CN106476108A - 利用双醛纤维素制备无甲醛纤维板的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了利用双醛纤维素制备无甲醛纤维板的方法，属纤维板生产技术领域。本发明是在160‑190℃条件下，将双醛纤维素与秸秆颗粒混合，然后进行热压成型，双醛纤维素用量为0.5％～20％，余量为秸秆颗粒。本发明以含有较高活性醛基的双醛纤维素为胶黏剂交联秸秆颗粒，使得所制纤维板不含甲醛，且具有较好的物理性能。本发明采用农作物秸秆替代木材为主要原料，在降低生产成本的同时，也可有效解决我国大量农作物秸秆被焚烧而造成的资源浪费和环境污染。本发明双醛纤维素合成的原料来源广泛、价格适中，且合成工艺简单，合成时间短，有利于工业化生产。

Description

利用双醛纤维素制备无甲醛纤维板的方法
技术领域
本发明涉及一种纤维板的制备方法，特别涉及一种利用双醛纤维素制备无甲醛纤维板的方法。
背景技术
纤维板由于其高强度系数以及良好的电绝缘性是一种优秀的建筑材料，已在世界各地得到广泛大量的生产。新世纪以来，我国人造纤维板年均增长速度超过20％，已成为全球人造纤维板第一大生产国与消费国。2014年我国人造纤维板产量达30212.33万立方米，同比增长11％。未来人造纤维板行业的产品结构会更加趋向合理，产品质量会稳步提高，劣质产品逐步退出市场，产品价格会更趋于合理。在传统人造板生产过程中常使用脲醛树脂(Urea Formaldehyde Resin,UF)、酚醛树脂(Phenolic Formaldehyde Resin,PF)和三聚氰胺甲醛树脂(Melamine Formaldehyde Resin,MF)作为胶粘剂，这些胶粘剂虽具有较好的粘接效果和较低的成本，但常用的三醛胶来源于不可再生的化石原料，在使用过程中，会不断地释放出游离甲醛，对人体造成极大的危害，此外在纤维板生产过程中会产生大量废水，其中包含大量的有机物，氨态氮、挥发酚，甲醛等。我国纤维板虽然产业庞大，但却存在着甲醛含量严重超标的问题，寻找可再生资源代替石油产品作为制备人造板环保胶黏剂的原料，已经成为一个亟待解决的问题。
目前我国主要的纤维板企业还主要依赖木材原料进行生产，纤维板制造飞速的发展是木材原料产生了巨大缺口，寻找木材原料的替代品是一种有效的方法。我国是一个森林资源匮乏的国家，却是一个农业大国，除去饲料原料、造肥还田还有超过1亿多吨被迫就地焚烧，对环境造成污染产生雾霾的同时也产生了巨大的浪费。如果将这部分废弃农作物秸秆加利用在纤维板的生产过程中，不仅可以提高其附加值，并且可有效缓解秸秆焚烧带来的雾霾天气。
纤维素纤维是地球上最古老的、最丰富的天然有机物，也是自然界中用之不竭的可再生资源。高碘酸钠能够选择性地氧化纤维素C2和C3位上的仲羟基成醛基而得到双醛纤维素(Dialdehyde cellulose,DAC)。DAC因其在物理机械性能、生物相容性及生物可降解性方面的优越性，且其对环境友好和无毒等方面的优势，已在许多方面得到广泛的应用。DAC中的醛基具有很高的反应活性，能与农作物秸秆纤维上的羟基发生羟醛缩合，提高纤维的结合力，因而，DAC在纤维板生产过程中将有广阔前景。
美国专利公开的US 2013/8378056B2《无甲醛胶黏剂》(Formaldehyde-freeBinders)、US2011/0009530 A1《无甲醛木质纤维板的制造》(formaldehyde-free Bindersfor Producing Wood Products),德国专利公开的GER 1994/DE4308089 A1《木材无甲醛胶黏剂》(Formaldehyde-free binders for wood),国内专利公开的CN1899783A《一种利用农作物秸秆生产板材的方法》、CN101085532A《无甲醛纤维板制造工艺》都在无甲醛纤维板上进行了探索性的应用，但在原料选择和处理，胶黏剂的选择和改性上还存在着一定的缺陷，生产成本还相对较高，部分板材的结合强度以及抗水强度、尺寸稳定性方面都还存在着一定的不足，限制了其更加广泛的应用。
发明内容
本发明针对现有无甲醛环保型纤维板生产工艺的缺陷，通过在纤维板原料、胶黏剂和压制工艺的选择上进行改进，提供一种以双醛纤维素作为胶黏剂，以农作物秸秆纤维颗粒为原料制备高强度无甲醛纤维板的方法。
本发明的技术方案是：利用双醛纤维素制备无甲醛纤维板的方法，是在160-190℃条件下，将双醛纤维素与秸秆颗粒混合，然后进行热压成型。双醛纤维素用量为0％～20％，余量为秸秆颗粒。热压压力3-7Mpa，保压3-10分钟后卸压、冷却、切边。
所述的双醛纤维素是以漂白针叶木浆为原料，用机械粉碎的方法粉碎成粉末，然后在pH＝2，温度45℃下，按摩尔比1:1的量加入高碘酸钠，反应5h，进行氧化改性制得。
所述的双醛纤维素的合成机理是高碘酸钠选择性地氧化纤维素C2和C3位上的仲羟基成醛基而得到双醛纤维素，其反应式如下：
所述的秸秆颗粒是将玉米秸秆粉碎至50-80微米。
本发明的基本原理：在纤维板热压过程中，秸秆纤维表面的游离羟基与双醛纤维素上的醛基发生羟醛缩合反应，秸秆纤维通过双醛纤维素连接起来，从而提高秸秆纤维之间的结合力，制备出高强度秸秆纤维板。秸秆纤维与双醛纤维素热交联的机理如下：
本发明的有益效果：
1、本发明采用双醛纤维素作为纤维板的胶黏剂，使得所制纤维板不含甲醛。而且由于双醛纤维素的醛基具有较高的活性，使得本发明制备的纤维板具有较好的物理性能。
2、本发明采用漂白针叶木浆为原料合成双醛纤维素，原材料来源广，价格适中，有利于降低纤维板的生产成本。
3、本发明只需将漂白针叶木浆简单机械粉碎，然后和高碘酸钠氧化反应，即可得双醛纤维素，制备工艺简单，且氧化反应时间仅有5h，大大节约了双醛纤维素的合成时间，有利于工业化生产。
4、本发明使用农作物秸秆作为原料，替代日趋紧缺的木材，不能有利于降低成本，而且能够有效地解决我国大量农作物秸秆被焚烧而造成的资源浪费和环境污染。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面通过实施例对本发明进行进一步说明，实施例仅用于解释本发明，不对本发明构成任何限定。
实施例1
以玉米秸秆、双醛纤维素为原料合成无甲醛纤维板。
(1)双醛纤维素的制备
称取2g绝干的漂白针叶木浆纤维素置于250mL三口圆底烧瓶中，加入100mLH2O，将反应器放置在恒温油浴槽中，然后加入2.37g高碘酸钠(分析纯)，并加入0.3mol/L的HCl溶液调节pH为2，为避免高碘酸钠分解，反应中通入氮气作为保护气体并做遮光处理，在温度45℃条件下反应5h。反应结束后加入0.1mol/L的乙二醇溶液110mL反应掉过量的高碘酸钠。真空抽滤、干燥得到双醛纤维素。
(2)秸秆颗粒
采用机械粉碎方法将玉米秸秆粉碎至75微米尺寸的秸秆颗粒。
(3)无甲醛纤维板的制备
按照板材厚度8mm，密度1g/cm3的要求，在热压温度190℃条件下，将0.5％(质量百分比)双醛纤维素与99.5％玉米秸秆颗粒混合，然后升压至5Mpa，保压10min左右，卸压，冷却成型，即得无甲醛纤维板。
利用本发明方案制备的无甲醛纤维板的物理性能指标：静曲强度：14.250MPa、弹性模量：1892.7MPa、24h吸水膨胀率：21％、游离甲醛：未检出。
实施例2
以玉米秸秆、双醛纤维素为原料合成无甲醛纤维板。
(1)双醛纤维素的制备
称取2g绝干的漂白针叶木浆纤维素置于250mL三口圆底烧瓶中，加入100mLH2O，将反应器放置在恒温油浴槽中，然后加入2.37g高碘酸钠(分析纯)，并加入0.3mol/L的HCl溶液调节pH为2，为避免高碘酸钠分解，反应中通入氮气作为保护气体并做遮光处理，在温度45℃条件下反应5h。反应结束后加入0.1mol/L的乙二醇溶液110mL反应掉过量的高碘酸钠。真空抽滤、干燥得到双醛纤维素。
(2)秸秆颗粒
采用机械粉碎方法将玉米秸秆粉碎至75微米尺寸的秸秆颗粒。
(3)无甲醛纤维板的制备
按照板材厚度8mm，密度1g/cm3的要求，在热压温度190℃条件下，将5％(质量百分比)双醛纤维素与95％玉米秸秆颗粒混合，然后升压至3Mpa，保压9min左右，卸压，冷却成型，即得无甲醛纤维板。
利用本发明方案制备的无甲醛纤维板的物理性能指标：静曲强度：15.033MPa、弹性模量：1910.9MPa、24h吸水膨胀率：20％、游离甲醛：未检出。
实施例3
以玉米秸秆、双醛纤维素为原料合成无甲醛纤维板。
(1)双醛纤维素的制备
称取2g绝干的漂白针叶木浆纤维素置于250mL三口圆底烧瓶中，加入100mLH2O，将反应器放置在恒温油浴槽中，然后加入2.37g高碘酸钠(分析纯)，并加入0.3mol/L的HCl溶液调节pH为2，为避免高碘酸钠分解，反应中通入氮气作为保护气体并做遮光处理，在温度45℃条件下反应5h。反应结束后加入0.1mol/L的乙二醇溶液110mL反应掉过量的高碘酸钠。真空抽滤、干燥，即得双醛纤维素。
(2)秸秆颗粒
采用机械粉碎方法将玉米秸秆粉碎至70微米尺寸的秸秆颗粒。
(3)无甲醛纤维板的制备
按照板材厚度8mm，密度1g/cm3的要求，在热压温度170℃条件下，将10％(质量百分比)双醛纤维素与90％(质量百分比)玉米秸秆颗粒混合，然后升压至5Mpa，保压10min左右，卸压，冷却成型，即得无甲醛纤维板。
利用本发明方案制备的无甲醛纤维板的物理性能指标：静曲强度：19.533MPa、弹性模量：2759.4MPa、24h吸水膨胀率：17％、游离甲醛：未检出。
实施例4
以玉米秸秆、双醛纤维素为原料合成无甲醛纤维板。
(1)双醛纤维素的制备
称取2g绝干的漂白针叶木浆纤维素置于250mL三口圆底烧瓶中，加入100mLH2O，将反应器放置在恒温油浴槽中，然后加入2.37g高碘酸钠(分析纯)，并加入0.3mol/L的HCl溶液调节pH为2，为避免高碘酸钠分解，反应中通入氮气作为保护气体并做遮光处理，在温度45℃条件下反应5h。反应结束后加入0.1mol/L的乙二醇溶液110mL反应掉过量的高碘酸钠。真空抽滤、干燥得到双醛纤维素。
(2)秸秆颗粒
采用机械粉碎方法将玉米秸秆粉碎至70微米尺寸的秸秆颗粒。
(3)无甲醛纤维板的制备
按照板材厚度8mm，密度1g/cm3的要求，在热压温度170℃条件下，将20％(质量百分比)双醛纤维素与80％玉米秸秆颗粒混合，然后升压至3Mpa，保压9min左右，卸压，冷却成型，即得无甲醛纤维板。
利用本发明方案制备的无甲醛纤维板的物理性能指标：静曲强度：20.725MPa、弹性模量：2913.6MPa、24h吸水膨胀率：15％、游离甲醛：未检出。

Claims (4)

1.利用双醛纤维素制备无甲醛纤维板的方法，其特征在于：将双醛纤维素与秸秆颗粒混合，然后进行热压成型，双醛纤维素用量为0.5％～20％，余量为秸秆颗粒。
2.根据权利要求1所述的利用双醛纤维素制备无甲醛纤维板的方法，其特征在于：所述的秸秆颗粒是将玉米秸秆粉碎至50-80微米。
3.根据权利要求1所述的利用双醛纤维素制备无甲醛纤维板的方法，其特征在于：所述的热压成型的条件为热压温度160-190℃、热压压力3-7Mpa，保压时间3-10分钟。
4.根据权利要求1所述的利用双醛纤维素制备无甲醛纤维板的方法，其特征在于：所述的双醛纤维素是以漂白针叶木浆为原料，用机械粉碎的方法粉碎成粉末，然后在pH＝2，温度45℃下，按摩尔比1:1的量加入高碘酸钠，反应5h，进行氧化改性制得。
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