CN110344287A - 一种高穿透强度可再生纤维板及其绿色制备方法 - Google Patents

一种高穿透强度可再生纤维板及其绿色制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高穿透强度可再生纤维板及其绿色制备方法，属于纤维板生产技术领域。该方法具体工艺步骤如下：（1）将植物纤维浆料进行机械研磨处理，得到纳米纤丝纤维素。（2）将所得纳米纤丝纤维素置于冷压机中进行脱水处理得到湿坯。（3）将脱水后的湿坯进行热压干燥，制成高穿透强度可再生纤维板。本发明公开的高穿透强度纤维板在生产过程中不添加化学试剂，绿色环保、质量轻并且可降解，在航空航天、军用器材、建筑装饰、交通运输等应用超轻复合材料领域具有广泛的应用前景。

Description

一种高穿透强度可再生纤维板及其绿色制备方法
技术领域
本发明涉及纤维板生产技术领域，特别涉及一种高穿透强度可再生纤维板及其绿色制备方法。
背景技术
纤维素是自然界中最丰富的天然高分子聚合物之一，不仅是植物纤维原料主要的化学成分，也是纸浆和纸张最主要、最基本的化学成分。纳米纤丝纤维素是直径小于100 nm的超微细纤维，也是纤维素的最小物理结构单元；与非纳米纤丝纤维素相比，纳米纤丝纤维素具有许多优良特性，如高结晶度、高纯度、高杨氏模量、高强度、高亲水性、超精细结构和高透明性等，加之具有天然纤维素轻质、可降解、生物相容及可再生等特性，其在造纸、建筑、汽车、食品、化妆品、电子产品、医学等领域有巨大的潜在应用前景。
纳米纤丝纤维素由于具有极大的比表面积和丰富的表面羟基，其自密化能力强，并且纳米纤丝纤维素可再生也可降解，其制备来源非常丰富。纳米纤丝纤维素制备的高穿透强度纤维板不仅绿色环保无甲醛排放，自结合力强，而且其物理机械性能高于其它一些传统的木基复合材料。由于纳米纤丝纤维素板上述有前途的特性，它可以支持未来几代绿色先进材料，广泛应用于航空航天、运动器材、建筑、汽车、国防等领域。
发明内容
本发明的目的在于针对现有纤维板材性能的不足，提供一种无甲醛、高穿透强度的可再生纤维板及其绿色制备方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现。
一种高穿透强度可再生纤维板，该纤维板由纳米纤丝纤维素构成，当板的平均厚度为1-2.2 mm时，板的穿透强度为21.33-80.27 MPa。
以上所述的一种高穿透强度可再生纤维板的绿色制备方法，该方法包括以下步骤：
（1）纳米纤丝纤维素的制备：将植物纤维浆料进行纳米化机械研磨处理，得到纳米纤丝纤维素；
（2）湿坯的制备：将步骤（1）所得纳米纤丝纤维素用滤布包裹置于冷压机中进行脱水处理得到湿坯；
（3）高穿透强度纤维板的制备：将湿坯冷压处理放置，使湿坯在该压力下定型，成型后将湿坯进行热压干燥，制成高穿透强度可再生纤维板。
优选的，步骤（1）中，所述的植物纤维浆料浓度为0.2-2.0 wt%。
优选的，步骤（1）中，所述纳米化机械研磨的设备为能使植物纤维解离为微纳米纤丝的设备。
进一步优选的，所述纳米化机械研磨设备为超微粒植物粉碎机、植物纳米化研磨仪或微射流高压均质机。最优选为超微粒植物粉碎机。
优选的，步骤（1）中，所述纳米化机械研磨处理时，压力为0-40.0 MPa，研磨次数50.0-70.0 次。
优选的，步骤（2）中，所述纳米纤丝纤维素的浓度为8.0-12.0 wt%，定量为0.125-0.625 g/cm2。
优选的，步骤（2）中，所述滤布的目数为200-800 目；所述脱水的压力为0-0.4MPa。
优选的，步骤（3）中，所述定型的压力为0-0.4 MPa，时间为2-5 h。
优选的，步骤（3）中，所述干燥的压力为0.007-0.1 MPa，干燥的温度为70-90 ℃，干燥的时间为24-30 h。
优选的，该方法的具体步骤如下：
（1）纳米纤丝纤维素的制备：使用超微粒植物粉碎机将浓度为0.2-2.0 wt%的植物纤维浆料进行纳米化机械研磨处理，压力为0-40.0 MPa，研磨次数50.0-70.0 次，得到纳米纤丝纤维素。
（2）湿坯的制备：将250-375 g浓度为8.0-12.0 wt%的纳米纤丝纤维素用200-800目的滤布包裹置于冷压机中，在0-0.4 MPa的压力下进行脱水处理，脱水完全后得到湿坯。
（3）高穿透强度纤维板的制备：将湿坯冷压处理放置2-5 h，使其在该压力下定型，将成型后的湿坯转移到烘箱中，在压力为0.007-0.1 MPa，温度为70-90 ℃的条件下干燥24-30 h，得到高穿透强度纤维板，将所得板置于恒温恒湿环境中平衡水分以备用。
将所得高穿透强度可再生纤维板置于恒温恒湿环境中平衡水分以备用。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
（1）本发明制备纳米纤丝纤维素采用机械研磨的方法，属于绿色环保制备工艺；
（2）本发明公开的高穿透强度纤维板在生产过程中不添加化学试剂，绿色环保、质量轻并且可降解，在航空航天、军用器材、建筑装饰、交通运输等应用超轻复合材料领域具有广泛的应用前景。
具体实施方式
以下结合实例对本发明的具体实施作进一步的具体说明，但本发明的实施方式不限于此。
本发明对所用木质纤维素原料的种类、来源并没有特殊的限制，下面以针叶木浆为例。
以下所得板穿透强度的检测：将已平衡水分的纤维板置于电子万能材料试验机中，采用直径3 mm的铁质圆柱头对纤维板施压直至穿透，记录最大压缩应力。
实施例1
（1）纳米纤丝纤维素的制备：使用超微粒植物粉碎机将浓度为1.0 wt%的植物纤维浆料进行纳米化机械研磨处理，压力为0-40.0 MPa，研磨次数60.0 次，得到纳米纤丝纤维素。
（2）湿坯的制备：将250 g浓度为12.0 wt%、定量为0.375 g/cm2的纳米纤丝纤维素用500 目的滤布包裹置于冷压机中，在0.4 MPa的压力下进行脱水处理，脱水完全后得到湿坯。
（3）高穿透强度纤维板的制备：将湿坯冷压处理放置2 h，使其在0.4 MPa的压力下定型，将成型后的湿坯转移到烘箱中，在压力为0.1 MPa，温度为70 ℃的条件下干燥30 h，得到高穿透强度纤维板，该板的密度1.35 g/cm³。将所得板置于恒温恒湿环境（23 ℃，50%RH）中平衡水分以备用。检测板的穿透强度，结果显示当板的平均厚度为1 mm时，板的穿透强度为27.67 MPa。
实施例2
（1）纳米纤丝纤维素的制备：使用超微粒植物粉碎机将浓度为1.0 wt%的植物纤维浆料进行纳米化机械研磨处理，压力为0-40.0 MPa，研磨次数70.0 次，得到纳米纤丝纤维素。
（2）湿坯的制备：将375 g浓度为8.0 wt%、定量为0.125 g/cm2的纳米纤丝纤维素用500 目的滤布包裹置于冷压机中，在0.4 MPa的压力下进行脱水处理，脱水完全后得到湿坯。
（3）高穿透强度纤维板的制备：将湿坯冷压处理放置3.5 h，使其在0.4 MPa的压力下定型，将成型后的湿坯转移到烘箱中，在压力为0.007 MPa，温度为90 ℃的条件下干燥24h，得到高穿透强度纤维板，该板的密度1.23 g/cm³。将所得板置于恒温恒湿环境（23 ℃，50% RH）中平衡水分以备用。检测板的穿透强度，结果显示当板的平均厚度为1 mm时，板的穿透强度为21.33 MPa。
实施例3
（1）纳米纤丝纤维素的制备：使用超微粒植物粉碎机将浓度为1.0 wt%的植物纤维浆料进行纳米化机械研磨处理，压力为0-40.0 MPa，研磨次数50.0 次，得到纳米纤丝纤维素。
（2）湿坯的制备：将300 g浓度为10.0 wt%、定量为0.375 g/cm2的纳米纤丝纤维素用500 目的滤布包裹置于冷压机中，在0.4 MPa的压力下进行脱水处理，脱水完全后得到湿坯。
（3）高穿透强度纤维板的制备：将湿坯冷压处理放置5 h，使其在0.4 MPa的压力下定型，将成型后的湿坯转移到烘箱中，在压力为0.01 MPa，温度为80 ℃的条件下干燥27 h，得到高穿透强度纤维板，该板的密度1.32 g/cm³。将所得板置于恒温恒湿环境（23 ℃，50%RH）中平衡水分以备用。检测板的穿透强度，结果显示当板的平均厚度为1 mm时，板的穿透强度为26.17 MPa。
实施例4
（1）纳米纤丝纤维素的制备：使用超微粒植物粉碎机将浓度为1.0 wt%的植物纤维浆料进行纳米化机械研磨处理，压力为0-40.0 MPa，研磨次数55.0 次，得到纳米纤丝纤维素。
（2）湿坯的制备：将333 g浓度为9.0 wt%、定量为0.625 g/cm2的纳米纤丝纤维素用500 目的滤布包裹置于冷压机中，在0.4 MPa的压力下进行脱水处理，脱水完全后得到湿坯。
（3）高穿透强度纤维板的制备：将湿坯冷压处理放置5 h，使其在0.4 MPa的压力下定型，将成型后的湿坯转移到烘箱中，在压力为0.01 MPa，温度为70 ℃的条件下干燥30 h，得到高穿透强度纤维板，该板的密度1.41 g/cm³。将所得板置于恒温恒湿环境（23 ℃，50%RH）中平衡水分以备用。检测板的穿透强度，结果显示当板的平均厚度为2.2 mm时，板的穿透强度为67.48 MPa。
实施例5
（1）纳米纤丝纤维素的制备：使用超微粒植物粉碎机将浓度为1.0 wt%的植物纤维浆料进行纳米化机械研磨处理，压力为0-40.0 MPa，研磨次数65.0 次，得到纳米纤丝纤维素。
（2）湿坯的制备：将273 g浓度为11.0 wt%、定量为0.625 g/cm2的纳米纤丝纤维素用500 目的滤布包裹置于冷压机中，在0.4 MPa的压力下进行脱水处理，脱水完全后得到湿坯。
（3）高穿透强度纤维板的制备：将湿坯冷压处理放置5 h，使其在0.4 MPa的压力下定型，将成型后的湿坯转移到烘箱中，在压力为0.01 MPa，温度为80 ℃的条件下干燥27 h，得到高穿透强度纤维板，该板的密度1.45 g/cm³。将所得板置于恒温恒湿环境（23 ℃，50%RH）中平衡水分以备用。检测板的穿透强度，结果显示当板的平均厚度为2.2 mm时，板的穿透强度为80.27 MPa。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高穿透强度可再生纤维板，其特征在于，该纤维板由纳米纤丝纤维素构成。
2.制备权利要求1所述的一种高穿透强度可再生纤维板的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
（1）纳米纤丝纤维素的制备：将植物纤维浆料进行纳米化机械研磨处理，得到纳米纤丝纤维素；
（2）湿坯的制备：将步骤（1）所得纳米纤丝纤维素用滤布包裹置于冷压机中进行脱水处理得到湿坯；
（3）高穿透强度纤维板的制备：将湿坯冷压处理放置，使湿坯定型，成型后将湿坯进行热压干燥，制成高穿透强度可再生纤维板。
3. 根据权利要求2所述的一种高穿透强度可再生纤维板的绿色制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述的植物纤维浆料浓度为0.2-2.0 wt%。
4.根据权利要求2所述的一种高穿透强度可再生纤维板的绿色制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述纳米化机械研磨的设备为能使植物纤维解离为微纳米纤丝的设备。
5.根据权利要求4所述的一种高穿透强度可再生纤维板的绿色制备方法，其特征在于，所述纳米化机械研磨设备为超微粒植物粉碎机、植物纳米化研磨仪或微射流高压均质机。
6. 根据权利要求2所述的一种高穿透强度可再生纤维板的绿色制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述纳米化机械研磨处理时，压力为0-40.0 MPa，研磨次数50.0-70.0 次。
7. 根据权利要求2所述的一种高穿透强度可再生纤维板的绿色制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述纳米纤丝纤维素的浓度为8.0-12.0 wt%，定量为0.125-0.625 g/cm2。
8. 根据权利要求2所述的一种高穿透强度可再生纤维板的绿色制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述滤布的目数为200-800 目；所述脱水的压力为0-0.4 MPa。
9. 根据权利要求2所述的一种高穿透强度可再生纤维板的绿色制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述定型的压力为0-0.4 MPa，时间为2-5 h。
10. 根据权利要求2所述的一种高穿透强度可再生纤维板的绿色制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述干燥的压力为0.007-0.1 MPa，干燥的温度为70-90 ℃，干燥的时间为24-30 h。
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