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CN109571703A - 一种用于秸秆人造板的助剂及秸秆人造板的制备方法 - Google Patents

一种用于秸秆人造板的助剂及秸秆人造板的制备方法 Download PDF

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CN109571703A
CN109571703A CN201811614821.9A CN201811614821A CN109571703A CN 109571703 A CN109571703 A CN 109571703A CN 201811614821 A CN201811614821 A CN 201811614821A CN 109571703 A CN109571703 A CN 109571703A
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赵祈涵
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Tianjin Haiyuanhui Technology Co Ltd
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Abstract

本发明提供一种用于秸秆人造板的助剂及秸秆人造板的制备方法，按照重量份数计，助剂由以下成分组成：阻燃剂3～10份、增强剂5～20份、防腐剂0～10份、防水剂0～10份。本发明是利用农作物秸秆作为主要原料，复配无毒、无醛、无胶黏剂的无机化合物和有机化工产品，在高温条件下依靠秸秆自身拥有的糖、醛、酚类物质，自发聚合(缩合)形成高强度、阻燃、防潮、不易霉变、零甲醛的秸秆板材、建材、物流托盘等。

Description

一种用于秸秆人造板的助剂及秸秆人造板的制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于秸秆人造板的助剂及秸秆人造板的制备方法，尤其是人造秸秆板材原料的选用、助剂种类选择及其生产工艺，属于板材制造工艺领域。
背景技术
我国是农业大国，拥有丰富的秸秆资源，据调查统计，2015年全国秸秆理论资源量为10.4亿吨，可收集资源量约为9亿吨，利用量约为7.2亿吨，秸秆综合利用率达到80.1％；其中肥料化占43.2％、饲料化占18.8％、燃料化占11.4％、基料化占4.0％、原料化占2.7％，基本形成肥料化利用为主，饲料化、燃料化稳步推进，基料化、原料化为辅的综合利用格局。
长期以来，秸秆一直被当做废弃物焚烧掉，对大气环境带来了严重的污染。近年由于木质人造板行业原材料短缺的问题日益显著，人们开始寻找可替代木材生产人造板的原材料。秸秆的主要化学成分为：纤维素、半纤维素和木质素，与木材的化学组成十分类似，完全可以替代木材制造人造板。此外秸秆纤维原材料表面含有一层天然的蜡质，可以起到了相当于防潮板中石蜡添加剂的防潮效能；秸秆纤维中富含二氧化硅，属于天然防火物质。用秸秆代替木材生产人造板，不仅可以有效的缓解目前对于传统建材资源大量消耗的现状，节约资源和能源，维护全球的生态平衡，而且可以解决我国资源利用率低，减少大气的污染，为秸秆资源的利用开辟新的方向。
传统的木质人造板在生产过程中通常会采用酚醛树脂和脲醛树脂等作为胶粘剂，而大部分胶粘剂在生产的使用过程中都会释放大量的有害气体，已不能满足人们对健康和绿色生活的要求。由于秸秆表面含有一层天然的蜡质，使得传统的胶粘剂在应用于秸秆板材中会面临胶合性能差的问题，这就限制了传统的胶黏剂在人造秸秆板材中的应用；而无甲醛释放的MDI胶，其制备工艺复杂，目前世界上只有少数几个化工巨头可以生产该胶粘剂，所以其价格比传统的胶黏剂要高出20倍；所以目前急需开发一种新的工艺，在不采用胶粘剂的情况下，生产出一种绿色环保无污染的人造秸秆板材。专利CN 103358377提出了一种汽爆秸秆无胶环保人造板的制备方法，该方法虽然没有采用胶黏剂，但是汽爆方法需要通过高压和蒸汽预处理来破坏秸秆细胞壁结构，操作工艺复杂，成本较高，不易工业化。
发明内容
针对上述情况，本发明的目的在于提供一种用于秸秆人造板的助剂及秸秆人造板的制备方法，提高秸秆原料化利用率，降低工艺成本，以复配无毒、无醛、无胶黏剂的无机化合物和有机化工产品助剂替代酚醛树脂、脲醛树脂等胶黏剂实现人造板的绿色环保，以实现无胶粘合。
为解决背景技术的相关问题，本发明提供一种用于秸秆人造板的助剂，按照重量份数计，由以下成分组成：阻燃剂3～10份、增强剂5～20份、防腐剂0～10份、防水剂0～10份。
优选地，阻燃剂包括无机阻燃剂和溴系有机阻燃剂；无机阻燃剂为Mg(OH)2、Al(OH)3中的一种或两种；溴系有机阻燃剂为二溴甲烷、三氯溴甲烷和二氯溴甲烷中的一种或几种。
优选地，所述增强剂为含结晶水的CaSO4、CaCO3或棉、麻中的一种或几种。
优选地，所述防腐剂为对羟基苯甲酸脂类或酚类中的一种或两种。
优选地，所述羟基苯甲酸脂类可以是对羟基苯甲酸甲酯、对羟基苯甲酸乙酯、对羟基苯甲酸丙酯、对羟基苯甲酸丁酯和对羟基苯甲酸异丁酯中的一种或几种。
优选地，所述酚类可以是苯酚、邻位甲酚、间位甲酚中的一种或几种。
优选地，所述防水剂为聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、无纺布中的一种或几种。
即，该助剂为阻燃剂、增强剂、防腐剂的复配物，添加至秸秆中混合热压后增强了产品的阻燃性、强度、防霉变性；添加适量防水剂，提高产品的弹性模量和韧性。打破了传统板材制造过程中必须添加胶粘剂的工艺，原料来源广泛、工艺简单、生产成本低、产品密度低，解决了秸秆人造板释放甲醛的问题。
另外，本发明还在于公开一种利用上述助剂制备秸秆人造板的方法，该人造板的原料为：秸秆52～90份、助剂8～50份；
制备秸秆人造板的方法包括如下主要步骤：
(1)秸秆原料预处理：将秸秆用螺杆输送机送至粉碎机粉碎后，粉碎物料长度为0.1～5cm；再经揉丝机揉丝，揉丝后通过传送带送到旋风除尘器中将泥土、碎石及杂质除掉，经由鼓风机送入干燥机，干燥至水分含量为5～10％；
(2)混合配料与铺装：干燥后的秸秆进入配料罐与助剂按照复配比例混合；混合均匀后经螺杆输送机送至传输带进行铺装；
(3)预压处理：对铺装后的物料进行预压；预压时间为30～300s；压缩厚度为3～30cm；
(4)热压处理：预压后再进热压机热压，热压温度为150～240℃，热压时间为30～600s；
(5)切割工序：热压后板材送入自动切割机，在自动切割台上切割，先纵向切，再横向切，切割成型的板材再进行精确称量；
(6)抛光处理：对切割成型的板材进行抛光处理，即获得不含胶黏剂的生物纤维零甲醛环保板；
(7)废料循环：步骤(5)中切割剩余的板材被送入再循环研磨器，切割成原来纤维大小，然后送入储存筒仓与其它原料混合。
优选地，所述不含胶黏剂的生物纤维零甲醛环保板的公称厚度为6～9mm；含水率为3.0～13.0％；密度＞0.65g/cm3；静曲强度≥25MPa；内结合强度≥0.60MPa；弹性模量≥2500MPa；甲醛释放量≤0.35mg/100g。
优选地，所述秸秆为玉米秸杆、棉花秸杆、花生秸杆、小麦秸杆、水稻秸秆中的一种。
优选地，所述原料也可以是农作物秸秆和木屑的混合物，其中，木屑占原料的质量分数为0～90％。
需要说明的是，本发明是利用农作物秸秆作为主要原料，复配无毒、无醛、无胶黏剂的无机化合物和有机化工产品，在高温条件下依靠秸秆自身拥有的糖、醛、酚类物质，自发聚合(缩合)形成高强度、阻燃、防潮、不易霉变、零甲醛的秸秆板材、建材、物流托盘等。
该技术的研发解决了以往秸杆板材的原料取材限制、粘胶单一、遇水变软，强度不够、阻燃性能差以及含甲醛等问题，可以真正替代木制人造板、建材、物流托盘等，实现废弃资源利用。
本发明以农作物秸秆作为主要原料，复配无毒、无醛、无胶黏剂的无机化合物和有机化工产品，实现对废弃秸秆资源的综合利用，生产绿色环保的秸秆板材。本发明具有如下主要优点：
1)板材密度轻、密度小、不含胶黏剂、无甲醛释放、绿色无污染；
2)阻燃剂可增强秸秆板材的防腐、防虫、防霉变性能；
3)增强剂可增强秸秆板材的硬度等性能；
4)该技术生产的秸秆板材具有保温效果，可作为保温板使用；
5)可直接用作物流托盘，解决了目前木质物流托盘需经高温熏蒸处理，简化的物流托盘的制备工艺；
6)由于不采用胶粘剂，切割过程中产生的废弃边角料可循环再利用，整个工艺段实现无固体废弃物。
附图说明
图1是本发明的生产工艺流程图。
具体实施方式
以玉米秸秆为原料的实施方式：
实施例1
1.玉米秸秆人造板天然助剂的配制：
将10份Mg(OH)2、5份CaSO4、1.5份对羟基苯甲酸甲酯、3份聚丙烯混合搅拌均匀，得到秸秆助剂，便于后期配料。
2.玉米秸秆人造板的制备：
(1)将80.5份含水率为12％的玉米秸秆用螺杆输送机送至粉碎机粉碎后，粉碎物料长度为0.5cm；再经揉丝机揉丝，揉丝后通过传送带送到旋风除尘器中将泥土、碎石及杂质除掉，经由鼓风机送入干燥机，干燥至水分低于8％。
(2)混合配料与铺装：干燥后玉米秸秆进入配料罐与提前配好的助剂混合；混合均匀后经螺杆输送机送至传输带进行铺装；
(3)预压处理：铺装后的物料进行预压；预压时间为120s；压缩至5cm的厚度。
(4)热压处理：预压后再进热压机热压，热压温度为150℃，热压时间为300s；
(5)切割工序：热压后板材送入自动切割机，在自动切割台上切割，先纵向切，再横向切，切割成型的板材再进行精确称量；
(6)抛光处理：对切割成型的板材进行抛光处理，即可获得不含胶黏剂的玉米秸秆纤维零甲醛环保板；
(7)废料循环：步骤(5)中切割剩余的板材被送入再循环研磨器，切割成原来纤维大小，然后送入储存筒仓与其它原料混合。
检测：对制得的秸秆人造板参照GB/T19367～2009和GB/T31765～2015国家标准进行理化性能检测和甲醛释放量检测，检测结果见表1。
以棉花秸杆为原料的实施方式：
实施例2
1.棉花秸秆人造板天然助剂的配制：
将7份Mg(OH)2、10份CaSO4、5.5份苯酚、2份聚乙烯混合搅拌均匀得到秸秆助剂，便于后期配料。
2.棉花秸秆人造板的制备：
(1)将75.5份含水率为13％的棉花秸秆用螺杆输送机送至粉碎机粉碎后，粉碎物料长度为1.5cm；再经揉丝机揉丝，揉丝后通过传送带送到旋风除尘器中将泥土、碎石及杂质除掉，经由鼓风机送入干燥机，干燥至水分低于9％。
(2)混合配料与铺装：干燥后棉花秸秆进入配料罐与提前配好的助剂混合；混合均匀后经螺杆输送机送至传输带进行铺装；
(3)预压处理：铺装后的物料进行预压；预压时间为120s；压缩至4cm的厚度。
(4)热压处理：预压后再进热压机热压，热压温度为200℃，热压时间为60s；
(5)切割工序：热压后板材送入自动切割机，在自动切割台上切割，先纵向切，再横向切，切割成型的板材再进行精确称量；
(6)抛光处理：对切割成型的板材进行抛光处理，即可获得不含胶黏剂的棉花秸秆纤维零甲醛环保板；
(7)废料循环：步骤(5)中切割剩余的板材被送入再循环研磨器，切割成原来纤维大小，然后送入储存筒仓与其它原料混合。
检测：对制得的秸秆人造板参照GB/T19367～2009和GB/T31765～2015国家标准进行理化性能检测和甲醛释放量检测，检测结果见表1。
以花生秸杆为原料的实施方式：
实施例3
1.花生秸秆人造板天然助剂的配制：
将6份Mg(OH)2、17份CaSO4、6份对羟基苯甲酸甲酯、3份聚乙烯混合搅拌均匀得到秸秆助剂，便于后期配料。
2.花生秸秆人造板的制备：
(1)将68份含水率为14％的花生秸秆用螺杆输送机送至粉碎机粉碎后，粉碎物料长度为2cm；再经揉丝机揉丝，揉丝后通过传送带送到旋风除尘器中将泥土、碎石及杂质除掉，经由鼓风机送入干燥机，干燥至水分低于8％。
(2)混合配料与铺装：干燥后花生秸秆进入配料罐与提前配好的助剂混合；混合均匀后经螺杆输送机送至传输带进行铺装；
(3)预压处理：铺装后的物料进行预压；预压时间为60s；压缩至3cm的厚度。
(4)热压处理：预压后再进热压机热压，热压温度为200℃，热压时间为60s；
(5)切割工序：热压后板材送入自动切割机，在自动切割台上切割，先纵向切，再横向切，切割成型的板材再进行精确称量；
(6)抛光处理：对切割成型的板材进行抛光处理，即可获得不含胶黏剂的花生秸秆纤维零甲醛环保板；
(7)废料循环：步骤(5)中切割剩余的板材被送入再循环研磨器，切割成原来纤维大小，然后送入储存筒仓与其它原料混合。
检测：对制得的秸秆人造板参照GB/T19367～2009和GB/T31765～2015国家标准进行理化性能检测和甲醛释放量检测，检测结果见表1。
以小麦秸杆为原料的实施方式：
实施例4
1.小麦秸秆人造板天然助剂的配制：
将7份Mg(OH)2、14份CaSO4、5份对羟基苯甲酸乙酯、5份聚乙烯混合搅拌均匀得到秸秆助剂，便于后期配料。
2.小麦秸秆人造板的制备：
(1)将69份含水率为11％的小麦秸秆用螺杆输送机送至粉碎机粉碎后，粉碎物料长度为5cm；再经揉丝机揉丝，揉丝后通过传送带送到旋风除尘器中将泥土、碎石及杂质除掉，经由鼓风机送入干燥机，干燥至水分低于7％。
(2)混合配料与铺装：干燥后小麦秸秆进入配料罐与提前配好的助剂混合；混合均匀后经螺杆输送机送至传输带进行铺装；
(3)预压处理：铺装后的物料进行预压；预压时间为120s；压缩至5cm的厚度。
(4)热压处理：预压后再进热压机热压，热压温度为180℃，热压时间为60s；
(5)切割工序：热压后板材送入自动切割机，在自动切割台上切割，先纵向切，再横向切，切割成型的板材再进行精确称量；
(6)抛光处理：对切割成型的板材进行抛光处理，即可获得不含胶黏剂的小麦秸秆纤维零甲醛环保板；
(7)废料循环：步骤(5)中切割剩余的板材被送入再循环研磨器，切割成原来纤维大小，然后送入储存筒仓与其它原料混合。
检测：对制得的秸秆人造板参照GB/T19367～2009和GB/T31765～2015国家标准进行理化性能检测和甲醛释放量检测，检测结果见表1。
实施例5
1.水稻秸秆人造板天然助剂的配制：
将6份Mg(OH)2、15份CaSO4、7份对羟基苯甲酸甲酯、6份聚乙烯，混合搅拌均匀得到秸秆助剂，便于后期配料。
2.水稻秸秆人造板的制备：
(1)将66份含水率为15％的水稻秸秆用螺杆输送机送至粉碎机粉碎后，粉碎物料长度为0.5cm；再经揉丝机揉丝，揉丝后通过传送带送到旋风除尘器中将泥土、碎石及杂质除掉，经由鼓风机送入干燥机，干燥至水分低于9％。
(2)混合配料与铺装：干燥后水稻秸秆进入配料罐与提前配好的助剂混合；混合均匀后经螺杆输送机送至传输带进行铺装；
(3)预压处理：铺装后的物料进行预压；预压时间为120s；压缩至5cm的厚度。
(4)热压处理：预压后再进热压机热压，热压温度为200℃，热压时间为30s；
(5)切割工序：热压后板材送入自动切割机，在自动切割台上切割，先纵向切，再横向切，切割成型的板材再进行精确称量；
(6)抛光处理：对切割成型的板材进行抛光处理，即可获得不含胶黏剂的水稻秸秆纤维零甲醛环保板；
(7)废料循环：步骤(5)中切割剩余的板材被送入再循环研磨器，切割成原来纤维大小，然后送入储存筒仓与其它原料混合。
检测：对制得的秸秆人造板参照GB/T19367～2009和GB/T31765～2015国家标准进行理化性能检测和甲醛释放量检测，检测结果见表1。
表1检测结果
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种用于秸秆人造板的助剂，其特征在于，按照重量份数计，由以下成分组成：阻燃剂3～10份、增强剂5～20份、防腐剂0～10份、防水剂0～10份。
2.根据权利要求1所述的一种用于秸秆人造板的助剂，其特征在于，阻燃剂包括无机阻燃剂和溴系有机阻燃剂；无机阻燃剂为Mg(OH)2、Al(OH)3中的一种或两种；溴系有机阻燃剂为二溴甲烷、三氯溴甲烷和二氯溴甲烷中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种用于秸秆人造板的助剂，其特征在于，所述增强剂为含结晶水的CaSO4、CaCO3或棉、麻中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种用于秸秆人造板的助剂，其特征在于，所述防腐剂为对羟基苯甲酸脂类或酚类中的一种或两种。
5.根据权利要求4所述的一种用于秸秆人造板的助剂，其特征在于，所述羟基苯甲酸脂类可以是对羟基苯甲酸甲酯、对羟基苯甲酸乙酯、对羟基苯甲酸丙酯、对羟基苯甲酸丁酯和对羟基苯甲酸异丁酯中的一种或几种。
6.根据权利要求4所述的一种用于秸秆人造板的助剂，其特征在于，所述酚类可以是苯酚、邻位甲酚、间位甲酚中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的一种用于秸秆人造板的助剂，其特征在于，所述防水剂为聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、无纺布中的一种或几种。
8.一种利用权力要求1～7任一所述的助剂制备秸秆人造板的方法，其特征在于，
该人造板的原料为：秸秆52～90份、助剂8～50份；
制备秸秆人造板的方法包括如下主要步骤：
(1)秸秆原料预处理：将秸秆用螺杆输送机送至粉碎机粉碎后，粉碎物料长度为0.1～5cm；再经揉丝机揉丝，揉丝后秸秆通过传送带送到旋风除尘器中将泥土、碎石及杂质除掉，经由鼓风机送入干燥机，干燥至水分含量为5～10％；
(2)混合配料与铺装：干燥后的秸秆进入配料罐与助剂按照复配比例混合；混合均匀后经螺杆输送机送至传输带进行铺装；
(3)预压处理：对铺装后的物料进行预压；预压时间为30～300s；压缩厚度为3～30cm；
(4)热压处理：预压后再进热压机热压，热压温度为150～240℃，热压时间为30～600s；
(5)切割工序：热压后板材送入自动切割机，在自动切割台上切割，切割成型的板材再进行精确称量；
(6)抛光处理：对切割成型的板材进行抛光处理，即获得不含胶黏剂的生物纤维零甲醛环保板；
(7)废料循环：步骤(5)中切割剩余的板材被送入再循环研磨器，切割成原来纤维大小，然后送入储存筒仓与其它原料混合。
9.根据权利要求8所述的制备秸秆人造板的方法，其特征在于，所述不含胶黏剂的生物纤维零甲醛环保板的公称厚度为6～9mm；含水率为3.0～13.0％；密度＞0.65g/cm3；静曲强度≥25MPa；内结合强度≥0.60MPa；弹性模量≥2500MPa；甲醛释放量≤0.35mg/100g。
10.根据权利要求8所述的制备秸秆人造板的方法，其特征在于，所述秸秆为玉米秸杆、棉花秸杆、花生秸杆、小麦秸杆、水稻秸秆中的一种。
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