CN107190581A - 一种西米椰子树废料板材及其制备方法、应用 - Google Patents

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徐福东
黄莉莉
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    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
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    • D21J1/00—Fibreboard
    • D21J1/04—Pressing
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21D—TREATMENT OF THE MATERIALS BEFORE PASSING TO THE PAPER-MAKING MACHINE
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    • D21D—TREATMENT OF THE MATERIALS BEFORE PASSING TO THE PAPER-MAKING MACHINE
    • D21D1/00—Methods of beating or refining; Beaters of the Hollander type
    • D21D1/20—Methods of refining

Abstract

本发明公开了一种西米椰子树废料板材的制备方法，包括如下步骤：将西米椰子树废料置于水中浸泡；将浸泡后的西米椰子树废料进行打浆得到椰子树皮浆液；将椰子树皮浆液进行加热，保温得到预处理料；将预处理料置于模具中进行热压得到西米椰子树废料板材。本发明通过采用西米椰子树废料生产生物质板材，方法可行，工艺简单，成本低廉，易于大规模生产；而且生产过程无胶黏剂，所得西米椰子树废料板材可完全降解，适用于建筑材料和包装材料等领域。本发明所得板材密度为1.141～1.251g/cm3，抗弯强度为33.7～51.4MPa，抗拉强度为20.4～34.2MPa，达到了JIS标准的30号硬质板水平。

Description

一种西米椰子树废料板材及其制备方法、应用
技术领域
本发明涉及生物质板材技术领域，尤其涉及一种西米椰子树废料板材及其制备方法、应用。
背景技术
中国人均森林面积占有量仅为0.1公顷左右，约为世界人均占有水平的20％，人均占有森林蓄积量约为9立方米，属于世界上木材资源少的国家。与此相对应的，中国又是世界上木质板材消耗量较大的国家之一，国内原木产量与木材的工业需求存在的缺口在日益增长。
西米椰子树(Metroxylon sagu)在全世界的生长面积大约有250万公顷，主要生长在东南亚地区，是世界上树干含淀粉最多的植物。西米椰子树的树干储存着大量的淀粉，一颗西米椰子树树干提取出的淀粉在干燥后大约有200kg。西米椰子树树干提取淀粉后的剩余物残渣，其长度为1-5mm，宽度为0.5-1mm，每年提取淀粉后剩余物大约有70万吨，数量大。西米椰子树废料的主要化学成分含量(即纤维素、半纤维素和木质素)与木材相似，并且废料中的残余淀粉是天然的胶黏剂，故完全可以用来替代木材制造人造板。在石油资源日益枯竭的大环境下，使用西米椰子树废料为原料生产绿色板材是一件很有意义的事。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种西米椰子树废料板材及其制备方法、应用，通过采用西米椰子树废料生产西米椰子树废料板材，方法可行，工艺简单，成本低廉，易于大规模生产；而且生产过程无化学胶黏剂，所得生物质板材可完全降解，适用于建筑材料和包装材料等领域。
本发明提出的一种西米椰子树废料板材的制备方法，包括如下步骤：
S1、将西米椰子树废料置于水中浸泡；
浸泡的过程使得纤维软化并且润胀，产生润胀的纤维不容易被切断；而纤维润胀的原因是由于纤维素和半纤维素分子结构中所含极性羟基与水分子产生极性吸引，水分子进入纤维素的无定形区，使纤维素分子链之间距离增大，从而引起纤维变形；
S2、将浸泡后的西米椰子树废料采用磨浆机进行打浆得到椰子树皮浆液；
机械磨浆法分离纤维均匀、分离度较高；由于制造生物质板材非常重要一步是要进行纤维分离，西米椰子树废料经过磨解分离出大量的细纤维、微纤维，帚化后纤维的外比表面积大大增加，便于纤维之间的结合交织；
S3、将椰子树皮浆液进行加热，保温得到预处理料；
消潜后纤维伸展开，压制板材时增大接触面积，有利于纤维的结合；
S4、将预处理料置于模具中进行热压得到西米椰子树废料板材；
热压挤出纤维间的水分，使得纤维交织结合，最终形成具有一定的机械强度的板材。
优选地，S1中，水温为室温。
优选地，S1中，浸泡时间为70-74h。
优选地，S3中，将椰子树皮浆液进行加热至85-95℃，保温28-32min得到预处理料。
优选地，S4中，热压温度为130-150℃，热压压强为2-8Mpa。
本发明还提出的一种西米椰子树废料板材，采用上述西米椰子树废料板材的制备方法制得。
本发明还提出的上述西米椰子树废料板材作为建筑材料和包装材料的应用。
本发明采用西米椰子树废料生产西米椰子树废料板材，方法可行，工艺简单，成本低廉，易于大规模生产；而且生产过程无胶黏剂，所得生物质材料可完全降解，适用于建筑材料和包装材料等领域。
本发明所得西米椰子树废料板材的密度为1.141～1.251g/cm3，抗弯强度为33.7～51.4MPa，抗拉强度为20.4～34.2MPa，达到了JIS标准的30号硬质板水平。
附图说明
图1为本发明实施例4所采用的西米椰子树废料。
图2为本发明实施例4所得西米椰子树废料板材。
图3为本发明所用热压工具；其中A为模具，B为铜块，C为铝片，D为金属滤网。
图4为本发明实施例4进行力学性能测试中，弯曲测试试验片尺寸示意图。
图5为本发明实施例4进行力学性能测试中，拉伸测试试验片尺寸示意图。
图6为本发明实施例4所得西米椰子树废料板材的抗压强度与热压压强的关系图。
图7为本发明实施例4所得西米椰子树废料板材的抗拉强度与热压压强的关系图。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明提出的一种西米椰子树废料板材的制备方法，包括如下步骤：
S1、将西米椰子树废料置于水中浸泡；
S2、将浸泡后的西米椰子树废料采用磨浆机进行打浆得到椰子树皮浆液；
S3、将椰子树皮浆液进行加热，保温得到预处理料；
S4、将预处理料置于模具中进行热压得到西米椰子树废料板材。
实施例2
本发明提出的一种西米椰子树废料板材的制备方法，包括如下步骤：
S1、将西米椰子树废料置于室温水中浸泡74h；
S2、将浸泡后的西米椰子树废料采用磨浆机进行打浆得到椰子树皮浆液；
S3、将椰子树皮浆液进行加热至85℃，保温32min得到预处理料；
S4、将预处理料置于模具中进行热压得到西米椰子树废料板材，热压温度为130℃，热压压强为8Mpa。
实施例3
本发明提出的一种西米椰子树废料板材的制备方法，包括如下步骤：
S1、将西米椰子树废料置于室温水中浸泡70h；
S2、将浸泡后的西米椰子树废料采用磨浆机进行打浆得到椰子树皮浆液；
S3、将椰子树皮浆液进行加热至95℃，保温28min得到预处理料；
S4、将预处理料置于模具中进行热压得到西米椰子树废料板材，热压温度为150℃，热压压强为2Mpa。
实施例4
本发明提出的一种西米椰子树废料板材的制备方法，包括如下步骤：
S1、将西米椰子树废料置于水中浸泡74h；浸泡的过程使得纤维软化并且润胀，产生润胀的纤维不容易被切断；而纤维润胀的原因是由于纤维素和半纤维素分子结构中所含极性羟基与水分子产生极性吸引，水分子进入纤维素的无定形区，使纤维素分子链之间距离增大，从而引起纤维变形；
S2、将浸泡后的西米椰子树废料采用磨浆机进行打浆得到椰子树皮浆液；机械磨浆法分离纤维均匀、分离度较高；由于制造生物质板材非常重要一步是要进行纤维分离，西米椰子树废料经过磨解分离出大量的细纤维、微纤维，帚化后纤维的外比表面积大大增加，便于纤维之间的结合交织；
S4、将椰子树皮浆液加热至90℃，保温30min得到预处理料；使消潜后纤维伸展开，压制板材时增大接触面积，有利于纤维的结合；
S5、将500mL预处理料置于模具中进行热压，热压温度为140℃，热压压强为3.5Mpa，挤出纤维间的水分，使得纤维交织结合，得到绿色环保的西米椰子树废料板材，如图2所示。
其中热压工具如图3所示，包括模具和辅助工具；模具为不锈钢材料，长100mm，宽100mm，深40mm；辅助工具包括：一个铜制压块(100×100×25mm)、一个铝片(100×100mm)和两片金属纱网(100×100mm)，预处理料置于两片纱网中间。为了蒸发水分，模具、铜压块和铝片均带有直径为2mm，间隔为7×7mm的若干小孔。
将本发明实施例4所得西米椰子树废料板材进行力学性能试验，拉伸与弯曲试验使用电子万能力学试验机(ETM103A，万测，中国)检测，弯曲试验片和拉伸试验片尺寸分别如图4和图5所示(单位mm)。试验方法和标准如下表所示：
弯曲试验的计算按照公式(1)，
σb为抗弯强度，P为施加载荷，LS为支撑跨度，b为板材厚度，a为试件宽度。
拉伸试验的计算按照公式(2)，
σ为抗拉强度，P为施加载荷，A为试件的面积。
本发明实施例5所得西米椰子树废料板材的测试数据如下：
通过上述试验可以看出，本发明实施例4所得西米椰子树废料板材的抗弯强度为33.7～51.4MPa，抗拉强度为20.4～34.2MPa，满足JIS标准的30号硬质板水平的要求。本发明所得生物质板材的抗弯强度和抗拉强度随热压压强的变化而变化，最大值均发生在3.5MPa。
本发明采用西米椰子树废料生产板材，方法可行，工艺简单，成本低廉，易于大规模生产；而且生产过程无化学胶黏剂，所得生物质材料可完全降解，适用于建筑材料和包装材料等领域。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种西米椰子树废料板材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将西米椰子树废料置于水中浸泡；
S2、将浸泡后的西米椰子树废料进行打浆得到椰子树皮浆液；
S3、将椰子树皮浆液进行加热，保温得到预处理料；
S4、将预处理料置于模具中进行热压得到西米椰子树废料板材。
2.根据权利要求1所述西米椰子树废料板材的制备方法，其特征在于，S1中，水温为室温。
3.根据权利要求1或2所述西米椰子树废料板材的制备方法，其特征在于，S1中，浸泡时间为70-74h。
4.根据权利要求1-3任一项所述西米椰子树废料板材的制备方法，其特征在于，S3中，将椰子树皮浆液进行加热至85-95℃，保温28-32min得到预处理料。
5.根据权利要求1-4任一项所述西米椰子树废料板材的制备方法，其特征在于，S4中，热压温度为130-150℃，热压压强为2-8Mpa。
6.一种西米椰子树废料板材，其特征在于，采用权利要求1-5任一项所述西米椰子树废料板材的制备方法制得。
7.一种如权利要求6所述西米椰子树废料板材作为建筑材料和包装材料的应用。
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