一种植物秸秆生态板及其制备方法与流程

1.本发明涉及一种板材及其制备方法，具体涉及一种植物秸秆生态板及其制备方法，属于新型建材技术领域。


背景技术：

2.我国对农作物秸秆人造板的研究起步较晚，在20世纪70年代才开始研究利用稻草、麦秸秆、甘蔗渣等原料来制造人造板。进入90年代，新型胶粘剂开始得到应用，与此同时，借鉴国外秸秆产业发展的经验，麦秸秆和稻秸秆的人造板制造技术才有了迅速的发展。
3.目前，中国农科院、东北林业大学、南京林业大学等科研院校在秸秆人造板方面都展开了大量的研究，并取得了一些成绩，例如：采用mdi油性异氰酸酯胶粘剂制备秸秆人造板。
4.然而，到目前为止，秸秆人造板在本质上仍属于碎料板，在国内投入工业化生产秸秆人造板的生产线数量极少，屈指可数。主要原因有以下几方面：
5.一、胶粘剂自身的问题
6.胶粘剂是制备秸秆人造板的核心，直接影响到板材的性能。制备秸秆人造板最初是采用传统的木材刨花板生产工艺，用脲醛树脂和三聚氰胺甲醛树脂作为胶粘剂，这是一种含有甲醛释放物问题的生产技术。此外，由于秸秆碎料表面的蜡质和硅质以及秸秆表面张力比较大又疏水，所以会影响胶合强度，导致板材的胶合性能差、吸水率较高、厚度大、遇水膨胀、尺寸稳定性差。所以，现在的研究机构和生产企业基本都采用mdi油性异氰酸酯胶粘剂。然而，采用mdi油性异氰酸酯胶粘剂又存在以下一些问题：
7.1、采用mdi油性异氰酸酯胶粘剂，由于它没有初粘性，施胶后的铺装板坯完整性和连续性不好，制备得到的板材在运输过程中易出现坍塌、脱层现象，造成运输困难；
8.2、采用mdi油性异氰酸酯胶粘剂，铺装板坯在热压过程中存在着粘板问题，造成脱模困难；
9.3、mdi油性异氰酸酯胶粘剂虽然不含甲醛，但含有易挥发的苯类芳香烃有机溶剂。在油性胶使用、储存、运输过程中存在防火的安全性问题；
10.4、mdi油性异氰酸酯胶粘剂的用量基本上是秸秆重量的5％，用胶量大，成本过高，与木质人造板造价相比没有竞争优势。
11.二、秸秆表面的处理技术不完善
12.1、秸秆的生长环境决定了秸秆中含有大量的细菌等微生物，在制备植物秸秆板前必须将秸秆中的细菌等微生物杀灭，才能保证植物秸秆板在长期的使用过程中不霉变、不腐烂、不被虫蛀；
13.2、由于秸秆含有丰富的蜡质、硅质等疏水性物质，致使秸秆与胶的粘合强度差，秸秆原料只有经过乳化、氧化、降低疏水性，才能与胶很好的融合，保证胶合强度。
14.三、影响设备的生产能力
15.1、铺装过程中胶粘模具，造成脱模困难；
16.2、秸秆碎料传热性能差，导致热压时间延长，生产效率不高。
17.目前，我国的秸秆人造板还处在学习阶段，等待技术成熟，等待生产成本降低。随着国家对农作物剩余秸秆综合利用政策的出台和大力扶持，将会吸引更多的科研单位和企业去研究秸秆人造板。随着科技的进步、秸秆人造板生产技术的成熟，秸秆人造板产业会得到很大的发展，他将会带来巨大的社会效益和经济价值。


技术实现要素：

18.为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种产品性能优异、绿色环保、容易制备并且成本较低的植物秸秆生态板及其制备方法。
19.为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
20.一种植物秸秆生态板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
21.第1步、制备植物秸秆生态板专用粘合剂
22.以重量份计，将120～130份植物胶加入到带有搅拌器的分散罐中，在搅拌条件下依次加入3～4份憎水剂、0.5～1份防腐剂、0.2～0.3份偶联剂、1.5～2份润湿剂、0.3～0.5份乳化剂、6～9份复合干燥剂，分散混合均匀，即得到植物秸秆生态板专用粘合剂；
23.第2步、制备植物秸秆专用处理剂
24.以重量份计，将58～62份水加入到带有搅拌器的分散罐中，在搅拌条件下先加入2～3份氧化剂，分散10～15min，然后依次加入1.5～2份润湿剂、0.5～1份乳化剂、1～2份杀菌剂，分散混合均匀，即得到植物秸秆专用处理剂；
25.第3步、制备秸秆碎料
26.将植物秸秆送入秸秆专用调速粉碎机，在低速搅拌条件下用高压枪喷入植物秸秆重量10％的植物秸秆专用处理剂，混合均匀后进行高速粉碎，待秸秆碎料达到级配要求后，先进行级配分选，然后在旋转烘干机内烘至含水率为4～5％；
27.第4步、热压制板或冷压制板
28.以重量份计，将580～620份植物碎料和36～42份增强剂依次加入拌合机中，混合均匀，在搅拌条件下采用高压喷涂方式向拌合机内喷入120～130份专用粘合剂，搅拌至植物碎料表面均匀沾上专用粘合剂，采用热压工艺制板或采用冷压工艺制板。
29.前述的植物秸秆生态板的制备方法，其特征在于，在第1步中，植物胶选用的是zw
‑‑
100、化学胶水性丙烯酸改性乳液、化学胶水性聚氨酯胶、水性环氧胶或化学胶水性无机胶组合。
30.前述的植物秸秆生态板的制备方法，其特征在于，在第1步中，憎水剂选用的是甲基硅醇钠或甲基硅酸钾。
31.前述的植物秸秆生态板的制备方法，其特征在于，在第1步中，防腐剂选用的是苯甲酸钠。
32.前述的植物秸秆生态板的制备方法，其特征在于，在第1步中，偶联剂选用的是硅烷偶联剂kh
‑‑
560。
33.前述的植物秸秆生态板的制备方法，其特征在于，在第1步中，润湿剂选用的是脂肪醇类润湿剂，例如：江苏李文甲化工厂生产的lwj
‑‑
678。
34.前述的植物秸秆生态板的制备方法，其特征在于，在第1步中，乳化剂选用的是
op
‑‑
10。
35.前述的植物秸秆生态板的制备方法，其特征在于，在第1步中，复合干燥剂选用的是六水氯化钙和硫酸铝钾的混合物，六水氯化钙与硫酸铝钾的质量比为2:3。
36.前述的植物秸秆生态板的制备方法，其特征在于，在第2步中，氧化剂选用的是高锰酸钾、氢氧化钠、双氧水或次氯酸钠。
37.前述的植物秸秆生态板的制备方法，其特征在于，在第2步中，润湿剂选用的是脂肪醇类润湿剂例如：江苏李文甲化工厂生产的lwj
‑‑
678。
38.前述的植物秸秆生态板的制备方法，其特征在于，在第2步中，乳化剂选用的是op
‑‑
10。
39.前述的植物秸秆生态板的制备方法，其特征在于，在第2步中，杀菌剂选用的是三唑类杀菌剂，例如：江苏李文甲化工厂生产的lwj
‑‑
688。
40.前述的植物秸秆生态板的制备方法，其特征在于，在第3步中，植物秸秆包括：麦秸杆、稻秸杆、玉米秸杆、棉花秸杆、高粱秸杆、大豆秸杆和芝麻秸杆。
41.前述的植物秸秆生态板的制备方法，其特征在于，在第4步中，植物碎料包括：秸秆碎料、甘蔗渣和木渣，其中，木渣包括：废旧木质家俱和木材粉碎得到的木渣。
42.前述的植物秸秆生态板的制备方法，其特征在于，在第4步中，压板所需的植物碎料的级配要求为：长度10mm的占25％，长度20mm的占35％，长度30mm的占24％，长度40mm的占16％。
43.前述的植物秸秆生态板的制备方法，其特征在于，在第4步中，增强剂选用的是硅酸盐灰水泥、硅酸盐白水泥、无水石膏、半水石膏、高岭土、云母粉、陶土、碳酸钙或二氧化硅粉。
44.前述的植物秸秆生态板的制备方法，其特征在于，在第4步中，热压工艺如下：采用铺装机进行坯料铺装，控制制板铺装厚度比为成品板：坯料＝1：6，热压的温度为180℃，压力为3.2mpa，时间为9min。
45.前述的植物秸秆生态板的制备方法，其特征在于，在第4步中，冷压工艺如下：植物碎料和植物秸秆生态板专用粘合剂拌好后，先在车间晾置1～5h，然后采用铺装机进行坯料铺装，控制制板铺装厚度比为成品板：坯料＝1：6，冷压，压力为5～6mpa，时间为30～40min。
46.一种植物秸秆生态板，其特征在于，由前述任意一项所述的方法制备得到。
47.本发明的有益之处在于：
48.(1)本发明提供的植物秸秆生态板专用粘合剂，是一种植物胶粘剂，将其使用在植物秸秆生态板的制备中，不仅减化了现有采用mdi油性异氰酸酯胶粘剂生产秸秆板的热压生产工艺，节约了能源，降低了成本，符和国家碳中和、碳达峰的环保政策，而且解决了现有秸秆板含有甲醛的问题以及因采用mdl油性异氰酸酯胶粘剂而产生的芳香烃溶剂挥发的问题，可以说是彻底解决了人造板行业甲醛、芳香烃溶剂释放等久而未决的装修污染难题；
49.(2)本发明提供的植物秸秆专用处理剂，植物秸秆经其处理后具有如下优势：
50.(i)处理得到的秸秆碎料不会发生腐烂、霉变、虫蛀的问题，可以大量、长期储存，便于植物秸秆生态板的工业化生产以及形成植物秸秆生态板的产业链。
51.(ii)处理后得到的秸秆碎料表面张力低，易于与各类胶粘剂混合来制备植物秸秆生态板，大大的提高了秸秆的综合利用率，易于形成植物秸秆生态板的上下游产业生产链，
将会带来巨大的经济效益和社会效益；
52.(3)本发明制备得到的植物秸秆生态板，胶合强度高、韧性好、耐水浸泡、握钉力好、防水、防霉、防虫蛀，质量稳定，并且不含甲醛及其他有毒有害挥发物，超低voc，绿色环保，使用安全，可用于制作中高端家具、高档装饰板、复合地板、楼梯脚踏板、门心板、门框、保温板、装饰线条、空心隔墙板等；
53.(4)本发明制备植物秸秆生态板的方法，不仅工艺方法简单，容易制备，而且成本较低，很适宜工业化生产。
附图说明
54.图1是制备植物秸秆生态板专用粘合剂的工艺流程图；
55.图2是制备植物秸秆专用处理剂的工艺流程图；
56.图3是制备秸秆碎料的工艺流程图；
57.图4是热压制板的工艺流程图；
58.图5是冷压制板的工艺流程图。
具体实施方式
59.以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
60.第1步、制备植物秸秆生态板专用粘合剂
61.制备植物秸秆生态板专用粘合剂所需的原料及用量如下：
62.以重量份计，植物胶120～130份，憎水剂3～4份，防腐剂0.5～1份，偶联剂0.2～0.3份，润湿剂1.5～2份，乳化剂0.3～0.5份，复合干燥剂6～9份。
63.参照图1，制备植物秸秆生态板专用粘合剂的工艺流程具体如下：
64.按配方剂量，将植物胶加入到带有搅拌器的分散罐中，在转速300～400rpm的搅拌条件下依次加入憎水剂、防腐剂、偶联剂、润湿剂、乳化剂、复合干燥剂，分散混合20～30min，混合均匀即得到植物秸秆生态板专用粘合剂(以下简称专用粘合剂)。
65.在该专用粘合剂中：
66.(1)植物胶：可以选用zw
‑‑
100、化学胶水性丙烯酸改性乳液、化学胶水性聚氨酯胶、水性环氧胶或化学胶水性无机胶组合；
67.(2)憎水剂：可以选用甲基硅醇钠或甲基硅酸钾；
68.(3)防腐剂：可以选用苯甲酸钠；
69.(3)偶联剂：可以选用硅烷偶联剂kh
‑‑
560；
70.(4)润湿剂：可以选用脂肪醇类润湿剂，例如江苏李文甲化工厂生产的lwj
‑‑
678；
71.(5)乳化剂：可以选用op
‑‑
10；
72.(6)复合干燥剂：可以选用六水氯化钙和硫酸铝钾的混合物，六水氯化钙与硫酸铝钾的质量比为2:3。
73.该专用粘合剂中的憎水剂可以大大提高植物秸秆生态板的防水、防潮及耐水浸泡性能。
74.该专用粘合剂中的防腐剂可以使植物秸秆生态板在使用过程中不腐烂、不发霉，确保植物秸秆生态板的耐候性和使用寿命。
75.该专用粘合剂中的偶联剂可以在植物秸秆与植物胶之间产生桥架作用，从而提高植物胶与植物碎料的亲合力，进而提高植物秸秆生态板的胶合强度。
76.该专用粘合剂中的润湿剂可以降低秸秆的表面张力，使秸秆表面与植物胶迅速融合，进而大大提高施胶的快速性和均匀性，同时也可以增加植物秸秆生态板的胶合强度。
77.此外，本发明提供的专用粘合剂是一种水性植物粘合剂，不含甲醛及其他有毒有害挥发物，超低voc，绿色环保，使用安全，解决了植物秸秆人造板行业甲醛释放这一久而未决的问题。
78.表1专用粘合剂(重量份)
[0079][0080][0081]
第2步、制备植物秸秆专用处理剂
[0082]
制备植物秸秆专用处理剂所需的原料及用量如下：
[0083]
以重量份计，水58～62份，氧化剂2～3份，润湿剂1.5～2份，乳化剂0.5～1份，杀菌剂1～2份。
[0084]
参照图2，制备植物秸秆专用处理剂的工艺流程具体如下：
[0085]
按配方剂量，将水加入到带有搅拌器的分散罐中，在转速200～300rpm的搅拌条件下，先加入氧化剂，分散10～15min，然后依次加入润湿剂、乳化剂、杀菌剂，持续分散15～20min，混合均匀即得到植物秸秆专用处理剂(以下简称专用处理剂)。
[0086]
在该专用处理剂中：
[0087]
(1)氧化剂：可以选用高锰酸钾、氢氧化钠、双氧水或次氯酸钠；
[0088]
(2)润湿剂：可以选用脂肪醇类润湿剂，例如江苏李文甲化工厂生产的lwj
‑‑
678；
[0089]
(3)乳化剂：可以选用op
‑‑
10；
[0090]
(4)杀菌剂：可以选用三唑类杀菌剂，例如江苏李文甲化工厂生产的lwj
‑‑
688。
[0091]
该专用处理剂中的乳化剂可以将稻秸秆、麦秸秆等植物秸秆上的蜡质转化成亲水性物质(蜡乳液)，解决了秸秆表面的疏水性问题，进而可以大大提高植物秸秆与水性粘合剂的胶合强度。
[0092]
该专用处理剂中的氧化剂可与植物秸秆中的硅质反应生成硅酸钠(水玻璃无机胶)，反应式为：sio2 2naoh＝na2sio3 h2o，从而消除硅质的疏水性，进而提高植物秸秆与水
性粘合剂的胶合强度。
[0093]
该专用处理剂中的润湿剂可以减小植物秸秆表面的张力，使植物秸秆表面与专用处理剂迅速亲合，进而提高专用处理剂对植物秸秆的处理效果。
[0094]
该专用处理剂中的杀菌剂可以将秸秆碎料中的细菌等微生物彻底杀灭，使植秸秆碎料具有防腐、防霉、防虫蛀的功效，进而大大提高秸秆碎料的储存寿命和植物秸秆生态板的使用寿命。
[0095]
可见，本发明提供的专用处理剂可以有效处理掉植物秸秆上的蜡质和硅质，降低秸秆表面张力，从而使得处理后的植物秸秆适用于各类水溶性粘合剂。
[0096]
表2专用处理剂(重量份)
[0097] a组b组c组水586062氢氧化钠(氧化剂)22.53lwj
‑
678(润湿剂)1.51.752op
‑
10(乳化剂)0.770.841lwj
‑
688(杀菌剂)11.52
[0098]
植物秸秆经上述专用处理剂处理前后胶合强度的对比见表3。
[0099]
表3植物秸秆经专用处理剂(b组配方)处理前后胶合强度对比
[0100][0101][0102]
由上表可知，经上述专用处理剂处理后的植物秸秆胶合强度有大幅度的提高。这是因为：专用处理剂中含有乳化剂和氧化剂，其中，乳化剂可以与植物秸秆中的蜡质反应生成亲水物质(得到蜡乳液)，消除了蜡质的疏水性，氧化剂可以与植物秸秆中的硅质反应生成硅酸钠(得到水玻璃无机胶)，消除了硅质的疏水性，所以该专用处理剂可以显著提高植物秸秆与水性粘合剂的胶合强度。
[0103]
第3步、制备秸秆碎料
[0104]
一般秸秆刚从田间收回时含水率在10～15％，如果收割后再堆放几天含水率在8～10％。无论是收割后又堆放几天的秸秆，还是刚从田间收回的秸秆，粉碎时碎料都很多，不仅利用率低，而且耗胶量大、成本高，最关键的是，制成板后板的强度低、韧性差。
[0105]
研究试验表明：当秸秆的含水率在20～22％时，粉碎秸秆时碎料才不会很多，才能达到秸秆人造板的最佳的级配标准。
[0106]
恰好，我们在粉碎秸秆时加入了秸秆质量10％左右的上述植物秸秆专用处理剂，既达到了秸秆人造板的级配标准，又处理掉了秸秆上的蜡质和硅质，并且还降低了秸秆的表面张力。
[0107]
参照图3，制备秸秆碎料的工艺流程具体如下：
[0108]
将植物秸秆(例如：稻秸杆、玉米秸杆、棉花秸杆、高粱秸杆、大豆秸杆、芝麻秸杆)送入秸秆专用调速粉碎机，在低速搅拌条件下用高压枪喷入植物秸秆重量10％的植物秸秆专用处理剂，植物秸秆专用处理剂与植物秸秆混合均匀后，进行高速粉碎，待秸秆碎料达到植物秸秆生态板所需的级配要求后，先进行级配分选，然后在旋转烘干机内180～210℃高温下烘干，烘干时间为3～4min，得到含水率为4～5％的秸秆碎料。
[0109]
第4步、热压制板或冷压制板
[0110]
不管是热压制板还是冷压制板，所需的原料及用量都相同，具体如下：
[0111]
以重量份计，植物碎料580～620份，增强剂36～42份，专用粘合剂120～130份。
[0112]
在本发明中，植物碎料包括：秸秆碎料、甘蔗渣和木渣，其中，秸秆碎料包括：稻秸杆碎料、玉米秸杆碎料、棉花秸杆碎料、高粱秸杆碎料、大豆秸杆碎料和芝麻秸杆碎料，木渣包括：废旧木质家俱和木材粉碎得到的木渣。压板时，既可以单独使用一种植物碎料，也可以将两种或两种以上植物碎料混合到一起使用，对制得的植物秸秆生态板的性能无显著影响。
[0113]
在本发明中，压板所需的植物碎料的级配要求为：长度10mm的占25％，长度20mm的占35％，长度30mm的占24％，长度40mm的占16％。
[0114]
在本发明中，增强剂既可以提高植物秸秆生态板的强度及抗冲击力，又可以提高植物秸秆生态板的防水性能，其可以选用硅酸盐灰水泥、硅酸盐白水泥、无水石膏、半水石膏、高岭土、云母粉、陶土、碳酸钙或二氧化硅粉，优选硅酸盐灰水泥、硅酸盐白水泥、无水石膏或半水石膏。
[0115]
本发明提供的植物秸秆生态板的生产工艺，与人造刨花板的生产工艺基本相同，可采用人造刨花板的生产设备，无需进行技改。
[0116]
参照图4，热压制板的工艺流程具体如下：
[0117]
(1)按配方计量，将植物碎料、增强剂依次加入拌合机中，干混合3～5min，使植物碎料与增强剂混合均匀；
[0118]
(2)在转速200～300rpm的搅拌条件下，采用高压喷涂方式向拌合机内喷入上述专用粘合剂(拌胶)，搅拌10～15min，直至植物碎料表面均匀沾上专用粘合剂；
[0119]
(3)热压制板：采用铺装机进行坯料铺装，控制制板铺装厚度比为成品板：坯料＝1：6，热压的温度为180℃，压力为3.2mpa，时间为9min(在此热压条件下制得的板材厚度为12mm)；
[0120]
(4)其他：板材冷却后依次进行裁边、砂充、贴面，检验合格后入库。
[0121]
由于本发明提供的专用粘合剂开放时间长、初粘力好，所以在制备植物秸秆生态板时，可以取消热压制板工艺，采用冷压制板工艺，无论是采用热压制板工艺还是采用冷压制板工艺，对制得的植物秸秆生态板的性能没有显著影响。
[0122]
参照图5，冷压制板的工艺流程具体如下：
[0123]
(1)按配方计量，将植物碎料、增强剂依次加入拌合机中，干混合3～5min，使植物碎料与增强剂混合均匀；
[0124]
(2)在转速200～300rpm的搅拌条件下，采用高压喷涂方式向拌合机内喷入上述专用粘合剂(拌胶)，搅拌10～15min，直至植物碎料表面均匀沾上专用粘合剂；
[0125]
(3)冷压制板：植物碎料和植物秸秆生态板专用粘合剂拌好后，先在车间晾置1～5h(晾胶)，然后采用铺装机进行坯料铺装，控制制板铺装厚度比为成品板：坯料＝1：6，冷压，压力为5～6mpa，时间为30～40min(在此冷压条件下制得的板材厚度为12mm)；
[0126]
(4)其他：板材晾干后依次进行裁边、砂充、贴面，检验合格后入库。
[0127]
由于冷压制板所需的制板温度较热压制板所需的制板温度低，所以冷压制板节约了能源，比热压制板的成本低。
[0128]
表4实施例(重量份)
[0129][0130]
表5各实施例制得的植物秸秆生态板的性能
[0131][0132][0133]
注：本数据为国家化学建材检测中心的测试报告数据，报告编号：2113103301。
[0134]
由表5可知，采用本发明提供的方法制备得到的植物秸秆生态板，其力学性能好，防水性能优，板材质量稳定，有害物质少，绿色环保，是一种非常不错的环保生态板。
[0135]
因此，本发明制备得到的植物秸秆生态板可用于制造中高端家具、高档装饰板、复合地板、楼梯脚踏板、门心板、门框、保温板、装饰线条、空心隔墙板等，用途非常广。
[0136]
需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。