環(huán)保型高強(qiáng)度木質(zhì)纖維素板及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種環(huán)保型高強(qiáng)度木質(zhì)纖維素板及其制備方法，所述環(huán)保型高強(qiáng)度木質(zhì)纖維素板的制備方法包括以下步驟：(1)植物原料前處理：直接取尺寸小于40目的木質(zhì)纖維素粉料；或取尺寸范圍為2～80目的富含木質(zhì)纖維素纖維的植物原料進(jìn)行閃爆處理得木質(zhì)纖維素纖維；(2)與膠粘劑混合，所述膠粘劑為PVA和/或明膠；(3)鋪裝；(4)熱壓；(5)冷卻成型。本發(fā)明環(huán)保型高強(qiáng)度木質(zhì)纖維素板的制備方法過程較簡(jiǎn)單，全程無酸堿等試劑的使用，無污染，環(huán)保，所制得的環(huán)保型高強(qiáng)度木質(zhì)纖維素板力學(xué)強(qiáng)度高，實(shí)現(xiàn)可再生資源無污染高值化綜合利用。
【專利說明】
環(huán)保型高強(qiáng)度木質(zhì)纖維素板及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及人造板領(lǐng)域，特別是涉及一種環(huán)保型高強(qiáng)度木質(zhì)纖維素板及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]木質(zhì)纖維素是構(gòu)成植物細(xì)胞壁的主要物質(zhì)，其主要成分為纖維素、半纖維素和木質(zhì)素。木質(zhì)纖維素是一種新型的環(huán)境友好型材料，其來源廣、可降解、成本低、力學(xué)性能優(yōu)異，所制備成的復(fù)合材料廣泛應(yīng)用于建筑、裝飾等日常生活中。因此，具有廣闊的市場(chǎng)前景和良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。
[0003]利用廢棄木質(zhì)纖維素制備木質(zhì)纖維素板是植物資源利用的一種重要途徑，當(dāng)前，對(duì)廢棄木質(zhì)纖維素利用主要分為兩類，第一類是木塑復(fù)合材料。其一般在對(duì)木質(zhì)纖維素原料進(jìn)行適當(dāng)改性處理后與PP、PE、ABS等塑料混合，再制備相應(yīng)的復(fù)合材料。然而，一方面，親水性的木質(zhì)纖維素與疏水性的聚合物基體之間相容性很差，二者間存在著界面不相容問題；另一方面，木塑復(fù)合材料中往往塑料用量較大，含有較多不可降解的石油基高分子，因此并不是完全降解的環(huán)保材料。第二類是制備成各類人造板，如含膠粘劑的人造板、無膠木質(zhì)纖維素板等。利用各種熱固性膠粘劑(酚醛樹脂、脲醛樹脂等)制備的人造板，由于木質(zhì)纖維素板殘留有游離甲醛，存在甲醛釋放問題，從而給人類健康帶來潛在的危害。通常的無膠木質(zhì)纖維素板雖然不含有甲醛，但普遍存在強(qiáng)度較低、性能不穩(wěn)定，給使用帶來不便。
[0004]目前，尚比較缺少新型的環(huán)保型高強(qiáng)度木質(zhì)纖維素板的制造方法以及相關(guān)的成型配方。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]基于此，有必要針對(duì)上述問題，提供一種環(huán)保型高強(qiáng)度木質(zhì)纖維素板及其制備方法。
[0006]具體技術(shù)方案如下:
[0007]—種環(huán)保型高強(qiáng)度木質(zhì)纖維素板的制備方法，包括以下步驟:
[0008](I)植物原料前處理
[0009]直接取尺寸小于40目的木質(zhì)纖維素粉料；或取尺寸范圍為2?80目的富含木質(zhì)纖維素纖維的植物原料進(jìn)行閃爆處理得木質(zhì)纖維素纖維；
[0010](2)與膠粘劑混合
[0011]取以絕干重量計(jì)為100重量份的所述木質(zhì)纖維素粉料或纖維，加入I?25重量份的膠粘劑混合均勻，然后調(diào)節(jié)含水率至I?25%，備用，所述膠粘劑為PVA和/或明膠；
[0012](3)鋪裝
[0013]將所述步驟(2)中混合好膠粘劑的木質(zhì)纖維素粉料或纖維置于成型模具框中，鋪裝均勾，預(yù)熱壓0.5?3min，壓力為I?3MPa，得板還；
[0014](4)熱壓
[0015]將所述步驟(3)所得板坯進(jìn)行熱壓成型，所述熱壓溫度為150?250°C，壓力為3?15MPa，熱壓時(shí)間為I?15min;
[0016](5)冷卻成型
[0017]將步驟(4)所得板坯在壓力3?15MPa下冷壓I?7min，進(jìn)一步冷卻定型后，脫除模具，即得。
[0018]在其中一些實(shí)施例中，所述步驟(I)為取尺寸范圍為2?80目的富含木質(zhì)纖維素的植物原料后進(jìn)行閃爆處理得木質(zhì)纖維素纖維。
[0019]在其中一些實(shí)施例中，所述步驟(2)中的膠粘劑為PVA，所述木質(zhì)纖維素粉料或纖維與PVA的重量比為:木質(zhì)纖維素粉料或纖維以絕干重量計(jì)為:100重量份;PVA為:2?10重量份。
[0020]在其中一些實(shí)施例中，所述步驟(2)中的膠粘劑為明膠，所述木質(zhì)纖維素粉料或纖維與明膠的重量比為:木質(zhì)纖維素粉料或纖維以絕干重量計(jì)為:100重量份；明膠為:4?15
重量份。
[0021 ]在其中一些實(shí)施例中，所述步驟(I)中閃爆處理的參數(shù)為:閃爆溫度120?150°C，壓力I?1.5MPa。
[0022]在其中一些實(shí)施例中，所述步驟(4)中的熱壓溫度為170?230°C，熱壓壓力為5?12MPa，熱壓時(shí)間為3?12min。
[0023]在其中一些實(shí)施例中，所述步驟(2)中的含水率為6?15%。
[0024]在其中一些實(shí)施例中，所述植物原料為包括草本植物、木本植物的富含木質(zhì)纖維素的生物質(zhì)材料。
[0025]在其中一些實(shí)施例中，所述步驟(I)中尺寸小于40目的木質(zhì)纖維素粉料為將植物原料進(jìn)行破碎處理而達(dá)到尺寸小于40目，或是刨花、鋸末等木材加工產(chǎn)生的尺寸小于40目的細(xì)碎物。
[0026]本發(fā)明還提供一種上述制備方法所得的環(huán)保型高強(qiáng)度木質(zhì)纖維素板。
[0027]本發(fā)明相較現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)以及有益效果為:
[0028]本發(fā)明的發(fā)明人團(tuán)隊(duì)針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中因使用含醛膠粘劑制備木質(zhì)纖維素板時(shí)的游離甲醛釋放問題，以及木塑復(fù)合材料中木塑中界面不相容的問題，還有無膠木質(zhì)纖維素板具有成型性能差、力學(xué)強(qiáng)度低以及吸水性強(qiáng)的缺點(diǎn)，通過大量的研究，確定出一種力學(xué)強(qiáng)度高、可降解的環(huán)保型高強(qiáng)度木質(zhì)纖維素板及其制備方法。
[0029]本發(fā)明制備方法過程較簡(jiǎn)單，全程無酸堿等試劑的使用，無污染，其中所優(yōu)選的膠粘劑PVA以及明膠，與木質(zhì)纖維素具有較好的相容性，既克服了木塑復(fù)合材料的界面不相容問題，也解決了含醛膠粘劑制備木質(zhì)纖維素板中甲醛釋放的問題，且配合優(yōu)選的用量，以及制備方法中如閃爆等可改善木質(zhì)纖維素的活性和成型性能的預(yù)處理手段，配合大量研究確定的優(yōu)選的各個(gè)步驟以及參數(shù)，所得木質(zhì)纖維素板具有較高的彎曲強(qiáng)度和模量，力學(xué)性能好;本發(fā)明所得木質(zhì)纖維素板的密度>0.8g/cm3，屬于高密度木質(zhì)纖維素板；由于所需原料只有木質(zhì)纖維素、膠粘劑PVA或者明膠、水，因此原料較易獲取，且木質(zhì)纖維素和PVA都是可降解物質(zhì)，因此制備的木質(zhì)纖維素板具有環(huán)保效益。
[0030]本發(fā)明環(huán)保型高強(qiáng)度木質(zhì)纖維素板既解決了植物資源浪費(fèi)的問題，為木質(zhì)纖維素多元化利用提供了依據(jù)，也拓展了復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域，具有廣闊的研究前景。
【具體實(shí)施方式】
[0031]以下通過實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0032]本發(fā)明實(shí)施例中所用原料均為市售普通原料。
[0033]實(shí)施例1
[0034]—種環(huán)保型高強(qiáng)度木質(zhì)纖維素板的制備方法，包括以下步驟:
[0035](I)植物原料前處理
[0036]利用爪式破碎機(jī)將桉木破碎成尺寸小于40目的粗碎木質(zhì)纖維素粉料，隨后再從其中過篩出60?100目的木質(zhì)纖維素粉料(不采取過篩步驟，也可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)效果，在本實(shí)施例中，增加過篩步驟可以使原料尺寸更加均勻，更有利于后續(xù)的成型效果)，稱取360g木質(zhì)纖維素粉料(以木質(zhì)纖維素粉料的絕干重量計(jì))；
[0037](2)與膠粘劑的混合
[0038]向木質(zhì)纖維素粉料中噴灑PVA_0588(此處加入的PVA采用PVA水溶液的形式，制備過程如下:稱取36g PVA溶于75°C的熱水(1440mL)中30min，并不斷攪拌以使PVA完全溶解，在其他實(shí)施例也可采取其他濃度或形式的PVA加入，只要PVA的純含量與木質(zhì)纖維素粉料/纖維的絕干重量比為100:1?25即可)，保證二者的混合均勻；隨后將混合了膠粘劑的木質(zhì)纖維素粉料烘干，調(diào)節(jié)至含水率為6%，備用；
[0039](3)鋪裝
[0040]將步驟(2)中混合好膠粘劑的木質(zhì)纖維素粉料置于成型模具框中，鋪裝均勻，并在熱壓溫度190 °C下預(yù)熱壓Imin，壓力IMPa;
[0041](4)熱壓
[0042]設(shè)定熱壓機(jī)的工藝參數(shù)，其中熱壓溫度為190°C，壓力為1MPa，熱壓時(shí)間為7.5min，將所述步驟(3)所得板坯進(jìn)行熱壓成型。
[0043](5)冷卻成型
[0044]將步驟(4)所得板坯在壓力為1MPa下冷壓6min，進(jìn)一步冷卻定型后，脫除模具，SP得。
[0045]本實(shí)施例所得環(huán)保型高強(qiáng)度木質(zhì)纖維素板的密度為1.16g/cm3，屬于高密度木質(zhì)纖維素板。
[0046](6)性能檢測(cè)
[0047]檢測(cè)方法參照國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 17657-2013人造板及飾面人造板理化性能試驗(yàn)方法》。
[0048]實(shí)施例1所得的環(huán)保型高強(qiáng)度木質(zhì)纖維素板，在該條件下的靜曲強(qiáng)度、模量分別為44.5MPa、5634MPa，力學(xué)性能高于國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 31765-2015高密度纖維板》中普通型高密度纖維板對(duì)靜曲強(qiáng)度和彈性模量分別需達(dá)到36MPa、31 OOMPa的要求。
[0049]實(shí)施例2
[0050]—種環(huán)保型高強(qiáng)度木質(zhì)纖維素板的制備方法，包括以下步驟:
[0051 ] (I)植物原料前處理
[0052] A、破碎:利用爪式破碎機(jī)將桉木破碎成尺寸范圍為2?80目的粗碎木質(zhì)纖維素粉料，隨后添加適量水分，調(diào)節(jié)粗碎木質(zhì)纖維素粉料含水率至50%，并密封放置12h;
[0053]B、閃爆處理
[0054]采用連續(xù)式蒸汽爆破擠出裝置對(duì)上述粗碎木質(zhì)纖維素粉料進(jìn)行連續(xù)閃爆處理(閃爆處理4次，閃爆溫度120?150 °C，壓力I?1.5MPa)，然后在80 °C的鼓風(fēng)干燥箱中干燥1h，得木質(zhì)纖維素纖維，稱取360g木質(zhì)纖維素纖維(以木質(zhì)纖維素纖維的絕干重量計(jì))，待用；
[0055](2)與膠粘劑的混合
[0056]向木質(zhì)纖維素纖維中加入PVA_0588(此處加入的PVA采用PVA水溶液的形式，制備過程如下:稱取36g PVA溶于75°C的熱水(1440mL)中30min，并不斷攪拌以使PVA完全溶解，在其他實(shí)施例也可采取其他濃度或形式的PVA加入，只要PVA的純含量與木質(zhì)纖維素纖維/粉料的絕干重量比為100:1?25即可)，保證二者的混合均勻；隨后將混合了膠粘劑的木質(zhì)纖維素纖維烘干，調(diào)節(jié)至含水率為8%，備用；
[0057](3)鋪裝
[0058]將步驟(2)中混合好膠粘劑的木質(zhì)纖維素纖維置于成型模具框中，鋪裝均勻，并在熱壓溫度190 °C下預(yù)熱壓Imin，壓力IMPa;
[0059](4)熱壓
[0060]設(shè)定熱壓機(jī)的工藝參數(shù)，其中熱壓溫度為190°C，熱壓壓力為lOMPa，熱壓時(shí)間為7.5min，將所述步驟(3)所得板坯進(jìn)行熱壓成型。
[0061 ] (5)冷卻成型
[0062]將步驟(4)所得板坯在壓力為1MPa下冷壓6min，進(jìn)一步冷卻定型后，脫除模具，SP得木質(zhì)纖維素板。
[0063]本實(shí)施例所得環(huán)保型高強(qiáng)度木質(zhì)纖維素板的密度為1.3g/cm3，屬于高密度木質(zhì)纖維素板。
[0064](6)性能檢測(cè)
[0065]檢測(cè)方法參照國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 17657-2013人造板及飾面人造板理化性能試驗(yàn)方法》。
[0066]參照國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 31765-2015高密度纖維板》，普通型高密度纖維板的靜曲強(qiáng)度和彈性模量分別需達(dá)到36MPa、3100MPa，而實(shí)施例2所得的環(huán)保型高強(qiáng)度木質(zhì)纖維素板的力學(xué)性能較高，其靜曲強(qiáng)度和模量值較大，分別為58.4MPa、655 IMPa，已經(jīng)遠(yuǎn)超該標(biāo)準(zhǔn)。
[0067]實(shí)施例3
[0068]—種環(huán)保型高強(qiáng)度木質(zhì)纖維素板的制備方法，包括以下步驟:
[0069](I)植物原料前處理
[0070]A、破碎:利用爪式破碎機(jī)將桉木破碎成尺寸范圍為2?80目的粗碎木質(zhì)纖維素粉料，隨后添加適量水分，調(diào)節(jié)粗碎木質(zhì)纖維素粉料含水率至50%，并密封放置12h;
[0071]B、閃爆處理
[0072]采用連續(xù)式蒸汽爆破擠出裝置對(duì)上述粗碎木質(zhì)纖維素粉料進(jìn)行連續(xù)閃爆處理(閃爆處理4次，閃爆溫度120?150 °C，壓力I?1.5MPa)，然后在80 °C的鼓風(fēng)干燥箱中干燥1h，得木質(zhì)纖維素纖維，稱取360g木質(zhì)纖維素纖維(以木質(zhì)纖維素纖維的絕干重量計(jì))，待用。
[0073](2)與膠粘劑的混合
[0074]向所述木質(zhì)纖維素中加入明膠(此處加入的明膠采用明膠水溶液的形式，制備過程如下:稱取14.4g明膠置于65°C的熱水(576mL)中，并攪拌30min使其完全溶解，在其他實(shí)施例也可采取其他濃度或形式的明膠加入，只要明膠的純含量與木質(zhì)纖維素纖維/粉料的絕干重量比為100:1?25即可)，保證二者的混合均勻；隨后調(diào)節(jié)混合了膠粘劑的木質(zhì)纖維素纖維的含水率為12%，備用；
[0075](3)鋪裝
[0076]將混合好膠粘劑的木質(zhì)纖維素纖維置于成型模具框中，鋪裝均勻，并在熱壓溫度210°C下預(yù)熱壓lmin，壓力IMPa;
[0077](4)熱壓
[0078]設(shè)定熱壓機(jī)的工藝參數(shù)，其中熱壓溫度為210°C，壓力為I IMPa，熱壓時(shí)間為5min，將所述步驟(3)所得板坯進(jìn)行熱壓成型。
[0079](5)冷卻成型
[0080]將步驟(4)所得板坯在壓力IlMPa下冷壓6min，進(jìn)一步冷卻定型后，脫除模具，即得木質(zhì)纖維素板。
[0081]本實(shí)施例所得環(huán)保型高強(qiáng)度木質(zhì)纖維素板的密度為1.28g/cm3，屬于高密度木質(zhì)纖維素板。
[0082](6)性能檢測(cè)
[0083]檢測(cè)方法參照國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 17657-2013人造板及飾面人造板理化性能試驗(yàn)方法》。
[0084]測(cè)試結(jié)果表明，實(shí)施例3所得的環(huán)保型高強(qiáng)度木質(zhì)纖維素板靜曲強(qiáng)度、模量分別為49.4MPa、5747MPa，其力學(xué)性能已達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 31765-2015高密度纖維板》中的要求，且不含有甲醛，是一種環(huán)保型的高強(qiáng)度木質(zhì)纖維素板。
[0085]由上可知，本發(fā)明中所制備的環(huán)保型高強(qiáng)度木質(zhì)纖維素板，制備方法簡(jiǎn)單，力學(xué)強(qiáng)度高，且對(duì)環(huán)境無污染。
[0086]以上所述實(shí)施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡(jiǎn)潔，未對(duì)上述實(shí)施例中的各個(gè)技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述。然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說明書記載的范圍。
[0087]以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種環(huán)保型高強(qiáng)度木質(zhì)纖維素板的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)植物原料前處理 直接取尺寸小于40目的木質(zhì)纖維素粉料;或取尺寸范圍為2?80目的富含木質(zhì)纖維素纖維的植物原料進(jìn)行閃爆處理得木質(zhì)纖維素纖維； (2)與膠粘劑混合 取以絕干重量計(jì)為100重量份的所述木質(zhì)纖維素粉料或纖維，加入I?25重量份的膠粘劑混合均勻，然后調(diào)節(jié)含水率至I?25%，備用，所述膠粘劑為PVA和/或明膠； (3)鋪裝 將所述步驟(2)中混合好膠粘劑的木質(zhì)纖維素粉料或纖維置于成型模具框中，鋪裝均勻，預(yù)熱壓0.5?3min，壓力為I?3MPa，得板坯； (4)熱壓 將所述步驟(3)所得板坯進(jìn)行熱壓成型，所述熱壓溫度為150?250°C，壓力為3?15MPa，熱壓時(shí)間為I?15min; (5)冷卻成型 將步驟(4)所得板坯在壓力3?15MPa下冷壓I?7min，進(jìn)一步冷卻定型后，脫除模具，SP得。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)保型高強(qiáng)度木質(zhì)纖維素板的制備方法，其特征在于，所述步驟(I)為取尺寸范圍為2?80目的富含木質(zhì)纖維素的植物原料后進(jìn)行閃爆處理得木質(zhì)纖維素纖維。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)保型高強(qiáng)度木質(zhì)纖維素板的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中的膠粘劑為PVA，所述木質(zhì)纖維素粉料或纖維與PVA的重量比為:木質(zhì)纖維素粉料或纖維以絕干重量計(jì)為:100重量份;PVA為:2?1重量份。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)保型高強(qiáng)度木質(zhì)纖維素板的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中的膠粘劑為明膠，所述木質(zhì)纖維素粉料或纖維與明膠的重量比為:木質(zhì)纖維素粉料或纖維以絕干重量計(jì)為:100重量份；明膠為:4?15重量份。5.根據(jù)權(quán)利要求1?4任一項(xiàng)所述的環(huán)保型高強(qiáng)度木質(zhì)纖維素板的制備方法，其特征在于，所述步驟(I)中閃爆處理的參數(shù)為:閃爆溫度120?150°C，壓力I?1.5MPa。6.根據(jù)權(quán)利要求1?4任一項(xiàng)所述的環(huán)保型高強(qiáng)度木質(zhì)纖維素板的制備方法，其特征在于，所述步驟(4)中的熱壓溫度為170?230°C，熱壓壓力為5?12MPa，熱壓時(shí)間為3?12min。7.根據(jù)權(quán)利要求1?4任一項(xiàng)所述的環(huán)保型高強(qiáng)度木質(zhì)纖維素板的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中的含水率為6?15%。8.根據(jù)權(quán)利要求1?4任一項(xiàng)所述的環(huán)保型高強(qiáng)度木質(zhì)纖維素板的制備方法，其特征在于，所述植物原料為包括草本植物、木本植物的富含木質(zhì)纖維素的生物質(zhì)材料。9.根據(jù)權(quán)利要求1?4任一項(xiàng)所述的環(huán)保型高強(qiáng)度木質(zhì)纖維素板的制備方法，其特征在于，所述步驟(I)中尺寸小于40目的木質(zhì)纖維素粉料為將植物原料進(jìn)行破碎處理而達(dá)到尺寸小于40目，或是刨花、鋸末等木材加工產(chǎn)生的尺寸小于40目的細(xì)碎物。10.—種權(quán)利要求1?9任一項(xiàng)所述制備方法所得的環(huán)保型高強(qiáng)度木質(zhì)纖維素板。
【文檔編號(hào)】B27N1/02GK105856379SQ201610235158
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年4月14日
【發(fā)明人】馮彥洪, 藍(lán)駿山, 馬鵬濤, 瞿金平, 何和智
【申請(qǐng)人】華南理工大學(xué)