷却：用纵向裁板锯和横向裁板锯实施纵向、横向分别裁边，然后冷却；

(8)板面砂光，制得秸秆人造板。

检测：对制得的秸秆人造板参照GB/T21723-2008国家标准进行理化性能检测，参照GB/T17657-1999国家标准检测甲醛释放量，检测结果见表1。

实施例2

1.无醛秸秆人造板专用胶粘剂的制备：

向异氰酸酯中加入甲基丙烯酸甲酯，异氰酸酯与甲基丙烯酸甲酯的质量比为3：2，,再加入二甲基甲酰胺于70℃反应3.5h；加入丁酮肟于50℃反应2h，异氰酸酯与丁酮肟的质量比为3:1，产物自然冷却，出料得到所述新型固化剂。

将无醛粘合剂与新型固化剂，40％柠檬酸溶液按照质量配比为100:15:10调制，得到人造板专用胶粘剂。

2.新型环保无醛秸秆人造板的制备：

(1)秸秆处理：将含水率为16％的小麦秸秆经过切割机切成20-40mm的草段，再经重力分离除去杂质后送至锤磨机锤磨，加工成合格的草料，经一般的转子式干燥机干燥，含水率为10％；

(2)粉筛：将长度为0.03-1.25mm之间的料为表层料；长度为1.25-150mm之间的料为芯层料；大料重新返回锤磨机锤磨；

(3)计量施胶：将表层料、芯层料经计量后分别采用喷放式施胶，喷入胶液由拌胶机充分混合均匀后分别构成表层、芯层。芯层配比按质量计施胶量为8％；表层配比按质量计施胶量为17％；

(5)预压：将施胶后的碎料铺装成板坯预压，预压压力为3Mpa，预压时间为40s；

(6)热压：热压温度：160℃，最大热压压力为：15MPa，热压时间为25s/mm，热压曲线在升压段采用分三段逐级升压的方式热压成型；

(8)板面砂光，制得秸秆人造板。

实施例3

1.无醛秸秆人造板专用粘合剂的制备：

向异氰酸酯中加入乙酰乙酸乙酯，异氰酸酯与乙酰乙酸乙酯质量比为6：5，再加入环己酮于105℃反应2h；加入二异丙胺于60℃反应1.5h，异氰酸酯与二异丙胺的质量比为4:1，产物自然冷却，出料得到所述新型固化剂。

将无醛粘合剂与新型固化剂，40％酒石酸溶液照质量配比为100:17:12调制，得到人造板专用胶粘剂。

2.新型环保无醛麦秸秆人造板的制备:

(1)秸秆处理：将含水率为20％的小麦秸秆经过切割机切成20-40mm的草段，再经重力分离除去杂质后送至锤磨机锤磨，加工成合格的草料，经一般的转子式干燥机干燥，含水率为10％；

(3)计量施胶：将表层料、芯层料经计量后分别采用喷放式施胶，喷入胶液由拌胶机充分混合均匀后分别构成表层、芯层。芯层配比按质量计施胶量为10％；表层配比按质量计施胶量为15％；

(5)预压：将施胶后的碎料铺装成板坯预压，预压压力为4Mpa，预压时间为30s；

(6)热压温度：150℃，最大热压压力为：15MPa，热压时时间速控制在28s/mm，热压曲线在升压段采用分三段逐级升压的方式热压成型；

(8)板面砂光，制得秸秆人造板。

实施例4

1.无醛秸秆人造板专用粘合剂的制备：

向异氰酸酯中加入丙二腈，异氰酸酯与丙二腈的质量比为6:5，再加入N-甲基-2-吡咯烷酮于80℃反应3h；加入丙酮肟于65℃反应1h，异氰酸酯与丙酮肟的质量比为12:5，产物自然冷却，出料得到所述新型固化剂。

将无醛粘合剂与新型固化剂，40％乙二酸溶液照质量配比为100:15:12调制，得到人造板专用胶粘剂。

2.新型环保无醛麦秸秆人造板的制备：

(1)秸秆处理：18％的玉米秸秆经过切割机切成20-40mm的草段，再经重力分离除去杂质后送至锤磨机锤磨，加工成合格的草料，经一般的转子式干燥机干燥，含水率为9％；

(4)铺装：机械式铺装，分为表层、芯层铺装系统，铺装厚度比为l:8～10；

(5)预压：将施胶后的碎料铺装成板坯预压，预压压力为3.5Mpa，预压时间为35s；

(6)热压：热压温度：140℃，最大热压压力为15MPa，热压时间为30s/mm，热压曲线在升压段采用分三段逐级升压的方式热压成型；

(8)板面砂光，制得秸秆人造板。

实施例5

2.无醛秸秆人造板专用粘合剂的制备：

向异氰酸酯中加丙二酸二乙酯，异氰酸酯与丙二酸二乙酯的质量比为8：7，再加入二甲基乙酰胺于75℃反应3h；加入环己酮肟于40℃反应1.5h，异氰酸酯与环己酮肟的质量比为12:5，产物自然冷却，出料得到所述新型固化剂。

将无醛粘合剂与新型固化剂，40％马来酸溶液照质量配比为100:12:8调制，得到人造板专用胶粘剂。

2.新型环保无醛麦秸秆人造板的制备：

(1)秸秆处理：17％的水稻秸秆经过切割机切成20-40mm的草段，再经重力分离除去杂质后送至锤磨机锤磨，加工成合格的草料，经一般的转子式干燥机干燥，含水率为9％；

(6)热压：热压温度：160℃，最大热压压力为15MPa，热压时间为25s/mm，热压曲线在升压段采用分三段逐级升压的方式热压成型；

(8)板面砂光，制得秸秆人造板。

表1 检测结果

理化性能	GB/T21723-2008	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
							静曲强度(MPa)	≥14	24.3	30.5	32.08	16.65	25.4
内结合强度(MPa)	≥0.4	0.44	0.57	0.48	0.48	0.49
							密度(g/cm3)	0.7-0.75	0.72	0.70	0.75	0.71	0.70
吸水厚度膨胀率(％)	≤8.0	6.0	4.9	5.7	7.9	5.3
							甲醛释放量(mg/100g)	0.5(E0级)	无	无	无	无	无
产品一次合格率(％)	—	95	95	95	95	95

表1中的各项检测值表明本发明使用无醛胶粘剂制备出的秸秆人造板均能达到国家标准，且甲醛的释放量为零，制得的人造板为绿色板材。

实施例6-实施例11

重复实施例1，不同的是将改性剂改为35％硼酸水溶液，36％富马酸水溶液，37％氨基乙酸水溶液，38％水杨酸水溶液，39％丁二酸水溶液，40％抗坏血酸水溶液，所得的结果基本相同。

实施例12-实施例17

重复实施例2，不同的是将活泼亚甲基型封闭剂改为甲基丙烯酸叔丁酯、丙二酸二甲酯、对羟基苯甲酸乙酯、1,3-环己二酮、1,3-环戊二酮、2,2-二甲基-1,3-二噁烷-4,6-二酮，所得的结果基本相同。

实施例18-实施例19

重复实施例3，不同的是将溶剂改为丁酮、甲基异丁基甲酮，所得的结果基本相同。

实施例20-实施例33

重复实施例4，不同的是将亚胺基型封闭剂改为二乙酰胺、乙酸乙二胺、N-甲基苯胺、N-羟基丁二酰亚胺、N-甲基二乙醇胺、三乙胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、乙酰苯胺、乙二胺、二乙醇胺、二丁基胺、丙酮肟、甲乙酮肟，所得的结果基本相同。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims

1.一种秸秆人造板专用胶粘剂，其特征在于，包含如下重量配比的组分：粘合剂：固化剂：改性剂＝100:8-17:8-12；

所述固化剂的封闭率为90-100％，所述固化剂由下述方法制得：

3)将步骤2)得到的产物自然冷却，出料得到所述固化剂；

所述粘合剂为无醛胶粘剂；

所述改性剂选自：柠檬酸水溶液、乙二酸水溶液、马来酸水溶液、硼酸水溶液、富马酸水溶液、氨基乙酸水溶液、水杨酸水溶液、丁二酸水溶液、抗坏血酸水溶液和酒石酸水溶液中的一种或几种，所述酸性改性剂的浓度为35-40％。

2.根据权利要求1所述的秸秆人造板专用胶粘剂，其特征在于：步骤1)所述活泼亚甲基型封闭剂选自乙酰乙酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸叔丁酯、丙二酸二甲酯、丙二酸二乙酯、对羟基苯甲酸乙酯、丙二腈、1,3-环己二酮、1,3-环戊二酮、2,2-二甲基-1,3-二噁烷-4,6-二酮或乙酰丙酮；步骤1)所述溶剂选自丁酮、环己酮、甲基异丁基甲酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲亚砜和N-甲基-2-吡咯烷酮中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的秸秆人造板专用胶粘剂，其特征在于：步骤2)所述亚胺基型封闭剂选自ε-己内酰胺、二乙酰胺、乙酸乙二胺、N-甲基苯胺、N-羟基丁二酰亚胺、N-甲基二乙醇胺、三乙胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、乙酰苯胺、二乙醇胺、二丁基胺、二异丙胺、丙酮肟、丁酮肟、甲乙酮肟或环己酮肟。

4.一种含权利要求1所述的秸秆人造板专用胶黏剂的秸秆人造板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)秸秆处理：干燥秸秆，使其含水率为8-10％；

2)分筛：选择长度为0.03-1.25mm的料为表层料，1.25-150mm的料为芯层料；

3)施胶：将胶液喷入表层料并混合均匀，将胶液喷入芯层料并混合均匀；

4)铺装；

5)预压；

6)热压；

7)裁边、冷却和板面砂光；

8)制得秸秆人造板，所述秸秆人造板板坯幅面为50mm×50mm，厚度为16mm，板密度为0.7-0.75g/cm³；静曲强度大于14MPa；内结合强度大于0.4MPa；2小时吸水厚度膨胀率为6％-8％；含水率为5％-11％。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述步骤3)所述表层料与胶液的质量比为80-87:13-20，芯层料与胶液的质量比为60-95:5-10。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述胶液总用量为表层料与芯层料质量总和的10-20％。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述胶液总用量为表层料与芯层料质量总和的15％。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤5)所述预压的压力为3-5MPa，预压的时间为20-40s；步骤6)所述的热压条件为，热压温度：140-170℃，热压最大压力：15MPa，热压时间：6-8min。