CN105856379A - 环保型高强度木质纤维素板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环保型高强度木质纤维素板及其制备方法,所述环保型高强度木质纤维素板的制备方法包括以下步骤:(1)植物原料前处理:直接取尺寸小于40目的木质纤维素粉料;或取尺寸范围为2~80目的富含木质纤维素纤维的植物原料进行闪爆处理得木质纤维素纤维;(2)与胶粘剂混合,所述胶粘剂为PVA和/或明胶;(3)铺装;(4)热压;(5)冷却成型。本发明环保型高强度木质纤维素板的制备方法过程较简单,全程无酸碱等试剂的使用,无污染,环保,所制得的环保型高强度木质纤维素板力学强度高,实现可再生资源无污染高值化综合利用。
Description
技术领域
本发明涉及人造板领域,特别是涉及一种环保型高强度木质纤维素板及其制备方法。
背景技术
木质纤维素是构成植物细胞壁的主要物质,其主要成分为纤维素、半纤维素和木质素。木质纤维素是一种新型的环境友好型材料,其来源广、可降解、成本低、力学性能优异,所制备成的复合材料广泛应用于建筑、装饰等日常生活中。因此,具有广阔的市场前景和良好的社会经济效益。
利用废弃木质纤维素制备木质纤维素板是植物资源利用的一种重要途径,当前,对废弃木质纤维素利用主要分为两类,第一类是木塑复合材料。其一般在对木质纤维素原料进行适当改性处理后与PP、PE、ABS等塑料混合,再制备相应的复合材料。然而,一方面,亲水性的木质纤维素与疏水性的聚合物基体之间相容性很差,二者间存在着界面不相容问题;另一方面,木塑复合材料中往往塑料用量较大,含有较多不可降解的石油基高分子,因此并不是完全降解的环保材料。第二类是制备成各类人造板,如含胶粘剂的人造板、无胶木质纤维素板等。利用各种热固性胶粘剂(酚醛树脂、脲醛树脂等)制备的人造板,由于木质纤维素板残留有游离甲醛,存在甲醛释放问题,从而给人类健康带来潜在的危害。通常的无胶木质纤维素板虽然不含有甲醛,但普遍存在强度较低、性能不稳定,给使用带来不便。
目前,尚比较缺少新型的环保型高强度木质纤维素板的制造方法以及相关的成型配方。
发明内容
基于此,有必要针对上述问题,提供一种环保型高强度木质纤维素板及其制备方法。
具体技术方案如下:
一种环保型高强度木质纤维素板的制备方法,包括以下步骤:
(1)植物原料前处理
直接取尺寸小于40目的木质纤维素粉料;或取尺寸范围为2~80目的富含木质纤维素纤维的植物原料进行闪爆处理得木质纤维素纤维;
(2)与胶粘剂混合
取以绝干重量计为100重量份的所述木质纤维素粉料或纤维,加入1~25重量份的胶粘剂混合均匀,然后调节含水率至1~25%,备用,所述胶粘剂为PVA和/或明胶;
(3)铺装
将所述步骤(2)中混合好胶粘剂的木质纤维素粉料或纤维置于成型模具框中,铺装均匀,预热压0.5~3min,压力为1~3MPa,得板坯;
(4)热压
将所述步骤(3)所得板坯进行热压成型,所述热压温度为150~250℃,压力为3~15MPa,热压时间为1~15min;
(5)冷却成型
将步骤(4)所得板坯在压力3~15MPa下冷压1~7min,进一步冷却定型后,脱除模具,即得。
在其中一些实施例中,所述步骤(1)为取尺寸范围为2~80目的富含木质纤维素的植物原料后进行闪爆处理得木质纤维素纤维。
在其中一些实施例中,所述步骤(2)中的胶粘剂为PVA,所述木质纤维素粉料或纤维与PVA的重量比为:木质纤维素粉料或纤维以绝干重量计为:100重量份;PVA为:2~10重量份。
在其中一些实施例中,所述步骤(2)中的胶粘剂为明胶,所述木质纤维素粉料或纤维与明胶的重量比为:木质纤维素粉料或纤维以绝干重量计为:100重量份;明胶为:4~15重量份。
在其中一些实施例中,所述步骤(1)中闪爆处理的参数为:闪爆温度120~150℃,压力1~1.5MPa。
在其中一些实施例中,所述步骤(4)中的热压温度为170~230℃,热压压力为5~12MPa,热压时间为3~12min。
在其中一些实施例中,所述步骤(2)中的含水率为6~15%。
在其中一些实施例中,所述植物原料为包括草本植物、木本植物的富含木质纤维素的生物质材料。
在其中一些实施例中,所述步骤(1)中尺寸小于40目的木质纤维素粉料为将植物原料进行破碎处理而达到尺寸小于40目,或是刨花、锯末等木材加工产生的尺寸小于40目的细碎物。
本发明还提供一种上述制备方法所得的环保型高强度木质纤维素板。
本发明相较现有技术的优点以及有益效果为:
本发明的发明人团队针对现有技术中因使用含醛胶粘剂制备木质纤维素板时的游离甲醛释放问题,以及木塑复合材料中木塑中界面不相容的问题,还有无胶木质纤维素板具有成型性能差、力学强度低以及吸水性强的缺点,通过大量的研究,确定出一种力学强度高、可降解的环保型高强度木质纤维素板及其制备方法。
本发明制备方法过程较简单,全程无酸碱等试剂的使用,无污染,其中所优选的胶粘剂PVA以及明胶,与木质纤维素具有较好的相容性,既克服了木塑复合材料的界面不相容问题,也解决了含醛胶粘剂制备木质纤维素板中甲醛释放的问题,且配合优选的用量,以及制备方法中如闪爆等可改善木质纤维素的活性和成型性能的预处理手段,配合大量研究确定的优选的各个步骤以及参数,所得木质纤维素板具有较高的弯曲强度和模量,力学性能好;本发明所得木质纤维素板的密度>0.8g/cm3,属于高密度木质纤维素板;由于所需原料只有木质纤维素、胶粘剂PVA或者明胶、水,因此原料较易获取,且木质纤维素和PVA都是可降解物质,因此制备的木质纤维素板具有环保效益。
本发明环保型高强度木质纤维素板既解决了植物资源浪费的问题,为木质纤维素多元化利用提供了依据,也拓展了复合材料的应用领域,具有广阔的研究前景。
具体实施方式
以下通过实施例进一步说明本发明。
本发明实施例中所用原料均为市售普通原料。
实施例1
一种环保型高强度木质纤维素板的制备方法,包括以下步骤:
(1)植物原料前处理
利用爪式破碎机将桉木破碎成尺寸小于40目的粗碎木质纤维素粉料,随后再从其中过筛出60~100目的木质纤维素粉料(不采取过筛步骤,也可实现本发明的技术效果,在本实施例中,增加过筛步骤可以使原料尺寸更加均匀,更有利于后续的成型效果),称取360g木质纤维素粉料(以木质纤维素粉料的绝干重量计);
(2)与胶粘剂的混合
向木质纤维素粉料中喷洒PVA-0588(此处加入的PVA采用PVA水溶液的形式,制备过程如下:称取36g PVA溶于75℃的热水(1440mL)中30min,并不断搅拌以使PVA完全溶解,在其他实施例也可采取其他浓度或形式的PVA加入,只要PVA的纯含量与木质纤维素粉料/纤维的绝干重量比为100:1~25即可),保证二者的混合均匀;随后将混合了胶粘剂的木质纤维素粉料烘干,调节至含水率为6%,备用;
(3)铺装
将步骤(2)中混合好胶粘剂的木质纤维素粉料置于成型模具框中,铺装均匀,并在热压温度190℃下预热压1min,压力1MPa;
(4)热压
设定热压机的工艺参数,其中热压温度为190℃,压力为10MPa,热压时间为7.5min,将所述步骤(3)所得板坯进行热压成型。
(5)冷却成型
将步骤(4)所得板坯在压力为10MPa下冷压6min,进一步冷却定型后,脱除模具,即得。
本实施例所得环保型高强度木质纤维素板的密度为1.16g/cm3,属于高密度木质纤维素板。
(6)性能检测
检测方法参照国家标准《GB/T 17657-2013人造板及饰面人造板理化性能试验方法》。
实施例1所得的环保型高强度木质纤维素板,在该条件下的静曲强度、模量分别为44.5MPa、5634MPa,力学性能高于国家标准《GB/T 31765-2015高密度纤维板》中普通型高密度纤维板对静曲强度和弹性模量分别需达到36MPa、3100MPa的要求。
实施例2
一种环保型高强度木质纤维素板的制备方法,包括以下步骤:
(1)植物原料前处理
A、破碎:利用爪式破碎机将桉木破碎成尺寸范围为2~80目的粗碎木质纤维素粉料,随后添加适量水分,调节粗碎木质纤维素粉料含水率至50%,并密封放置12h;
B、闪爆处理
采用连续式蒸汽爆破挤出装置对上述粗碎木质纤维素粉料进行连续闪爆处理(闪爆处理4次,闪爆温度120~150℃,压力1~1.5MPa),然后在80℃的鼓风干燥箱中干燥10h,得木质纤维素纤维,称取360g木质纤维素纤维(以木质纤维素纤维的绝干重量计),待用;
(2)与胶粘剂的混合
向木质纤维素纤维中加入PVA-0588(此处加入的PVA采用PVA水溶液的形式,制备过程如下:称取36g PVA溶于75℃的热水(1440mL)中30min,并不断搅拌以使PVA完全溶解,在其他实施例也可采取其他浓度或形式的PVA加入,只要PVA的纯含量与木质纤维素纤维/粉料的绝干重量比为100:1~25即可),保证二者的混合均匀;随后将混合了胶粘剂的木质纤维素纤维烘干,调节至含水率为8%,备用;
(3)铺装
将步骤(2)中混合好胶粘剂的木质纤维素纤维置于成型模具框中,铺装均匀,并在热压温度190℃下预热压1min,压力1MPa;
(4)热压
设定热压机的工艺参数,其中热压温度为190℃,热压压力为10MPa,热压时间为7.5min,将所述步骤(3)所得板坯进行热压成型。
(5)冷却成型
将步骤(4)所得板坯在压力为10MPa下冷压6min,进一步冷却定型后,脱除模具,即得木质纤维素板。
本实施例所得环保型高强度木质纤维素板的密度为1.3g/cm3,属于高密度木质纤维素板。
(6)性能检测
检测方法参照国家标准《GB/T 17657-2013人造板及饰面人造板理化性能试验方法》。
参照国家标准《GB/T 31765-2015高密度纤维板》,普通型高密度纤维板的静曲强度和弹性模量分别需达到36MPa、3100MPa,而实施例2所得的环保型高强度木质纤维素板的力学性能较高,其静曲强度和模量值较大,分别为58.4MPa、6551MPa,已经远超该标准。
实施例3
一种环保型高强度木质纤维素板的制备方法,包括以下步骤:
(1)植物原料前处理
A、破碎:利用爪式破碎机将桉木破碎成尺寸范围为2~80目的粗碎木质纤维素粉料,随后添加适量水分,调节粗碎木质纤维素粉料含水率至50%,并密封放置12h;
B、闪爆处理
采用连续式蒸汽爆破挤出装置对上述粗碎木质纤维素粉料进行连续闪爆处理(闪爆处理4次,闪爆温度120~150℃,压力1~1.5MPa),然后在80℃的鼓风干燥箱中干燥10h,得木质纤维素纤维,称取360g木质纤维素纤维(以木质纤维素纤维的绝干重量计),待用。
(2)与胶粘剂的混合
向所述木质纤维素中加入明胶(此处加入的明胶采用明胶水溶液的形式,制备过程如下:称取14.4g明胶置于65℃的热水(576mL)中,并搅拌30min使其完全溶解,在其他实施例也可采取其他浓度或形式的明胶加入,只要明胶的纯含量与木质纤维素纤维/粉料的绝干重量比为100:1~25即可),保证二者的混合均匀;随后调节混合了胶粘剂的木质纤维素纤维的含水率为12%,备用;
(3)铺装
将混合好胶粘剂的木质纤维素纤维置于成型模具框中,铺装均匀,并在热压温度210℃下预热压1min,压力1MPa;
(4)热压
设定热压机的工艺参数,其中热压温度为210℃,压力为11MPa,热压时间为5min,将所述步骤(3)所得板坯进行热压成型。
(5)冷却成型
将步骤(4)所得板坯在压力11MPa下冷压6min,进一步冷却定型后,脱除模具,即得木质纤维素板。
本实施例所得环保型高强度木质纤维素板的密度为1.28g/cm3,属于高密度木质纤维素板。
(6)性能检测
检测方法参照国家标准《GB/T 17657-2013人造板及饰面人造板理化性能试验方法》。
测试结果表明,实施例3所得的环保型高强度木质纤维素板静曲强度、模量分别为49.4MPa、5747MPa,其力学性能已达到国家标准《GB/T 31765-2015高密度纤维板》中的要求,且不含有甲醛,是一种环保型的高强度木质纤维素板。
由上可知,本发明中所制备的环保型高强度木质纤维素板,制备方法简单,力学强度高,且对环境无污染。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述。然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种环保型高强度木质纤维素板的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)植物原料前处理
直接取尺寸小于40目的木质纤维素粉料;或取尺寸范围为2~80目的富含木质纤维素纤维的植物原料进行闪爆处理得木质纤维素纤维;
(2)与胶粘剂混合
取以绝干重量计为100重量份的所述木质纤维素粉料或纤维,加入1~25重量份的胶粘剂混合均匀,然后调节含水率至1~25%,备用,所述胶粘剂为PVA和/或明胶;
(3)铺装
将所述步骤(2)中混合好胶粘剂的木质纤维素粉料或纤维置于成型模具框中,铺装均匀,预热压0.5~3min,压力为1~3MPa,得板坯;
(4)热压
将所述步骤(3)所得板坯进行热压成型,所述热压温度为150~250℃,压力为3~15MPa,热压时间为1~15min;
(5)冷却成型
将步骤(4)所得板坯在压力3~15MPa下冷压1~7min,进一步冷却定型后,脱除模具,即得。
2.根据权利要求1所述的环保型高强度木质纤维素板的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)为取尺寸范围为2~80目的富含木质纤维素的植物原料后进行闪爆处理得木质纤维素纤维。
3.根据权利要求1所述的环保型高强度木质纤维素板的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中的胶粘剂为PVA,所述木质纤维素粉料或纤维与PVA的重量比为:木质纤维素粉料或纤维以绝干重量计为:100重量份;PVA为:2~10重量份。
4.根据权利要求1所述的环保型高强度木质纤维素板的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中的胶粘剂为明胶,所述木质纤维素粉料或纤维与明胶的重量比为:木质纤维素粉料或纤维以绝干重量计为:100重量份;明胶为:4~15重量份。
5.根据权利要求1~4任一项所述的环保型高强度木质纤维素板的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中闪爆处理的参数为:闪爆温度120~150℃,压力1~1.5MPa。
6.根据权利要求1~4任一项所述的环保型高强度木质纤维素板的制备方法,其特征在于,所述步骤(4)中的热压温度为170~230℃,热压压力为5~12MPa,热压时间为3~12min。
7.根据权利要求1~4任一项所述的环保型高强度木质纤维素板的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中的含水率为6~15%。
8.根据权利要求1~4任一项所述的环保型高强度木质纤维素板的制备方法,其特征在于,所述植物原料为包括草本植物、木本植物的富含木质纤维素的生物质材料。
9.根据权利要求1~4任一项所述的环保型高强度木质纤维素板的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中尺寸小于40目的木质纤维素粉料为将植物原料进行破碎处理而达到尺寸小于40目,或是刨花、锯末等木材加工产生的尺寸小于40目的细碎物。
10.一种权利要求1~9任一项所述制备方法所得的环保型高强度木质纤维素板。
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