CN103358377B - 一种汽爆秸秆无胶环保人造板的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于无胶环保型人造板制备领域，特别涉及以汽爆秸秆为原料，碱法活化热压制备无胶环保人造板的方法。该方法包括以下步骤：秸秆原料切碎后进行汽爆处理获得汽爆秸秆，加入碱溶液，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秸秆可以提高秸秆原料的润湿性，同时破坏细胞壁结构，使原料中的木质素在碱性条件下更容易溶出，溶出的木质素在热压过程的高温条件下通过与原料中的木质素和多糖缩合反应形成胶粘作用，该方法实现了秸秆原料的无胶胶合，既节省去了胶粘剂的添加成本，又简化了工艺和生产线，有利于减少合成树脂胶粘剂造成环境污染，降低生产成本，为人造板的制备提供了新的有效途径。
Description
【技术领域】
本发明属于无胶环保型人造板制备领域，特别涉及以汽爆秸秆为原料，碱法活化热压制备无胶环保人造板的方法。
【背景技术】
农林生物质资源主要包括森林木材资源和农作物秸秆，我国森林资源与发达国家相比，人均占有量低，木材和人造板产品的需求量与木材可供应量之间的矛盾长期存在。而我国是农业大国，每年农作物秸秆产量在7亿吨左右，但是目前普遍并未得到高效利用，在很多地区甚至成为污染源。如果将我国丰富的秸秆资源用于人造板工业，将极大缓解人造板原料供应不足的矛盾。然而根据秸秆原料表面疏胶性物质含量较多的特性，导致秸秆人造板使用的粘合剂要大于木材类原料，因而导致的较高粘合剂成本是制约秸秆人造板行业发展的重要瓶颈。
彻底解决上述问题的方法是寻找秸秆人造板无胶粘合技术。无胶粘合技术主要是依靠秸秆自身纤维素、半纤维素和木质素三大组分在高温高压下反应生成不溶性树脂，然后将秸秆中纤维胶合在一起，加压成板。由于秸秆原料结构的致密性以及原料中三大组分活性基团含量较低，需要对秸秆进行活化处理，破坏细胞壁结构，提高其反应活性。活化处理主要有物理法、化学法和生物法。物理法主要有机械热磨方法和蒸汽爆破法，专利CN101172351提出了一种竹材热磨无胶制备人造板的方法，但是由于热压温度较高和热压时间较长，能耗较大的同时生产率较低，导致应用的范围有限；专利CN1067399公开了一种饱和蒸汽蒸煮处理工艺活化木质纤维素原料制备无胶人造板，但是由于秸秆结构的复杂以及热压产生的“自胶合”作用有限，通过此方法压板的强度往往不尽人意。化学法主要通过添加一些化学试剂活化秸秆原料中的天然高分子，产生活性基团，主要有氧化结合法、自由基引发法和、酸催化缩合法和碱溶液活化法四种。生物法主要是利用微生物或酶催化秸秆原料组分降解产生活性基团。当然，目前秸秆无胶粘合技术应用的不是上述的单独一种方法，而是多种方法的组合，如专利CN101214678就是利用热磨和施加氧化剂组合活化方法制备竹纤维人造板，而专利CN1412092提出了利用蒸汽爆破处理秸秆后接种黄孢原毛平革菌固态发酵活化秸秆材料热压制备秸秆变性材料的方法。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。
蒸汽爆破处理是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，同时细胞壁结构被破坏导致大量木质素能够在较低浓度的碱溶液中溶出。本发明利用蒸汽爆破处理秸秆后利用碱液在热压过程中的温度溶出木质素，这些木质素在高温下与经过活化的秸秆原料中的活性基团以及木质素本身起脱水缩合反应，形成类似胶黏剂作用效果。
【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后碱法活化细胞壁的木质素在高温条件下产生自粘结作用热压制备高强度无胶环保生态板。
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1-3％碱溶液按质量固液比1:0.5-1均匀混合，混合方式可以利用喷雾混合或直接混合方式。。
(3)将步骤(2)得到的添加碱液活化剂的汽爆秸秆均匀铺装在压板机上面，压力0.1-0.2MPa，热压温度控制在90-110℃，时间维持为8-10min。接下来继续提高压力到0.8-1.5MPa，温度为170-190℃，维持时间为5-10min。
步骤(3)中在温度为110-130℃，压力为0.1-0.2MPa下预压5-8min，预压的主要目的是使水蒸汽充分逸出，降低含水量，提高秸秆原料传热效率，减少能耗，同时消除内部应力，提高压板性能。
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。
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，同时破坏细胞壁结构，使原料中的木质素在碱性条件下更容易溶出，溶出的木质素在热压过程的高温条件下通过与原料中的木质素和半纤维素缩合反应形成胶粘作用，实现了秸秆原料的无胶胶合，既节省去了胶粘剂的添加成本，又简化了工艺和生产线，有利于减少合成树脂胶粘剂造成环境污染，降低生产成本。
【具体实施方式】
实施例1
玉米秸秆切碎至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1％氢氧化钠溶液均匀混合，质量固液比为1:1，含水量为52.5％。将加入碱溶液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。预压压力为0.1MPa，温度为110℃，时间为8min，此时原料的含水量降至25％，提高热压压力至1.2MPa，热压温度为185℃，时间为8min，泄压取出即可制备出无胶玉米秸秆人造板。
实施例2
玉米秸秆切碎至4cm，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2％氢氧化钠溶液均匀混合，质量固液比为5:4，含水量为47.2％。将加入碱溶液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。预压压力为0.2MPa，温度为100℃C，时间为10min，此时原料的含水量降至23％，提高热压压力至1.5MPa，热压温度为170℃，时间为8min，泄压取出即可制备出无胶玉米秸秆人造板。
实施例3
麦草秸秆切碎至4cm，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麦草秸秆。将汽爆秸秆烘干或自然晾干至含水量5％，与2％氢氧化钠溶液均匀混合，质量固液比为5:4，含水量为47.2％。将加入碱溶液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。预压压力为0.2MPa，温度为90℃，时间为8min，此时原料的含水量降至21％，提高热压压力至0.8MPa，热压温度为190℃，时间为5min，泄压取出即可制备出无胶麦草秸秆人造板。
实施例4
稻草秸秆切碎至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麦草秸秆。将汽爆秸秆烘干或自然晾干至含水量5％，与2％氢氧化钠溶液均匀混合，质量固液比为1:1，含水量为53％。将加入碱溶液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。预压压力为0.1MPa，温度为100℃，时间为8min，此时原料的含水量降至25％，提高热压压力至1.0MPa，热压温度为180℃，时间为10min，泄压取出即可制备出无胶稻草秸秆人造板。
Claims (4)
1.一种汽爆秸秆无胶环保人造板的制备方法，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；
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1-3％碱溶液按质量固液比1:0.5-1均匀混合；
c将步骤b得到的添加碱液活化剂的汽爆秸秆均匀铺装在压板机上面，压力0.1-0.2MPa，热压温度控制在90-110℃，时间维持为8-10min；接下来继续提高压力到0.8-1.5MPa，温度为170-190℃，维持时间为5-10min。
2.按权利要求1所述的一种汽爆秸秆无胶环保人造板的制备方法，其特征在于：所述的秸秆原料是指玉米秸秆、麦草或稻草。
3.按权利要求1所述的一种汽爆秸秆无胶环保人造板的制备方法，其特征在于：汽爆秸秆与碱液的混合方式可以利用喷雾混合或直接混合方式。
4.按权利要求1所述的一种汽爆秸秆无胶环保人造板的制备方法，其特征在于：步骤c中在温度为110-130℃，压力为0.2-0.5MPa下预压5-8min，预压的主要目的是使水蒸汽充分逸出，降低含水量，提高秸秆原料传热效率，减少能耗，同时消除内部应力，提高压板性能。
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