CN106279718A - 一种秸秆粉改性方法和含有改性秸秆粉的粘合剂填料 - Google Patents

一种秸秆粉改性方法和含有改性秸秆粉的粘合剂填料 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种粘合剂填料，具体地讲，涉及一种对秸秆进行加工改性制备改性秸秆粉的方法和以所制备的改性秸秆粉为必要原料复配而成的人造板粘合剂填充粉体材料，适用于人造板制造业的粘合剂中。技术方案是：将风干的秸秆破碎至5毫米以下、与用碳酸钠、碳酸氢钠、石灰、碳酸铵这四种碱性物质的至少一种与水混合成的弱碱性水拌匀、压缩、烘干、粉碎，得到改性秸秆粉；把改性秸秆粉与少许无机矿物粉和水溶性聚合物等复配，制得人造板粘合剂专用填料。本发明改性秸秆粉的制备方法，比原有技术的粉碎电耗显著降低、所得改性秸秆粉的吸水量显著降低，从而用其配成的粘合剂填料各项应用性能都赶上甚至优于面粉。

Description

一种秸秆粉改性方法和含有改性秸秆粉的粘合剂填料
技术领域
本发明涉及一种粘合剂填料，具体地讲，涉及一种对秸秆进行加工改性制备改性秸秆粉的方法和以所制备的改性秸秆粉为必要原料复配而成的人造板粘合剂填充粉体材料，适用于人造板制造业的粘合剂中。
背景技术
人造板制造所用的胶粘剂95%以上是热固性树脂，受合成条件以及胶液成品包装贮存要求的限制，合成粘合剂的化工厂售给人造板厂的树脂胶液含水量60%上下、粘度很低、外观接近牛奶，若直接滚涂到单板上，胶层太薄而且多半会立即渗透进入木质内部，起不到将单板粘结成为多层板的作用，国内外一直以来主要用小麦面粉作为增效粉体加入胶液，来增加粘稠度、减少板材的透胶、缺胶和鼓泡等胶合缺陷(吉林林学院学报2000.16载张士成等的论文《面粉填加量对脉醛树脂胶合板胶合强度的影响》)。小麦面粉是我国大部分地区人民的主要食品原料，国内上万家人造板企业每年共耗用面粉超过数百万吨，相当于数千万人1年的口粮。
农作物秸秆主要由纤维素、半纤维素、木质素等天然高分子物质构成，可以称为纤维质原料，是地球上产量最大的可再生有机资源。秸秆类纤维质原料只有小部分用作食草动物的饲料，大部分在田间腐烂变成有机肥进入农田。可再生有机资源的浪费现象早已引起人们的重视，但至今没有找到全面、有效、经济的利用办法。在当今世界经济可持续发展战略中的能源、粮食、环保等诸多重大问题都与可再生有机资源的利用有关。
人们试图研发比面粉廉价的复配粉体来代替面粉用做人造板粘合剂填料。例如，申请号02151240.X的专利记载：磨细至80目或更细的木粉、玉米芯粉、或秸秆粉15-40重量份、膨润土、凹凸棒土、或高岭土45-80重量份；申请号201410537123.9的专利记载：钠基膨润土30-60%、粉体麦芽糊精30-50%、玉米芯粉3-20%、核桃壳粉3-20%、稻壳粉220%、聚丙烯酰胺1-5%；申请号201510518202.X的专利记载：用薯类、提取过淀粉的薯渣、花生壳、木粉、粘土、凹凸棒土及增粘剂复配替代面粉的粘合剂填料；申请号201210441637.5的专利记载：取木薯淀粉厂副产的木薯渣、晾干粉碎至细度达120目，按重量比为60:40将该木薯渣粉与无机矿物进行混合。这些方案的必要原料包括木粉、玉米芯、秸秆、核桃壳、稻壳、薯渣、花生壳等纤维质原料，我们试验表明这些纤维质原料用于粘合剂填料存在两个缺陷：第一个缺陷是粉碎制粉工序能耗太高，例如每生产1吨100目玉米秸粉耗电量高达600度左右；第二个缺陷是这些原料吸水量太高（每克未改性的秸秆粉吸水4克以上），容易导致粘合剂失去水分从而失去粘性，因此以上方案生产的粘合剂填料很难在人造板制造行业推广应用。
申请号201110225502.0的专利记载：按重量份改性木粉100份、橡子淀粉50-100份、脱硫石膏50-500份；改性木粉由120目的木粉浸透乙二醇水溶液后烘干而得，此方案把木粉改性后用于粘合剂填料，克服了上述第二个缺陷，但尚未克服第一个缺陷，加工成本高，所生产的粘合剂填料售价比面粉未显著降低，所以也很难在人造板制造行业推广应用。
申请号201110188384.0的专利记载：硅酸盐矿物5%-35% 、镁硅酸盐矿物35%-50%、木屑粉2%-25%、植物蛋白（面粉或豆粉）15%-40%组成粘合剂填料；申请号2011102255987.3的专利记载：将改性淀粉、聚丙烯酰胺、十二烷基苯磺酸钠、脱硫石膏按照100 : 1: 0.1 :300的重量比混合均匀，得到粘合剂填料；这两个方案使用很多硅酸盐矿物或石膏，这些原料虽然粉碎工序耗能低于纤维质原料，但其比重显著大于面粉或纤维质粉体，使用1吨这类填料所对应的人造板体积产量显著低于用1吨面粉所对应的人造板体积产量，因此这类方案生产的粘合剂填料也很难在人造板制造行业推广应用。
综上所述，关于人造板粘合剂填料替代面粉的探索虽然有一些成果，但市场上没有受用户欢迎的性价比优于面粉的复配填料，现实局面离完全替代面粉的目标还有很大距离。本发明的目的是缩小这个距离。本发明的具体目标：降低纤维质原料的粉碎能耗和吸水量；复配粘合剂填料的配方内少加比重较大的无机矿物、多加比重较小的纤维质原料。
发明内容
秸秆是由植物细胞构成的，其细胞壁是由纤维素分子长链通过氢键、色散力等超分子作用力相互交织而形成的三维网络。秸秆粉碎至0.2毫米以下需要消耗很多能源，原因是秸秆内地纤维素网络具有韧性，秸秆粉吸水量较大的原因是纤维素网络具有吸水溶胀的化学势。如果在某种程度上打破其纤维素网络，就可能使秸秆由韧性变为脆性、由吸水量较大变为吸水量较小。本发明为达到上述目标而采用的技术方案是：将风干的秸秆破碎至5毫米以下、与弱碱性水混合、压缩、烘干、粉碎，得到改性秸秆粉。在这种加工过程中，压缩和加热烘干都能够促进弱碱性水与纤维素分子之间发生物理化学作用而降低纤维素网络结构强度，从而降低了秸秆的韧性。
把改性秸秆粉与少许无机矿物粉、水溶性聚合物、季铵盐1631（十六万基三甲基氯化铵）等复配，制得人造板粘合剂填料。
具体实施方式
将风干至含水不高于15%的秸秆铡短破碎成为5毫米以下的碎秸秆，每100质量份碎秸秆与5-50质量份弱碱性水混合均匀并浸润至少一小时，然后压缩成为体积在1-8立方厘米之间、密度1.4-1.7g/cm3的固体，在110-170℃烘干至含水量不大于9%，粉碎至粒径不大于0.2毫米，得到改性秸秆粉；按质量比
改性秸秆粉:无机矿物粉:水溶性聚合物:季铵盐1631:固化剂=100:5-20:3-15:0.1-0.6:0.1-2.0
进行混合复配，制得人造板粘合剂专用填料；所述的秸秆包括玉米秸、麦秸、棉秆、稻谷秸、土豆秧、花生秧、南瓜秧；所述的弱碱性水是指采用碳酸钠、碳酸氢钠、石灰、碳酸铵这四种碱性物质的至少一种与水混合而成，按质量比碱性物质:水=1:2-15；所述的无机矿物是指高岭土、膨润土、石膏、粉煤灰、凹凸棒土、海泡石这六种矿物的至少一种；所述的水溶性聚合物是指瓜尔胶、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、纤维素醚、淀粉醚、田菁胶、预糊化淀粉、海藻酸钠这8钟物质的至少一种；所述的固化剂是氯化铵、硫酸铵、草酸、柠檬酸、磷酸二氢铵、过硫酸铵这6钟物质的至少一种。
下列实施例提及的秸秆粉吸水量，是这样测定的：向烧杯内加400克水和50克秸秆粉，搅拌3分钟，转移入HP-WG2型数控电动离心机（济南恒品机电技术有限公司制造）内，离心运转100秒钟，取出甩干到这种程度的秸秆粉称量其质量为M克，则
吸水量=（M - 50）/ 50
下列实施例的改性秸秆制备及粘合剂填料配制是在淄博海洋实业有限公司进行的，调胶和制造胶合板的操作过程是在青岛洲际工贸有限公司进行的。
实施例1
将风干的当年的玉米秸秆，铡短至1-3厘米长，用齿盘型饲料粉碎机粉碎至4毫米以下，测定其含水量为13%、吸水量为每克碎秸秆吸水3.26克；取其1000公斤与由90公斤水和15公斤碳酸钠配成的弱碱性水混合均匀并浸润3小时，然后用平模造粒机压缩成为直径8毫米长3-7厘米的柱形固体，测得其密度1.46-1.53g/cm3，压缩工序电耗为115度/吨；在150℃烘干至含水量8%，粉碎至粒径不大于0.2毫米，得到改性秸秆粉，其粉碎能耗为216度电/吨，其吸水量为每克改性秸秆粉吸水1.73克；按质量比
改性秸秆粉:高岭土:预糊化淀粉: 季铵盐1631:氯化铵=100:10:12:0.3:0.2
进行混合复配，制得人造板粘合剂填料。取此填料30公斤代替面粉加于100公斤脲醛液胶内，经过涂胶、组胚、冷压、热压，制得32张五合板，该应用过程中填料的工艺性能和所制备五合板的胶合强度等性能都赶上甚至优于面粉。
实施例2
将风干的当年的小麦秸秆，铡短至1-3厘米长，用齿盘型饲料粉碎机粉碎至4毫米以下，测定其含水量为12%、吸水量为每克碎秸秆吸水3.32克；取其1000公斤与由150公斤水和20公斤石灰配成的弱碱性水混合均匀并浸润5小时，然后用平模造粒机压缩成为直径8毫米长3-7厘米的柱形固体，测得其密度1.49-1.55g/cm3，压缩工序电耗为119度/吨；在130℃烘干至含水量7%，粉碎至粒径不大于0.2毫米，得到改性秸秆粉，其粉碎能耗为228度电/吨，其吸水量为每克改性秸秆粉吸水1.77克；按质量比
改性秸秆粉:海泡石:羟乙基淀粉醚: 季铵盐1631:草酸=100:7:6:0.1:0.4
进行混合复配，制得人造板粘合剂填料。取此填料30公斤代替面粉加于100公斤脲醛液胶内，经过涂胶、组胚、冷压、热压，制得34张五合板，该应用过程中填料的工艺性能和所制备五合板的胶合强度等性能都赶上甚至优于面粉。
实施例3
将风干的当年的土豆秧，铡短至1-3厘米长，用齿盘型饲料粉碎机粉碎至4毫米以下，测定其含水量为15%、吸水量为每克碎秸秆吸水3.09克；取其1000公斤与由60公斤水和12公斤碳酸铵配成的弱碱性水混合均匀并浸润5小时，然后用平模造粒机压缩成为直径8毫米长3-7厘米的柱形固体，测得其密度1.41-1.50g/cm3，压缩工序电耗为112度/吨；在110℃烘干至含水量9%，粉碎至粒径不大于0.2毫米，得到改性秸秆粉，其粉碎能耗为202度电/吨，其吸水量为每克改性秸秆粉吸水1.83克；按质量比
改性秸秆粉:生石膏:田菁胶: 季铵盐1631:硫酸铵=100:6:5:0.5:0.3
进行混合复配，制得人造板粘合剂填料。取此填料30公斤代替面粉加于100公斤脲醛液胶内，经过涂胶、组胚、冷压、热压，制得31张五合板，该应用过程中填料的工艺性能和所制备五合板的胶合强度等性能都赶上甚至优于面粉。
从上述实施例可以看出，本发明改性秸秆粉的制备方法，比原有技术的粉碎电耗显著降低、所得改性秸秆粉的吸水量显著降低，从而用其配成的粘合剂填料各项应用性能都赶上甚至优于面粉。这些实施例用于对权利要求的解释，但并非用于对权利要求的限定，本发明的保护范围应当以权利要求书为准。

Claims (2)

1.一种改性秸秆粉，其特征是通过以下方法制备而成：将风干至含水不高于15%的秸秆铡短破碎成为5毫米以下的碎秸秆，每100质量份碎秸秆与5-50质量份弱碱性水混合均匀并浸润至少一小时，然后压缩成为体积在1-8立方厘米之间、密度1.4-1.7g/cm3的固体，在110-170℃烘干至含水量不大于9%，粉碎至粒径不大于0.2毫米，得到改性秸秆粉；所述的秸秆包括玉米秸、麦秸、棉秆、稻谷秸、土豆秧、花生秧、南瓜秧；所述的弱碱性水是指由碳酸钠、碳酸氢钠、石灰、碳酸铵这四种碱性物质的至少一种与水混合而成，按质量比碱性物质:水=1:2-15。
2.一种人造板粘合剂填料，其特征是按质量比改性秸秆粉:无机矿物粉:水溶性聚合物:十六烷基三甲基氯化铵:固化剂=100:5-20:3-15:0.1-0.6:0.1-2.0进行混合复配而制得；所述的改性秸秆粉是按权利要求1的方法制备的；所述的无机矿物是指高岭土、膨润土、石膏、粉煤灰、凹凸棒土、海泡石这六种矿物的至少一种；所述的水溶性聚合物是指瓜尔胶、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、纤维素醚、淀粉醚、田菁胶、预糊化淀粉、海藻酸钠这8钟物质的至少一种；所述的固化剂是氯化铵、硫酸铵、草酸、柠檬酸、磷酸二氢铵、过硫酸铵这6钟物质的至少一种。
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Application publication date: 20170104

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