CN108501169A - 一种利用玉米秸秆皮制备层积板的方法 - Google Patents

Abstract

一种利用玉米秸秆皮制备层积板的方法，属于板材制作技术领域。本发明旨在保留玉米秸秆皮的完整性用于板材的制作，并对玉米秸秆皮采取选择性预处理的方式进行改性，将其用于板材的芯层结构中，以增强板材的性能。取新鲜玉米秸秆皮，干燥，将玉米秸秆皮截断，取部分玉米秸秆皮用碱性溶液在恒温下浸泡处理，再用清水洗涤至中性后在室温下或烘箱中进行干燥；铺设多层，每层玉米秸秆皮沿纤维生长方向平行铺放，层与层之间的玉米秸秆皮沿生长方向交叉90°铺放，每层均匀涂刷异氰酸酯胶，在铺排时，芯层选用用碱性溶液处理后的玉米秸秆皮，表层选用未经处理过的玉米秸秆皮，对板材施压；静置，得到成型的玉米秸秆层积板。本发明用于制备玉米秸秆皮层积板。

Description

一种利用玉米秸秆皮制备层积板的方法

技术领域

本发明涉及一种层积板的制备方法，属于板材制作技术领域。

背景技术

玉米秸秆由玉米秸秆皮和玉米秸秆穰组成。其中，玉米秸秆皮化学成分与木材相近，弹性模量高，静曲强度大，可以作为代木材料使用。

专利号CN87103594A公开了一种利用玉米秸秆制备碎料板的方法，其将玉米秸秆整秆粉碎，通过施胶热压制备碎料板，但由于玉米秸秆皮、穰性质差异大，通过粉碎混合制板，一定程度上降低了板材的性能。

目前利用玉米秸秆较为高效的方式是将秸秆粉碎，通过风选选择性分离出秸秆皮，以混胶压合的方式制成秸秆人造板。发明专利申请公开号CN101691044A和CN101134335A公开了两种粉碎制备秸秆板的方法。虽然方案中仅使用了秸秆皮作为原料，但由于粉碎破坏了纤维的原有结构，导致纤维颗粒比表面积增大，增加了板材的脆性，降低了板材的力学性能，同时粉碎工艺也带来大量扬尘，产生了不可忽视的污染问题。

为增大板材韧性，利用原有纤维的力学性能，则需保留纤维的完整性。发明专利申请公开号CN105034089A公开了一种保留完整玉米秸秆制作板材的方法，但其未考虑将玉米秸秆穰与玉米秸秆皮进行分离，难以压制成型；同时，玉米秸秆表面含有一层由蜡质和SiO₂组成的表皮层，具有疏水性质，影响胶合，进一步影响成板后的性能。在大多数利用玉米秸秆制板的专利中，未考虑表面蜡质对成板的影响。

发明专利公告号CN105415783A公开了一种采用机械分离法去除玉米秸秆皮的表面蜡质，铺装制板的方式，但机械分离法对设备要求较高，相对加工难度高；其次，该专利并未考虑玉米秸秆皮芯层的铺排方式对板材成板性能的影响。

综上，现有的利用玉米秸秆制备板材存在以下四个问题：1）未考虑玉米秸秆皮、穰性质差异，导致混合制板后板材性能过差；2）以粉碎玉米秸秆皮制作板材，带来了扬尘污染，降低了板材的性能；3）未考虑将玉米秸秆皮的疏水表皮层去除而影响板材胶合能力；4）未考虑铺排方式对成板性能的影响。

发明内容

本发明的目的在于为了解决现有技术存在的上述问题，提供一种利用玉米秸秆皮制备层积板的方法。本发明旨在保留玉米秸秆皮的完整性用于板材的制作，并对玉米秸秆皮采取选择性预处理的方式进行改性，以每层玉米秸秆皮沿纤维生长方向平行铺放，层与层之间的玉米秸秆皮沿生长方向交叉90°铺排的方式，将其用于板材的芯层结构中，以增强板材的性能。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

本发明中的预处理方式主要分为两部分：

第一步是对板材芯层的玉米秸秆皮进行碱洗的预处理。此部分去除了影响玉米秸秆皮胶合性能的表皮层蜡质，提高了芯层玉米秸秆皮的胶合性能；同时碱洗也去除了玉米秸秆皮纤维的非结晶区，增加了玉米秸秆皮纤维的结晶度，提高了纤维的韧性，进而提高了板材的力学性能；

第二步是对层积板表层的玉米秸秆皮不进行预处理，以保留其表面的疏水蜡质层，从而增强层积板的防水性能。

本发明的一种利用玉米秸秆皮制备层积板的方法的具体步骤如下：

步骤一：原料准备；取新鲜玉米秸秆皮，洗去表面灰尘与污泥后干燥，干燥温度为50-80℃，干燥后的含水量为7-9%，将玉米秸秆皮截断成80-200mm的刨片，取部分玉米秸秆皮用3-5%碱性溶液在80℃恒温下浸泡处理，所述碱性溶液的体积为玉米秸秆皮质量的10-15倍，浸泡45min去除表皮蜡质层，再用清水洗涤至中性后在室温下或烘箱中进行干燥，烘箱中的干燥温度为50-80℃，干燥至玉米秸秆皮含水量为7-9%为止；

步骤二：铺排施胶制成板材；铺设多层，每层玉米秸秆皮沿纤维生长方向平行铺放，层与层之间的玉米秸秆皮沿生长方向交叉90°铺放，每层均匀涂刷异氰酸酯胶，施胶量为玉米秸秆皮质量的8%-15%；在铺排时，芯层选用步骤一中用碱性溶液处理后的玉米秸秆皮以增加韧度和板材的胶合性能；表层选用未经处理过的玉米秸秆皮，且表层均是外表皮朝外放置，以增强秸秆板表面的防水性能和力学强度；

步骤三：对板材施压；施压压力为6.0-8.5MPa，在温度为100-150℃的情况下先将板材进行预压5-8min后取消加热，使温度回落至室温，在此过程中持续施压30-45min；

步骤四：静置；将板材放置于自然状态下平衡12h，待胶自然风干后，得到成型的具有韧性和防水性的玉米秸秆层积板。

本发明相对于现有技术的有益效果是：

传统的玉米秸秆制造人造板的过程中往往选择粉碎—分选工艺，增加了在生产过程中的复杂性；同时，经过粉碎工艺也破坏了秸秆原有纤维的结构，导致板材力学性能下降。而在本发明方法中，根据玉米秸秆皮的性质，针对现有技术存在的上述问题有了如下的解决方案：

（1）利用玉米秸秆皮力学性能优越的特点，对秸秆皮截断成一定长度的刨片，制备具有韧性的秸秆板材。相比于粉碎工艺，刨片工艺保留了秸秆原有的纤维结构，避免了粉碎工艺造成的扬尘污染。同时，方法中以每层玉米秸秆皮沿纤维生长方向平行铺放，层与层之间的玉米秸秆皮沿生长方向交叉90°铺放，重新组织了纤维的排列结构，增强了板材的强度和韧性，降低了板材的密度，使板材各方向的力学性能均一化。

（2）利用碱性溶液能够去除玉米秸秆皮表面蜡质及软化秸秆的特点，由于板材表面为应力最大处，将未碱洗的玉米秸秆皮铺放在表层以增强板材强度，将碱洗后的玉米秸秆皮铺放在芯层以提高韧性，从而解决碱洗导致玉米秸秆皮防水能力丧失，力学性能下降的问题。

根据GB/T17657—2013《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》进行测试，以施胶量为15%，热压温度110℃，压力为8MPa，预压6min后取消加热，在温度回落的过程中持续施压40mim的制备方法，制出的板材平均密度在0.95g/cm³，静曲强度为21.69MPa。同时测得其最大扭转角达32.24°，具有较好的韧性与强度。同时，刨片工艺相比于粉碎工艺，因为其省略了打碎工艺，在一定程度上节省了能量，同时避免了粉碎过程中造成的扬尘，具有节能环保的特点。此外，刨片还能有效降低相同成型板材的密度，制作出的层积板具有轻质的特点。

本发明相对于现有技术，具有以下特点：1）通过保留了玉米秸秆表皮纤维的完整性制备层积板材，避免了粉碎工艺带来的扬尘污染和板材脆性大的问题；2）对芯层玉米秸秆采用碱洗工艺，以去除表面蜡质，从而提高了胶合性能，增加了秸秆纤维的结晶度，提高了纤维的韧性；对板材表层秸秆则采用不碱洗的方式，以保留秸秆板材表层的防水性能；3）通过改变板材铺排方式，优化了板材的性能。

附图说明

图1 为发明的一种利用玉米秸秆皮制备层积板的方法的步骤二中，玉米秸秆皮铺排方式主视示意图；

图2是图1的左视图；

图3为采用本发明的方法制备出的玉米秸秆皮层积板复合结构示意图；

图4为本发明的一种利用玉米秸秆皮制备层积板的方法的流程框图。

具体实施方式；

为了更好的理解本发明专利的方案，结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

具体实施方式一：如图1-图4所示，本实施方式披露了一种利用玉米秸秆皮制备层积板的方法，所述方法通过以下步骤实现：

步骤一：原料准备；取新鲜玉米秸秆皮，洗去表面灰尘与污泥后干燥，干燥温度为50-80℃，干燥后的含水量为7-9%，将玉米秸秆皮截断成80-200mm的刨片，取部分玉米秸秆皮用3-5%碱性溶液在80℃恒温下浸泡处理，所述碱性溶液的体积为玉米秸秆皮质量的10-15倍，浸泡45min去除表皮蜡质层，再用清水洗涤至中性后在室温下或烘箱中进行干燥，烘箱中的干燥温度为50-80℃，干燥至玉米秸秆皮含水量为7-9%为止；

步骤二：铺排施胶制成板材；铺设多层，每层玉米秸秆皮沿纤维生长方向平行铺放，层与层之间的玉米秸秆皮沿生长方向交叉90°铺放，每层均匀涂刷异氰酸酯胶，施胶量为玉米秸秆皮质量的8%-15%；在铺排时，芯层1选用步骤一中用碱性溶液处理后的玉米秸秆皮以增加韧度和板材的胶合性能；表层2选用未经处理过的玉米秸秆皮，且表层2均是外表皮朝外放置，以增强秸秆板表面的防水性能和力学强度；

步骤三：对板材施压；施压压力为6.0-8.5MPa（层数增加则适当增加压力），在温度为100-150℃的情况下先将板材进行预压5-8min后取消加热，使温度回落至室温，在此过程中持续施压30-45min；

步骤四：静置；将板材放置于自然状态下平衡12h，待胶自然风干后，得到成型的具有韧性和防水性的玉米秸秆层积板。

具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明：

步骤一中，所述碱性溶液为NaOH溶液。

具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式二作出的进一步说明：

步骤一中，洗去新鲜玉米秸秆皮表面灰尘与污泥后进行干燥，干燥温度为70℃，干燥后的含水量为8%，将玉米秸秆皮截断成长度为100-150mm的刨片，取部分玉米秸秆皮用4%NaOH溶液在80℃恒温下浸泡处理，所述碱性溶液的体积为玉米秸秆皮质量的13倍，浸泡45min去除表皮蜡质层，再用清水洗涤至中性后在室温下或烘箱中进行干燥，烘箱中的干燥温度为70℃，干燥至玉米秸秆皮含水量为8%为止；

步骤二中，施胶量为玉米秸秆皮质量的12%；

步骤三中，施压压力为7.0MPa，在温度为140℃的情况下先将板材进行预压7min后取消加热，使温度回落至室温，在此过程中持续施压40min。

具体实施方式四：如图1-图4所示，本实施方式披露了一种利用玉米秸秆皮制备层积板的方法，所述方法通过以下步骤实现：

步骤一：原料准备；取新鲜玉米秸秆，将玉米秸秆采用由吉林省公主岭市丰禾植物开发有限公司生产的PRFII-0.2 型玉米秸秆皮穰分离机进行分离，筛选玉米秸秆皮，洗去表面灰尘与污泥后干燥至含水量为7-9%，将其截断成160mm长度的刨片，另取部分玉米秸秆皮，截断成160mm长度的刨片，用5%NaOH溶液在80℃恒温下处理45min去除表皮蜡质层，再用清水洗涤至中性后在烘箱中烘干，烘箱中的干燥温度为50-80℃，干燥至玉米秸秆皮含水量为7-9%为止；所述NaOH溶液的体积为玉米秸秆皮质量的10倍；

步骤二：铺排施胶制成板材；每层玉米秸秆皮沿纤维生长方向平行铺放，层与层之间的玉米秸秆皮沿生长方向交叉90°铺放，在每层玉米秸秆皮的外表面施以室温下粘度为8500mPa·S的异氰酸酯胶，施胶量为玉米秸秆皮质量的15%，在铺排时，芯层1选用步骤一中用NaOH溶液处理后的玉米秸秆皮以增强板材韧性和胶合强度，表层2选用未经过预处理的玉米秸秆皮，以增强板材表面的防水性能和静曲强度；以一片玉米秸秆皮的厚度为一层，横纵横铺放八层；

步骤三：对板材施压：施压压力为8.0MPa，在温度为110℃时对板材进行施压6min后取消加热，使得温度缓慢回落，在此过程中持续施压40min，待温度回落至室温后取出板材；

步骤四：静置；将板材放置于室温25℃下平衡12h，等待胶黏剂自然风干后得到成型的具有韧性和防水性的玉米秸秆层积板，层积板厚度为5.5mm。

根据GB/T17657—2013《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》进行测试，板材的平均密度在0.95g/cm³，静曲强度为21.69MPa。同时测试其最大扭转角达32.24°，具有较好的韧性与强度。

Claims (3)

1.一种利用玉米秸秆皮制备层积板的方法，其特征在于：所述方法通过以下步骤实现：

步骤一：原料准备；取新鲜玉米秸秆皮，洗去表面灰尘与污泥后干燥，干燥温度为50-80℃，干燥后的含水量为7-9%，将玉米秸秆皮截断成80-200mm的刨片，取部分玉米秸秆皮用3-5%碱性溶液在80℃恒温下浸泡处理，所述碱性溶液的体积为玉米秸秆皮质量的10-15倍，浸泡45min去除表皮蜡质层，再用清水洗涤至中性后在室温下或烘箱中进行干燥，烘箱中的干燥温度为50-80℃，干燥至玉米秸秆皮含水量为7-9%为止；

步骤二：铺排施胶制成板材；铺设多层，每层玉米秸秆皮沿纤维生长方向平行铺放，层与层之间的玉米秸秆皮沿生长方向交叉90°铺放，每层均匀涂刷异氰酸酯胶，施胶量为玉米秸秆皮质量的8%-15%；在铺排时，芯层（1）选用步骤一中用碱性溶液处理后的玉米秸秆皮以增加韧度和板材的胶合性能；表层（2）选用未经处理过的玉米秸秆皮，且表层（2）均是外表皮朝外放置，以增强秸秆板表面的防水性能和力学强度；

步骤三：对板材施压；施压压力为6.0-8.5MPa，在温度为100-150℃的情况下先将板材进行预压5-8min后取消加热，使温度回落至室温，在此过程中持续施压30-45min；

步骤四：静置；将板材放置于自然状态下平衡12h，待胶自然风干后，得到成型的具有韧性和防水性的玉米秸秆层积板。

2.根据权利要求1所述的一种利用玉米秸秆皮制备层积板的方法，其特征在于：步骤一中，所述碱性溶液为NaOH溶液。

3.根据权利要求2所述的一种利用玉米秸秆皮制备层积板的方法，其特征在于：

步骤一中，洗去新鲜玉米秸秆皮表面灰尘与污泥后进行干燥，干燥温度为70℃，干燥后的含水量为8%，将玉米秸秆皮截断成长度为100-150mm的刨片，取部分玉米秸秆皮用4%NaOH溶液在80℃恒温下浸泡处理，所述碱性溶液的体积为玉米秸秆皮质量的13倍，浸泡45min去除表皮蜡质层，再用清水洗涤至中性后在室温下或烘箱中进行干燥，烘箱中的干燥温度为70℃，干燥至玉米秸秆皮含水量为8%为止；

步骤二中，施胶量为玉米秸秆皮质量的12%；

步骤三中，施压压力为7.0MPa，在温度为140℃的情况下先将板材进行预压7min后取消加热，使温度回落至室温，在此过程中持续施压40min。