CN104910640A - 一种木塑板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种木塑板及其制备方法，以解决现有秸秆板材防水性差，遇水膨胀率大，容易变形，握螺钉力差，含胶量大的问题。一种木塑板包括下列重量份的原料：秸秆细粉70—90份、二苯基甲烷二异氰酸酯0.5—1份、聚乳酸与羧甲基复合淀粉10—30份；其中聚乳酸与羧甲基复合淀粉制作时，聚乳酸的加入量为羧甲基淀粉质量的6—10倍。木塑板的制备方法包括秸秆预处理、单层秸秆复合板材的制备、秸秆三层复合板的制备步骤。本发明板材兼具木材和塑料的性能优点，且产品材料都为可生物降解材料，不含甲醛等对人体有害的物质。产品硬度高，强度大、不易变形、承重力强。

Description

一种木塑板及其制备方法

技术领域

本发明属于建材领域，具体涉及一种木塑板。

背景技术

当前世界各国为了保护生态环境和林业的可持续性发展，都制订了限制原木采伐的计划，造成社会上木材供应紧张的局面。随着我国经济快速发展，人民生活水平的提高，建筑板材的需求量急剧增加，因而需要拓宽原料来源，增加人造板产量，减少木材采伐量。人造板发展趋势正快速地向由木材为原料转变成各种木材替代品为原料转变。以农作物秸秆为主要原料，生产的秸板材，具有各种优良的物理力学性能、表面装饰性能和二次加工性能，已经成为一种新型的板材。在建筑工程上，秸秆人造板可做室内门、天花板、墙面材料等，用秸秆内衬保温材料组装的复合墙体板材可以用作外墙。秸秆墙体材料安装方便，施工简单。用于家具制造方面，秸秆人造板的物理机械强度已经达到木质碎料板的国际要求。如经过表面装饰处理后的秸秆人造板可以替代木质中密度纤维板或刨花板，用于家具制造及室内装修，其工艺条件无需改变，应用无甲醛黏胶剂制造的人造板在家具制造及室内装修中具有独特的优势。

但是目前我国秸秆板材产品存在质量等方面的问题制约我国秸秆造板行业进一步扩张。首先在制造过程中广泛使用价格便宜的甲醛系粘合剂，造成了产品质量问题严重。甲醛轻度中毒会致人头晕脑胀，严重者甚至可能得白血病，危及生命。为此，国标GB18580-2001《室内装饰装修材料、人造板及其制品中甲醛释放限量》有望做出修订，剔除甲醛释放限量E2等级。其次由于秸秆本身表面的蜡质层和硅类化合物的存在，用一般的脲醛胶难以适应，为达到效果及环保要求，秸秆人造板生产可采用无甲醛的异氰酸酯胶粘剂，该胶粘剂具有胶合强度高，用胶量低，可在高含水率下胶合等优点，但是价格昂贵，造成产品单位成本升高，而且异氰酸酯胶粘剂还存在热压过程中会有粘板的缺点。另外，现有秸秆板材任然普遍存在防水性差，遇水膨胀率大，容易变形，握螺钉力差，含胶量大的问题。要解决这些问题对制备工艺较高，且板材要达到一定密度。

秸秆主要成分包括纤维素40-50%，半纤维素10-30%，木质素15-30%。在秸秆细胞壁中，半纤维素与木质素之间有化学键的联接，与纤维素之间有氢键的联接，限制了纤维素及半纤维素从细胞壁中的分离，降低了其利用率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种木塑板，以解决现有秸秆板材防水性差，遇水膨胀率大，容易变形，握螺钉力差，含胶量大的问题。

本发明的另一个目的在于提供一种木塑板的制备方法。

为了达到上述目的，一种木塑板，包括下列重量份的原料：秸秆细粉70—90份、二苯基甲烷二异氰酸酯0.5—1份、聚乳酸与羧甲基复合淀粉10—30份；其中聚乳酸与羧甲基复合淀粉制作时，聚乳酸的加入量为羧甲基淀粉质量的6—10倍。

优选地，一种木塑板，包括下列重量份的原料：秸秆细粉90份、二苯基甲烷二异氰酸酯0.7份、聚乳酸与羧甲基复合淀粉10份。

优选地，羧甲基淀粉选自市售取代度为0.3-0.6的工业羧甲基淀粉。聚乳酸选自市售分子量为8.0万～15万的聚乳酸。

上述木塑板的制备方法，其特征在于它包括下列步骤：

A. 秸秆预处理

秸秆清洗除杂后，截成小段；称取NaOH溶入水中，形成1-3%的碱溶液；将秸秆加入碱液中，加热至80—100℃，浸泡1—2h，过滤，获得秸秆粗粉，用水清洗至水显中性为止，烘干备用；

B、单层秸秆复合板材的制备

B1、羧甲基淀粉置入滚筒预糊化干燥得预糊化羧甲基淀粉，转入高速混合机，加入占羧甲基淀粉质量30—45%的甘油，40—50℃温度下混合均匀，静置4—6h，得甘油塑化羧甲基淀粉；

B2、聚乳酸在90—110℃干燥箱中干燥10—14小时，干燥好的聚乳酸加入高速混合机，聚乳酸的加入量为羧甲基淀粉质量的6—10倍，在40—50℃温度下与步骤B1中甘油塑化羧甲基淀粉共混8—10min，静置2—4h；

B3、取步骤A秸秆预处理获得的部分秸秆粗粉进行细粉碎，过150—200目筛，获得秸秆细粉，取秸秆细粉70—90份、二苯基甲烷二异氰酸酯0.5—1份、聚乳酸与羧甲基复合淀粉10—30份，在高速混合机中常温条件下共混8—10min；

B4、步骤B3获得共混物转入板材挤出设备中挤出成型，得单层秸秆复合板材。

优选地，所述步骤A中秸秆与碱溶液的料液质量比为1:10。

优选地，所述步骤B1中甘油分三次加入，每隔十分钟加一次。

优选地，所述步骤B4中板材挤出设备（现有）挤出成型过程从加料段至均化段各区的温度分别为：150℃～160℃、160℃～170℃、170℃～180℃、180℃～190℃，获得5—12mm厚的单层秸秆复合板材。

优选地，上述木塑板的制备方法，还包括秸秆三层复合板的制备过程，取步骤A秸秆预处理获得的另一部分秸秆粗粉置入喷胶机，喷入占秸秆粗粉质量5—8%的木材粘合剂，混匀后在10—30Mpa 的压力，140—180℃温度下，热压10—20min，压制成5—6mm 厚的板材，并保持压力至板材冷，成型的板材进行裁边整理，得板材B；选取尺寸一致、厚度相同的两块权利要求3—6制得的单层秸秆复合板材和一块板材B，板材B置于两块单层秸秆复合板材之间，板之间涂板材胶，在10—30Mpa 的压力，140—180℃温度下，热压10—30min，获得秸秆三层复合板。其中木材粘合剂为无甲醛可降解生物质粘合剂，优选市售二苯基甲烷二异氰酸酯胶。

本发明以秸秆纤维素为主要原料，复配聚乳酸、淀粉等成分制备木塑板，具有以下优点：

1.秸秆经碱化及热水处理后，可以去除秸秆表面蜡质及硅类化合物，解开部分纤维素、半纤维素与木质素和在一起的状态。可以提高木材粘合剂粘结力，减少粘合剂用量。同时也可以提高可塑性材料与纤维素、半纤维素的共混程度，提高板材性能；

2.聚乳酸是一种热塑性脂肪族聚酯，一般具有良好的机械和加工性能，且聚乳酸可快速降解，因此聚乳酸是一种具备良好的使用性能的绿色塑料；

3.羧甲基淀粉具有亲水性强、粘结力好等优点，将羧甲基淀粉与聚乳酸进行交联可改善聚乳酸材料性质，增强其吸水性以及冲击韧性，提高材料的使用性能，。并且能够增加聚乳酸材料与纤维素相容性；

4.本发明将甘油作为塑化剂，羧甲基淀粉与聚乳酸共混材料作为可塑性材料，与秸秆纤维混合，加入二苯基甲烷二异氰酸酯作为共混交联剂，二苯基甲烷二异氰酸酯与淀粉、聚乳酸以及纤维分子上的-COOH基以及-OH基具有高度反应性，而形成氨基甲酸酯键，在各成分之间起界面兼容剂的作用，可作为共混交联剂及粘合剂，二苯基甲烷二异氰酸酯加入量较少（0.5-1%）就可以起到很好的作用。经加热挤压工艺，紧密结合形成复合板材，兼具木材和塑料的性能优点，具有耐腐蚀、不翘曲、维修方便的优点。且本发明产品材料都为可生物降解材料，对自然环境不会造成污染，且不含甲醛等对人体有害的物质。

5. 本发明方法获得的单层秸秆复合板材，可用作各种装饰条、装饰板、装饰件、天花板、壁板等。其技术性能如下表1：

6.本发明木塑板材还可与以秸秆为原料，加入胶黏剂，热压获得的秸秆板材结合制备三合板。获得产品硬度高，强度大、不易变形、承重力强，可用作家具制作、室内外各种铺板、栅栏、建筑模板、隔墙隔音板、活动房屋、防潮隔板、楼梯板、水上建筑、路板等。

具体实施方式

下面的实施例可以进一步说明本发明，但不以任何方式限制本发明。

实施例中羧甲基淀粉选自市售取代度为0.3-0.6的工业羧甲基淀粉。聚乳酸选自市售分子量为8.0万～15万的聚乳酸。木材粘合剂为无甲醛可降解生物质粘合剂，优选市售二苯基甲烷二异氰酸酯胶。

实施例1—制备秸秆三层复合板

A、秸秆预处理

秸秆清洗除杂后，截成0.5cm长的小段；称取NaOH溶入水中，形成1%的碱溶液；将秸秆加入碱液中，秸秆与碱溶液的料液质量比为1:10；加热至100℃，浸泡1h，过滤，获得秸秆粗粉，用水清洗至水显中性为止，烘干，备用。

B、单层秸秆复合板材的制备

1、将80kg羧甲基淀粉置入滚筒预糊化干燥得预糊化羧甲基淀粉，转入高速混合机，加入占羧甲基淀粉质量30%的甘油，甘油分三次加入，每隔十分钟加一次；在50℃温度下混合均匀，静置6h，得甘油塑化羧甲基淀粉；

2、聚乳酸在90℃干燥箱中干燥10小时，聚乳酸的加入量为羧甲基淀粉质量的6倍，干燥好的聚乳酸加入高速混合机，在45℃温度下与步骤1中甘油塑化羧甲基淀粉共混8min，静置4h，得聚乳酸与羧甲基复合淀粉；

3、取步骤A秸秆预处理获得的部分秸秆粗粉进行细粉碎，过180目筛，获得秸秆细粉，取秸秆细粉75kg，称取二苯基甲烷二异氰酸酯1kg，取聚乳酸与羧甲基复合淀粉25kg，在高速混合机中，在常温条件下共混9min；

4、步骤3获得共混物转入板材挤出设备中挤出成型，从加料段至均化段各区的温度分别为：150℃，160℃，170℃，180℃，获得6mm厚的复合板材A。

C、秸秆三层复合板制备

1、取步骤A秸秆预处理获得的部分秸秆粗粉置入喷胶机，喷入占秸秆粗粉质量5%的木材粘合剂，进行混合，混匀后在30Mpa 的压力、160℃温度下，热压20min，压制成6mm 厚的板材；并保持压力至板材冷，成型的板材进行裁边整理，得板材B；

2、选取尺寸一致6mm厚的两块板材A和一块板材B，其中板材B置于两块板材A之间，板之间涂板材胶，在30Mpa 的压力，180℃温度下，热压20min，获得秸秆三层复合板。

实施例2—制备单层秸秆复合板材

A、秸秆预处理

秸秆清洗除杂后，截成1cm长的小段，称取NaOH溶入水中，形成2%的碱溶液，将秸秆加入碱液中，秸秆与碱溶液的料液质量比为1:10，加热至90℃浸泡2h，过滤获得秸秆粗粉用水清洗至水显中性为止，烘干，备用。

B、单层秸秆复合板材（复合板材A）的制备

1、取120kg羧甲基淀粉置入滚筒预糊化干燥得预糊化羧甲基淀粉，转入高速混合机，加入占羧甲基淀粉质量35%的甘油，甘油分三次加入，每隔十分钟加一次。45℃混合均匀，静置5h。得甘油塑化羧甲基淀粉；

2、聚乳酸110℃干燥箱中干燥14小时。干燥好的聚乳酸加入高速混合机，聚乳酸的加入量为羧甲基淀粉质量的7倍，在50℃温度下与步骤1中甘油塑化羧甲基淀粉共混9min，静置3h，得聚乳酸与羧甲基复合淀粉；

3、取步骤A秸秆预处理获得的部分秸秆粗粉进行细粉碎，过190目筛，获得秸秆细粉取质量份数80份，称取质量份数0.9份的二苯基甲烷二异氰酸酯，取聚乳酸与羧甲基复合淀粉20kg，在高速混合机中常温条件下共混10min；

4、步骤3获得共混物转入板材挤出设备中挤出成型，从加料段至均化段各区的温度分别为：160℃、170℃、180℃、190℃，获得9mm厚的单层秸秆复合板材。

实施例3—制备单层秸秆复合板材

A、秸秆预处理

秸秆清洗除杂后，截成0.75cm长的小段，称取NaOH溶入水中，形成3%的碱溶液，将秸秆加入碱液中，秸秆与碱溶液的料液质量比为1:10，加热至80℃浸泡2h，过滤获得秸秆粗粉用水清洗至水显中性为止，烘干，备用。

B、单层秸秆复合板材（复合板材A）的制备

1、取100kg羧甲基淀粉置入滚筒预糊化干燥得预糊化羧甲基淀粉，转入高速混合机，加入占羧甲基淀粉质量40%的甘油，甘油分三次加入，每隔十分钟加一次。40℃混合均匀，静置4h。得甘油塑化羧甲基淀粉；

2、聚乳酸100℃干燥箱中干燥12小时。干燥好的聚乳酸加入高速混合机，聚乳酸的加入量为羧甲基淀粉质量的8倍，在40℃温度下与步骤1中甘油塑化羧甲基淀粉共混10min，静置2h，得聚乳酸与羧甲基复合淀粉；

3、取步骤A秸秆预处理获得的部分秸秆粗粉进行细粉碎，过200目筛，获得秸秆细粉取质量份数90份，称取质量份数0.7份的二苯基甲烷二异氰酸酯，取聚乳酸与羧甲基复合淀粉10kg，在高速混合机中常温条件下共混8min；

4、步骤3获得共混物转入板材挤出设备中挤出成型，从加料段至均化段各区的温度分别为：155℃、165℃、175℃、185℃，获得12mm厚的单层秸秆复合板材。

本实施例制成的板材质量最好。

实施例4—制备秸秆三层复合板

A、秸秆预处理

秸秆清洗除杂后，截成0.5cm长的小段，称取NaOH溶入水中，形成2%的碱溶液，将秸秆加入碱液中，秸秆与碱溶液的料液质量比为1:10，加热至80℃浸泡2h，过滤获得秸秆粗粉用水清洗至水显中性为止，烘干，备用。

B、单层秸秆复合板材（复合板材A）的制备

1、取100kg羧甲基淀粉置入滚筒预糊化干燥得预糊化羧甲基淀粉，转入高速混合机，加入占羧甲基淀粉质量45%的甘油，甘油分三次加入，每隔十分钟加一次。45℃混合均匀，静置5h。得甘油塑化羧甲基淀粉；

2、聚乳酸100℃干燥箱中干燥12小时。干燥好的聚乳酸加入高速混合机，聚乳酸的加入量为羧甲基淀粉质量的9倍，在50℃温度下与步骤1中甘油塑化羧甲基淀粉共混10min，静置2h，得聚乳酸与羧甲基复合淀粉；

3、取步骤A秸秆预处理获得的部分秸秆粗粉进行细粉碎，过160目筛，获得秸秆细粉取质量份数75份，称取质量份数0.8份的二苯基甲烷二异氰酸酯，取聚乳酸与羧甲基复合淀粉25kg，在高速混合机中常温条件下共混10min；

4、步骤3获得共混物转入板材挤出设备中挤出成型，从加料段至均化段各区的温度分别为： 160℃、170℃、180℃、190℃。获得6mm厚的复合板材A。

C、秸秆三层复合板制备

1、取步骤A秸秆预处理获得的部分秸秆粗粉，置入喷胶机，喷入占秸秆粗粉质量8%的木材粘合剂，进行混合，混匀后在30Mpa 的压力下，140℃温度下，热压20min，压制成6mm 厚的板材；并保持压力至板材冷，成型的板材进行裁边整理，得板材B。

2、选取尺寸一致6mm厚的两块板材A和一块板材B，其中板材B置于两块板材A之间，板之间涂板材胶，在30Mpa 的压力，140℃温度，热压30min，获得秸秆三层复合板。

实施例5—制备秸秆三层复合板

A、秸秆预处理

秸秆清洗除杂后，截成1cm长的小段，称取NaOH溶入水中，形成1%的碱溶液，将秸秆加入碱液中，秸秆与碱溶液的料液质量比为1:10，加热至100℃浸泡1h，过滤获得秸秆粗粉用水清洗至水显中性为止，烘干，备用。

B、单层秸秆复合板材（复合板材A）的制备

1、取100kg羧甲基淀粉置入滚筒预糊化干燥得预糊化羧甲基淀粉，转入高速混合机，加入占羧甲基淀粉质量45%的甘油，甘油分三次加入，每隔十分钟加一次。40℃混合均匀，静置6h。得甘油塑化羧甲基淀粉；

2、聚乳酸100℃干燥箱中干燥12小时。干燥好的聚乳酸加入高速混合机，聚乳酸的加入量为羧甲基淀粉质量的10倍，在45℃温度下与步骤1中甘油塑化羧甲基淀粉共混9min，静置3h，得聚乳酸与羧甲基复合淀粉；

3、取步骤A秸秆预处理获得的部分秸秆粗粉，进行细粉碎，过150目筛，获得秸秆细粉取质量份数70份，称取质量份数0.5份的二苯基甲烷二异氰酸酯，取聚乳酸与羧甲基复合淀粉30kg，在高速混合机中常温条件下共混9min；

4、步骤3获得共混物转入板材挤出设备中挤出成型，从加料段至均化段各区的温度分别为：150℃、160℃、170℃、180℃，获得5mm厚的复合板材A。

C、秸秆三层复合板制备

1、取步骤A秸秆预处理获得的部分秸秆粗粉置入喷胶机，喷入占秸秆粗粉质量7%的木材粘合剂，进行混合，混匀后在20Mpa 的压力下，170℃温度下，热压10min，压制成5mm 厚的板材；并保持压力至板材冷，成型的板材进行裁边整理，得板材B；

2、选取尺寸一致5mm厚的两块板材A和一块板材B，其中板材B置于两块板材A之间，板之间涂板材胶，在20Mpa 的压力，160℃温度，热压10min，获得秸秆三层复合板。

实施例6—制备秸秆三层复合板

A、秸秆预处理

秸秆清洗除杂后，截成1cm长的小段，称取NaOH溶入水中，形成2%的碱溶液，将秸秆加入碱液中，秸秆与碱溶液的料液质量比为1:10，加热至90℃浸泡2h，过滤获得秸秆粗粉用水清洗至水显中性为止，烘干，备用。

B、单层秸秆复合板材（复合板材A）的制备

1、取100kg羧甲基淀粉置入滚筒预糊化干燥得预糊化羧甲基淀粉，转入高速混合机，加入占羧甲基淀粉质量40%的甘油，甘油分三次加入，每隔十分钟加一次。45℃混合均匀，静置4h。得甘油塑化羧甲基淀粉；

2、聚乳酸100℃干燥箱中干燥12小时。干燥好的聚乳酸加入高速混合机，聚乳酸的加入量为羧甲基淀粉质量的7倍，在40℃温度下与步骤1中甘油塑化羧甲基淀粉共混8min，静置4h，得聚乳酸与羧甲基复合淀粉；

3、取步骤A秸秆预处理获得的部分秸秆粗粉，过170目筛，获得秸秆细粉取质量份数85份，称取质量份数0.6份的二苯基甲烷二异氰酸酯，取聚乳酸与羧甲基复合淀粉15kg，在高速混合机中常温条件下共混8min；

4、步骤3获得共混物转入板材挤出设备中挤出成型，从加料段至均化段各区的温度分别为：160℃、170℃、180℃、190℃,获得5mm厚的复合板材A。

C、秸秆三层复合板制备

1、取步骤A秸秆预处理获得的部分秸秆粗粉，置入喷胶机，喷入占秸秆粗粉质量6%的木材粘合剂，进行混合，混匀后在10Mpa 的压力下，180℃温度下，热压10min，压制成5mm 厚的板材；并保持压力至板材冷，成型的板材进行裁边整理，得板材B。

2、选取尺寸一致5mm厚的两块板材A和一块板材B，其中板材B置于两块板材A之间，板之间涂板材胶，在10Mpa 的压力，170℃温度，热压20min，获得秸秆三层复合板。

Claims (9)

1.一种木塑板，其特征在于它包括下列重量份的原料：秸秆细粉70—90份、二苯基甲烷二异氰酸酯0.5—1份、聚乳酸与羧甲基复合淀粉10—30份；其中聚乳酸与羧甲基复合淀粉制作时，聚乳酸的加入量为羧甲基淀粉质量的6—10倍。

2.根据权利要求1所述的一种木塑板，其特征在于它包括下列重量份的原料：秸秆细粉90份、二苯基甲烷二异氰酸酯0.7份、聚乳酸与羧甲基复合淀粉10份。

3.根据权利要求1或2所述的一种木塑板，其特征在于：羧甲基淀粉选自市售取代度为0.3-0.6的工业羧甲基淀粉。

4.根据权利要求3所述的一种木塑板，其特征在于：聚乳酸选自市售分子量为8.0万～15万的聚乳酸。

5.权利要求1所述木塑板的制备方法，其特征在于它包括下列步骤：

A. 秸秆预处理

秸秆清洗除杂后，截成小段；称取NaOH溶入水中，形成1-3%的碱溶液；将秸秆加入碱液中，加热至80—100℃，浸泡1—2h，过滤，获得秸秆粗粉，用水清洗至水显中性为止，烘干备用；

B、单层秸秆复合板材的制备

B1、羧甲基淀粉置入滚筒预糊化干燥得预糊化羧甲基淀粉，转入高速混合机，加入占羧甲基淀粉质量30—45%的甘油，40—50℃温度下混合均匀，静置4—6h，得甘油塑化羧甲基淀粉；

B2、聚乳酸在90—110℃干燥箱中干燥10—14小时，干燥好的聚乳酸加入高速混合机，聚乳酸的加入量为羧甲基淀粉质量的6—10倍，在40—50℃温度下与步骤B1中甘油塑化羧甲基淀粉共混8—10min，静置2—4h；

B3、取步骤A秸秆预处理获得的部分秸秆粗粉进行细粉碎，过150—200目筛，获得秸秆细粉，取秸秆细粉70—90份、二苯基甲烷二异氰酸酯0.5—1份、聚乳酸与羧甲基复合淀粉10—30份，在高速混合机中常温条件下共混8—10min；

B4、步骤B3获得共混物转入板材挤出设备中挤出成型，得单层秸秆复合板材。

6.根据权利要求5所述的木塑板的制备方法，其特征在于：所述步骤A中秸秆与碱溶液的料液质量比为1:10。

7.根据权利要求6所述的木塑板的制备方法，其特征在于：所述步骤B1中甘油分三次加入，每隔十分钟加一次。

8.根据权利要求7所述的木塑板的制备方法，其特征在于：所述步骤B4中板材挤出设备挤出成型过程从加料段至均化段各区的温度分别为：150℃～160℃、160℃～170℃、170℃～180℃、180℃～190℃，获得5—12mm厚的单层秸秆复合板材。

9.根据权利要求5至8任意一项所述的木塑板的制备方法，其特征在于：它还包括秸秆三层复合板的制备过程，取步骤A秸秆预处理获得的另一部分秸秆粗粉置入喷胶机，喷入占秸秆粗粉质量5—8%的木材粘合剂，混匀后在10—30Mpa 的压力，140—180℃温度下，热压10—20min，压制成5—6mm 厚的板材，并保持压力至板材冷，成型的板材进行裁边整理，得板材B；选取尺寸一致、厚度相同的两块权利要求3—6制得的单层秸秆复合板材和一块板材B，板材B置于两块单层秸秆复合板材之间，板之间涂板材胶，在10—30Mpa 的压力，140—180℃温度下，热压10—30min，获得秸秆三层复合板。