半透膜技術(shù)增強(qiáng)酶解程度制備高性能防水纖維板新工藝的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種利用多種生物酶程序處理農(nóng)作物廢料秸稈，采用半透膜技術(shù)解決水解產(chǎn)物抑制酶解程度的問(wèn)題，生產(chǎn)高性能防水纖維板的工藝方法。其特征在于：農(nóng)作物廢料秸稈經(jīng)開(kāi)松機(jī)開(kāi)松處理，加入漆酶、半纖維素酶程序水解，水解過(guò)程置于含有可濾過(guò)中小分子的半透膜系統(tǒng)中，水解完全后，將處理后的秸稈纖維和半透膜濾過(guò)的中小分子重新混合，蒸發(fā)水分，烘干至含水量1%-5%，加入3%左右的松香粉末拌勻，放入模具中進(jìn)行鋪裝，在指定的溫度、壓強(qiáng)、時(shí)間下壓制。本發(fā)明原料充足、價(jià)格低廉、取材便宜，制得的纖維板無(wú)需額外添加化學(xué)膠粘劑防水劑，降低了板材的成本，制備工藝環(huán)保、無(wú)污染，且制得的纖維板力學(xué)性能良好，防水性能優(yōu)異，成品合格率高，不易變形。
【專(zhuān)利說(shuō)明】半透膜技術(shù)增強(qiáng)酶解程度制備高性能防水纖維板新工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用農(nóng)作物廢料秸桿為基材，經(jīng)過(guò)多種生物酶程序處理，采用半透膜技術(shù)提高酶解程度以及松香加入，制備高性能防水纖維板的新工藝。屬于人造纖維板領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)木材和木制品的需求量大量增加，傳統(tǒng)的人造板(刨花板、膠合板、纖維板等)均系以木材為原料，木材供應(yīng)的減少使人造板廠(chǎng)面臨原料缺乏的壓力，為了緩解我國(guó)木材供需矛盾，除了大力營(yíng)造人工林和高效利用現(xiàn)有森林資源外，需要充分利用農(nóng)業(yè)加工剩余物及非木材植物資源。
[0003]我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，每年種植大量的糧食及經(jīng)濟(jì)作物。過(guò)去我國(guó)秸桿的利用主要在用作燃料、飼料、肥料、造紙等工業(yè)生產(chǎn)中，但隨著化肥、農(nóng)藥、石油能源等的高投入，液化氣及煤氣的普及，小規(guī)模造紙廠(chǎng)的關(guān)閉，農(nóng)作物秸桿在還田、燃料、造紙等方面的利用正趨于萎縮，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)秸桿綜合利用水平較低，綜合利用技術(shù)研發(fā)水平落后，秸桿利用研究與推廣脫節(jié)，大量寶貴的秸桿資源沉睡、廢棄和流失，甚至放火焚燒，在天空產(chǎn)生霧霾，不僅浪費(fèi)資源，還污染環(huán)境。其原因是目前秸桿的利用工藝方式創(chuàng)造的附加值低，得不償失，還不如一把火燒了。因此開(kāi)發(fā)高附加值利用秸桿技術(shù)，己經(jīng)成為一個(gè)刻不容緩的問(wèn)題。
[0004]目前有使用農(nóng)作物廢料制備纖維板的報(bào)道，如CN 102463617 A以植物秸桿為原料，添加膠合劑、石蠟乳液為防水劑，制備秸桿纖維板，各項(xiàng)性能符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；CN1070863A以毛竹為原料，添加脲醛樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂為膠黏劑，石蠟為防水劑，制備中密度纖維板；CN 1559769A以皇竹草纖維、木材纖維為原料，混入樹(shù)脂膠制備纖維板；CN 1899783A以農(nóng)作物秸桿為原材料，施加水性高分子-異腈酸酯膠黏劑、改性淀粉膠黏劑等制備秸桿刨花板，CN101934548 A利用竹材、木材邊角料、農(nóng)作物秸桿等為原料，經(jīng)過(guò)爆破處理，施加酚醛樹(shù)脂類(lèi)膠黏劑制備人造板，這些發(fā)明較傳統(tǒng)人造纖維板在成本上有了很大突破，但均需額外添加化學(xué)膠黏劑和防水劑，造成了制作工藝的不環(huán)保。
[0005]CN 102259368 A以開(kāi)松秸桿纖維為原料，添加脂肪酶、半纖維素酶、纖維素酶、漆酶、蛋白酶五種生物酶，制備一種全生物質(zhì)增強(qiáng)纖維板，本發(fā)明在此基礎(chǔ)上對(duì)酶解工藝進(jìn)行了改進(jìn)，開(kāi)辟了一條工藝簡(jiǎn)單，制備環(huán)保、防水、性能優(yōu)異的中密度纖維板的方法。依照秸桿的纖維組成結(jié)構(gòu)，采用漆酶、半纖維素酶程序水解，降解秸桿纖維中的部分木質(zhì)素、半纖維素成分，并且酶解過(guò)程采用半透膜技術(shù)，分離酶解產(chǎn)物和底物，保證了酶解過(guò)程的持續(xù)高效進(jìn)行，待酶解過(guò)程結(jié)束后，混合處理后的秸桿纖維及酶解液，蒸發(fā)水分，并烘干至一定含水量壓制成中密度纖維板。此過(guò)程沒(méi)有污水排放，秸桿纖維的組成成分得到充分利用。在高溫高壓壓制板材過(guò)程中，處理后的秸桿纖維、水解液中的水解成分，以及未水解完全的高分子物質(zhì)在高溫下可以發(fā)生聚合而產(chǎn)生膠黏；同時(shí)在高溫壓制前添加松香及其交聯(lián)劑，一方面由于松香具有羧基和雙鍵的活性基團(tuán)，可作為高溫壓板過(guò)程中的聚合單體，另外松香可做防水劑和填充劑，使聚合過(guò)程更容易進(jìn)行，制得的纖維板具有防水功能，且力學(xué)性能優(yōu)異。整個(gè)過(guò)程不添加醛類(lèi)膠黏劑和石蠟類(lèi)防水劑，經(jīng)濟(jì)環(huán)保。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的不足，提供一種價(jià)格低廉、性能優(yōu)異且工藝簡(jiǎn)單的生產(chǎn)防水纖維板新工藝。
[0007]本發(fā)明的目的可以通過(guò)如下措施來(lái)達(dá)到:一種以農(nóng)作物廢料秸桿為材料，經(jīng)過(guò)多種生物酶程序處理，半透膜技術(shù)提高酶解程度，松香加入制備高性能防水纖維板的工藝方法。其包括原料加工、生物酶程序預(yù)處理、半透膜濾過(guò)、松香拌入、鋪裝、熱壓、成品處理等步驟，其特征在于:
[0008] (I)原料加工:將農(nóng)作物秸桿通過(guò)開(kāi)松機(jī)開(kāi)松處理，除去秸桿表面蠟質(zhì)層，使纖維成分充分暴露。
[0008](2)生物酶程序預(yù)處理:開(kāi)松后的秸桿纖維先加入一定酶活的漆酶酶液，在漆酶最佳反應(yīng)溫度、PH下反應(yīng)適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，使秸桿纖維中的木質(zhì)素達(dá)到最大的程度的酶解。然后進(jìn)行高溫滅活處理，降低溫度至半纖維素酶反應(yīng)的最佳溫度，加入一定酶活的半纖維素酶酶液，在半纖維素酶最佳反應(yīng)溫度、PH下反應(yīng)適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，使秸桿纖維中的半纖維素達(dá)到最大的程度的酶解。
[0009]為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，漆酶、半纖維素酶處理過(guò)程均在裝有能讓中小分子物質(zhì)透過(guò)，大分子物質(zhì)不能透過(guò)的半透膜裝置的容器中進(jìn)行，為保證此過(guò)程的順利進(jìn)行，可以間歇對(duì)反應(yīng)容器內(nèi)施加0.1-2MP的壓力，以加速小分子的過(guò)濾。
[0010]為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，在生物酶預(yù)處理的過(guò)程中，需用氧氣泵持續(xù)通氧，并用攪拌器攪拌，使生物酶與秸桿纖維底物充分反應(yīng)。
[0011]為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，充分反應(yīng)的秸桿纖維水解液需保留，并經(jīng)過(guò)蒸發(fā)蒸走水分，烘干至含水量為總重量的5%-10%，最佳含水量控制在8%。
[0012]為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，鋪裝前需將處理后且烘干水分的秸桿纖維與3%左右的松香粉末混勻，本工藝也可以采用在水解完成后，加入松香的水分散乳液后，一并干燥、熱壓。
[0013]為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，鋪裝步驟是將松香混勻后的秸桿處理纖維物料平鋪在模具中，鋪裝過(guò)程中注意盡量保持厚度均勻、緊密，鋪裝后的板坯可放置平板硫化機(jī)進(jìn)行熱壓，墊板上涂抹脫模劑。
[0014]為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，加入松香的水分散乳液方式可采用噴霧混合法。
[0015]為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，熱壓步驟是將鋪裝后的板坯進(jìn)行熱壓，采用平板硫化機(jī)，熱壓溫度為180-200°C，熱壓壓力為5-10MPa、熱壓時(shí)間為5_8min。
[0016]為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的農(nóng)作物廢料秸桿可以是麥秸桿、水稻秸桿、油菜秸桿、棉花秸桿、麻秸桿、玉米秸桿、大豆秸桿、蘆葦秸桿中的一種或一種以上的混合物。
[0017]本發(fā)明同已有技術(shù)相比可產(chǎn)生如下積極效果:、
原料采用各種秸桿混合、不受限制、無(wú)論任何季節(jié)都能保證原料的充足。
[0018]采用多種生物酶程序預(yù)處理，使秸桿纖維自身成分加以降解、為后續(xù)高溫聚合提供聚合單體，避免了化學(xué)膠黏劑的添加，保證了制作工藝的環(huán)保。
[0019]1、生物酶處理過(guò)程在裝有半透膜的裝置中進(jìn)行，此半透膜可讓中小分子物質(zhì)透過(guò)，阻隔大分子物質(zhì)透過(guò)，從而有效分離的酶解產(chǎn)物和底物，保證的酶解過(guò)程的高效進(jìn)行。
[0020]2、酶解液保留，并與處理后的秸桿纖維。未反應(yīng)完全的大分子物質(zhì)充分混合，此過(guò)程避免了廢水的產(chǎn)生，環(huán)保無(wú)污染，且酶解液中的中小分子也為后續(xù)高溫聚合提供了聚合單體，保證了反應(yīng)的可行性同時(shí)，也增加了板材的性能。
[0021]3、松香粉末的混入起到了填充效果，保證了板材的致密度，同時(shí)松香高溫熔化起到了一定的膠黏作用，輔助高溫聚合產(chǎn)生化學(xué)膠黏產(chǎn)生的效果，再次松香具有雙鍵和羧基活性基團(tuán)，在高溫聚合中也充當(dāng)了絕聚合單體的作用，加強(qiáng)了聚合效果，最后松香具有防水性，加入松香后的板材具有良好的防水效果，無(wú)需額外加入石蠟等防水劑。
[0022]本發(fā)明經(jīng)檢測(cè)，其板內(nèi)密度偏差小、內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度、靜曲強(qiáng)度、彈性模量、吸水厚度膨脹率均達(dá)到人造纖維板國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T11718-2009要求，游離甲醛按GB/T11718-1999檢測(cè)，結(jié)果未測(cè)出。

【具體實(shí)施方式】
[0023]為了更好的理解本發(fā)明，下面根據(jù)發(fā)明的技術(shù)解決方法，結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明。
[0024]實(shí)施例1:
(I)原料加工:取一定量麥秸桿為原料，將麥秸桿投入秸桿開(kāi)松機(jī)中進(jìn)行開(kāi)松，經(jīng)開(kāi)松后的秸桿呈絮狀纖維，烘干水分待用。
[0025](2)生物酶預(yù)處理:取160g烘干水分的秸桿纖維，置于裝有半透膜的容器中，加入調(diào)配好的漆酶(溫度:40-75°C，PH:4.5-9，酶活3000u/g)酶液，在漆酶最佳反應(yīng)溫度、PH下反應(yīng)足夠長(zhǎng)時(shí)間，酶解反應(yīng)最大化后高溫滅活，降低溫度至半纖維素酶最佳反應(yīng)溫度，調(diào)節(jié)PH,加入調(diào)配好的半纖維素酶(PH:3-7,溫度為20-70°C，酶活500萬(wàn)u/g)酶液，在半纖維素酶最佳反應(yīng)溫度、PH下反應(yīng)足夠長(zhǎng)時(shí)間，酶解反應(yīng)最大化。反應(yīng)完全后,保留酶解液,蒸發(fā)水分并烘干至含水量為麥秸桿纖維干重的6%。
[0026](3)松香加入:將3%的松香粉末與處理后的麥稻桿纖維充分混勻。
[0027](4)鋪裝:將混合好的原料進(jìn)行鋪裝，鋪裝過(guò)程中注意盡量保持厚度均勻、緊密，鋪裝后的板坯可放置平板硫化機(jī)進(jìn)行熱壓，墊板上涂抹脫模劑
(5)熱壓:將鋪裝后的板坯置于平板硫化機(jī)中，為防止粘板，在模具表層涂抹脫模劑，熱壓溫度為180°C，熱壓壓力為5MPa，熱壓時(shí)間5min。
[0028](6)將板材冷卻，脫模，裁邊尺寸為2OOmm*2O0mm*5mm。
[0029](7)根據(jù)中密度纖維板的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T11718-2009及測(cè)GB/T11718-1999試麥秸桿纖維板的各項(xiàng)性能，其具體性能如下:
密度:0.75g/cm3 內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度:0.6MPa 靜曲強(qiáng)度:25MPa 彈性模量:2500MPa 吸水厚度膨脹率:25%
甲醛釋放量:未測(cè)出實(shí)施例2:
(I)原料加工:取一定量麥秸桿、麻秸桿、蘆葦秸桿、大豆秸桿、稻草秸桿、棉花秸桿等混合物為原料，將混合秸桿投入秸桿開(kāi)松機(jī)中進(jìn)行開(kāi)松，經(jīng)開(kāi)松后的秸桿呈絮狀纖維，烘干水分待用。
[0030](2)生物酶預(yù)處理:取160g烘干水分的混合秸桿纖維，置于裝有半透膜的容器中，加入調(diào)配好的漆酶(溫度:40-75°C，PH:4.5-9，酶活3000u/g)酶液，在漆酶最佳反應(yīng)溫度、PH下反應(yīng)足夠長(zhǎng)時(shí)間，酶解反應(yīng)最大化后高溫滅活，降低溫度至半纖維素酶最佳反應(yīng)溫度，調(diào)節(jié)PH，加入調(diào)配好的半纖維素酶(PH:3-7,溫度為20-70°C，酶活500萬(wàn)u/g)酶液，在半纖維素酶最佳反應(yīng)溫度、PH下反應(yīng)足夠長(zhǎng)時(shí)間,酶解反應(yīng)最大化。反應(yīng)完全后,保留酶解液，蒸發(fā)水分并烘干至含水量為麥秸桿纖維干重的6%。
[0031 ] (3)松香加入:將3%的松香粉末與處理后的混合秸桿纖維充分混勻。
[0032](4)鋪裝:將混合好的原料進(jìn)行鋪裝，鋪裝過(guò)程中注意盡量保持厚度均勻、緊密，鋪裝后的板坯可放置平板硫化機(jī)進(jìn)行熱壓，墊板上涂抹脫模劑
(5)熱壓:將鋪裝后的板坯置于平板硫化機(jī)中，為防止粘板，在模具表層涂抹脫模劑，熱壓溫度為200°C，熱壓壓力為7MPa，熱壓時(shí)間7min。
[0033](6)將板材冷卻，脫模，裁邊尺寸為2OOmm*2O0mm*5mm。
[0034]根據(jù)中密度纖維板的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T11718-2009及測(cè)GB/T11718-1999試麥秸桿纖維板的各項(xiàng)性能，其具體性能如下:
密度:0.78g/cm3 內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度:0.7MPa 靜曲強(qiáng)度:26MPa 彈性模量:2600MPa 吸水厚度膨脹率:23%
甲醛釋放量:未測(cè)出。
【權(quán)利要求】
1.一種利用農(nóng)作物廢料秸桿為主要材料，經(jīng)開(kāi)松、多種生物酶程序酶解處理，采用半透膜系統(tǒng)過(guò)濾酶解過(guò)程產(chǎn)生的中小分子，以避免酶解低分子產(chǎn)物對(duì)生物酶產(chǎn)生的抑制作用，以達(dá)到最佳酶解效果，為使此過(guò)濾過(guò)程快速完成，也可在水解反應(yīng)容器內(nèi)施加0.1-2MP的壓力；酶解完成后，重新混合經(jīng)生物酶處理后的秸桿纖維以及酶解產(chǎn)生的含有中小分子的酶解液，蒸發(fā)水分，烘干至一定含水量，并在壓制纖維板過(guò)程中加入一定量松香制備高性能防水纖維板的新工藝，本發(fā)明方法是將農(nóng)作物廢料秸桿進(jìn)行開(kāi)松，取適量開(kāi)松后的秸桿纖維，在通氧的情況下依次用漆酶、半纖維素酶酶液進(jìn)行程序酶解處理，待酶解程度最大化后，蒸發(fā)水分并烘干至含水量為總重量的5-10%左右，將物料與一定量的松香粉末拌勻后，放入指定的模具中進(jìn)行鋪裝，然后設(shè)定熱壓溫度、壓強(qiáng)、時(shí)間，用平板硫化機(jī)壓制即可得到高性能防水纖維板。
2.如權(quán)利要求1所述，農(nóng)作物秸桿采用秸桿專(zhuān)用開(kāi)松機(jī)進(jìn)行開(kāi)松處理，除去秸桿表面的蠟質(zhì)層，使纖維充分暴露，便于后面的酶解。
3.如權(quán)利要求1所述，酶解過(guò)程中采用氧氣泵持續(xù)通氧，并采用調(diào)速攪拌器進(jìn)行攪拌。
4.如權(quán)利要求1所述，酶解過(guò)程中依次采用漆酶和半纖維素進(jìn)行處理，漆酶用于降解秸桿纖維中的木質(zhì)素，半纖維素用于降解秸桿纖維中的半纖維素。
5.如權(quán)利要求1所述，酶解過(guò)程需在裝有半透膜系統(tǒng)的容器中進(jìn)行，此半透膜可允許中小分子通過(guò)，不讓大分子物質(zhì)通過(guò)。
6.如權(quán)利要求1所述,為使低分子物質(zhì)過(guò)濾過(guò)程加快,可在反應(yīng)容器內(nèi)施加0.1-2MP的壓力。
7.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于農(nóng)作物廢料秸桿可以是麥秸桿、稻草秸桿、甘蔗渣、棉花桿等，是取材便宜、價(jià)格低廉、環(huán)?？裳h(huán)利用的材料。
8.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于經(jīng)漆酶、半纖維素酶處理后的秸桿纖維表面有很多活性基團(tuán)，可以與酶解液中的中小分子，在高溫高壓壓制板材過(guò)程中高溫聚合。
9.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于半透膜可以讓中小分子通過(guò)，而阻隔大分子物質(zhì)透過(guò)，這樣酶解產(chǎn)生的中小分子可以源源不斷的透過(guò)半透膜，避免了酶解產(chǎn)物對(duì)生物酶的抑制作用，從而使漆酶、半纖維素酶更加充分的降解秸桿纖維中的成分，待酶解程度最大化時(shí)，半透膜的一側(cè)是秸桿纖維及其未反應(yīng)的組分，另一側(cè)則充滿(mǎn)木質(zhì)素、半纖維素酶解后的中小分子物質(zhì)。
10.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于加入松香進(jìn)行壓制，一方面松香粉末作為填充劑有助于纖維板的壓制，同時(shí)松香高溫熔化可作為膠黏劑，而且松香分子具有雙鍵和羧基活性基團(tuán)，可以作為單體參與高溫聚合，形成牢固的化學(xué)鍵，最后松香具有不溶于水的特性，加入可提高纖維板的耐水型。
11.同時(shí)如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于控制松香量為總重量的3%左右，所加入的松香可以是粉狀的，也可以是水分散的乳液。
12.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于本工藝不加入“三醛膠”等化學(xué)膠黏齊U，利用秸桿纖維酶解產(chǎn)生的中小分子，以及松香活性基團(tuán)在高溫高壓下聚合生成大分子聚合物，整個(gè)過(guò)程環(huán)保，低能耗，且制得的纖維板力學(xué)性能良好、耐水型優(yōu)異。
【文檔編號(hào)】D21C5/00GK104149153SQ201310178330
【公開(kāi)日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2013年5月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月15日
【發(fā)明者】艾照全, 汪帆, 蔡婷 申請(qǐng)人:湖北大學(xué), 艾照全