CN109837788A - 一种草浆纤维增强水泥板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种草浆纤维增强水泥板及其制备方法，通过筛分的方式能除去细小纤维，便可以极大的提高纤维的长度分布及滤水性能，通过微碱化学机械生物法(碱处理、机械处理、酶处理)制得草浆，能较大程度脱去木质素和半纤维素，提高纤维的含量，提高和水泥基的兼容性，并且具有较高的耐碱性，与高碱性水泥复合时，制备得到草浆纤维水泥板在力学性能上达到甚至超过针叶浆纤维水泥板的效果，能极大的充分利用起我国的资源，变废为宝，并且降低了纤维水泥板的制作成本。

Description

一种草浆纤维增强水泥板及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种草浆纤维增强水泥板及其制备方法，属于建筑材料制品领域。
背景技术
我国能源消耗70％自于化石能源，但我国的化石资源在全球的占比较低，石油、天然气及煤分别占全世界同类型的资源的1.2％、1.3％及13.9％。化石资源是不可再生资源，其开发利用会对空气、土壤及水资源等环境造成难以挽回的破坏，其中尤其以温室效应加剧带来的厄尔尼诺气象尤为严重。由于我国化石资源短缺，人均能源远低于世界平均水平，且我国已成为世界原油进口第一大国，对外依赖程度严重，这严重影响我国经济社会的可持续发展。因此开发绿色、可持续的资源能源，得到了科学界和政府的高度重视。将丰富的木质纤维素类资源利用起来就是一条切实可行的办法。
过去普遍认为制造强度较高的纤维水泥制品宜使用针叶木浆制成的木浆纤维，由于我国针叶木材匮乏，纤维水泥板所需的纤维原料主要由进口木浆纤维和国外废纸浆为主。由于国外企业垄断，纤维进口价格不断上涨。因此，未来制造纤维水泥板所用纤维需要立足于国内，扩大纤维原料来源。
草类生物质相比较于针叶木或是阔叶木有一个问题，植物的细胞壁中含有较多的杂细胞，主要包括：薄壁细胞、射线细胞及表皮细胞等，在工业化预处理或是制浆厂制浆时，这些细胞的细胞壁以细小纤维的形式脱落，并掺杂在浆中，这些细小纤维会影响纤维滤水性能及影响纤维的长度分布。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种将草浆纤维替代针叶浆纤维制备水泥板，以降低纤维增强水泥板的成本，实现农林副产物的资源化利用。
为了解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下：
一种草浆纤维增强水泥板，它由以下重量份物料所组成：
以及以上物料质量总和3～4倍的水；
其中，草浆纤维为禾本科草料经碱处理、机械破碎打浆、生物酶处理后，进行筛分得到的长纤维。
本发明通过筛分的方式能除去细小纤维，便可以极大的提高纤维的长度分布及滤水性能。通过微碱化学机械生物法(碱处理、机械处理、酶处理)制得的草浆，能较大程度脱去木质素和半纤维素，提高纤维的含量，提高和水泥基的兼容性，并且具有较高的耐碱性，与高碱性水泥复合时，制备得到草浆纤维水泥板在力学性能上达到甚至超过针叶浆纤维水泥板的效果，能极大的充分利用起我国的资源，变废为宝，并且降低了纤维水泥板的制作成本。
具体地，所述禾本科草料包括麦秸秆、稻秸秆、玉米秸秆及芦苇中的一种或两种以上的混合。
所述草浆纤维的制备方法包括以下步骤：
(1)粉碎草料，制成3～5cm草片；
(2)清洗草料，除去草料中泥沙；
(3)碱溶液浸泡处理，碱用量为草料质量的3～10％；
(4)将步骤(3)碱处理后的草料进行磨解和打浆得到草浆；
(5)将步骤(4)得到的草浆进行生物酶处理；
(6)对步骤(5)生物酶处理后的草浆用筛分设备进行筛分，除去草浆中的细小纤维。
优选地，步骤(4)中得到的草浆中半纤维素浓度范围为5～20wt％。
步骤(5)中，所述生物酶采用半纤维素酶，酶用量为200～1500u/g半纤维素。
步骤(6)中的筛分设备包括旋振筛、直线筛、超声波振动筛或过滤筛，筛网孔径为18～70目。
本发明还提供上述草浆纤维增强水泥板的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将水泥、石英砂、草浆纤维、硅灰石以及水混合均匀，得到浆料；
步骤二：将步骤一混合好的浆料倒入模具中进行脱水，用加压机对脱水后的胚料进行挤压成型；
步骤三：带模预养护；
步骤四：脱模，然后移至蒸压养护釜中进行蒸压养护。
具体地，步骤二中，所述挤压成型的压力为130～170kN。
步骤三中，所述预养护的条件为：温度40～60℃，湿度≥90％，预养护时间为3～6h。
步骤四中，所述蒸压养护的条件为：蒸气压力0.62～1.6MPa，温度160～201℃，蒸压养护时间为6～11h。
有益效果：
1、本发明更好的实现了农林副产物的利用，以麦秸秆、稻秸秆、玉米秸秆及芦苇等草类为主，解决我国秸秆处理问题，变废为宝。
2、本发明利用草浆代替现在主流的针叶木或是阔叶木浆，极大的降低了纤维增强水泥板的成本，利用微碱化学机械生物法制浆并结合筛浆的草类秸秆处理工艺，能提高草浆纤维的整体长度，所得草浆纤维含量高与水泥基有较高兼容性，并具有较高耐碱性。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。
实施例1
(1)备料
草浆纤维制备：
麦草粉碎，制成3～5cm草片；清洗草料，除去草料中泥沙；微碱化学机械生物法预处理(用5％碱浸泡处理后的草料，之后分别经双螺杆挤压搓丝及盘磨磨解来进行分丝帚化处理并打浆得到草浆，随后用尤特尔半纤维素酶对浆料酶解脱除部分半纤维素，酶用量为600u/g半纤维素，在50℃下酶解2h)，预处理后用20目直线筛筛浆，取筛网截留部分纤维。
按以下比例称取好各物料：
以及以上物料质量总和3倍的水。
(2)制板
将称好的水泥、石英砂、草浆纤维、硅灰石及水均到混匀机中，摇匀混合，混合后的浆料倒入模具中进行脱水，用加压机对脱水后的胚料进行挤压成型，在模具里进行预养护，板子脱模，移至蒸压养护釜中做蒸压养护(挤压成型条件：压力160kN；预养护条件：温度40℃、时间4h、湿度≥90％；蒸压养护条件：温度175℃、饱和蒸气压0.9MPa、时间7h)。
实施例2
(1)备料
草浆纤维制备：
麦草粉碎，制成3～5cm草片；清洗草料，除去草料中泥沙；微碱化学机械生物法预处理(用5％碱浸泡处理后的草料，之后分别经双螺杆挤压搓丝及盘磨磨解来进行分丝帚化处理并打浆得到草浆，随后用尤特尔半纤维素酶对浆料酶解脱除部分半纤维素，酶用量为200u/g半纤维素，在50℃下酶解2h)，预处理后用20目直线筛筛浆，取筛网截留部分纤维。
按以下比例称取好各物料：
以及以上物料质量总和3倍的水。
(2)制板
将称好的水泥、石英砂、草浆纤维、硅灰石及水均到混匀机中，摇匀混合，混合后的浆料倒入模具中进行脱水，用加压机对脱水后的胚料进行挤压成型，在模具里进行预养护，板子脱模，移至蒸压养护釜中做蒸压养护(挤压成型条件：压力160kN；预养护条件：温度40℃、时间4h、湿度≥90％；蒸压养护条件：温度175℃、饱和蒸气压0.9MPa、时间7h)。
实施例3
(1)备料
草浆纤维草浆制备：
麦草粉碎，制成3～5cm草片；清洗草料，除去草料中泥沙；微碱化学机械生物法预处理(用5％碱浸泡处理后的草料，之后分别经双螺杆挤压搓丝及盘磨磨解来进行分丝帚化处理并打浆得到草浆，随后用尤特尔半纤维素酶对浆料酶解脱除部分半纤维素，酶用量为600u/g半纤维素，在50℃下酶解2h)，预处理后用20目直线筛筛浆，取筛网截留部分纤维。
按以下比例称取好各物料：
以及以上物料质量总和4的水。
(2)制板
将称好的水泥、石英砂、草浆纤维、硅灰石及水均到混匀机中，摇匀混合，混合后的浆料倒入模具中进行脱水，用加压机对脱水后的胚料进行挤压成型，在模具里进行预养护，板子脱模，移至蒸压养护釜中做蒸压养护(挤压成型条件：压力160kN；预养护条件：温度40℃、时间4h、湿度≥90％；蒸压养护条件：温度175℃、饱和蒸气压0.9MPa、时间7h)。
实施例4
(1)备料
草浆纤维制备：
稻草粉碎，制成3～5cm草片；清洗草料，除去草料中泥沙；微碱化学机械生物法预处理(用10％碱浸泡处理后的草料，之后分别经双螺杆挤压搓丝及盘磨磨解来进行分丝帚化处理并打浆得到草浆，随后用尤特尔半纤维素酶对浆料酶解脱除部分半纤维素，酶用量为1000u/g半纤维素，在50℃下酶解2h)，预处理后用20目直线筛筛浆，取筛网截留部分纤维。
按以下比例称取好各物料：
以及以上物料质量总和3倍的水。
(2)制板
将称好的水泥、石英砂、草浆纤维、硅灰石及水均到混匀机中，摇匀混合，混合后的浆料倒入模具中进行脱水，用加压机对脱水后的胚料进行挤压成型，在模具里进行预养护，板子脱模，移至蒸压养护釜中做蒸压养护(挤压成型条件：压力160kN；预养护条件：温度40℃、时间4h、湿度≥90％；蒸压养护条件：温度175℃、饱和蒸气压0.9MPa、时间7h)。
实施例5
(1)备料
草浆纤维制备：
粉碎玉米秸秆，制成3～5cm草片；清洗草料，除去草料中泥沙；微碱化学机械生物法预处理(用15％碱浸泡处理后的草料，之后分别经双螺杆挤压搓丝及盘磨磨解来进行分丝帚化处理并打浆得到草浆，随后用尤特尔半纤维素酶对浆料酶解脱除部分半纤维素，酶用量为1500u/g半纤维素，在50℃下酶解2h)，预处理后用20目直线筛筛浆，取筛网截留部分纤维。
按以下比例称取好各物料：
以及以上物料质量总和3倍的水。
(2)制板
将称好的水泥、石英砂、草浆纤维、硅灰石及水均到混匀机中，摇匀混合，混合后的浆料倒入模具中进行脱水，用加压机对脱水后的胚料进行挤压成型，在模具里进行预养护，板子脱模，移至蒸压养护釜中做蒸压养护。(挤压成型条件：压力160kN；预养护条件：温度40℃、时间4h、湿度≥90％；蒸压养护条件：温度175℃、饱和蒸气压0.9MPa、时间7h)。
实施例6
(1)备料
草浆纤维制备：
粉碎芦苇，制成3～5cm草片；清洗草料，除去草料中泥沙；微碱化学机械生物法预处理(用5％碱浸泡处理后的草料，之后分别经双螺杆挤压搓丝及盘磨磨解来进行分丝帚化处理并打浆得到草浆，随后用尤特尔半纤维素酶对浆料酶解脱除部分半纤维素，酶用量为200u/g半纤维素，在50℃下酶解2h)，预处理后用20目直线筛筛浆，取筛网截留部分纤维。
按以下比例称取好各物料：
以及以上物料质量总和3倍的水。
(2)制板
将称好的水泥、石英砂、草浆纤维、硅灰石及水均到混匀机中，摇匀混合，混合后的浆料倒入模具中进行脱水，用加压机对脱水后的胚料进行挤压成型，在模具里进行预养护，板子脱模，移至蒸压养护釜中做蒸压养护(挤压成型条件：压力160kN；预养护条件：温度40℃、时间4h、湿度≥90％；蒸压养护条件：温度175℃、饱和蒸气压0.9MPa、时间7h)。
对比例1
具体给出传统针叶木浆增强水泥板制备方法，并尽量使得工艺成型养护方式和本申请方法相同。
将草浆替换为针叶木浆，其它物料配比及制板工艺同实施例1。
对比例2
(1)备料
草浆纤维制备：
麦草粉碎，制成3～5cm草片；清洗草料，除去草料中泥沙；盘磨磨解、双螺杆搓丝、以及打浆机打浆得到草浆，然后过滤得到草浆纤维；
按以下比例称取好各物料：
以及以上物料质量总和3倍的水。
(2)制板
将称好的水泥、石英砂、草浆纤维、硅灰石及水均到混匀机中，摇匀混合，混合后的浆料倒入模具中进行脱水，用加压机对脱水后的胚料进行挤压成型，在模具里进行预养护，板子脱模，移至蒸压养护釜中做蒸压养护(挤压成型条件：压力160kN；预养护条件：温度40℃、时间4h、湿度≥90％；蒸压养护条件：温度175℃、饱和蒸气压0.9MPa、时间7h)。
将实施例1～6和对比例1和2制得的水泥板按照国标GB/T 7019-2014检测抗折强度、抗压强度和表观密度，结果见表1。
表1
样品 抗折强度 表观密度
实施例1 13.0MPa 1.35g/cm<sup>3</sup>
实施例2 12.1MPa 1.29g/cm<sup>3</sup>
实施例3 11.5MPa 1.27g/cm<sup>3</sup>
实施例4 11.7MPa 1.25g/cm<sup>3</sup>
实施例5 11.4MPa 1.27g/cm<sup>3</sup>
实施例6 12.2MPa 1.30g/cm<sup>3</sup>
对比例1 12.9MPa 1.32g/cm<sup>3</sup>
对比例2 8.1MPa 1.22g/cm<sup>3</sup>
通过数据对比，草类纤维通过碱法机械生物制浆，再结合对草浆进行筛选除去部分细小纤维，得到的草浆应用于制备纤维水泥板时，在抗折性能方面具有能接近甚至超过针叶木浆纤维增强水泥板的效果。碱法机械生物法制浆能在较好的保留纤维长度的情况下，提高纤维的分丝帚化率，并且溶出一部分的木质素及半纤维素，能使纤维暴露更多的游离羟基提高无定形区，来增加纤维与水泥基材料兼容性，最后得到一种强度较高的草浆纤维增强水泥板。
本发明提供了一种草浆纤维增强水泥板及其制备方法的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (10)

1.一种草浆纤维增强水泥板，其特征在于，它由以下重量份物料所组成：
以及以上物料质量总和3～4倍的水；
其中，草浆纤维为禾本科草料经碱处理、机械破碎打浆、生物酶处理后，进行筛分得到的长纤维。
2.根据权利要求1所述的草浆纤维增强水泥板，其特征在于，所述禾本科草料包括麦秸秆、稻秸秆、玉米秸秆及芦苇中的一种或两种以上的混合。
3.根据权利要求2所述的草浆纤维增强水泥板，其特征在于，所述草浆纤维的制备方法包括以下步骤：
(1)粉碎草料，制成3～5cm草片；
(2)清洗草料，除去草料中泥沙；
(3)碱溶液浸泡处理，碱用量为草料质量的3～10％；
(4)将步骤(3)碱处理后的草料进行磨解和打浆得到草浆；
(5)将步骤(4)得到的草浆进行生物酶处理；
(6)对步骤(5)生物酶处理后的草浆用筛分设备进行筛分，除去草浆中的细小纤维。
4.根据权利要求3所述的草浆纤维增强水泥板，其特征在于，步骤(4)中得到的草浆中半纤维素浓度范围为5～20wt％。
5.根据权利要求3所述的草浆纤维增强水泥板，其特征在于，步骤(5)中，所述生物酶采用半纤维素酶，酶用量为200～1500u/g半纤维素。
6.根据权利要求3所述的草浆纤维增强水泥板，其特征在于，步骤(6)中的筛分设备包括旋振筛、直线筛、超声波振动筛或压力筛，筛网孔径为18～70目。
7.权利要求1所述草浆纤维增强水泥板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：将水泥、石英砂、草浆纤维、硅灰石以及水混合均匀，得到浆料；
步骤二：将步骤一混合好的浆料倒入模具中进行脱水，用加压机对脱水后的胚料进行挤压成型；
步骤三：带模预养护；
步骤四：脱模，然后移至蒸压养护釜中进行蒸压养护。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤二中，所述挤压成型的压力为130～170kN。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤三中，所述预养护的条件为：温度40～60℃，湿度≥90％，预养护时间为3～6h。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤四中，所述蒸压养护的条件为：蒸气压力0.62～1.6MPa，温度160～201℃，蒸压养护时间为6～11h。
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