一种耐水型植物纤维板材及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及板材领域，尤其涉及一种耐水型植物纤维板材及其制备方法和应用。


背景技术：

2.植物纤维板表面光滑、材质细密、性能稳定、边缘牢固，而且板材表面的装饰性好，很容易进行涂饰加工，但是其耐水耐潮性较差，因此，在制备过程中需要进行表面防水处理，提高其耐水性，以避免运输和使用过程中，水会渗入植物纤维板内部，造成植物纤维板软化而无法使用，而表面防水处理工艺也增加了成本。因此，现在亟需一种低成本的耐水型植物纤维板材。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种耐水型植物纤维板材及其制备方法和应用，本发明提供的耐水型植物纤维板材，以植物纤维为原料，原料来源广泛且对人身体无害，耐水型植物纤维板材表面无需表面防水处理，降低了生产成本，防水性良好，能降解，绿色环保。
4.为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
5.本发明提供了一种耐水型植物纤维板材，按重量份数计，由包括以下组分的原料制备得到：尿素0.5～4份，硼砂0.5～4份，防腐剂0.5～5份，甘油0～4份，含羟基的粘结剂30～120份，植物纤维400～900份和水280～750份。
6.优选地，所述含羟基的粘结剂为聚乙烯醇和/或骨胶。
7.优选地，所述植物纤维的长度为0.8～17cm。
8.优选地，所述防腐剂为三偏磷酸钠或者六偏磷酸钠。
9.本发明还提供了上述技术方案所述耐水型植物纤维板材的制备方法，包括以下步骤：
10.(1)将尿素、硼砂、防腐剂、甘油、含羟基的粘结剂、植物纤维和水拌合，得到混合物料；
11.(2)将所述步骤(1)得到混合物料进行热压成型，得到耐水型植物纤维板材。
12.优选地，所述步骤(2)中的热压成型包括：加热加压使混合物料充满模具的模腔，然后将所述混合物料加热定型。
13.优选地，所述加热定型的时间为12～27秒/mm。
14.本发明还提供了上述技术方案所述的耐水型植物纤维板材或所述制备方法制备得到的耐水型植物纤维板材在家具面板、装修材料和活动板房中的应用。
15.本发明提供了一种耐水型植物纤维板材，按重量份数计，由包括以下组分的原料制备得到：尿素0.5～4份，硼砂0.5～4份，防腐剂0.5～5份，甘油0～4份，含羟基的粘结剂30～120份，植物纤维400～900份和水280～750份。本发明提供的耐水型植物纤维板材，以植物纤维作为主要原料，原料来源广泛，植物纤维中含有大量的羟基，通过植物纤维、含羟基的粘结剂和甘油三者之间的羟基交联脱水，提高了主原料植物纤维的致密性和加工性能，
无需表面防水处理即可显著提高防水性，并且甘油的亲水性使得耐水型植物纤维板材不易失去水分，发生干裂而造成无法使用，利用防腐剂提高板材的耐腐蚀性能，利用硼砂作为无机交联剂，在水中水解转化为四羟基合硼酸根离子，然后与植物纤维上羟基结合发生交联反应，从而提高耐水型植物纤维板材的力学性能，尿素起到发泡效果，无毒，绿色环保，有利于使用后的耐水型植物纤维板材快速降解，避免了使用有机发泡剂造成的负面影响。实施例的结果显示，本发明提供的耐水型植物纤维板材，以植物纤维作为主要原料，原料来源广泛且对人身体无害，耐水型植物纤维板材表面无需表面防水处理，降低了生产成本，耐水性良好，能降解，绿色环保。
具体实施方式
16.本发明提供了一种耐水型植物纤维板材，按重量份数计，由包括以下组分的原料制备得到：尿素0.5～4份，硼砂0.5～4份，防腐剂0.5～5份，甘油0～4份，含羟基的粘结剂30～120份，植物纤维400～900份和水280～750份。
17.在本发明中，若无特殊说明，所采用的原料均为本领域常规市售产品。
18.按重量份数计，制备本发明所述耐水型植物纤维板材的原料包括尿素0.5～4份，优选为1～3份。在本发明中，所述尿素能在加热条件下瞬间汽化膨胀，起到发泡效果，无毒，绿色环保，有利于使用后的耐水型植物纤维板材快速降解，避免了使用有机发泡剂造成的负面影响。
19.以尿素的重量为0.5～4份计，制备本发明所述耐水型植物纤维板材的原料包括硼砂0.5～4份，更优选为1～3份。在本发明中，所述硼砂作为无机交联剂，在水中水解转化为四羟基合硼酸根离子，然后与植物纤维上羟基结合发生交联反应，从而提高耐水型植物纤维板材的力学性能。
20.以尿素的重量为0.5～4份计，制备本发明所述耐水型植物纤维板材的原料包括防腐剂0.5～5份，更优选为1～4份。在本发明中，所述防腐剂优选为三偏磷酸钠或六偏磷酸钠。在本发明中，所述防腐剂能够提高持水性、增高结合性，保持耐水型植物纤维板材的色泽，避免其变色，并提高耐水型植物纤维板材的耐防腐性能。
21.以尿素的重量为0.5～4份计，制备本发明所述耐水型植物纤维板材的原料包括甘油0～4份，更优选为0.6～2份。在本发明中，所述甘油在后续制备过程中的高温条件下与粘结剂、植物纤维分子中的羟基脱水交联，提高了主原料植物纤维的致密性和加工性能，无需表面防水处理即可显著提高防水性，并且甘油的亲水性使得耐水型植物纤维板材不易失去水分，发生干裂而造成无法使用。
22.以尿素的重量为0.5～4份计，制备本发明所述耐水型植物纤维板材的原料包括含羟基的粘结剂30～120份，更优选为40～100份。在本发明中，所述含羟基的粘结剂优选为聚乙烯醇和/或骨胶，更优选为聚乙烯醇或骨胶。在本发明中，所述含羟基的粘结剂、植物纤维和甘油三者之间的羟基交联脱水，提高了主原料植物纤维的致密性和加工性能，无需表面防水处理即可显著提高防水性。
23.以尿素的重量为0.5～4份计，制备本发明所述耐水型植物纤维板材的原料包括植物纤维400～900份，更优选为500～800份。在本发明，所述植物纤维中含有大量的羟基，通过植物纤维、含羟基的粘结剂和甘油三者之间的羟基交联脱水，提高了主原料植物纤维的
致密性和加工性能，无需表面防水处理即可显著提高防水性。
24.在本发明中，所述植物纤维优选为玉米秸秆纤维粉、芦苇纤维粉和木材纤维粉中的一种或多种。在本发明中，所述植物纤维的长度优选为0.08～17cm，更优选为0.1～16cm。本发明将植物纤维的长度控制在上述范围内，避免植物纤维太长而造成定型时物料流动差，引起最终制备的耐水型植物纤维板材产品成品饱满率低，同时避免植物纤维长度太短起不到拉伸作用而引起最终制备的耐水型植物纤维板材产品的强度降低。在本发明中，所述植物纤维的宽度优选为5～60μm，更优选为7～55μm。
25.本发明提供的耐水型植物纤维板材，原料来源广泛且对人身体无害，耐水型植物纤维板材表面无需表面防水处理，降低了生产成本，防水性良好，能降解，绿色环保。
26.本发明还提供了上述技术方案所述耐水型植物纤维板材的制备方法，包括以下步骤：
27.(1)将尿素、硼砂、防腐剂、甘油、含羟基的粘结剂、植物纤维和水拌合，得到混合物料；
28.(2)将所述步骤(1)得到混合物料进行热压成型，得到耐水型植物纤维板材。
29.本发明将尿素、硼砂、防腐剂、甘油、粘结剂、植物纤维和水拌合，得到混合物料。
30.在本发明中，所述尿素、硼砂、防腐剂、甘油、粘结剂、植物纤维和水拌合优选包括：
31.将部分水和粘结剂混合，进行第一加热得到粘结剂溶液；
32.将尿素、硼砂、防腐剂、甘油和剩余部分水混合，得到第一混合液；
33.向植物纤维中喷淋所述第一混合液，进行第二加热得到第二混合液；
34.向所述第二混合液中喷淋所述粘结剂溶液，进行第三加热得到混合物料。
35.本发明优选将部分水和含羟基的粘结剂混合，进行第一加热得到粘结剂溶液。
36.在本发明中，所述部分水和含羟基的粘结剂的混合优选在搅拌的条件下进行。在本发明中，所述部分水优选占水的总量的5～15％。
37.在本发明中，所述第一加热的温度优选为75～100℃，更优选为80～95℃。在本发明中，所述第一加热的时间优选为1～3h，更优选为1.5～2.5h。本发明将第一加热的温度和时间控制在上述范围内，有利于保证各组分充分溶解和混合均匀。
38.本发明优选将尿素、硼砂、防腐剂、甘油和剩余部分水混合，得到第一混合液。
39.在本发明中，所述尿素、硼砂、防腐剂、甘油和剩余部分水混合优选在搅拌的条件下进行。
40.得到第一混合液后，本发明优选向植物纤维中喷淋所述第一混合液，进行第二加热得到第二混合液。
41.在本发明中，向植物纤维中喷淋所述混合液优选在搅拌的条件下进行。本发明采用喷淋的方式，有利于各组分快速混合均匀。
42.在本发明中，所述第二加热的温度优选为70～90℃，更优选为75～85℃。在本发明中，所述第二加热的时间优选为5～20min，更优选为8～15min。本发明将第二加热的温度和时间控制在上述范围内，有利于保证各组分充分溶解和混合均匀。
43.得到粘结剂溶液和第二混合液后，本发明优选向所述第二混合液中喷淋所述粘结剂溶液，进行第三加热得到混合物料。
44.在本发明中，向所述第二混合液中喷淋所述粘结剂溶液优选在搅拌的条件下进
行。本发明采用喷淋的方式，有利于各组分快速混合均匀。
45.在本发明中，所述第三加热的温度优选为70～90℃，更优选为75～85℃。在本发明中，所述第三加热的时间优选为15～40min，更优选为20～35min。本发明将第三加热的温度和时间控制在上述范围内，有利于保证各组分充分溶解和混合均匀。
46.得到混合物料后，本发明将所述混合物料进行热压成型，得到耐水型植物纤维板材。
47.本发明优选将所述混合物料转移至模具中进行热压成型。在本发明中，所述转移的方式优选为将混合物料通过保温螺杆挤出，然后通过定量分料器将混合物料定量加入到模具中。在本发明中，所述混合物料在转移过程中优选保持在70～85℃。本发明对所述保温螺杆和定量分料器没有特殊的限制，采用本领域熟知的设备即可。
48.在本发明中，所述模具优选含有连通模腔的排气微孔。在本发明中，所述模具在使用前优选进行预热；所述预热的温度优选为170～210℃，更优选为175～200℃。本发明将所述模具的预热温度控制在上述范围内，避免预热温度低，造成成型困难、粘膜、成型产品出现裂纹等缺陷，同时避免预热温度过大太大，热压成型过程中模具变化温度太大，冷热应力很大而造成模具损坏。
49.在本发明中，所述热压成型的温度优选为170～210℃，更优选为175～200℃。在本发明中，所述热压成型的压力优选为1.8～2.2mpa，更优选为1.85～2.1mpa。本发明将所述热压成型的温度控制在上述范围内，有利于混合物料中纤维组织不被破坏，生产效率高，避免压力太大，能耗太大，压力太低，产品的力学性能差，而且生产效率低。
50.在本发明中，所述热压成型优选包括：加热加压使混合物料充满模具的模腔，然后将所述混合物料加热定型。
51.在本发明中，所述混合物料充满模具的模腔的同时，模腔中的水蒸气通过所述模具上的排气微孔排出。
52.在本发明中，所述加热定型的时间优选为12～27秒/mm，更优选为14～26秒/mm。本发明将所述加热定型的时间控制在上述范围内有利于混合物料较好的热压成型，获得表面密度较大的防水性好的耐水型植物纤维板材，并节约工艺时间，提高效率。
53.本发明还提供了上述技术方案所述的耐水型植物纤维板材或所述制备方法制备得到的耐水型植物纤维板材在家具面板、装修材料和活动板房中的应用。
54.下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
55.实施例1
56.耐水型植物纤维板材，按重量份数计，每份1000克，尿素1份，硼砂2份，防腐剂三偏磷酸钠2份，甘油3份，含羟基的粘结剂聚乙烯醇80份，长度为0.1～16cm、宽度为7～55μm的植物纤维800份和水530份。
57.实施例2
58.实施例1所述耐水型植物纤维板材的制备方法:
59.(1)在反应釜中加入500份水和聚乙烯醇，在搅拌条件下升温至95℃进行第一加热
2h，得到聚乙烯醇溶液即粘结剂溶液；将尿素、硼砂、防腐剂、甘油和30份水在搅拌条件下混合，得到第一混合液；在拌料器中加入植物纤维粉，搅拌条件下喷淋所述第一混合溶液，在搅拌条件下升温至80℃进行第二加热10min，得到第二混合液；向所述第二混合液中在搅拌条件下喷淋所述粘结剂溶液，在搅拌条件下升温至80℃进行第三加热30min，得到混合物料。
60.(2)将所述步骤(1)得到混合物料通过保温螺杆挤出，使挤出后的物料保持在80℃，利用通过定量分料器将物料定量加入到预热温度为180℃的模具中，闭合模具、开启压机，180℃保温条件下使闭合后的模腔内的压力升至1.98mpa，在高温高压下使物料充满模腔，水蒸汽通过模具上排气微孔逐渐的排出模腔外，加热定型的时间为21秒/mm，在高温的烘烤下使模腔内的混合物料定型，打开模具，取出得到耐水型植物纤维板材产品。
61.实施例3
62.耐水型植物纤维板材，按重量份数计，每份1000克，尿素3份，硼砂2份，防腐剂六偏磷酸钠1份，甘油3份，含羟基的粘结剂骨胶50份，长度为0.1～16cm、宽度为7～55μm的植物纤维500份和水350份。
63.实施例4
64.实施例1所述耐水型植物纤维板材的制备方法:
65.(1)在反应釜中加入300份水和骨胶，在搅拌条件下升温至80℃进行第一加热2h，得到骨胶溶液即粘结剂溶液；将尿素、硼砂、防腐剂、甘油和50份水在搅拌条件下混合，得到第一混合液；在拌料器中加入植物纤维粉，搅拌条件下喷淋所述第一混合溶液，在搅拌条件下升温至80℃进行第二加热10min，得到第二混合液；向所述第二混合液中在搅拌条件下喷淋所述粘结剂溶液，在搅拌条件下升温至80℃进行第三加热20min，得到混合物料。
66.(2)将所述步骤(1)得到混合物料通过保温螺杆挤出，使挤出后的物料保持在80℃，利用通过定量分料器将物料定量加入到预热温度为196℃的模具中，闭合模具、开启压机，196℃保温条件下使闭合后的模腔内的压力升至1.98mpa，在高温高压下使物料充满模腔，水蒸汽通过模具上排气微孔逐渐的排出模腔外，加热定型的时间为20秒/mm，在高温的烘烤下使模腔内的混合物料定型，打开模具，取出得到耐水型植物纤维板材产品。
67.实施例的结果显示，本发明提供的耐水型植物纤维板材，以植物纤维作为主要原料，原料来源广泛且对人身体无害，耐水型植物纤维板材表面无需表面防水处理，降低了生产成本，防水性良好，能降解，绿色环保。本发明提供的耐水型植物纤维板材，以植物纤维作为主要原料，原料来源广泛，植物纤维中含有大量的羟基，通过植物纤维、含羟基的粘结剂和甘油三者之间的羟基交联脱水，提高了主原料植物纤维的致密性和加工性能，无需表面防水处理即可显著提高防水性，并且甘油的亲水性使得耐水型植物纤维板材不易失去水分，发生干裂而造成无法使用，利用防腐剂提高板材的耐腐蚀性能，利用硼砂作为无机交联剂，在水中水解转化为四羟基合硼酸根离子，然后与植物纤维上羟基结合发生交联反应，从而提高耐水型植物纤维板材的力学性能，尿素起到发泡效果，无毒，绿色环保，有利于使用后的耐水型植物纤维板材快速降解，避免了使用有机发泡剂造成的负面影响。
68.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。