CN106945148A - 一种利用油茶果壳制备植物纤维基碎料板的方法及该碎料板 - Google Patents

一种利用油茶果壳制备植物纤维基碎料板的方法及该碎料板 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种植物纤维基碎料板及其制备方法，在施胶前，对油茶果壳进行预处理；将经预处理后得到的油茶果壳，与胶黏剂混合均匀，然后平铺于模具内热压成型，得到所述植物纤维基碎料板。本发明的植物纤维基碎料板力学性能好，静曲强度为1.49MPa～3.5MPa，弹性模量383MPa～530MPa，内结合强度为0.31MPa～1.02MPa。本发明所用油茶果壳与其他生物质材料相比，具有价廉、可再生、产量丰富并且集中等特点，所使用总体工序短，方法简单，对提高油茶果壳资源的高品质利用途径，缓解森林资源匮乏的现状具有特别的意义。

Description

一种利用油茶果壳制备植物纤维基碎料板的方法及该碎料板
技术领域
本发明属于农林废弃物利用领域，具体属于油茶果壳利用领域，尤其涉及一种利用油茶果壳制备植物纤维基碎料板的方法。
背景技术
植物纤维基碎料板是指以木质原料或植物原料为主，与其他材料经复合后制备成的具有特殊微观结构及性能的新型复合材料。20世纪中期，全球经济迅猛增长和人口大爆炸给地球造成了前所未有的负担，发展“低碳经济”成为国际社会的发展主题，面对人类社会日益增长的发展需求，单一的木材制品或木质材料使得市场供不应求的窘况愈演愈烈，森林资源储量直线下降，此时植物纤维基碎料板应运而生并迅速占领了市场。
在木质资源供不应求、农林剩余物寻求多种合理利用途径的现实背景下，专家学者们尝试将农林剩余物制作成人造板材，这样一来既缓解了林业发展因原料短缺面临的压力，又为丰富的农林剩余物资源提供了有效的利用途径。自20世纪初提出利用农林剩余物制备非木质人造板以来，国内外争相展开了大量有关利用麦秸、大麻、稻壳、玉米秸秆等制备碎料板的研究，在胶粘剂的选用与配比、生产工艺与设备等方面取得了大量的成果。关于采用油茶果壳制备植物纤维基碎料板的相关研究尚未展开。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种采用油茶果壳制备植物纤维基碎料板的方法。为了解决油茶果壳常被丢弃或焚烧处理，对环境造成了污染又浪费了资源的现状，本发明提供了一种高效、全新的利用方法，该方法通过碱处理、热水浸泡等预处理方法改善油茶果壳表面润湿性及渗透性等性能，较好的改善由油茶果壳所制备碎料板的力学性能。本发明所用油茶果壳与其他生物质材料相比，具有价廉、可再生、产量丰富并且集中等特点，所使用总体工序短，方法简单，对提高油茶果壳资源的高品质利用途径，缓解森林资源匮乏的现状具有特别的意义。
为实现本发明的目的，本发明提出的技术方案为，一种利用油茶果壳制备植物纤维基碎料板的方法，包括如下步骤：
(1)对油茶果壳进行预处理；
(2)将经预处理后得到的油茶果壳，经挑选除杂去处除油茶果壳外其他杂物，如油茶籽、树枝、树叶等后，与胶黏剂混合均匀，所述胶黏剂的胶施加量占油茶果壳质量的百分比为 10％～20％；
(3)将与胶黏剂混合均匀的油茶果壳平铺于模具内热压成型，热压压力为3MPa～5MPa，预设密度为0.8g/m3，热压成型10～15min，得到所述植物纤维基碎料板。
油茶果壳纤维短，呈纵横交错结构，且孔隙丰富，吸胶量较大，因此，需要将胶施加量控制为油茶果壳质量的百分比为10％～20％，避免因胶施加量偏小，对制备得到的植物纤维基碎料板的力学性能造成不利影响。
热压压力低于3MPa时制备的碎料板易鼓泡，虽然，5MPa以后压力对板材的性能影响不大，但是压力继续增大意味着更多的能耗。
对油茶果壳进行预处理，目的是改善油茶果壳的渗透性及表面润湿性，使得施胶效果更优，预处理方法包括：
a.按固液质量比为1:10～1:20，优选的，固液质量比为1：10，将碱性溶液与油茶果壳混合0.5～3h，所述碱性溶液为NaOH溶液，所述碱性溶液的浓度为1％～2％。到设定时间后，将油茶果壳反复清洗至中性，于通风处滤去水分后在103±2℃烘箱中烘干备用。碱液首先去除了油茶果壳表面的蜡质层与油脂，同时也使得果壳中的SiO2形成的非极性表层结构遭到破坏，将纤维的内部结构表露出来，三素中的羟基能很好地与液滴接触，继而提高了果壳的表面润湿性。制备人造板过程中，液体对原材料表面的接触角大小可以在一定程度上反映出胶粘剂对原料的润湿性，油茶果壳非极性表层结构的存在会影响胶粘剂的胶合效果，继而使得用油茶果壳制备的板材强度不理想，而经碱溶液处理后，油茶果壳的润湿性得到改善，有利于提高人造板材的力学强度。经发明人研究发现，上述碱性溶液的浓度为，固液质量比为 1:10～1:20，优选为1：10时，对于提高油茶果壳的表面润湿性效果最好。当NaOH溶液浓度太低时，无法充分溶解油脂，但由于油茶果壳表面含油量较少，且经干燥后表面蜡质层发生龟裂，所以NaOH溶液浓度太高时，将溶解油茶果壳的纤维素、半纤维素、木质素。
b.预处理前先将油茶果壳于水中浸泡20～24h，利用微波辐射对油茶果壳进行预处理，辐射功率为1Kw～6kW，辐射时间为20s～60s。此处理也是为去除表面蜡质层与油脂，经微波处理后，油茶果壳中水分迅速升温，出于安全考虑，当功率太大，时间太长时，由于果壳中水分蒸发完全，将会对仪器造成损坏。进一步的，在进行所述a的预处理前，可进行所述b的预处理。
c.采用80℃～100℃的热水浸泡所述油茶果壳60～80min。此处理也是为去除表面蜡质层与油脂。进一步的，在进行所述a的预处理前，可进行所述c的预处理。
进一步的，所述步骤(1)中的油茶果壳为油茶果整壳或油茶果壳碎料，油茶果壳碎料的直径为3mm～5mm。
进一步的，本发明所述一种利用油茶果壳制备植物纤维基碎料板的方法的步骤(2)中，所述胶黏剂为脲醛胶或酚醛胶中的一种。
进一步的，本发明所述一种利用油茶果壳制备植物纤维基碎料板的方法的步骤(3)中，采用的胶黏剂为脲醛胶时，热压温度为120℃～160℃；采用的胶黏剂为酚醛胶时，热压温度为150℃～180℃。
本发明还提供一种由本发明所述一种利用油茶果壳制备植物纤维基碎料板的方法制备得到的植物纤维基碎料板。采用本发明制备得到的植物纤维基碎料板的静曲强度为1.49MPa ～3.5MPa，弹性模量383MPa～543MPa，内结合强度为0.31MPa～1.02MPa。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本文发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例：
参照GB/T 19367-2009《人造板的尺寸测定》测试所有板材的尺寸，由此计算得出密度。
参照GB/T 17657-2013《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》测试所有板材的吸水厚度膨胀率、24h吸水率。
参照GB/T 17657-2013《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》测试所有板材的静曲强度、弹性模量和内结合强度。
实施例1
本实施例的利用油茶果壳制备植物纤维基碎料板的方法包括：
(1)按液固比为1：10，将浓度为2％的NaOH溶液与直径为3mm～5mm油茶果壳碎料混合，预处理时间为1h，将油茶果壳反复清洗至成中性，于通风处滤去水分后，在103℃烘箱中烘干备用；(2)经挑选除杂后，按酚醛胶质量为预处理后得到的油茶果壳的质量的16％施胶，并混合均匀；(3)将施胶得到的油茶果壳平铺于模具内，在热压压力4MPa，预设密度为0.8 g/m3，热压温度170℃条件下，热压成型12min，得到植物纤维基碎料板。
对制备得到的植物纤维基碎料板进行性能检测，得到结果见表1。
表1：采用实施例1的方法制备得到的植物纤维基碎料板的性能测试结果
实施例2
本实施例的利用油茶果壳制备植物纤维基碎料板的方法包括：
(1)利用微波辐射对油茶果壳进行预处理，预处理前先将油茶果壳于水中浸泡24h，辐射功率为5kW，辐射时间为50s；(2)经挑选除杂后，按酚醛胶质量为预处理后得到的油茶果壳的质量的16％施胶，并混合均匀；(3)将施胶得到的油茶果壳平铺于模具内，在热压压力4MPa，预设密度为0.8g/m3，热压温度170℃条件下，热压成型12min，得到植物纤维基碎料板。
对制备得到的植物纤维基碎料板进行性能检测，得到结果见表2。
表2：采用实施例2的方法制备得到的植物纤维基碎料板的性能测试结果
实施例3
本实施例的利用油茶果壳制备植物纤维基碎料板的方法包括：
(1)采用70℃的热水浸泡所述油茶果壳60min；(2)经挑选除杂后，按脲醛胶质量为预处理后得到的油茶果壳的质量的16％施胶，并混合均匀；(3)将施胶得到的油茶果壳平铺于模具内，在热压压力4MPa，预设密度为0.8g/m3，热压温度130℃条件下，热压成型12min，得到植物纤维基碎料板。
对制备得到的植物纤维基碎料板进行性能检测，得到结果见表3。
表3：采用实施例3的方法制备得到的植物纤维基碎料板的性能测试结果
对比例1
本对比例的利用油茶果壳制备植物纤维基碎料板的方法包括：
将未经预处理的整壳油茶果壳，按脲醛胶质量为预处理后得到的油茶果壳的质量的16％施胶，并混合均匀；将施胶得到的油茶果壳平铺于模具内，在热压压力4MPa，热压温度130℃条件下，预设密度为0.8g/m3，热压成型12min，得到植物纤维基碎料板。
对制备得到的植物纤维基碎料板进行性能检测，得到结果见表4。
表4：对比例1的方法制备得到的植物纤维基碎料板的性能测试结果
测试结合表明，采用实施例1～3所述方法制备得到的植物纤维基碎料板相比于采用对比例1所述方法制备得到的植物纤维基碎料板均表现出更好的力学性能。

Claims (10)

1.一种利用油茶果壳制备植物纤维基碎料板的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)对油茶果壳进行预处理；
(2)将经预处理后得到的油茶果壳，经挑选除杂后，与胶黏剂混合均匀，所述胶黏剂的胶施加量占油茶果壳的质量百分比为10％～20％；
(3)将与胶黏剂混合均匀的油茶果壳平铺于模具内热压成型，热压压力为3MPa～5MPa，预设密度为0.8g/m3，热压时间为10～15min，得到所述植物纤维基碎料板。
2.根据权利要求1所述的一种利用油茶果壳制备植物纤维基碎料板的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的预处理方法为：按固液质量比为1：10～1：20，将NaOH溶液与油茶果壳混合，经0.5～3h后将油茶果壳反复清洗至中性，于通风处滤去水分后，在103±2℃条件下，烘干备用。
3.根据权利要求1所述的一种利用油茶果壳制备植物纤维基碎料板的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的油茶果壳为油茶果整壳或油茶果壳碎料，所述油茶果壳碎料的直径为3mm～5mm。
4.根据权利要求2所述的一种利用油茶果壳制备植物纤维基碎料板的方法，其特征在于，所述NaOH溶液的浓度为1％～2％，固液质量比为1:10。
5.根据权利要求1或2所述的一种利用油茶果壳制备植物纤维基碎料板的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，利用微波辐射对油茶果壳进行预处理，预处理前先将油茶果壳于水中浸泡20～24h，辐射功率为1Kw～6kW，辐射时间为20～60s。
6.根据权利要求1或2所述所述的一种利用油茶果壳制备植物纤维基碎料板的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的预处理方法为：采用80℃～100℃的热水浸泡所述油茶果壳60min～80min。
7.根据权利要求1所述的一种利用油茶果壳制备植物纤维基碎料板的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述胶黏剂为脲醛胶或酚醛胶中的一种。
8.根据权利要求7所述的一种利用油茶果壳制备植物纤维基碎料板的方法，其特征在于，采用的胶黏剂为脲醛胶，所述步骤(3)中，采用的胶黏剂为脲醛胶，热压温度为120℃～160℃。
9.根据权利要求7所述的一种利用油茶果壳制备植物纤维基碎料板的方法，其特征在于，采用的胶黏剂为酚醛胶，所述步骤(3)中，热压温度为150℃～180℃。
10.一种植物纤维基碎料板，其特征在于由权利要求1至9任意一项所述方法制备得到，所述植物纤维基碎料板的静曲强度为1.49MPa～5.3MPa，弹性模量383MPa～530MPa，内结合强度为0.42MPa～1.02MPa。
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