CN1182946C - 凤眼莲纤维人造板及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及植物纤维人造板及其纤维人造板制备方法。本发明植物纤维人造板以凤眼莲为主要原材料，用区别于传统的湿法和干法工艺的半湿法来制备，本发明消除了湿法工艺的游离醛和酚污染水体、能耗大的缺陷；也解决了干法中异氰酸脂等用量大、成本高及相关的原材料运输、贮存的问题，还间接地却又大力地促进了水环境治理和森林植被保护。

Description

凤眼莲纤维人造板及制备方法

                        技术领域

本发明涉及植物纤维人造板及制备方法。植物纤维人造板所选用的主原料为凤眼莲，并用半湿法来制备凤眼莲纤维人造板。

                        背景技术

植物纤维人造板的原材料长期以来主要依靠林木资源，对我国陆上林木植被生态形成巨大的压力以至破坏。近年来，业内持续研发以农作物秸杆为主的草本植物纤维人造板，但只适用价格较昂贵的胶粘剂如异氰酸脂等。秸杆人造板的成本和销价总体上高于使用“三醛胶”的木质纤维人造板，影响了市场竞争力。同时，秸杆原料的收购季节性强，时间范围窄，通常每年只有一两个月，秸杆人造板厂不仅由于原料体积庞大，运输不便，而且还要建立巨大的堆料场和占用大量的收购资金，限制了秸杆类原料的应用。

植物纤维人造板传统采用湿法或干法工艺来制造人造板。湿法工艺具有在压制板材时直接利用湿纤维之间的氢键和范德华力来帮助板材成型，大幅减少胶粘剂用量的优点，但是因为该工艺造成大量的废水污染，再加上耗能大等缺点，现已难以为继。干法工艺完全依靠胶粘剂来粘合成型，目前主流的胶粘剂为“三醛胶”(也就是酚醛、脲醛、三聚氰胺树脂胶)，普遍存在着板材制成后，胶中的游离醛污染严重的问题，而使用环保胶如异氰酸脂的大部分秸杆人造板又成本过高。

漂浮类水生植物的鲜草被用来直接制作人造板材还未见任何报道。

我国由于人口众多，经济发展速度快，伴随的淡水水体富营养化问题越来越严重。水环境安全局面越来越不容乐观，但现有的水污染治理技术基本上都必须依赖资金和能源的净消耗来维持运转，环保和治理投入两者的矛盾日趋尖锐。不仅我国，世界范围内数十个国家和地区其中主要是发展中国家和地区普遍存在着类似矛盾冲突，急需在水污染治理技术上有根本性突破。凤眼莲作为公认的水生植物吸污之王，8个月内可以从10棵猛增至60万棵，生长速度奇快，生长过程中把污水中的各种污染物变成为自身营养，是不可多得的治污功臣和植物纤维素的重要来源。但是至今为止，因它的生长量巨大，又缺乏适合的大规模工业化将其转化为有用资源的技术，极大地妨碍着它在治污上巨大优势的发挥。

                        发明内容

本发明的目的为了克服上述存在的问题和不足，提供一种以凤眼莲为原材料制作的纤维人造板，这样以草代木，变废为宝，支持了污水处理，保护了森林植被，并补木材短缺之不足。

本发明的另一目的为了克服工业人造板制备方法中存在的水污染严重、能耗高、游离醛污染突出、成本高等问题和不足，提供一种“半湿法”工艺来制备纤维人造板。本方法有效地解决了上述问题和不足。

本发明创造的技术方案：

一种纤维人造板，其特征在于所述的人造板由下述重量百分比的原料制成：

干凤眼莲：    80～93％    未稀释硅酸钠：5～15％

氢氧化钙：    0.5～3％    硫酸铝：      0.5～2％

石蜡乳液：    0.5～1％    异氰酸脂：    0.4～3％

金属硬脂酸盐：0.03～0.36

纤维人造板的制备方法：

a、预处理，采收连片成熟的凤眼莲植株，去腐去杂，冲洗后沥干，用油冷式电磁除铁器除去可能混杂的铁质等异物；

b、磨解，选用造纸工业用的系列磨浆设备，粗磨、除砂选用高效粗磨机，其中优选的是带有主轴螺旋绞龙装置的高效粗磨机，凤眼莲植株不经过切断，直接通过高效粗磨机的主轴螺旋绞龙强制绞入磨浆室磨解成细丝状；高浓度磨浆选用高浓度节能磨浆机，其中优选的是带齿形磨片的高浓度节能磨浆机，该机对纤维切断少，纤维分丝、帚化效果显著，可有效保护草类短纤维的纤维长度和纤维柔韧性，用该机两台串联，连续磨浆，或者用一台，反复磨浆共两次，磨浆后的成浆叩解度达到35～50°SR；

c、半纤维素酸水解，选用螺旋挤浆机，尤其是斜面推进式的螺旋挤浆机，将上述浆料经螺杆挤滤至含水55～60％，加入浓酸，最好是硫酸，调节浆料的PH值为4.0～4.8。然后边搅拌边通入蒸汽，按3～5℃/min的升温速度把浆料温度升至90～100℃，保温搅拌25～45min，半纤维素在上述较温和条件下大部分水解，水解产物主要有包括葡萄糖、D-甘露糖和D-半乳糖在内的己糖，有包括D-木糖和L-阿拉伯糖在内的戊糖；还有糖醛酸等，水解后的上述糖液保留在浆料内；

d、内含天然树脂的调制，上述浆料中含有干重20％的蛋白质和15～25％的水解的单糖和多糖类物质，他们都可以在PH10.5～11的碱性条件下生成胶粘性天然树脂，在浆料中依次加入占料干重5～15％的未稀释硅酸钠，0.5～3％的氢氧化钙，调PH值在10.5～11之间，在85～95℃条件下继续保温搅拌15～20min，再加入占料干重0.5～2％的硫酸铝、0.5～1％的石蜡乳液用于改善粘稠度、阻燃和防水性能，在85～95℃温度下继续搅拌3～8min；

e、合成树脂的调配与加入，合成树脂为异氰酸脂类的二异氰酸脂或多异氰酸脂，其中优选为二异氰酸脂，在异氰酸脂中配入兼有稳定剂、反应隔离剂和金属脱模剂作用的金属硬脂酸盐，其中优选的是硬脂酸铝，异氰酸脂的用量为浆料干重的0.4～3％，金属硬脂酸盐的配入为浆料干重的0.03～0.36％，先将金属硬脂酸盐配入异氰酸脂，在800～1500转/min条件下搅拌5～8min，然后，加入到d步制备的浆料中在80～90℃温度下继续搅拌7～10min；

f、铺装和预压，在预压机模板上均匀铺装，铺装厚度为成型板材厚度的1.8～2.8倍，随后预压，预压机压力在1min内从1.372MPa线性升压至2.058MPa，在该压力下保持0.5～1min预压成型湿板坯；

g、热压，热压前在上下压板上先使用金属硬脂酸盐等脱模剂、脱模纸或脱模垫板，中间放上湿板坯热压温度为170～190℃，压力为3.43～4.15MPa，稳定时间按成型板材厚度计12～18s/mm，然后逐步降压至0.49MPa，让板材从表面散发蒸气，同样温度和压力下，稳定时间改为6～8s/mm，重复两次，压制成为毛边素板；

h、后处理将上述毛边素板，经初步自然冷却，温度降至室温后，用纵横锯边机切边，用人工或对中机对中、堆放，达至湿度、温度平衡，用砂光机按规定厚度砂去表面预固化层，达到表面光洁、厚度均匀，符合要求的成品板材，入库。

本发明的优点和效果：1、成品板材达到国标GB11718中室内型板的要求，其中甲醛释放量可达到远小于国标要求的的高水平；2、相对湿法工艺而言，本发明的制备方法在制浆、天然树脂调制全过程中，利用植物自身水份，除蒸气外没有其它外加水份耗用，同时挤榨出的凤眼莲汁水不仅量小，而且还可以排进凤眼莲生长区域达到净化目的，故完全消除了湿法水污染问题，能耗也大幅度降低，游离醛、酚的污染则也得以消除；3、相对干法工艺，胶粘剂用量大幅度降低，以秸杆干法工艺为例，本发明所用异氰酸脂量最多可比干法工艺节省90％，板材的密度偏差、强度等指标见表1，秸杆人造板所面临的收购、运输、贮存等问题也随之解决；本发明的纤维原料取自治理污水的副产物，成本极低，再加上能耗、胶粘剂的大幅节约，故凤眼莲半湿法环保型纤维人造板的市场竞争力强；5、限于资源集中和运输原因，以往我国很难建立起年产量10万m³人造板的或更大规模的大型企业，规模化竞争力难形成，采用本发明的技术可在富营养化严重的大中型淡水湖泊或大城市污水排放汇集地建立凤眼莲低成本污水处理中心，并伴其建立凤眼莲人造板厂，规模将不再受资源集中度和运输原因制约，规模提升将带来单位成本进一步下降；6、用凤眼莲替代木材，1m³中密度人造板可替代3m³木材，这样既大力促进了水环境的治理，也对陆地植被保护作出了重大贡献。

                          具体实施方式

表1是本发明实施例1至4所用原料配比及纤维人造板的指标单位：Kg

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4
					凤眼莲干重	80	84	90	92
未稀释硅酸钠	11.5	9	5.6	2.6
					氢氧化钙	3	3	2	1
硫酸铝	2	1.4	0.6	0.5
					石蜡乳液	0.7	0.6	0.8	0.5
异氰酸脂	2.5	1.7	0.6	3
					金属硬脂酸盐	0.3	0.25	0.08	0.36
甲醛释放量mg/100g	1.1	0.7	0.3	1.3
					静曲强度MPa	27.5	25.6	22.4	27.1
密度偏差％	+2.4-1.3	+2.2-1.2	+2.7-1.4	+3.0-1.6

以凤眼莲为原料的纤维人造板的制备方法，按以下步骤进行制备：将预处理后的凤眼莲折合成干重按表1分别取相对应的量进行磨解，经粗磨后，再由高浓度磨浆机连续磨浆两次，磨浆后的成浆叩解度达到35～50°SR，再用螺旋挤浆机，将上述浆料经螺杆挤滤至含水55～60％，加入浓硫酸，调节浆料的PH值为4.5，然后边搅拌边通入蒸汽，按4℃/min的升温速度把浆料温度升至95℃，保温搅拌35min；在浆料中依次加入未稀释硅酸钠、氢氧化钙，调PH值在10.6，在90℃条件下继续保温搅拌18min，再加入硫酸铝、石蜡乳液，在90℃温度下继续搅拌5min；在二异氰酸脂中配入硬脂酸铝，在1200转/min条件下搅拌6min，然后，加入到上步制备的浆料中，在85℃温度下继续搅拌8min；将制备的浆料在预压机模板上均匀铺装，铺装厚度为成型板材厚度的2.2倍，随后预压，预压机压力在1min内，压力从1.372MPa线性升压至2.058MPa，在该压力下保持1min预压成型湿板坯；热压前在上下压板上先使用脱模剂、脱模纸或脱模垫板，中间放上湿板坯，热压温度为185℃，压力为3.92MPa，稳定时间按成型板材厚度计15s/mm，然后逐步降压至0.49MPa，让板材从表面散发蒸气，在同样温度和压力下，稳定时间改为7s/mm，重复两次，压制成为毛边素板；h、后处理，将上述毛边素板，经初步自然冷却，温度降至室温后，用纵横锯边机切边，用人工或对中机对中、堆放，达至湿度、温度平衡，用砂光机按规定厚度砂去表面预固化层，达到表面光洁、厚度均匀，检测相应人造板的指标，符合要求的成品板材，入库。

Claims (7)

1、一种纤维人造板，其特征在于所述的人造板由下述重量百分比的原料制成：

干凤眼莲：       80～93％       未稀释硅酸钠：    5～15％

氢氧化钙：       0.5～3％       硫酸铝：          0.5～2％

石蜡乳液：       0.5～1％       异氰酸脂：        0.4～3％

金属硬脂酸盐：   0.03～0.36％

2、根据权利要求1所述的人造板的制备方法，其特征在于按下述步骤进行：

a、预处理，采收连片成熟的凤眼莲植株，去腐去杂，冲洗后沥干，用油冷式电磁除铁器除去可能混杂的铁质等异物；

b、磨解，选用造纸工业用的磨浆设备，凤眼莲植株不经过切断，直接通过粗磨机的主轴螺旋绞龙强制绞入磨浆室磨解成细丝状，再由高浓度磨浆机连续磨浆两次，磨浆后的成浆叩解度达到35～50°SR；

c、半纤维素酸水解，用螺旋挤浆机，将上述浆料经螺杆挤滤至含水55～60％，加入浓酸，调节浆料的PH值为4.0～4.8，然后边搅拌边通入蒸汽，按3～5℃/min的升温速度把浆料温度升至90～100℃，保温搅拌25～45min；

d、内含天然树脂的调制，在浆料中依次加入占料干重5～15％的未稀释硅酸钠，0.5～3％的氢氧化钙，调PH值在10.5～11之间，在85～95℃条件下继续保温搅拌15～20min，再加入占料干重0.5～2％的硫酸铝，0.5～1％的石蜡乳液，在85～95℃温度下继续搅拌3～8min；

e、合成树脂的调配与加入，在异氰酸脂中配入金属硬脂酸盐，异氰酸脂的用量为浆料干重的0.4～3％，金属硬脂酸盐的配入为浆料干重0.03～0.36％，先将金属硬脂酸盐配入异氰酸脂，在800～1500转/min条件下搅拌5～8min，然后，加入d步制备的浆料，在80～90℃温度下继续搅拌7～10min；

f、铺装和预压，在预压机模板上均匀铺装，铺装厚度为成型板材厚度的1.8～2.8倍，随后预压，预压机压力在1min内，压力从1.372MPa线性升压至2.058MPa，在该压力下保持0.5～1min预压成型湿板坯；

g、热压，热压前在上下压板上先使用脱模剂、脱模纸或脱模垫板，中间放上湿板坯，热压温度为170～190℃，压力为3.43～4.15MPa，稳定时间按成型板材厚度计12～18s/mm，然后逐步降压至0.49MPa，让板材从表面散发蒸气，在同样温度和压力下，稳定时间改为6～8s/mm，重复两次，压制成为毛边素板；

h、后处理，将上述毛边素板，经初步自然冷却，温度降至室温后，用纵横锯边机切边，用人工或对中机对中、堆放，达至湿度、温度平衡，用砂光机按规定厚度砂去表面预固化层，达到表面光洁、厚度均匀，符合要求的成品板材，入库。

3、根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于粗磨机选用带有主轴螺旋绞龙磨浆机，高浓度磨浆机选用带齿形磨片的磨浆机。

4、根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于螺旋挤浆机选用斜面推进式的螺旋挤浆机。

5、根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于所用浓酸选用硫酸。

6、根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于合成树脂为异氰酸脂类的二异氰酸脂或多异氰酸脂。

7、根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于金属硬脂酸盐选用的是硬脂酸铝。