一種利用木材廢料制備板材的方法
【專利摘要】本發明提供了一種利用木材廢料制備板材的方法，采用酚產物含量較高的竹材液化物制備膠粘劑，將低溫烘干過的木材粉料與該膠粘劑混合均勻，加入模具中于120?150℃、壓力為4?8MPa，熱壓8?15min制得板材。采用竹材液化物基膠粘劑替代普通酚醛樹脂膠粘劑，與木材粉末具有更好的相容性，所制板材性能更佳，同時具有綠色環保的優點，大大提高了竹材廢料的利用率，具有重大的經濟效益。
【專利說明】
一種利用木材廢料制備板材的方法
技術領域
[0001]本發明屬于建筑材料制備技術領域，具體涉及利用木材廢料制備板材的方法。
【背景技術】
[0002]板材是建筑行業易耗材料，隨著森林資源的銳減，人們開發了利用木材廢料膠合膠粘劑熱壓制備建筑板材的方法。利用竹材液化物制備的膠粘劑解決了竹材廢料二次利用的問題，減少了普通酚醛樹脂膠粘劑所帶來的環境污染。
[0003]竹子是森林資源的重要組成部分素有第二森林之稱我國地處世界竹子分布的中心竹林面積居世界第一位，其主要分布在南方17個省，隨著竹子加工業的進一步興起，各種竹材殘料也逐步增加。因此，開發這種儲能巨大的再生資源進行深加工意義重大。
[0004]竹材是一種多年生天然植物主干，其化學成分比較復雜。研究表明:纖維素、半纖維素、木質素是形成竹材細胞壁的主要成分，直接參與竹材材質的形成，三者總量在90%以上，其中纖維素含量占40%?60%，竹材除了含纖維素、半纖維素、木質素外，還含有油脂、糖類和蛋白質類等物質。此外，還含有少量灰分和浸提物。
[0005]竹材液化是竹材綜合利用的有效方法之一，竹材液化是指在某些有機物的存在下，將竹材轉化為液體的熱化學過程，進而將竹材殘料可以轉變為應用價值高的高分子材料。利用竹材及其廢料制作竹材液化物酚醛樹脂，是竹材轉化利用的有效手段之一。目前對于竹材及其廢料改性樹脂主要集中于熱固性酚醛樹脂，尤其是木材膠黏劑、酚醛泡沫材料等。
[0006]傅深淵等(竹材液化樹脂化反應動力學及其生成物的性能[D].北京林業大學，2010)利用竹制品下腳廢料苯酚液化物與甲醛在堿的催化下成功地制備出樹脂膠黏劑，該膠黏劑與常規膠黏劑的結構相似。但是該膠粘劑中含有竹材中殘留的油脂、糖類和蛋白質類等雜質，在膠粘劑使用過程中從其內部迀移到表面，大大影響了板材的膠合性能和機械性能。
【發明內容】
[0007]本發明提供了一種利用木材廢料制備板材的方法，具體操作方法為:
(I)竹材預處理:將竹材粉碎料采用熱水于80-90°C浸煮8-10小時后，過濾，再采用乙酸乙酯-異丙醇的混合溶劑于70-85°C抽提12-24小時，過濾，濾餅干燥后得預處理過的竹材粉末。竹材中除了含有主要成分纖維素、半纖維素、木質素，還含有油脂、糖類和蛋白質類等雜質，這些雜質并不參與苯酚的液化反應和后續的與甲醛縮合反應中，而是以雜質的形態存在于竹材液化物的酚醛樹脂產品中，并在產品使用過程中從內部不斷迀移到表面，影響產品的性能和穩定性。先采用80-90°C熱水浸煮竹材粉碎料，便于竹材纖維的剝離，使得雜質游離出來，再采用混合溶劑乙酸乙酯-異丙醇抽提，進一步將雜質溶解在混合溶劑中，從而最大程度去除雜質，提尚液化物純度。
[0008](2)竹材液化:將部分步驟(I)所得預處理過的竹材粉末、苯酚和催化劑BF3加入反應容器中，于100-120°C攪拌反應4-6小時，期間分批加入剩余預處理過的竹材粉末，反應結束后趁熱過濾，濾液即為竹材液化物；
(3)膠粘劑制備:將步驟(2)所得竹材液化物加入反應容器中，采用NaOH調節其PHSS-9，加入37%甲醛水溶液，于80-95 °C反應4-6小時后，降溫至30-40 °C加入表面活性劑和蒙脫土，保溫攪拌20-40min后，得到竹材液化物基膠粘劑。竹材液化后木質素、纖維素和半纖維素分解，并與酚羥基環接枝，生成一系列酚化產物，再與甲醛進行縮合制得膠粘劑，反應結束后，加入表面活性劑和具有片層結構的蒙脫土，使得膠粘劑聚合物分子鏈與蒙脫土有效復合，一方面能增加膠粘劑的機械性能，另一方面，竹材液化物中殘留的少量非酚化產物雜質被蒙脫土片層包埋，減少其分子迀移，提高膠粘劑的粘合性能和耐候性能。
[0009](4)板材制備:將低溫烘干過的木材粉料與步驟(3)所得竹材液化物基膠粘劑混合均勻，加入模具中熱壓制成型即得所需板材。
[0010]作為優選，步驟(I)中所述竹材粉碎料與熱水的質量比為1:10-20。
[0011]作為優選，步驟(I)中所述混合溶劑的用量為竹材粉碎料質量的15-20倍。
[0012]作為優選，所述混合溶劑中乙酸乙酯與異丙醇的質量比為1:1.5-2，采用該配比的混合溶劑抽提效果最佳。
[0013]作為優選，所述預處理過的竹材粉末、苯酚和催化劑的質量比為1:2-3:0.05-
0.12ο
[0014]作為優選，所述竹材液化物、37%甲醛水溶液、表面活性劑和蒙脫土的質量比為1:1.2_1.6:0.03_0.05:0.1-0.3 0
[0015]作為優選，所述表面活性劑為脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉、十二烷基磺酸鈉或單十二烷基磷酸酯鉀。
[0016]作為優選，步驟(4)中所述木材粉料與竹材液化物基膠粘劑的質量比為1:0.12-
0.26ο
[0017]作為優選，步驟(4)中所述熱壓的溫度為120_150°C，壓力為4-8MPa，熱壓時間為8-15min，在120-150 °C膠粘劑的固化速度最快，膠合效果最佳。
[0018]作為優選，步驟(4)中所述低溫烘干過的木材粉料含水率<8%，木材粉料中含水率低，有利于其充分吸收膠粘劑，從而達到最好的膠合效果。
[0019]本發明的有益效果為:
1、本發明將竹材粉碎料先經預處理，最大程度去除其中不參與苯酚液化和甲醛縮合反應的雜質，提高了液化物中酚產物含量，降低膠粘劑中雜質含量，提高了膠粘劑的粘合強度和耐候性，從而提高了板材機械性能。
[0020]2、在膠粘劑制備過程中加入蒙脫土和表面活性劑，在增加膠粘劑機械性能的同時，進一步減少非酚化產物雜質迀移率，有助于提高板材膠合性能和機械性能。
[0021]3、采用竹材液化物基膠粘劑替代普通酚醛樹脂膠粘劑，與木材粉末具有更好的相容性，所制板材性能更佳，同時具有綠色環保的優點，大大提高了竹材廢料的利用率，具有重大的經濟效益。
【具體實施方式】
[0022]為了使本發明的技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0023]實施例1
(I)竹材預處理:將1g竹材粉碎料和10g去離子水置于三口瓶中，于90°c浸煮8小時后，過濾，再采用150g質量比為1: 1.5的乙酸乙酯-異丙醇的混合溶劑于70 °C抽提24小時，過濾，濾餅干燥后得9.2g預處理過的竹材粉末。
[0024](2)竹材液化:將3g步驟(I)所得預處理過的竹材粉末、18g苯酚和0.9g催化劑BF3加入三口瓶中，于100°C攪拌反應6小時，期間分三批加入剩余的6g預處理過的竹材粉末，反應結束后趁熱過濾，得濾液14.2g，即為竹材液化物；
(3)膠粘劑制備:將1g竹材液化物加入三口瓶中，采用20%Na0H-水溶液調節其PH為8，加入12g 37%甲醛水溶液，于80°C反應6小時后，降溫至30°C加入4g脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉和2g蒙脫土，保溫攪拌30min后，得到竹材液化物基膠粘劑。
[0025](4)板材制備:將木材粉料于45°C干燥24小時，測得其含水率為8%，稱取10g烘干的木材粉料和12g竹材液化物基膠粘劑加入高速混合機中混合均勻，加入模具中于120°C、8MPa下熱壓1min即得所需板材，板材的拉伸強度為38MPa，沖擊強度為22MPa。
[0026]實施例2
(I)竹材預處理:將1g竹材粉碎料和150g去離子水置于三口瓶中，于80°C浸煮10小時后，過濾，再采用180g質量比為1:1.8的乙酸乙酯-異丙醇的混合溶劑于80°C抽提20小時，過濾，濾餅干燥后得9.0g預處理過的竹材粉末。
[0027](2)竹材液化:將3g步驟(I)所得預處理過的竹材粉末、22.5g苯酚和0.45g催化劑BF3加入三口瓶中，于110°C攪拌反應5小時，期間分三批加入剩余的6g預處理過的竹材粉末，反應結束后趁熱過濾，得濾液18.3g，即為竹材液化物。
[0028](3)膠粘劑制備:將1g竹材液化物加入三口瓶中，采用20%Na0H_水溶液調節其PH為8.5，加入15g 37%甲醛水溶液，于90°C反應5小時后，降溫至35°C加入3g十二烷基磺酸鈉和Ig蒙脫土，保溫攪拌20min后，得到竹材液化物基膠粘劑。
[0029](4)板材制備:將木材粉料于50°C干燥24小時，測得其含水率為7%，稱取10g烘干的木材粉料和20g竹材液化物基膠粘劑加入高速混合機中混合均勻，加入模具中于150°C、4MPa下熱壓15min即得所需板材，板材的拉伸強度為41MPa，沖擊強度為20MPa。
[0030]實施例3
(1)竹材預處理:將1g竹材粉碎料和200g去離子水置于三口瓶中，于85°C浸煮9小時后，過濾，再采用270g質量比為1:2的乙酸乙酯-異丙醇的混合溶劑于85°C抽提12小時，過濾，濾餅干燥后得9.0g預處理過的竹材粉末；
(2)竹材液化:將3g步驟(I)所得預處理過的竹材粉末、27g苯酚和1.08g催化劑BF3加入三口瓶中，于120°C攪拌反應4小時，期間分三批加入剩余的6g預處理過的竹材粉末，反應結束后趁熱過濾，得濾液19.2g，即為竹材液化物。
[0031](3)膠粘劑制備:將1g竹材液化物加入三口瓶中，采用20%Na0H_水溶液調節其PH為9，加入16g 37%甲醛水溶液，于85°C反應4小時后，降溫至40°C加入5g單十二烷基磷酸酯鉀和3g蒙脫土，保溫攪拌40min后，得到竹材液化物基膠粘劑，25°C下產品粘度為1090mPa.S，固化時間為62S，將產品用于膠合板制品中，檢測依據IG/T 3026-1995標準進行，膠合強度為 2.46MPa。
[0032](4)板材制備:將木材粉料于50°C干燥24小時，測得其含水率為7.2%，稱取10g烘干的木材粉料和26g竹材液化物基膠粘劑加入高速混合機中混合均勻，加入模具中于1400C、6MPa下熱壓8min即得所需板材，板材的拉伸強度為35MPa，沖擊強度為23MPa。
[0033]比較例I
(I)竹材液化:將3g竹材粉末、18g苯酚和0.9g催化劑BF3加入三口瓶中，于100°C攪拌反應6小時，期間分三批加入剩余的6g預處理過的竹材粉末，反應結束后趁熱過濾，得濾液13.8g，即為竹材液化物；。
[0034](2)膠粘劑制備:將1g竹材液化物加入三口瓶中，采用20%Na0H_水溶液調節其PH為9，加入16g 37%甲醛水溶液，于85°C反應4小時后，降溫至40°C加入5g單十二烷基磷酸酯鉀和3g蒙脫土，保溫攪拌40min后，得到竹材液化物基膠粘劑，25°C下產品粘度為820mPa.S，固化時間為78S，將產品用于膠合板制品中，檢測依據IG/T 3026-1995標準進行，膠合強度為 1.53MPa。
[0035](3)板材制備:將木材粉料于45°C干燥24小時，測得其含水率為8%，稱取10g烘干的木材粉料和12g竹材液化物基膠粘劑加入高速混合機中混合均勻，加入模具中于120°C、8MPa下熱壓1min即得所需板材，板材的拉伸強度為22MPa，沖擊強度為15MPa。
[0036]通過對比實施例1和比較例I，可以得出:竹材經預處理后，所制得的板材的拉伸強度和沖擊強度更佳。
[0037]比較例2
板材制備:將木材粉料于45 °C干燥24小時，測得其含水率為8%，稱取10g烘干的木材粉料和12g酚醛樹脂膠粘劑加入高速混合機中混合均勻，加入模具中于120°C、8 MPa下熱壓1min即得所需板材，板材的拉伸強度為26MPa，沖擊強度為14MPa。
[0038]通過對比實施例1和比較例2，可以得出:竹材液化物基膠粘劑所制板材比酚醛樹脂膠粘劑所制板材具有更好的拉伸強度和沖擊強度。
[0039]以上所述的實施例只是本發明的一種較佳的方案，并非對本發明作任何形式上的限制，在不超出權利要求所記載的技術方案的前提下還有其它的變體及改型。
【主權項】
1.一種利用木材廢料制備板材的方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟: (1)竹材預處理:將竹材粉碎料采用熱水于80-90°C浸煮8-10小時后，過濾，再采用乙酸乙酯-異丙醇的混合溶劑于70-85°C抽提12-24小時，過濾，濾餅干燥后得預處理過的竹材粉末； (2)竹材液化:將部分步驟(I)所得預處理過的竹材粉末、苯酚和催化劑BF3加入反應容器中，于100-120°C攪拌反應4-6小時，期間分批加入剩余預處理過的竹材粉末，反應結束后趁熱過濾，濾液即為竹材液化物； (3)膠粘劑制備:將步驟(2)所得竹材液化物加入反應容器中，采用NaOH調節其PHSS-9，加入37%甲醛水溶液，于80-95 °C反應4-6小時后，降溫至30-40 °C加入表面活性劑和蒙脫土，保溫攪拌20-40min后，得到竹材液化物基膠粘劑； (4)板材制備:將低溫烘干過的木材粉料與步驟(3)所得竹材液化物基膠粘劑混合均勻，加入模具中熱壓制成型即得所需板材。2.如權利要求1所述的利用木材廢料制備板材的方法，其特征在于，步驟(I)中所述竹材粉碎料與熱水的質量比為I: 10-20。3.如權利要求1所述的利用木材廢料制備板材的方法，其特征在于，步驟(I)中所述混合溶劑的用量為竹材粉碎料質量的15-20倍。4.如權利要求1或3所述的利用木材廢料制備板材的方法，其特征在于，步驟(I)中所述混合溶劑中乙酸乙酯與異丙醇的質量比為1: 1.5-2。5.如權利要求1所述的利用木材廢料制備板材的方法，其特征在于，步驟(2)中所述預處理過的竹材粉末、苯酚和催化劑的質量比為1:2-3:0.05-0.12。6.如權利要求1所述的利用木材廢料制備板材的方法，其特征在于，步驟(3)中所述竹材液化物、37%甲醛水溶液、表面活性劑和蒙脫土的質量比為1:1.2-1.6:0.03-0.05:0.1-0.3。7.如權利要求1所述的利用木材廢料制備板材的方法，其特征在于，步驟(3)中所述表面活性劑為脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉、十二烷基磺酸鈉或單十二烷基磷酸酯鉀。8.如權利要求1所述的利用木材廢料制備板材的方法，其特征在于，步驟(4)中所述木材粉料與竹材液化物基膠粘劑的質量比為1:0.12-0.26。9.如權利要求1所述的利用木材廢料制備板材的方法，其特征在于，步驟(4)中所述熱壓的溫度為120-150°(:，壓力為4-810^，熱壓時間為8-151^11。10.如權利要求1所述的利用木材廢料制備板材的方法，其特征在于，步驟(4)中所述低溫烘干過的木材粉料含水率<8%。
【文檔編號】C09J11/04GK106047241SQ201610556610
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月15日
【發明人】黃樹瑛
【申請人】安吉威龍塑木環保材料有限公司