專利名稱：一種用植物纖維素原料制造天然復(fù)合纖維板的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造纖維板的方法，特別是用植物纖維素原料如甘蔗渣、玉米秸、棉桿等制造天然復(fù)合纖維板的方法。
目前，用植物纖維素原料制纖維板的方法主要有三種，第一種是水解法處理物料，然后壓制成纖維板，如申請(qǐng)?zhí)?7104741的中國(guó)專利公開(kāi)了一種用水解方法處理玉米秸、高梁秸制纖維板的技術(shù)，在加溫水解處理的同時(shí)，加入硫酸或鹽酸以及強(qiáng)電解質(zhì)鹽，加入量較大，為每百公斤原料加1-10公斤，且由于物料在水中浸泡水解1-3小時(shí)，壓板前還需消耗較大能量對(duì)物料進(jìn)行干燥處理。第二種是加化學(xué)添加劑(膠粘劑)的方法，如申請(qǐng)?zhí)?7103594的中國(guó)專利公開(kāi)的方法是，將玉米秸粉碎至25mm以下，加入脲醛樹(shù)脂、氯化銨等添加劑，然后壓制成纖維板，添加劑占物料總量18-22%，增加成本50%以上，所得纖維板耐水性差，樹(shù)脂中含有的游離甲醛對(duì)人體有害且污染環(huán)境。第三種是將植物纖維素原料蒸爆預(yù)處理后熱壓成型制成纖維板。所謂蒸爆處理即是將植物纖維素類原料在高溫高壓下用水蒸汽等經(jīng)一定時(shí)間的處理之后立即降至常壓的一種處理方法，見(jiàn)79年加拿大專利1096374號(hào)。蒸爆預(yù)處理是提高纖維原料可水解性的有效方法，經(jīng)過(guò)蒸爆預(yù)處理，植物纖維素原料中的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素被分離，活化，一部分半纖維素分解為游離糖類等，再行加熱固化時(shí)起到天然膠粘劑和填充劑的作用。例如申請(qǐng)?zhí)枮?5105958的中國(guó)專利所公開(kāi)的方法先將分散狀的纖維木素予以水蒸汽加熱處理，然后將處理后的纖維木素原料制成胚膜，經(jīng)熱壓固化成為制板材的合成物。但是，上述方法在蒸爆處理時(shí)采用的僅是間歇處理的方法，即先將原料盛入容器，然后將蒸汽導(dǎo)入容器內(nèi)，處理后水蒸汽在容器內(nèi)迅速減壓，然后提取處理過(guò)的纖維木素。間歇式蒸爆處理不僅處理量小、間歇操作費(fèi)時(shí)等，而且還存在著每一次處理后容器不能快速升溫，反應(yīng)器內(nèi)溫度不均勻，致使物料受熱不均勻，所得產(chǎn)品性能不穩(wěn)定等缺點(diǎn)。
本發(fā)明的目的是，克服間歇式蒸爆處理方法的缺點(diǎn)，提供一種用植物纖維素類原料制造纖維板的改進(jìn)方法，以期獲得強(qiáng)度高，質(zhì)量穩(wěn)定、成本低的天然復(fù)合纖維板。
本發(fā)明依然采用蒸爆處理后熱壓成型的基本方式，其要點(diǎn)是改間歇蒸爆處理為連續(xù)蒸爆處理，即在反應(yīng)容器內(nèi)保持壓力一定的狀態(tài)下，連續(xù)不斷地、同時(shí)地進(jìn)料、通入一定壓力的飽和水蒸汽和卸料，蒸汽在隨物料排出容器后才迅速減至常壓，而不是在容器內(nèi)減壓。連續(xù)蒸爆處理的好處在于(1)反應(yīng)器單位體積的產(chǎn)量高，處理量大，降低了處理成本，(2)物料在器內(nèi)停留的時(shí)間易于調(diào)節(jié)，(3)充分利用所供蒸汽，節(jié)省能源，(4)物料與蒸汽充分接觸，受熱均勻，所處理物料的質(zhì)量均一、穩(wěn)定，制纖維板時(shí)產(chǎn)品均勻度好，可以壓制大幅面的板材，板材強(qiáng)度高，質(zhì)量穩(wěn)定，(5)同時(shí)進(jìn)料、卸料，無(wú)間歇操作和等待時(shí)間，因而生產(chǎn)效率高。本發(fā)明方法將經(jīng)連續(xù)蒸爆處理過(guò)的物料熱壓成型的原理在于，連續(xù)蒸爆處理后纖維素分離成細(xì)纖絲，木質(zhì)素與半纖維素和纖維素分離并活化，惰性的木質(zhì)素在高溫水蒸汽的作用下分裂成帶活性基團(tuán)的木質(zhì)素碎片，半纖維素部分水解為寡糖或單糖。熱壓時(shí)糖類的伯醇羥基氧化，產(chǎn)生羧基，由于脫水的作用，形成結(jié)合力高的醚鍵和酯鍵。纖維素由于分離成細(xì)纖絲，纖維素鏈上的羥基處于游離狀態(tài)，熱壓時(shí)纖維素可以充分交聯(lián)與接觸并構(gòu)成纖維板的骨架。在纖絲與纖絲的觸點(diǎn)以氫鍵的方式結(jié)合，活化的木質(zhì)素在溫度和壓力作用下聚合并塑性流動(dòng)填充纖維間的縫隙，固化后木質(zhì)素的疏水性能提高了纖維板的耐水性。半纖維素分解的糖類在熱壓條件下分解聚合成糠醛呋喃樹(shù)脂，與木質(zhì)素膠粘劑一起對(duì)纖維素起膠粘、填充作用。同時(shí)蒸爆形成的短纖維提高板坯中纖維之間的有效接觸面積，起到了填充效果，長(zhǎng)纖維具有纖維與纖維之間的聯(lián)結(jié)作用。經(jīng)熱壓后物料的三大組份重新塑合形成高強(qiáng)度致密的復(fù)合纖維板。
本發(fā)明可實(shí)施的具體方法如下(1)、將植物纖維素類原料干燥至含水15%以下，(2)、粉碎至纖維長(zhǎng)度20mm以下，(3)、連續(xù)進(jìn)入反應(yīng)容器，進(jìn)行連續(xù)蒸爆處理，帶壓飽和水蒸汽壓力范圍1.0-2.5MPa，最好是1.4-2.0MPa，處理時(shí)間一般在1-6分鐘，不超過(guò)10分鐘，在反應(yīng)器保壓的情況下連續(xù)出料。
(4)、對(duì)卸出的物料進(jìn)行干燥處理，預(yù)壓成板坯，
(5)、熱壓成型，條件溫度160-200℃，壓力2.4-3.2MPa，獲得天然復(fù)合纖維板。
本發(fā)明方法制成的纖維板，內(nèi)部組織均勻，力學(xué)性能好，表面平整光滑，便于裝飾加工，可采用較薄的貼面材料，也可以直接涂飾。可制高質(zhì)量的家具，建筑裝修板面，如門(mén)、地板、墻板等。
為了進(jìn)一步完善本發(fā)明方法，提高所制纖維板的質(zhì)量，同時(shí)降低設(shè)備投資與處理成本，進(jìn)一步的特征是(1)由含游離糖分的原料和不含游離糖分的原料按重量比2∶8-4∶6的比例混合進(jìn)行連續(xù)蒸爆處理，這樣可使兩種或兩種以上的植物纖維素原料在混合連續(xù)蒸爆處理后不同的物料特性得到互補(bǔ)和改善，在熱壓時(shí)增加膠合力和填充性。含游離糖分的原料如甘蔗渣、玉米秸、高梁秸等，不含游離糖分的原料如麥桿，稻殼，棉桿等。(2)、在連續(xù)蒸爆處理前或處理后的原料中加入占總重量3-18%的單糖和/或雙糖，例如水解淀粉糖、糖業(yè)生產(chǎn)的剩余物糖蜜等，作為天然增塑膠粘劑，其對(duì)經(jīng)連續(xù)蒸爆處理過(guò)的物料膠粘作用好，比化學(xué)膠粘劑成本低，又沒(méi)有污染。(3)、用含水量15%以下的近乎干燥的植物纖維素原料進(jìn)行連續(xù)蒸爆處理，即先將原料曬干或晾干，在連續(xù)通入的帶壓飽和水蒸汽作用下，蒸汽分子滲入干燥的纖維物料內(nèi)部凝結(jié)，充分利用帶壓蒸汽，不僅節(jié)省蒸汽量，而且經(jīng)連續(xù)蒸爆處理，處理效果好。
下面通過(guò)4個(gè)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明方法及效果詳細(xì)說(shuō)明。
例1，榨糖后的甘蔗渣，干燥至含水15%以下，粉碎至纖維長(zhǎng)度20mm以下，加入占纖維總量0.1%-2%的硫酸(硫酸作用為促進(jìn)物料在高溫蒸氣下的水解，加大熱壓時(shí)的膠粘作用)，在連續(xù)蒸爆容器中用壓力1.6MPa的飽和水蒸汽連續(xù)蒸爆處理1-3分鐘，卸料干燥后預(yù)壓成板坯，在溫度160-200℃、壓力2.5-3.2MPa的條件下熱壓8分鐘，得到比重為0.88的450×500×9mm3的纖維板，經(jīng)測(cè)試成品的靜曲強(qiáng)度為30.1MPa，平面抗拉強(qiáng)度0.58MPa，吸水膨脹率小于5%。
例2，玉米秸桿，干燥至含水15%以下，粉碎至20mm以下，加入占纖維總量0.1-2%的硫酸，經(jīng)壓力1.7MPa的飽和水蒸汽連續(xù)蒸爆處理1-5分鐘，卸料后加入占纖維總量7%的糖蜜，拌勻后干燥至含水量15%以下，預(yù)壓成板坯，在同例1的條件下熱壓10分鐘，得到比重0.86、尺寸為450×500×9mm3的纖維板，經(jīng)測(cè)試板的靜曲強(qiáng)度28.1MPa，平面抗拉強(qiáng)度0.56MPa，吸水膨脹率小于9%。
例3，含水15%以下的、經(jīng)粉碎至20mm以下的玉米秸桿和棉桿以重量比3∶7的比例混合，用壓力1.7MPa的飽和水蒸汽連續(xù)蒸爆處理1-6分鐘，干燥后在溫度160-200℃，壓力2.4-3.2MPa的條件下熱壓9分鐘，得到比重0.86、尺寸為450×500×9mm3的纖維板，經(jīng)測(cè)試，板的靜曲強(qiáng)度31.6MPa，平面抗拉強(qiáng)度大于0.6MPa，吸水膨脹率小于10%。
例4，粉碎至20mm以下的棉桿，加入占纖維總量8%的水解淀粉糖液，經(jīng)1.8MPa的飽和水蒸汽連續(xù)蒸爆處理1-6分鐘，干燥后在溫度160-190℃，壓力2.6-3.0MPa條件下熱壓10分鐘，得到比重0.85，尺寸450×500×9mm3的纖維板，經(jīng)測(cè)試，板的靜曲強(qiáng)度35.3MPa；平面抗拉強(qiáng)度0.58MPa，吸水膨脹率小于8%。
以上4個(gè)實(shí)施例所制得的纖維板均符合國(guó)標(biāo)GB11718.1～10-89中密度纖維板的標(biāo)準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種用植物纖維素原料制造天然復(fù)合纖維板的方法，包括將原料處理為分散狀態(tài)，用帶壓水蒸汽蒸爆處理，干燥后預(yù)壓成板坯，熱壓固化成型制成纖維板，其特征是用帶壓水蒸汽連續(xù)蒸爆處理植物纖維素類原料，即在反應(yīng)容器內(nèi)保持壓力一定的狀態(tài)下，連續(xù)不斷地、同時(shí)地進(jìn)料、通入一定壓力的飽和水蒸汽和卸料，蒸汽在隨物料排出容器后才迅速減至常壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造天然復(fù)合纖維板的方法，其特征是(1)、將植物纖維素類原料干燥至含水15%以下，(2)、粉碎至纖維長(zhǎng)度20mm以下，(3)、連續(xù)進(jìn)入反應(yīng)容器，進(jìn)行連續(xù)蒸爆處理，帶壓飽和水蒸汽壓力范圍1.0-2.5MPa，最好是1.4-2.0MPa，處理時(shí)間一般在1-6分鐘，不超過(guò)10分鐘，在反應(yīng)器保壓的情況下連續(xù)出料。(4)、對(duì)卸出的物料進(jìn)行干燥處理，預(yù)壓成板坯，(5)、熱壓成型，條件溫度160-200℃，壓力2.4-3.2MPa，獲得天然復(fù)合纖維板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造天然復(fù)合纖維板的方法，其特征是由含游離糖分的原料和不含游離糖分的原料按重量比2∶8-4∶6的比例混合后進(jìn)行連續(xù)蒸爆處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的制造天然復(fù)合纖維板的方法，其特征是在連續(xù)蒸爆處理前或處理后的原料中加入占原料總重量3-18%的單糖和/或雙糖。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法制造的天然復(fù)合纖維板。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述工藝過(guò)程制造的天然復(fù)合纖維板。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法制造的天然復(fù)合纖維板。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法制造的天然復(fù)合纖維板。
全文摘要
一種用植物纖維素原料制造天然復(fù)合纖維板的方法，包括將原料處理為分散狀態(tài)，在保持壓力一定的反應(yīng)容器內(nèi)連續(xù)不斷地、同時(shí)地進(jìn)、出料和用帶壓水蒸汽連續(xù)蒸爆處理，干燥后預(yù)壓成板坯，熱壓固化成型。經(jīng)連續(xù)蒸爆處理后的物料質(zhì)量均一、穩(wěn)定，制成的纖維板強(qiáng)度高，質(zhì)量穩(wěn)定、成本低。
文檔編號(hào)B27N3/00GK1105310SQ9411146
公開(kāi)日1995年7月19日 申請(qǐng)日期1994年10月13日 優(yōu)先權(quán)日1994年10月13日
發(fā)明者歐陽(yáng)平凱, 陳育如 申請(qǐng)人:南京化工學(xué)院