CN103362008A - 一种以碱木质素为胶粘剂的汽爆秸秆生态板制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于板材或包装材料领域，特别涉及以农作物秸秆为原料，通过蒸汽爆破预处理，以碱木质素为胶粘剂热压成型制备无醛环保生态板方法。该生态板制备步骤：秸秆原料切碎后进行汽爆处理获得汽爆秸秆原料，加入碱木质素溶液，混合均匀，控制一定含水量，热压成型。本发明通过汽爆技术处理提高秸秆原料的润湿性，降低原料表面疏胶性物质；同时破坏细胞壁结构，使原料中的木质素活性基团暴露出来，与外加的碱木质素在碱性高温条件下缩合反应形成胶粘作用，替代合成树脂，彻底解决了传统胶粘剂的甲醛释放污染问题。同时碱木质素是碱法蒸煮造纸黑液的主要成分，利用碱木质素作为胶粘剂制备秸秆生态板，变废为宝，具有较好的经济价值和环保意义。

Description

一种以碱木质素为胶粘剂的汽爆秸秆生态板制备方法

技术领域

本发明属于环保型刨花板制备领域，特别涉及以汽爆秸秆为原料，以碱木质素为胶粘剂通过热压成型制备高强度无醛环保生态板的方法。

背景技术

我国是农业大国，每年可产生农作物秸秆7亿多吨，但是目前秸秆的利用率低，大量的秸秆被焚烧，既污染环境，又浪费了宝贵的可再生资源。利用秸秆为原料制备刨花板不仅可以充分利用这被视为负担的可再生资源，同时可以能够减少木质板材的使用量，节约木材和保护森林，对于我国森林资源有限是很好的双赢作用。目前利用农作物秸秆制备人造板材有一个主要问题，秸秆表面富含的蜡质层和二氧化硅等疏胶性物质导致的润湿性能较差，使得普通的木材胶黏剂如脲醛树脂和酚醛树脂的粘合效果较差，因此转而利用较为昂贵的异氰酸酯作为胶黏剂。异氰酸酯虽然能够较好地胶合秸秆碎料，但是其昂贵的价格导致人造板成本居高不下，严重影响了非木材类人造板的应用。

目前解决非木材人造板的上述问题的主要方法有两个，一个是降低异氰酸酯胶的用量降低成本，如专利CN101693381A提出了一种利用浸渍施胶的方法制备秸秆刨花板，但是由于秸秆碎料比表面积较大，较小的施胶量容易导致施胶不均匀产生质量问题；另一个方法是采取其他措施有效消除秸秆表面疏胶性物质，如借鉴木材中密度纤维板的生产工艺，通过热磨，在热和机械力的作用下解离纤维，有效去除秸秆外表面疏胶性物质，如专利CN1473690公开了一种蒸煮磨浆的预处理方法制备棉杆纤维板的方法。而蒸汽爆破技术被认为是一种有效地、低能耗的秸秆预处理，通过蒸汽将物料加热到一定温度，维持压力一段时间，再突然泄压喷放，产生二次蒸汽，体积猛增，物料受机械力的作用结构被破坏。该方法能够分散秸秆原料中不利于胶合的成分，同时破坏秸秆细胞壁结构，得到介于刨花碎料和热磨纤维之间的纤维，使纤维表面的羟基、羰基等活性官能团数量显著增加，提高与粘合剂的胶粘能力。专利CN1412092提出了利用汽爆技术制备变性秸秆材料的方法，但是其通过接种黄孢原毛平革菌产生漆酶活化物料中的木质素，然后热压成型，此方法虽然无外加胶黏剂，但是由于微生物生长周期较长导致压板的生产效率较低，同时漆酶酶活分布的不均匀也容易导致产品不稳定。

碱木质素是碱法制浆废液的主要成分，通过酸析沉淀，可以分离出纯度较高的碱木质素。碱木质素的活性基团含量高，在高温作用下能够与汽爆处理后的秸秆原料活性基团以及木质素本身起脱水缩合反应，形成类似胶粘作用效果。本发明通过汽爆技术活化秸秆原料，利用碱木质素在高温下的胶粘作用替代异氰酸酯或其他含醛合成树脂进行热压板，彻底解决了传统胶粘剂的甲醛气体污染问题，同时降低了生产成本。碱木质素作为汽爆秸秆压板的胶黏剂不仅可以为造纸黑液回收利用提供一条有效途径，同时对于人造板制备来说，低廉的价格显著降低了压板的生产成本，具有环保和经济双重效益。

发明内容

本发明的主要目的是以农作物秸秆为原料，通过蒸汽爆破预处理利用碱木质素为胶粘剂，在一定的温度和压力下热压制备高强度无甲醛环保生态板。该生态板制备方法利用汽爆处理提高秸秆原料的润湿性，降低秸秆表面疏胶性物质；同时利用外加碱木质素在高温下与原料中的木质素和碳水化合物以及碱木质素自身缩合反应形成的胶粘作用热压成型，制备生态板。

本发明的主要步骤如下：

(1)汽爆秸秆的制备：

秸秆原料切碎至2-5cm，装入汽爆罐，在1.2-1.7MPa的压力下，维持压力5-10min之后，瞬间减压释放，得到汽爆秸秆。

(2)将步骤1得到的汽爆秸秆烘干，或自然晾干，至含水量为5-10％，将烘干后的汽爆秸秆与5-10％碱木质素溶液均匀混合，木质素的添加量约为绝干物料的4-8％。

(3)将步骤2得到的拌过木质素的汽爆秸秆均匀铺装在压板机上面，压力0.8-1.2MPa，热压温度控制在180-190℃，时间为8-12min。

所述的秸秆原料是值玉米秸秆、麦草或稻草等农作物秸秆原料。

所述的碱木质素由造纸黑液酸析沉淀，水洗沉淀，喷雾干燥而成；碱木质素溶液由碱木质素溶于1-3％NaOH溶液制成。

本发明具有的优点：通过汽爆技术处理秸秆可以提高秸秆原料的润湿性，降低秸秆表面疏胶性物质；同时破坏细胞壁结构，使原料中的木质素活性基团暴露出来，与外加的碱木质素在碱性条件下缩合反应形成胶粘作用，替代传统脲醛树脂或酚醛树脂的胶粘作用，彻底解决了传统胶粘剂的甲醛气体释放污染问题。同时碱木质素是碱法蒸煮造纸黑液的主要成分，利用碱木质素作为胶粘剂制备秸秆生态板，变废为宝，具有较好的经济价值和环保意义。

具体实施方式

实施例1：玉米秸秆切碎至2-5cm，装入汽爆罐，通入高压蒸汽，在1.5MPa的蒸汽压下维持5min，瞬间减压释放得到汽爆玉米秸秆。将汽爆秸秆烘干或自然晾干至含水量5％，与5％碱木质素溶液均匀混合，固液比为5∶4，碱木质素的添加量为4％，含水量为45％。将混合碱木质素的汽爆秸秆物料均匀铺装在压板机上面，物料上下接触热压板的表面都垫上牛皮纸。热压压力为0.8MPa，热压温度为190℃，时间为10min，泄压取出即可制备出玉米秸秆生态板。

实施例2：玉米秸秆切碎至2-5cm，装入汽爆罐，通入高压蒸汽，在1.7MPa的蒸汽压下维持5min，瞬间减压释放得到汽爆玉米秸秆。将汽爆秸秆烘干或自然晾干至含水量10％，与10％碱木质素溶液均匀混合，固液比为5∶4，碱木质素的添加量为8％，含水量为46％。将混合碱木质素的汽爆秸秆物料均匀铺装在压板机上面，物料上下接触热压板的表面都垫上牛皮纸。热压压力为1.2MPa，热压温度为190℃，时间为8min，泄压取出即可制备出玉米秸秆生态板。

实施例3：玉米秸秆切碎至2-5cm，装入汽爆罐，通入高压蒸汽，在1.3MPa的蒸汽压下维持10min，瞬间减压释放得到汽爆玉米秸秆。将汽爆秸秆烘干或自然晾干至含水量10％，与8％碱木质素溶液均匀混合，固液比为5∶4，碱木质素的添加量为6％，含水量为46％。将混合碱木质素的汽爆秸秆物料均匀铺装在压板机上面，物料上下接触热压板的表面都垫上牛皮纸。热压压力为1.2MPa，热压温度为180℃，时间为10min，泄压取出即可制备出玉米秸秆生态板。

实施例4：麦草秸秆粉碎至2-4cm，装入汽爆罐，通入高压蒸汽，在1.2MPa的蒸汽压下维持10min，瞬间减压释放得到汽爆玉米秸秆。将汽爆秸秆烘干或自然晾干至含水量5％，与10％碱木质素溶液均匀混合，固液比为2∶1，碱木质素的添加量为5％，含水量为33.3％。将混合碱木质素的汽爆秸秆物料均匀铺装在压板机上面，物料上下接触热压板的表面都垫上牛皮纸。热压压力为1.0MPa，热压温度为185℃，时间为10min，泄压取出即可制备出麦草秸秆生态板。

实施例5：稻草秸秆粉碎至2-3cm，装入汽爆罐，通入高压蒸汽，在1.3MPa的蒸汽压下维持8min，瞬间减压释放得到汽爆玉米秸秆。将汽爆秸秆烘干或自然晾干至含水量5％，与12％碱木质素溶液均匀混合，固液比为2∶1，碱木质素的添加量为6％，含水量为32.7％。将混合碱木质素的汽爆秸秆物料均匀铺装在压板机上面，物料上下接触热压板的表面都垫上牛皮纸。热压压力为1.2MPa，热压温度为180℃，时间为12min，泄压取出即可制备出稻草秸秆生态板。

Claims (4)

1.一种以碱木质素为胶粘剂的汽爆秸秆生态板制备方法，所述的方法包括下列步骤：

a汽爆秸秆的制备：

秸秆原料切碎至20-50mm，装入汽爆罐，在1.2-1.7MPa的压力下，维持压力5-10min之后，瞬间减压释放，得到汽爆秸秆；

b将步骤a得到的汽爆秸秆烘干，或自然晾干，至含水量为5-10％；，将烘干后的汽爆秸秆与5-10％碱木质素溶液均匀混合，木质素的添加量约为绝干物料的4-8％；

c将步骤b得到的拌过木质素的汽爆秸秆均匀铺装在压板机上面，压力0.8-1.2MPa，热压温度控制在180-190℃，时间为8-12min。

2.按权利要求1所述的一种以碱木质素为胶粘剂的汽爆秸秆生态板制备方法，其特征在于：所述的秸秆原料是指玉米秸秆、麦草或稻草等农作物秸秆原料。

3.按权利要求1所述的一种以碱木质素为胶粘剂的汽爆秸秆生态板制备方法，其特征在于：碱木质素由造纸黑液酸析沉淀，水洗沉淀，喷雾干燥而成；碱木质素溶液由碱木质素溶于1％-3％NaOH溶液制成。

4.按权利要求1所述的一种以碱木质素为胶粘剂的的汽爆秸秆生态板制备方法，其特征在于：以碱木质素量计算，碱木质素添加量为4-10％；根据木质素溶液量控制含水量。