CN114012860A - 一种高秸秆含量复合板材及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高秸秆含量复合板材及其制备方法与应用。所述制备方法包括：将全秸秆进行粉碎处理，获得粉碎秸秆；对所述粉碎秸秆进行水蒸气热处理、膨化处理，获得膨化物料；以及，将所述膨化物料与高分子聚合物的混合物进行密炼、成型处理，获得高秸秆含量复合板材。本发明以秸秆作为板材主基体，实现了对秸秆的高价值利用，制备的复合板材中秸秆填充量高，且不会产生危害人体的甲醛等有害物质，是一种绿色环保可再生的板材。
Description
技术领域
本发明属于瓦楞芯纸生产技术领域，具体涉及一种高秸秆含量复合板材及其制备方法与应用。
背景技术
自20世纪以来，人造板行业中大部分会采用脲醛树脂和酚醛树脂作为胶黏剂，但这种不仅性能差，还容易带来甲醛问题，所以随着人们对环保和健康要求的提高，对于绿色无醛的木材产品更加渴望。同时随着树木资源的匮乏，秸秆由于其木质素和半纤维素及其他无机杂质含量较高严重影响了其板材的物理性能，因此，如何利用秸秆制备环保型的绿色复合板材是急需解决的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种高秸秆含量复合板材及其制备方法与应用，以克服现有技术的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种高秸秆含量复合板材的制备方法，其包括：
将全秸秆进行粉碎处理，获得粉碎秸秆；
对所述粉碎秸秆进行水蒸气热处理、膨化处理，获得膨化物料；
以及，将所述膨化物料与高分子聚合物的混合物进行密炼、成型处理，获得高秸秆含量复合板材。
进一步的，所述制备方法具体包括：在密闭条件下，于50-120℃对所述粉碎秸秆进行水蒸气热处理3-5h，获得水蒸气热处理物料。
进一步的，所述制备方法具体包括：在膨化温度为150-200℃、膨化压力为1-5MPa的条件下，对所述水蒸气热处理物料进行膨化处理2-3min，获得所述膨化物料。
本发明实施例还提供了前述方法制备的高秸秆含量复合板材；所述高秸秆含量复合板材中秸秆的含量为75-95wt％。
本发明实施例还提供了前述的高秸秆含量复合板材于制备环保可再生板材中的用途。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明通过使用高分子聚合物作为粘接剂，将已经膨化撕裂成纤维的秸秆膨化浆通过密炼机粘接后，制备成更高强度的秸秆的复合材料，最后通过高温压板制备成高秸秆含量复合板材；
(2)本发明制备的高秸秆含量复合板材不含有危害身体健康的甲醛等有害物质；本发明利用85％以上的秸秆制备成复合板材，实现了秸秆的回收再利用，而且，秸秆作为复合板材的原料，来源广泛，充分解决了秸秆资源浪费的情况，同时解决了秸秆焚烧处理带来的环境污染；
(3)本发明提供的制备方法较为简单，成本较低，更为安全健康、环保。
具体实施方式
鉴于现有技术的缺陷，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例的一个方面提供的一种高秸秆含量复合板材的制备方法包括：
将全秸秆进行粉碎处理，获得粉碎秸秆；
对所述粉碎秸秆进行水蒸气热处理、膨化处理，获得膨化物料；
以及，将所述膨化物料与高分子聚合物的混合物进行密炼、成型处理，获得高秸秆含量复合板材。
在一些较为具体的实施方案中，所述制备方法具体包括：在密闭条件下，使所述粉碎秸秆与碱性软化剂混合，并于50-120℃进行水蒸气热处理3-5h，获得水蒸气热处理物料。
进一步的，所述水蒸气热处理物料中水与粉碎秸秆的质量比为0.5-1∶1。
进一步地，所述的碱性软化剂包括氢氧化钠、氢氧化钾、尿素中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。
进一步地，所述粉碎秸秆与碱性软化剂的质量比为100∶1-100∶3。
在一些较为具体的实施方案中，所述制备方法具体包括：将水蒸气热处理所获物料秸置于膨化机，并于膨化温度为150-200℃、膨化压力为1-5MPa的条件下，对所获物料进行膨化处理2-3min，获得所述膨化物料。
在一些较为具体的实施方案中，所述膨化处理的方式包括高温蒸汽爆破，且不限于此。
在一些较为具体的实施方案中，所述制备方法具体包括：将所述膨化物料与高分子聚合物均匀混合，并将所获混合物在密炼温度为130-200℃、密炼转速为50-70rpm的条件下进行密炼处理。
在一些较为具体的实施方案中，所述制备方法具体包括：将所述密炼处理所获物料于130-200℃进行压板成型处理，获得所述高秸秆含量复合板材。
在一些较为具体的实施方案中，所述粉碎秸秆的长度为0.1-4cm；所述秸秆包括玉米秸秆、小麦秸秆、稻草秸秆、棉花秸秆、高粱秸秆中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。
在一些较为具体的实施方案中，所述高分子聚合物包括聚烯烃、聚乳酸、聚氨酯、聚丙烯酸中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。
进一步的，所述高分子聚合物包括PP、PE、EVA、PLA中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。
在一些较为具体的实施方案中，所述高分子聚合物与膨化物料的质量比为5-25∶100。
在一些更为具体的实施方案中，所述高秸秆含量复合板材的制备方法包括：
(1)将回收的秸秆进行清洗并粉碎得到粉碎秸秆；
(2)将粉碎秸秆进行水蒸气热处理，使水汽可充分进入到秸秆纤维空隙中，使用膨化机对处理好的秸秆进行膨化；
(3)将膨化好的秸秆纤维与高分子聚合物进行密炼压板，制得高秸秆含量复合板材。
作为优选方案，步骤(1)中，所述秸秆清洗及粉碎所起的作用为将秸秆制备成可顺利在膨化机中进料，制备出目标纤维长度的秸秆膨化浆，所述秸秆为玉米、小麦、稻草、棉花、高粱和中的一种或多种；所述秸秆的粉碎程度0.1-2cm。
作为优选方案，步骤(2)中，所述秸秆水蒸气热处理是为在膨化时秸秆纤维间隙中含有充足的水分，更容易通过高温蒸汽爆破撕裂秸秆中的纤维素、木质素和半纤维素，达到三素分离的效果。
作为优选方案，步骤(2)中，所述秸秆水蒸气热处理水分含量为粉碎秸秆重量的50％-100％。
作为优选方案，步骤(2)中，所述水蒸气热处理温度为50-120℃。所述膨化的压力为1-5MPa。所述膨化的温度为150-200℃。
作为优选方案，步骤(3)中，将膨化好的秸秆纤维与高分子聚合物进行密炼压板制备秸秆复合板材。所述使用的高分子聚合物为聚烯烃、聚乳酸、聚氨酯、聚丙烯酸等其中的一种或多种。所述使用的高分子聚合物添加量为5-25％。所述密炼的温度为130-200℃。所述密炼转速50-70rpm/min，所述压板的温度为130-200℃。
本发明实施例的另一个方面提供还提供了前述方法制备的高秸秆含量复合板材；所述高秸秆含量复合板材中秸秆的含量为75-95wt％。
进一步的，所述高秸秆含量复合板材的抗冲击强度为2000J/m2～5000J/m2。
本发明实施例另一个方面提供还提供了前述的高秸秆含量复合板材于制备环保可再生板材中的用途。
下面结合若干优选实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明，本实施例在以发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
下面所用的实施例中所采用的实验材料，如无特殊说明，均可由常规的生化试剂公司购买得到。
实施例1
取稻草秸秆进行清洗后在室温下晾干，粉碎后，获得长度约为1-2cm的粉碎秸秆，取300g粉碎秸秆和6g氢氧化钠置于密闭的反应釜中，100℃水蒸气热处理5h(水蒸气热处理后物料中水与粉碎秸秆的质量比为1∶1)，通过膨化机将其膨化，膨化温度为170℃，将得到的物料于室温晾干后获得膨化物料；
将膨化物料与PP(其重量比为85∶15)，在180℃下进行密炼，密炼转速75rpm，并于180℃压板制备出秸秆/PP复合板材，板材的冲击强度为4919J/m2，拉伸强度为6.86MPa。
实施例2
取玉米秸秆进行清洗后在室温下晾干，粉碎后，获得长度约为2-3cm的粉碎秸秆，取300g粉碎秸秆和6g氢氧化钾置于密闭的反应釜中，100℃水蒸气热处理5h(水蒸气热处理后物料中水与粉碎秸秆的质量比为0.5∶1)，通过膨化机将其膨化，膨化温度为200℃，将得到的物料于室温晾干后获得膨化物料；
将膨化物料与PP(其重量比为85∶15)，在180℃下进行密炼，密炼转速50rpm，并于180℃压板制备出秸秆/PP复合板材，板材的冲击强度为4762J/m2，拉伸强度为4.59MPa。
实施例3
取稻草秸秆进行清洗后在室温下晾干，粉碎后，获得长度约为0.1-0.5cm的粉碎秸秆，取300g粉碎秸秆和3g尿素和3g氢氧化钠置于密闭的反应釜中，75℃水蒸气热处理5h(水蒸气热处理后物料中水与粉碎秸秆的质量比为1∶1)，通过膨化机将其膨化，膨化温度为170℃，将得到的物料于室温晾干后获得膨化物料；
将膨化物料与PP(其重量比为90∶10)，在180℃下进行密炼，密炼转速60rpm，并于180℃压板制备出秸秆/PP复合板材，板材的冲击强度为4010J/m2，拉伸强度为5.12MPa。
实施例4
取稻草秸秆进行清洗后在室温下晾干，粉碎后，获得长度约为0.3-2cm的粉碎秸秆，取300g粉碎秸秆和6g氢氧化钠置于密闭的反应釜中，105℃水蒸气热处理2h(水蒸气热处理后物料中水与粉碎秸秆的质量比为0.75∶1)，通过膨化机将其膨化，膨化温度为180℃，将得到的物料于室温晾干后获得膨化物料；
将膨化物料与聚丙烯酸树脂(其重量比为85∶15)，在150℃下进行密炼，密炼转速70rpm，并于150℃压板制备出秸秆/聚丙烯酸复合板材，板材的冲击强度为4575J/m2，6.66MPa。
实施例5
取棉花秸秆进行清洗后在室温下晾干，粉碎后，获得长度约为1-2cm的粉碎秸秆，取300g粉碎秸秆和3g氢氧化钠置于密闭的反应釜中，100℃水蒸气热处理5h(水蒸气热处理后物料中水与粉碎秸秆的质量比为1∶1)，通过膨化机将其膨化，膨化温度为200℃，将得到的物料于室温晾干后获得膨化物料；
将膨化物料与EVA(其重量比为85∶15)，在130℃下进行密炼，密炼转速60rpm，并于150℃压板制备出秸秆/EVA复合板材，板材的冲击强度为3232J/m2，拉伸强度为4.19MPa。
实施例6
取小麦秸秆进行清洗后在室温下晾干，粉碎后，获得长度约为1-2cm的粉碎秸秆，取300g粉碎秸秆和6g尿素置于密闭的反应釜中，50℃水蒸气热处理5h(水蒸气热处理后物料中水与粉碎秸秆的质量比为0.5∶1)，通过膨化机将其膨化，膨化温度为150℃，将得到的物料于室温晾干后获得膨化物料；
将膨化物料与PP(其重量比为100∶5)，在200℃下进行密炼，密炼转速50rpm，并于200℃压板制备出秸秆/PP复合板材，板材的冲击强度为2379J/m2，拉伸强度4.36MPa。
实施例7
取高粱秸秆进行清洗后在室温下晾干，粉碎后，获得长度约为1-2cm的粉碎秸秆，取300g粉碎秸秆和3g尿素和3g氢氧化钾置于密闭的反应釜中，120℃水蒸气热处理3h(水蒸气热处理后物料中水与粉碎秸秆的质量比为1∶1)，通过膨化机将其膨化，膨化温度为200℃，膨化压力为10MPa，将得到的物料于室温晾干后获得膨化物料；
将膨化物料与EVA(其重量比为100∶25)，在130℃下进行密炼，密炼转速75rpm，并于130℃压板制备出秸秆/EVA复合板材，板材的冲击强度为3851J/m2，拉伸强度5.49MPa。
对比例1
方法同实施例1，水蒸气热处理后物料中水的含量低于本发明中含量时，水蒸气热处理的物料会出现焦糊，不能正常进行制备。
对比例2
方法同实施例1，不同之处在于缺少膨化处理的步骤。
取玉米秸秆进行清洗后在室温下晾干，粉碎后，获得长度约为2-4cm的粉碎秸秆与PP(其重量比为75∶25)，在180℃下进行密炼，密炼转速60rpm，并于180℃压板制备出秸秆/PP复合板材，板材的冲击强度为1216J/m2，拉伸强度为3.74MPa。
对比例3
方法同实施例1，不同之处在于缺少水蒸气热处理的步骤。
取稻草秸秆进行清洗后在室温下晾干，粉碎后，获得长度约为0.1-0.3cm的粉碎秸秆，取300g粉碎秸秆置于密闭的反应釜中，按照水比秸秆比重0.5∶1加水混合后，通过膨化机将其膨化，膨化温度为170℃，将得到的物料于室温晾干后获得膨化物料；
将膨化物料与PP(其重量比为85∶15)，在180℃下进行密炼，密炼转速75rpm，并于180℃压板制备出秸秆/PP复合板材，板材的冲击强度为1341J/m2，拉伸强度为3.62MPa。
对比例4
方法同实施例1，不同之处在于缺少碱性软化剂氢氧化钠；
将膨化物料与PP(其重量比为85∶15)，在180℃下进行密炼，密炼转速75rpm，并于180℃压板制备出秸秆/PP复合板材，板材的冲击强度为1169.49J/m2，拉伸强度为3.57MPa。
此外，本案发明人还参照前述实施例，以本说明书述及的其它原料、工艺操作、工艺条件进行了试验，并均获得了较为理想的结果。
应当理解，本发明的技术方案不限于上述具体实施案例的限制，凡是在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高秸秆含量复合板材的制备方法，其特征在于包括：
将秸秆进行粉碎处理，获得粉碎秸秆；
对所述粉碎秸秆进行水蒸气热处理、膨化处理，获得膨化物料；
以及，将所述膨化物料与高分子聚合物的混合物进行密炼、成型处理，获得高秸秆含量复合板材。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于具体包括：在密闭条件下，使所述粉碎秸秆与碱性软化剂混合，并于50-120℃进行水蒸气热处理3-5h，获得水蒸气热处理物料；
优选的，所述水蒸气热处理物料中水与粉碎秸秆的质量比为0.5-1∶1。
优选的，所述的碱性软化剂包括氢氧化钠、氢氧化钾、尿素中的任意一种或两种以上的组合；
优选的，所述粉碎秸秆与碱性软化剂的质量比为100∶1-100∶3。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于具体包括：将水蒸气热处理所获物料秸置于膨化机，并于膨化温度为150-200℃、膨化压力为1-5MPa的条件下，对所获物料进行膨化处理2-3min，获得所述膨化物料；
和或，所述膨化处理的方式包括高温蒸汽爆破。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于具体包括：将所述膨化物料与高分子聚合物均匀混合，并将所获混合物在密炼温度为130-200℃、密炼转速为50-70rpm的条件下进行密炼处理。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于具体包括：将所述密炼处理所获物料于130-200℃进行压板成型处理，获得所述高秸秆含量复合板材。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述粉碎秸秆的长度为0.1-4cm；
和/或，所述秸秆包括玉米秸秆、小麦秸秆、稻草秸秆、棉花秸秆、高粱秸秆中的任意一种或两种以上的组合。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述高分子聚合物包括聚烯烃、聚乳酸、聚氨酯、聚丙烯酸中的任意一种或两种以上的组合；
优选的，所述高分子聚合物包括PP、PE、EVA、PLA中的任意一种或两种以上的组合。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述高分子聚合物与膨化物料的质量比为5-25∶100。
9.由权利要求1-8中任一项所述方法制备的高秸秆含量复合板材；所述高秸秆含量复合板材中秸秆的含量为75-95wt％；
优选的，所述高秸秆含量复合板材的抗冲击强度为2000J/m2～5000J/m2。
10.权利要求9所述的高秸秆含量复合板材于制备环保可再生板材中的用途。
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| CN202111410699.5A CN114012860A (zh) | 2021-11-19 | 2021-11-19 | 一种高秸秆含量复合板材及其制备方法与应用 |
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2021
- 2021-11-19 CN CN202111410699.5A patent/CN114012860A/zh active Pending
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