一种玉米秸秆板材及其制备方法与流程

1.本发明涉及农业秸秆资源化利用技术领域，特别涉及一种玉米秸秆板材及其制备方法。


背景技术：

2.我国是农业大国，玉米秸杆年产量约2.6亿吨，但有效利用率不高，仅少部分用作饲料或生产化工产品的原料，大量秸杆被废弃、用于薪材或还田处理，未能高效、高值利用，造成了生物质资源的严重浪费和环境污染。玉米秸杆中含有丰富的纤维素组分，其外皮光滑且硬度适中，粗纤维含量高，秸髓主要有薄壁细胞组分，易浸渍、成型。因此，玉米秸杆是制浆造纸、制造板材的优良原料。但作为非木材纤维原料，与木材相比，玉米秸秆力学强度性能较差，极大地限制了其在板材料制造领域的推广和应用。
3.公开号cn111300565a的中国专利介绍了一种防腐玉米秸秆重组材及其制造方法，所述方法以玉米秸秆和间苯二酚改性酚醛树脂胶黏剂作为原料，将玉米秸秆外皮疏解进行防腐处理后进行施胶与拌胶、热压、侧压制备防腐玉米秸秆重组材。此法使用间苯二酚改性酚醛树脂胶黏剂才能保证板材的强度，若降低胶黏剂的用量，板材的强度则大打折扣。然而胶黏剂的使用会造成环境污染，也会损害人体健康。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明目的在于提供一种玉米秸秆板材及其制备方法。本发明提供的方法能够避免胶黏剂的使用，且所得板材具有较高的强度。
5.为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
6.本发明提供了一种玉米秸秆板材的制备方法，包括以下步骤：
7.(1)将玉米秸秆段与秸皮软化酶液混合，进行酶刻蚀，得到酶刻蚀秸秆；
8.(2)将所述酶刻蚀秸秆浸渍与纳米纤维素溶液中，得到增强秸秆；
9.(3)对所述增强秸秆进行第一热压，得到玉米秸秆板材。
10.优选的，还包括：在所述玉米秸秆板材喷淋防水剂，进行第二热压。
11.优选的，所述玉米秸秆段的长度为2～10cm。
12.优选的，所述秸皮软化酶液中包括纤维素酶和木聚糖酶，所述秸皮软化酶液中纤维素酶的酶活为5～15iu/ml，木糖醇酶的酶活为4～10iu/ml；
13.所述玉米秸秆段的质量与秸皮软化酶的体积比为1000g：150～250ml。
14.优选的，所述酶刻蚀的时间为30～180min。
15.优选的，所述纳米纤维素的长度为10～100nm；所述纳米纤维素溶液的质量浓度为0.1～3％。
16.优选的，所述浸渍的时间为20～90min。
17.优选的，所述第一热压的温度为80～100℃，压力为600～1000kg/cm2，保压时间为30～60min。
18.优选的，所述防水剂为石蜡，所述第二热压的温度为80～100℃，压力为600～1000kg/cm2，保压时间为30～60min。
19.本发明提供了制备方法制备得到的玉米秸秆板材，所述玉米秸秆板材的拉伸强度为44～110mpa，弯曲强度为41～86mpa。
20.本发明提供了一种玉米秸秆板材的制备方法，包括以下步骤：(1)将玉米秸秆段与秸皮软化酶液混合，进行酶刻蚀，得到酶刻蚀秸秆；(2)将所述酶刻蚀秸秆浸渍与纳米纤维素溶液中，得到增强秸秆；(3)对所述增强秸秆进行第一热压，得到玉米秸秆板材。本发明利用秸皮软化酶对玉米秸秆段的表面进行刻蚀，能够暴露出秸皮粗纤维，并使秸秆具有丰富的孔隙结构；本发明以纳米纤维素溶液作为增强剂，在浸渍的过程中，可以嵌入秸秆空隙中形成更多氢键，从而提高板材强度。同时，本发明在制备过程中不使用胶黏剂，绿色环保；本发明以玉米秸秆作为原料，原料来源丰富、可再生；本发明制备方法简单，易于实现工业化大批量生产。实施例结果表明，本发明方法所得玉米秸秆板材的拉伸强度为44～110mpa，弯曲强度为41～86mpa。
21.进一步的，本发明在所述玉米秸秆板材喷淋防水剂，进行第二热压，能够得到防水玉米秸秆板材，扩展了玉米秸秆板材的应用范围。
具体实施方式
22.本发明提供了一种玉米秸秆板材的制备方法，包括以下步骤：
23.(1)将玉米秸秆段与秸皮软化酶液混合，进行酶刻蚀，得到酶刻蚀秸秆；
24.(2)将所述酶刻蚀秸秆浸渍与纳米纤维素溶液中，得到增强秸秆；
25.(3)对所述增强秸秆进行第一热压，得到玉米秸秆板材。
26.本发明将玉米秸秆段与秸皮软化酶液混合，进行酶刻蚀，得到酶刻蚀秸秆。在本发明中，所述玉米秸秆段的长度优选为2～10cm，更优选为4～8cm。
27.在本发明中，所述秸皮软化酶液中优选包括纤维素酶和木聚糖酶，所述秸皮软化酶液中纤维素酶的酶活优选为5～15iu/ml，优选为10iu/ml，木糖醇酶的酶活优选为4～10iu/ml，更优选为6iu/ml；在本发明中，所述玉米秸秆段的质量与秸皮软化酶的体积比优选为1000g：150～250ml，更优选为1000g：200ml。
28.在本发明中，所述混合的方式优选为：使用所述秸皮软化酶液对玉米秸秆段进行喷淋。在本发明中，所述酶刻蚀的时间优选为30～180min，更优选为60～120min。在本发明中，所述酶刻蚀的温度优选为室温。
29.得到所述酶刻蚀秸秆后，本发明将所述酶刻蚀秸秆浸渍与纳米纤维素溶液中，得到增强秸秆。在本发明中，所述纳米纤维素的长度优选为10～100nm，更优选为20～70nm；所述纳米纤维素溶液的质量浓度优选为0.1～3％，更优选为0.5～2％。本发明对所述纳米纤维素溶液的用量没有特殊的要求，能够浸没所述酶刻蚀秸秆即可。在本发明中，所述浸渍的时间优选为20～90min，更优选为49～70min。
30.得到所述增强秸秆后，本发明对所述增强秸秆进行第一热压，得到玉米秸秆板材。在本发明中，所述第一热压的温度优选为80～100℃，更优选为90℃；压力优选为600～1000kg/cm2，更优选为700～800kg/cm2；保压时间优选为30～60min，更优选为40～50min。本发明通过所述第一热压，能够使增强秸秆成型为板材，并提高板材的密度与强度。
31.在本发明中，所述第一热压后，本发明还包括：在所得玉米秸秆板材喷淋防水剂，进行第二热压。在本发明中，所述防水剂优选为石蜡溶液，所述玉米秸秆板材的质量与防水剂的体积比优选为1000g：200～300ml，更优选为1000g：240～280ml。
32.在本发明中，所述第二热压的温度优选为80～100℃，更优选为90℃；压力优选为600～1000kg/cm2，更优选为700～800kg/cm2；保压时间优选为30～60min，更优选为40～50min。本发明通过所述第二热压，是防水剂充分渗透入玉米秸秆板材中，以提高板材的防水性能。
33.本发明提供了上述制备方法制备得到的玉米秸秆板材。在本发明中，所述玉米秸秆板材的拉伸强度为53～105mpa，弯曲强度为40～77mpa。
34.下面结合实施例对本发明提供的玉米秸秆板材及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
35.实施例1
36.以玉米秸秆为原料，除叶后切成2～10cm小段，以秸皮软化酶喷淋秸秆小段，室温下作用60min。其中，秸皮软化酶液包括纤维素酶和木聚糖酶，所述秸皮软化酶液中纤维素酶的酶活为10iu/ml，木糖醇酶的酶活为6iu/ml；所述玉米秸秆段的质量与秸皮软化酶的体积比为1000g：200ml。
37.将酶处理的秸秆小段浸渍于质量浓度为0.5％的纳米纤维素溶液中30min，在压力为600kg/cm2、温度80℃下热压30min，形成玉米秸秆板材，用石蜡防水剂喷淋板表面后，相同热压条件下再次热压30min，得到的防水型玉米秸秆板材。
38.按照《gb/t1938
‑
2009》对板材的拉伸强度进行测试，按照《gb/t1936.1
‑
2009》对板材的抗弯强度进行测试。经测试，其拉伸强度为44mpa，抗弯强度为41mpa。板材的表面接触角为102度，表现出良好的疏水性。
39.实施例2
40.以玉米秸秆为原料，除叶后切成2～10cm小段，以秸皮软化酶喷淋秸秆小段，室温下作用100min。其中，秸皮软化酶液包括纤维素酶和木聚糖酶，所述秸皮软化酶液中纤维素酶的酶活为10iu/ml，木糖醇酶的酶活为6iu/ml；所述玉米秸秆段的质量与秸皮软化酶的体积比为1000g：200ml。
41.将酶处理的秸秆小段浸渍于质量浓度为1％的纳米纤维素溶液中40min，在压力为700kg/cm2、温度90℃下热压60min，形成玉米秸秆板材，用石蜡防水剂喷淋板表面后，相同热压条件下再次热压60min，得到的防水型玉米秸秆板材。
42.按照《gb/t1938
‑
2009》对板材的拉伸强度进行测试，按照《gb/t1936.1
‑
2009》对板材的抗弯强度进行测试。经测试，其拉伸强度为61mpa，抗弯强度为54mpa。板材的表面接触角为100度，表现出良好的疏水性。
43.实施例3
44.以玉米秸秆为原料，除叶后切成2～10cm小段，以秸皮软化酶喷淋秸秆小段，室温下作用120min。其中，秸皮软化酶液包括纤维素酶和木聚糖酶，所述秸皮软化酶液中纤维素酶的酶活为10iu/ml，木糖醇酶的酶活为6iu/ml；所述玉米秸秆段的质量与秸皮软化酶的体积比为1000g：220ml。
45.将酶处理的秸秆小段浸渍于质量浓度为2％的纳米纤维素溶液中70min，在压力为
800kg/cm2、温度80℃下热压50min，形成玉米秸秆板材，用石蜡防水剂喷淋板表面后，相同热压条件下再次热压50min，得到的防水型玉米秸秆板材。
46.按照《gb/t1938
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2009》对板材的拉伸强度进行测试，按照《gb/t1936.1
‑
2009》对板材的抗弯强度进行测试。经测试，其拉伸强度为55mpa，抗弯强度为50mpa。板材的表面接触角为105度，表现出良好的疏水性。
47.实施例4
48.以玉米秸秆为原料，除叶后切成2～10cm小段，以秸皮软化酶喷淋秸秆小段，室温下作用150min。其中，秸皮软化酶液包括纤维素酶和木聚糖酶，所述秸皮软化酶液中纤维素酶的酶活为10iu/ml，木糖醇酶的酶活为6iu/ml；所述玉米秸秆段的质量与秸皮软化酶的体积比为1000g：200ml。
49.将酶处理的秸秆小段浸渍于质量浓度为3％的纳米纤维素溶液中70min，在压力为1000kg/cm2、温度100℃下热压45min，形成玉米秸秆板材，用石蜡防水剂喷淋板表面后，相同热压条件下再次热压45min，得到的防水型玉米秸秆板材。
50.按照《gb/t1938
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2009》对板材的拉伸强度进行测试，按照《gb/t1936.1
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2009》对板材的抗弯强度进行测试。经测试，其拉伸强度为79mpa，抗弯强度为62mpa。板材的表面接触角为108度，表现出良好的疏水性。
51.实施例5
52.以玉米秸秆为原料，除叶后切成2～10cm小段，以秸皮软化酶喷淋秸秆小段，室温下作用180min。其中，秸皮软化酶液包括纤维素酶和木聚糖酶，所述秸皮软化酶液中纤维素酶的酶活为10iu/ml，木糖醇酶的酶活为6iu/ml；所述玉米秸秆段的质量与秸皮软化酶的体积比为1000g：180ml。
53.将酶处理的秸秆小段浸渍于质量浓度为2％的纳米纤维素溶液中90min，在压力为1000kg/cm2、温度100℃下热压60min，形成玉米秸秆板材，用石蜡防水剂喷淋板表面后，相同热压条件下再次热压60min，得到的防水型玉米秸秆板材。
54.按照《gb/t1938
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2009》对板材的拉伸强度进行测试，按照《gb/t1936.1
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2009》对板材的抗弯强度进行测试。经测试，其拉伸强度为110mpa，抗弯强度为86mpa。板材的表面接触角为97度，表现出良好的疏水性。
55.对比例1
56.对比例与实施例1相比，省略了浸渍纳米纤维素溶液，其余操作均相同。得到防水型玉米秸秆板材。
57.经测试，其拉伸强度为7.2mpa，抗弯强度为8.6mpa。
58.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。