CN105583935A - 一种基于壳聚糖共混木质素制备环保型纤维板的方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于壳聚糖共混木质素制备环保型纤维板的方法，本发明属于木质人造板制造技术领域，涉及一种环保型纤维板的制造方法。本方法要解决现有纤维板制造方法排放甲醛、危害人体健康，而传统的造纸废液木质素磺酸盐大量浪费、污染环境的问题。本发明以壳聚糖和木质素磺酸铵共混物为粘合剂，通过将壳聚糖共混木质素磺酸铵作为粘合剂再与林木剩余物木纤维混合，采用热压法制成环保型纤维板。产品可用于家具、装修以及建筑装饰等领域。此种方法工艺简单，成本低廉，同时又利用了造纸废液，还避免了传统人造板游离甲醛释放的污染，是一种绿色环保的纤维板制造技术，适合工业化推广。

Description

一种基于壳聚糖共混木质素制备环保型纤维板的方法
技术领域
本发明涉及一种环保型纤维板的制造方法，具体涉及一种通过以壳聚糖共混木质素磺酸铵为粘合剂制备环保型纤维板的方法。
背景技术
在世界林木资源日益匮乏的今天，人造板行业得到了迅速发展，随之带来了甲醛的释放问题，严重威胁着居室环境和人体健康；木质素是植物界中存量第二的天然高分子化合物，然而最常见的来源于制浆造纸废液中的木质素不仅没有得到有效利用，还对环境造成了巨大的污染。
合理高效的利用我国的造纸废液副产品木质素磺酸盐代替现在广为流行的脲醛胶、酚醛胶和三聚氰氨胶作为粘合剂将成为解决上述两大难题的有效方法。但是木质素磺酸盐中的羟基含量较低，导致木质素磺酸盐活性较低，以至于直接利用木质素磺酸盐为粘合剂制备的纤维板强度较低，限制了其作为粘合物质的应用。
综上所述，现有的人造板行业、造纸废液木质素及其作为粘合剂利用方面主要存在以下问题：
一、传统的人造板行业释放的甲醛的会对环境及人体健康产生危害；
二、造纸产生的废液木质素磺酸盐污染环境；
三、直接利用木质素磺酸盐作粘合剂强度较低。
发明内容
本发明要解决传统人造板行业甲醛释放危害人体健康，而造纸行业存在造纸废液木质素磺酸盐污染环境的问题，从而提供一种结合壳聚糖、高效利用木质素磺酸盐作粘合剂制备环保型纤维板的方法。
一种基于壳聚糖共混木质素制备环保型纤维板的方法，具体是按照以下步骤进行的：
一、木纤维的气干处理：选取具有一定长宽比的木纤维，将其放置在空气中气干，得到气干后的木纤维；
二、粘合剂的配置：按质量分数称取85份～94份的水，1份～5份的冰醋酸，1份～8份的壳聚糖和1份～8份的木质素磺酸铵；然后将1份～8份的壳聚糖固体粉末和1份～8份的木质素磺酸铵固体粉末均匀混合，再将1份～5份的冰醋酸倒入85份～94份的水中，搅拌均匀，最后再将混合均匀的将1份～8份的壳聚糖固体粉末和1份～8份的木质素磺酸铵固体粉末加入到搅拌好的冰醋酸水溶液中，得到壳聚糖共混木质素磺酸铵粘合剂；
三、混料、拌胶与预处理：按质量分数称取88份～99份步骤一中所得的气干木纤维和1份～12份步骤二中所得的粘合剂，将88份～99份木纤维加入到高速混料机中，开动高速混料机将木纤维粉碎细化1min～5min，然后将1份～12份粘合剂加入到高速混料机中，混合搅拌1min～6min，将得到的混合均匀的物料置于空气中预处理，待其水分蒸发掉部分后，得到预处理的混合物料；
四、热压成板：将步骤三中所得的混合物料放于模具中预压，得到一定厚度的板坯，再将板坯置于热压机中，在热压温度120℃～180℃条件下用5MPa～11MPa的压力压制1min～3min，然后泄压至2MPa～5MPa压制2min～4min，再加压至5MPa～11MPa压制2min～4min，接着泄压至1MPa～5MPa压制1min～3min，最后完全泄压，取出板坯经裁边后得到环保型纤维板。
本发明的有益效果是：一、解决了传统人造板甲醛释放危害人类健康的问题，以此种方法制备的纤维板不含甲醛，避免了甲醛污染；二、利用了造纸废液木质素磺酸盐，降低了造纸废液对环境造成的污染；三、以此种方法制备的纤维板的强度满足GB/T11718-2009干燥状态下使用的普通型中密度纤维板(MDF-GPREG)性能要求，实现了木质素磺酸盐直接作为粘合剂使用时粘合强度的高效提升；四、本发明采用壳聚糖共混木质素磺酸盐作粘合剂，壳聚糖来源于自然界广泛存在的几丁质，具有优良的生物降解性和生物亲和性，因此本发明绿色环保无污染；五、本发明采用共混的方式制备环保新型粘合剂，工艺简单方便，制备时间短，生产成本低。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举得具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式所叙述的一种基于壳聚糖共混木质素制备环保型纤维板的方法，具体是按照以下步骤进行的：
一、木纤维的气干处理：选取具有一定长宽比的木纤维，将其放置在空气中气干，得到气干后的木纤维；
二、粘合剂的配置：按质量分数称取85份～94份的水，1份～5份的冰醋酸，1份～8份的壳聚糖和1份～8份的木质素磺酸铵；然后将1份～8份的壳聚糖固体粉末和1份～8份的木质素磺酸铵固体粉末均匀混合，再将1份～5份的冰醋酸倒入85份～94份的水中，搅拌均匀，最后再将混合均匀的将1份～8份的壳聚糖固体粉末和1份～8份的木质素磺酸铵固体粉末加入到搅拌好的冰醋酸水溶液中，得到壳聚糖共混木质素磺酸铵粘合剂；
三、混料、拌胶和预处理：按质量分数称取88份～99份步骤一中所得的气干木纤维和1份～12份步骤二中所得的粘合剂，将88份～99份木纤维加入到高速混料机中，开动高速混料机将木纤维粉碎细化1min～5min，然后将1份～12份粘合剂加入到高速混料机中，混合搅拌1min～6min，将得到的混合均匀的物料置于空气中预处理，待其水分蒸发掉部分后，得到预处理的混合物料；
四、热压成板：将步骤三中所得的混合物料放于模具中预压，得到一定厚度的板坯，再将板坯置于热压机中，在热压温度120℃～180℃条件下用5MPa～11MPa的压力压制1min～3min，然后泄压至2MPa～5MPa压制2min～4min，再加压至5MPa～11MPa压制2min～4min，接着泄压至1MPa～5MPa压制1min～3min，最后完全泄压，取出板坯经裁边后得到环保型纤维板。
本实施方式步骤一中所述的木纤维，其来源包括但不局限于林区采伐剩余物、木材加工废弃物和粉碎后的小径级木材等。木纤维来源广泛，利用来源于林区采伐剩余物、木材加工废弃物和粉碎后的小径级木材的木纤维不仅可以实现林木废弃资源的再利用，还可以避免大径级材、优质木材的浪费。
本实施方式步骤一中所述的气干后的木纤维，通常情况下气干后木纤维含水率在8％～15％之间。
本实施方式步骤四中所述的模具，其大小、式样可以根据最终纤维板成品的规格进行选择，以确保最终制得的纤维板密度在0.55g/cm3～0.88g/cm3之间。
以壳聚糖共混木质素磺酸铵为粘合剂制备纤维板的成板机理是：壳聚糖具有许多独特的生物活性，它的分子结构是由β(l,4)糖苷键连接的N-乙酰-D-葡萄糖胺与D-葡萄糖胺的二聚体的重复，因此其富含羟基和氨基，易与其它电负性强的分子基团形成氢键，这使其粘性很高，壳聚糖本身所具有的这种高粘性是它能应用于制造木材胶粘剂的先决条件；但是，壳聚糖的水溶液粘性过高，极难溶解，当它作为粘合剂时极难与木纤维混合均匀，而木质素磺酸铵虽然有很多种活性基团，有较多的羟基，但是其空间位阻较大，分散性较高，化学结构庞大复杂，使得木质素磺酸铵反应活性不够，造木质素磺酸铵溶液粘度不高；将木质素磺酸铵与壳聚糖共混，一方面可以提高壳聚糖的溶解度，改善壳聚糖在木纤维中的分散性，另一方面可以提高木质素磺酸铵溶液的粘性，同时木质素磺酸铵与壳聚糖之间可形成氢键连接，易使粘合剂分子在热压时形成大分子，提高粘合强度。综上所述，高反应活性、高粘度的壳聚糖溶液与相对低反应活性、低粘度的木质素磺酸铵溶液共混，可以使得共混溶液在具有大量羟基和氨基、保持高反应活性的同时维持合适的粘度，使得粘合剂在与木纤维共混时容易分散，同时又可以在热压时与木纤维形成氢键结合，使所得的纤维板获得较高的力学强度。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中按质量分数称取88份～92份的水，2份～4份的冰醋酸，2份～6份的壳聚糖和2份～6份的木质素磺酸铵，此质量配比的水、冰醋酸、壳聚糖和木质素磺酸铵添加量，既可以保证壳聚糖与木质素磺酸铵能够很好的溶解，又能确保溶液不太粘，此质量配比可以根据实际情况进行微调，从而达到最好的胶粘效果。其他步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤三中按质量分数称取90份～98份的气干木纤维和2份～10份壳聚糖共混木质素磺酸铵粘合剂，此质量配比的木纤维与粘合剂既可以保证所压成的板具有较好的胶合强度，还可以避免过多粘合剂造成的木纤维含水率过高、难以热压的问题，同时又避免了粘合剂过多造成的浪费，此质量配比可以根据实际情况进行微调，从而使成板达到最好的胶合强度。其他步骤与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤三中控制木纤维粉碎细化时间为1min～2min，混合搅拌时间为2min～4min，此粉碎细化时间既可以使纤维之间分散开，又可以避免纤维过于细化、导致胶合强度下降，此混合搅拌时间既可以使粘合剂与木纤维混合均匀，又能避免木纤维过于粉碎、导致胶合强度下降，此粉碎细化时间与混合搅拌时间可以根据纤维的长细比、纤维的结团情况以及粘合剂的粘度进行微调，从而达到最好的混料效果。其他步骤与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤三中控制水分蒸发掉部分后混合物料的含水率维持在40％～65％之间，此含水率区间既可以使热压期间木纤维得到充分软化、降低纤维内部应力，又可以避免含水率过高导致的难以热压的问题。其他步骤与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤四中具体的热压步骤如下：在热压压力140℃～170℃条件下用6MPa～9MPa的压力压制1min～2min，然后泄压至2MPa～4MPa压制2.5min～3.5min，再加压至6MPa～9MPa压制2.5min～3.5min，接着泄压至1MPa～3MPa压制1min～2min，最后完全泄压，此热压曲线既可以保证粘合剂与木纤维之间紧密接触、充分反应、使成板具有较高的力学强度，又能使板坯之中的水分蒸发掉、使成板维持与环境近似的含水率。其他步骤与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤四中得到板坯的厚度为最终纤维板厚度的6倍～10倍，此厚度可以保证板坯维持一定的形状、有利于热压，又可以避免预压压力过大导致的能源浪费。其他步骤与具体实施方式一至六之一相同。
采用本发明制备的环保型纤维板不含甲醛，绿色健康，同时根据国家标准(GB/T17657-2013)测定利用本发明方法制造的环保型纤维板的力学强度，得到的结果与国家标准(GB/T11718-2009)关于普通型中密度纤维板力学强度的规定进行对比，如表1所示。
表1：中密度纤维板力学强度对比结果
测试指标 测试结果 国标规定 是否达标
内结合强度(MPa) 1.28 0.60 达标
弹性模量(MPa) 3110.98 2600 达标
静曲强度(MPa) 27.83 26.0 达标
24h吸水厚度膨胀率(％) 12.98 35.0 达标
经比较，以壳聚糖共混木质素磺酸铵为粘合剂制备的环保型纤维板，其内结合强度、弹性模量、静曲强度和24h吸水厚度膨胀率都满足国家标准(GB/T11718-2009)关于普通型中密度纤维板的规定；并且以壳聚糖共混木质素磺酸铵为粘合剂制备的环保型纤维板绿色健康环保，工艺简单方便，制备时间短，生产成本也低。

Claims (6)

1.一种基于壳聚糖共混木质素磺酸铵制备环保型纤维板的方法，其特征在于所述方法是通过以下步骤实现的：
(1)木纤维的气干处理：选取具有一定长宽比的木纤维，将其放置在空气中气干，得到气干后的木纤维；
(2)粘合剂的配置：按质量分数称取85份～94份的水，1份～5份的冰醋酸，1份～8份的壳聚糖和1份～8份的木质素磺酸铵；然后将1份～8份的壳聚糖固体粉末和1份～8份的木质素磺酸铵固体粉末均匀混合，再将1份～5份的冰醋酸倒入85份～94份的水中，搅拌均匀，最后再将混合均匀的将1份～8份的壳聚糖固体粉末和1份～8份的木质素磺酸铵固体粉末加入到搅拌好的冰醋酸水溶液中，得到壳聚糖共混木质素磺酸铵粘合剂；
(3)混料、拌胶与预处理：按质量分数称取88份～99份步骤(1)中所得的气干木纤维和1份～12份步骤(2)中所得的粘合剂，将88份～99份木纤维加入到高速混料机中，开动高速混料机将木纤维粉碎细化1min～5min，然后将1份～12份粘合剂加入到高速混料机中，混合搅拌1min～6min，将得到的混合均匀的物料置于空气中预处理，待其水分蒸发掉部分后，得到预处理的混合物料；
(4)热压成板：将步骤(3)所得的混合物料放于模具中预压，得到一定厚度的板坯，再将板坯至于热压机中，在热压压力120℃～180℃条件下用5MPa～11MPa的压力压制1min～3min，然后泄压至2MPa～5MPa压制2min～4min，再加压至5MPa～11MPa压制2min～4min，接着泄压至1MPa～5MPa压制1min～3min，最后完全泄压，取出板坯经裁边后得到环保型纤维板。
2.根据权利要求1所述一种基于壳聚糖共混木质素磺酸铵制备环保型纤维板的方法，其特征在于步骤(2)中按质量分数称取88份～92份的水，2份～4份的冰醋酸，2份～6份的壳聚糖和2份～6份的木质素磺酸铵。
3.根据权利要求1所述一种基于壳聚糖共混木质素磺酸铵制备环保型纤维板的方法，其特征在于步骤(3)中按质量分数称取90份～98份的气干木纤维和2份～10份壳聚糖共混木质素磺酸铵粘合剂。
4.根据权利要求1所述一种基于壳聚糖共混木质素磺酸铵制备环保型纤维板的方法，其特征在于步骤(3)中所述木纤维粉碎细化时间为1min～2min，混合搅拌时间为2min～4min。
5.根据权利要求1所述一种基于壳聚糖共混木质素磺酸铵制备环保型纤维板的方法，其特征在于步骤(3)中所述的水分蒸发掉部分后混合物料的含水率为40％～65％。
6.根据权利要求1所述一种基于壳聚糖共混木质素磺酸铵制备环保型纤维板的方法，其特征在于步骤(4)中具体的热压步骤如下：在热压压力140℃～170℃条件下用6MPa～9MPa的压力压制1min～2min，然后泄压至2MPa～4MPa压制2.5min～3.5min，再加压至6MPa～9MPa压制2.5min～3.5min，接着泄压至1MPa～3MPa压制1min～2min，最后完全泄压。
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