CN107696214A - 一种秸秆板材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种秸秆板材及其制备方法，包括以下步骤：（1）秸秆预处理；（2）将预处理后的秸秆与其他添加剂加入分散器中进行粉碎，并充分搅拌；作物秸秆与添加剂的用量为：作物秸秆：50～80份；阻燃剂：5～10份；抗氧剂：3～5份；凝胶剂：10～15份；偶联剂：2.5份；促进剂：4份；凝结剂：0.5份；按重量份计；（3）热压，成型，切割。本发明的秸秆板材具有较高的强度，较好的抗阻燃性，较好的耐水性，板材自身的性能均符合相应的要求，零甲醛排放，较好的抗氧化性，不变性，不变色，质量轻，坚固耐用，实现了植物秸秆的高效和高附加值回收利用，绿色环保，应用前景广阔。

Description

一种秸秆板材及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种秸秆板材及其制备方法，属于环保建材技术领域。
背景技术
目前，国内合成板材的制造，大多采用板材下脚料、杂木、锯末等木材类的原料。但是随着木材资源的匮乏和相关环境保护政策的出台，以木材为原料的板材成本价格越来越昂贵，因此寻找新型材料板材来替代木质板材逐步成为板材市场的当然之选。
农作物秸秆作为农业生产中的副产品，不仅数量大，而且纤维素和木素含量都比较高，从而成为替代木质人造板材的首选，不但可降低生产成本，变废为宝，而且可减少秸秆焚烧以及树木砍伐，绿色环保。现有技术中，虽然有一些企业和科研机构在利用农作物的秸秆生产板材方面做出了一定的尝试，但所生产的产品在强度、阻燃性、耐酸碱性、耐水以及环保方面都存在一些缺陷，主要原因有以下几点：首先，目前在人造板加工过程中使用的胶粘剂主要是尿醛树脂胶粘剂(UF)、酚醛树脂胶粘剂(PF)，它们在被广泛应用的同时都存在一些致命的缺点，会释放出游离的甲醛气体，不仅会污染环境，而且还会对人身健康造成危害，并且此类胶粘剂难以得到满意的胶合强度，如公开号为101693380A的中国专利公开了一种用树皮粉改性酚醛树脂为胶粘剂的秸秆刨花板，以秸秆为主要原料木工碎刨花为次要原料，压制秸秆刨花板的胶粘剂采用用树皮粉改性酚醛树脂后的胶粘剂，其工艺比较复杂，并且在制作过程中添加了较多的化工原料，不利于环保。其次，传统的热压工艺，大致可分为三个阶段，分别为板坯压缩阶段、凝胶反应固化阶段和低压排气阶段，例如公开号为CN101049706A的中国专利申请公开了一种低密度板,它以小麦秸秆、水稻秸秆为原料,以异氰酸酯树脂胶粘剂、脲醛树脂胶粘剂、酚醛树脂胶粘剂、异氰酸酯树脂胶粘剂和脲醛树脂胶粘剂的混合物、或者异氰酸酯树脂胶粘剂和酚醛树脂胶粘剂的混合物作为粘结剂,加工制成密度为200～550KG/M3的低密度板。其采用的加工方法中，热压工艺就是采用的传统热压工艺，但是该热压工艺也存在一些缺陷：一是排气时间长，约为整个生产工艺时间的三分之一，从而导致生产效率比较低；二是板坯在排气过程中会容易出现鼓泡现象，从而导致产品合格率下降，成本提高。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供了一种新型的秸秆板材及其制备方法，本发明的秸秆板材，以作物秸秆为主要原料，以甲基膦酸二甲酯(DMMP)为阻燃剂，二苯基甲烷二异氰酸酯胶粘剂(MDI)为凝胶剂，添加受阻酚类抗氧剂，并采用分散器混拌秸秆原料与添加剂，生产的板材具有轻质、阻燃、环保、隔热、不变形变色、施工快捷容易等特点。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种秸秆板材，是通过以下方法制备得到的，包括以下步骤：
(1)秸秆预处理：取作物秸秆，水洗清除杂物及腐烂物后，截成长0.3～0.5cm的小段，在120～150℃下蒸煮1小时，烘干，备用；
(2)分散器共混：将上述作物秸秆，以及下述添加剂加入分散器，粉碎、混匀，得混合料；所述作物秸秆与添加剂的用量为：作物秸秆：50～80份；阻燃剂：5～10份；抗氧剂：3～5份；凝胶剂：10～15份；偶联剂：2.5份；促进剂：4份；凝结剂：0.5份；按重量份计；
所述阻燃剂选自有机磷阻燃剂甲基膦酸二甲酯(DMMP)；
所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂，选自1010、BHT、330、CA、TCA等受阻酚类抗氧剂中的一种或两种以上；
所述凝胶剂选自二苯基甲烷二异氰酸酯胶粘剂(MDI)；
所述偶联剂为硅烷基偶联剂，选自乙烯基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷中的一种或两种以上；
所述促进剂选自过氧化钠；
所述凝结剂选自木质素磺酸钠；
(3)热压，成型、切割：将混合料倒入模具中，用压机热压成型，热压温度为100～150℃，热压压力为40Mpa；随后放入干燥器，在100～150℃下，干燥8～12小时，即得，切割成合适尺寸。
进一步的，所述步骤(1)中，作物秸秆选自玉米秸秆、高粱秸秆、水稻秸秆、小麦秸秆、芦苇杆、芦苇秸秆、绿豆秸秆、薪柴或枯树枝中的一种或任意两种以上。
本发明的秸秆板材，满足以下指标：
1200℃下，耐火极限性能≥1h；
隔音性能≥32dB；
吸水系数≤10％；
极限压力5.4Mpa/m3；
甲醛含量0ppm。
本发明的秸秆板材，具有以下有益效果：
(1)本发明的秸秆板材具有较高的强度，较好的抗阻燃性，较好的耐水性，板材自身的性能均符合相应的要求，零甲醛排放，较好的抗氧化性，不变性，不变色，质量轻，坚固耐用，实现了植物秸秆的高效和高附加值回收利用，绿色环保，应用前景广阔。
(2)本发明的秸秆板材添加的阻燃剂为甲基膦酸二甲酯(DMMP)有机磷阻燃剂，其显著特点是含磷高达25％，阻燃效率比较高，且添加量仅为常用阻燃剂的一半甚至更少的量就能发挥同样的功效，由于添加量少，对合成材料本身的理化性能几乎没有影响。
(3)本发明的秸秆板材添加的凝胶剂为二苯基甲烷二异氰酸酯胶粘剂(MDI)，无毒、无味、无甲醛，不仅稳定性高，而且零甲醛排放，从源头上断绝了甲醛的排放问题；并且通过分散器与秸秆原料均匀混合，制成的板材保持高强度的同时，且质量轻，方便运输及施工安装。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
下述实施例中所涉及的仪器、试剂、材料等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规仪器、试剂、材料等，可通过正规商业途径获得。下述实施例中所涉及的实验方法，检测方法等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规实验方法，检测方法等。
实施例1制备秸秆板材
将收获的玉米秸秆，水洗清除杂物及腐烂物，截成0.3～0.5cm的小段，在120～150℃下蒸煮1h，烘干备用。
将上述预处理后的秸秆原料，与添加剂按以下重量份加入到分散器中进行粉碎混拌，将混拌均匀的混合料倒入模具中，用压机热压成型，热压温度为100～150℃，热压压力为40Mpa；随后放入干燥器，在100～150℃下，干燥8-12h；最后切割成型制成成品。
作物秸秆：70份；阻燃剂：5份；抗氧剂：5份；凝胶剂：13份；偶联剂：2.5份；促进剂：4份；凝结剂：0.5份。
所述阻燃剂选自有机磷阻燃剂甲基膦酸二甲酯(DMMP)；
所述抗氧剂选自1010；
所述凝胶剂选自二苯基甲烷二异氰酸酯胶粘剂(MDI)；
所述偶联剂选自乙烯基三乙氧基硅烷；
所述促进剂选自过氧化钠；
所述凝结剂选自木质素磺酸钠。
上述制备的秸秆板材，其性能指标为：
1200℃下，耐火极限性能≥1h；
隔音性能≥32dB；
吸水系数≤10％；
极限压力5.4Mpa/m3；
甲醛含量0ppm。
实施例2制备秸秆板材
同实施例1，不同之处在于：预处理后秸秆原料与添加剂的重量份比如下：
作物秸秆：75份；阻燃剂：8份；抗氧剂：5份；凝胶剂：10份；偶联剂：2.5份；促进剂：4份；凝结剂：0.5份。
实施例3制备秸秆板材
同实施例1，不同之处在于：预处理后秸秆原料与添加剂的重量份比如下：
作物秸秆：50份；阻燃剂：10份；抗氧剂：3份；凝胶剂：15份；偶联剂：2.5份；促进剂：4份；凝结剂：0.5份。
实施例4制备秸秆板材
同实施例1，不同之处在于：预处理后秸秆原料与添加剂的重量份比如下：
作物秸秆：80份；阻燃剂：5份；抗氧剂：5份；凝胶剂：10份；偶联剂：2.5份；促进剂：4份；凝结剂：0.5份。
对比例1制备秸秆板材
同实施例1，不同之处在于：凝胶剂采用尿醛树脂胶粘剂(UF)，阻燃剂采用二溴甲烷。
性能检测：测试实施例1～4以及对比例1分别制备的秸秆板材的冲击强度和拉伸强度，冲击强度测试参照GB/T 1843-1996进行，拉伸强度测试参照GB/T 1446-2005进行，测试结果如表1所示。
由表1可见，实施例1～4所制备的秸秆板材的冲击强度为0.85～0.96KJ/m2，拉伸强度为0.21～0.30Mpa，性能优异。而对比例1与实施例相比，不采用二苯基甲烷二异氰酸酯胶粘剂(MDI)作为凝胶剂，甲基膦酸二甲酯(DMMP)为助燃剂，制备的板材在性能上有较大差异，并且也不符合预设性能指标：
1200℃下，耐火极限性能≥1h；
隔音性能≥32dB；
吸水系数≤10％；
极限压力5.4Mpa/m3；
甲醛含量0ppm。
表1
冲击强度(KJ/m2) 拉伸强度(Mpa)
实施例1 0.85 0.21
实施例2 0.89 0.26
实施例3 0.91 0.28
实施例4 0.96 0.30
对比例1 0.52 0.15

Claims (6)

1.一种秸秆板材的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）秸秆预处理：取作物秸秆，水洗清除杂物及腐烂物后，截成长0.3～0.5cm的小段，在120～150℃下蒸煮1小时，烘干，备用；
（2）分散器共混：将上述作物秸秆，以及下述添加剂加入分散器，粉碎、混匀，得混合料；所述作物秸秆与添加剂的用量为：作物秸秆：50～80份；阻燃剂：5～10份；抗氧剂：3～5份；凝胶剂：10～15份；偶联剂：2.5份；促进剂：4份；凝结剂：0.5份；按重量份计；
所述阻燃剂选自有机磷阻燃剂甲基膦酸二甲酯；
所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂；
所述凝胶剂选自二苯基甲烷二异氰酸酯胶粘剂；
所述偶联剂为硅烷基偶联剂；
所述促进剂选自过氧化钠；
所述凝结剂选自木质素磺酸钠；
（3）热压，成型、切割：将混合料倒入模具中，用压机热压成型，热压温度为100～150℃，热压压力为40Mpa；随后放入干燥器，在100～150℃下，干燥8～12小时，即得，切割成合适尺寸。
2.根据权利要求1所述的秸秆板材的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，作物秸秆选自玉米秸秆、高粱秸秆、水稻秸秆、小麦秸秆、 芦苇杆、芦苇秸秆、绿豆秸秆、薪柴或枯树枝中的一种或任意两种以上。
3.根据权利要求1所述的秸秆板材的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中，所述抗氧剂选自1010、BHT、330、CA、TCA中的一种或两种以上。
4.根据权利要求1所述的秸秆板材的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中，所述偶联剂选自乙烯基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷中的一种或两种以上。
5.利用权利要求1～4中任一项所述的秸秆板材的制备方法制备得到的秸秆板材。
6.根据权利要求5所述的秸秆板材，其特征在于：所述秸秆板材满足以下指标：
1200℃下，耐火极限性能≥1h；
隔音性能≥32dB；
吸水系数≤10%；
极限压力5.4Mpa/m3；
甲醛含量0ppm。
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