本發(fā)明涉及一種纖維板的制備方法，特別涉及一種利用雙醛纖維素制備無甲醛纖維板的方法。
背景技術(shù)：
纖維板由于其高強(qiáng)度系數(shù)以及良好的電絕緣性是一種優(yōu)秀的建筑材料，已在世界各地得到廣泛大量的生產(chǎn)。新世紀(jì)以來，我國人造纖維板年均增長速度超過20％，已成為全球人造纖維板第一大生產(chǎn)國與消費(fèi)國。2014年我國人造纖維板產(chǎn)量達(dá)30212.33萬立方米，同比增長11％。未來人造纖維板行業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)會更加趨向合理，產(chǎn)品質(zhì)量會穩(wěn)步提高，劣質(zhì)產(chǎn)品逐步退出市場，產(chǎn)品價格會更趨于合理。在傳統(tǒng)人造板生產(chǎn)過程中常使用脲醛樹脂(Urea Formaldehyde Resin,UF)、酚醛樹脂(Phenolic Formaldehyde Resin,PF)和三聚氰胺甲醛樹脂(Melamine Formaldehyde Resin,MF)作為膠粘劑，這些膠粘劑雖具有較好的粘接效果和較低的成本，但常用的三醛膠來源于不可再生的化石原料，在使用過程中，會不斷地釋放出游離甲醛，對人體造成極大的危害，此外在纖維板生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量廢水，其中包含大量的有機(jī)物，氨態(tài)氮、揮發(fā)酚，甲醛等。我國纖維板雖然產(chǎn)業(yè)龐大，但卻存在著甲醛含量嚴(yán)重超標(biāo)的問題，尋找可再生資源代替石油產(chǎn)品作為制備人造板環(huán)保膠黏劑的原料，已經(jīng)成為一個亟待解決的問題。
目前我國主要的纖維板企業(yè)還主要依賴木材原料進(jìn)行生產(chǎn)，纖維板制造飛速的發(fā)展是木材原料產(chǎn)生了巨大缺口，尋找木材原料的替代品是一種有效的方法。我國是一個森林資源匱乏的國家，卻是一個農(nóng)業(yè)大國，除去飼料原料、造肥還田還有超過1億多噸被迫就地焚燒，對環(huán)境造成污染產(chǎn)生霧霾的同時也產(chǎn)生了巨大的浪費(fèi)。如果將這部分廢棄農(nóng)作物秸稈加利用在纖維板的生產(chǎn)過程中，不僅可以提高其附加值，并且可有效緩解秸稈焚燒帶來的霧霾天氣。
纖維素纖維是地球上最古老的、最豐富的天然有機(jī)物，也是自然界中用之不竭的可再生資源。高碘酸鈉能夠選擇性地氧化纖維素C2和C3位上的仲羥基成醛基而得到雙醛纖維素(Dialdehyde cellulose,DAC)。DAC因其在物理機(jī)械性能、生物相容性及生物可降解性方面的優(yōu)越性，且其對環(huán)境友好和無毒等方面的優(yōu)勢，已在許多方面得到廣泛的應(yīng)用。DAC中的醛基具有很高的反應(yīng)活性，能與農(nóng)作物秸稈纖維上的羥基發(fā)生羥醛縮合，提高纖維的結(jié)合力，因而，DAC在纖維板生產(chǎn)過程中將有廣闊前景。
美國專利公開的US 2013/8378056B2《無甲醛膠黏劑》(Formaldehyde-free Binders)、US2011/0009530 A1《無甲醛木質(zhì)纖維板的制造》(formaldehyde-free Binders for Producing Wood Products),德國專利公開的GER 1994/DE4308089 A1《木材無甲醛膠黏劑》(Formaldehyde-free binders for wood),國內(nèi)專利公開的CN1899783A《一種利用農(nóng)作物秸稈生產(chǎn)板材的方法》、CN101085532A《無甲醛纖維板制造工藝》都在無甲醛纖維板上進(jìn)行了探索性的應(yīng)用，但在原料選擇和處理，膠黏劑的選擇和改性上還存在著一定的缺陷，生產(chǎn)成本還相對較高，部分板材的結(jié)合強(qiáng)度以及抗水強(qiáng)度、尺寸穩(wěn)定性方面都還存在著一定的不足，限制了其更加廣泛的應(yīng)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明針對現(xiàn)有無甲醛環(huán)保型纖維板生產(chǎn)工藝的缺陷，通過在纖維板原料、膠黏劑和壓制工藝的選擇上進(jìn)行改進(jìn)，提供一種以雙醛纖維素作為膠黏劑，以農(nóng)作物秸稈纖維顆粒為原料制備高強(qiáng)度無甲醛纖維板的方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是：利用雙醛纖維素制備無甲醛纖維板的方法，是在160-190℃條件下，將雙醛纖維素與秸稈顆粒混合，然后進(jìn)行熱壓成型。雙醛纖維素用量為0％～20％，余量為秸稈顆粒。熱壓壓力3-7Mpa，保壓3-10分鐘后卸壓、冷卻、切邊。
所述的雙醛纖維素是以漂白針葉木漿為原料，用機(jī)械粉碎的方法粉碎成粉末，然后在pH＝2，溫度45℃下，按摩爾比1:1的量加入高碘酸鈉，反應(yīng)5h，進(jìn)行氧化改性制得。
所述的雙醛纖維素的合成機(jī)理是高碘酸鈉選擇性地氧化纖維素C2和C3位上的仲羥基成醛基而得到雙醛纖維素，其反應(yīng)式如下：
所述的秸稈顆粒是將玉米秸稈粉碎至50-80微米。
本發(fā)明的基本原理：在纖維板熱壓過程中，秸稈纖維表面的游離羥基與雙醛纖維素上的醛基發(fā)生羥醛縮合反應(yīng)，秸稈纖維通過雙醛纖維素連接起來，從而提高秸稈纖維之間的結(jié)合力，制備出高強(qiáng)度秸稈纖維板。秸稈纖維與雙醛纖維素?zé)峤宦?lián)的機(jī)理如下：
本發(fā)明的有益效果：
1、本發(fā)明采用雙醛纖維素作為纖維板的膠黏劑，使得所制纖維板不含甲醛。而且由于雙醛纖維素的醛基具有較高的活性，使得本發(fā)明制備的纖維板具有較好的物理性能。
2、本發(fā)明采用漂白針葉木漿為原料合成雙醛纖維素，原材料來源廣，價格適中，有利于降低纖維板的生產(chǎn)成本。
3、本發(fā)明只需將漂白針葉木漿簡單機(jī)械粉碎，然后和高碘酸鈉氧化反應(yīng)，即可得雙醛纖維素，制備工藝簡單，且氧化反應(yīng)時間僅有5h，大大節(jié)約了雙醛纖維素的合成時間，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。
4、本發(fā)明使用農(nóng)作物秸稈作為原料，替代日趨緊缺的木材，不能有利于降低成本，而且能夠有效地解決我國大量農(nóng)作物秸稈被焚燒而造成的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。
具體實(shí)施方式
為了更好的理解本發(fā)明，下面通過實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明，不對本發(fā)明構(gòu)成任何限定。
實(shí)施例1
以玉米秸稈、雙醛纖維素為原料合成無甲醛纖維板。
(1)雙醛纖維素的制備
稱取2g絕干的漂白針葉木漿纖維素置于250mL三口圓底燒瓶中，加入100mLH2O，將反應(yīng)器放置在恒溫油浴槽中，然后加入2.37g高碘酸鈉(分析純)，并加入0.3mol/L的HCl溶液調(diào)節(jié)pH為2，為避免高碘酸鈉分解，反應(yīng)中通入氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣體并做遮光處理，在溫度45℃條件下反應(yīng)5h。反應(yīng)結(jié)束后加入0.1mol/L的乙二醇溶液110mL反應(yīng)掉過量的高碘酸鈉。真空抽濾、干燥得到雙醛纖維素。
(2)秸稈顆粒
采用機(jī)械粉碎方法將玉米秸稈粉碎至75微米尺寸的秸稈顆粒。
(3)無甲醛纖維板的制備
按照板材厚度8mm，密度1g/cm3的要求，在熱壓溫度190℃條件下，將0.5％(質(zhì)量百分比)雙醛纖維素與99.5％玉米秸稈顆粒混合，然后升壓至5Mpa，保壓10min左右，卸壓，冷卻成型，即得無甲醛纖維板。
利用本發(fā)明方案制備的無甲醛纖維板的物理性能指標(biāo)：靜曲強(qiáng)度：14.250MPa、彈性模量：1892.7MPa、24h吸水膨脹率：21％、游離甲醛：未檢出。
實(shí)施例2
以玉米秸稈、雙醛纖維素為原料合成無甲醛纖維板。
(1)雙醛纖維素的制備
稱取2g絕干的漂白針葉木漿纖維素置于250mL三口圓底燒瓶中，加入100mLH2O，將反應(yīng)器放置在恒溫油浴槽中，然后加入2.37g高碘酸鈉(分析純)，并加入0.3mol/L的HCl溶液調(diào)節(jié)pH為2，為避免高碘酸鈉分解，反應(yīng)中通入氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣體并做遮光處理，在溫度45℃條件下反應(yīng)5h。反應(yīng)結(jié)束后加入0.1mol/L的乙二醇溶液110mL反應(yīng)掉過量的高碘酸鈉。真空抽濾、干燥得到雙醛纖維素。
(2)秸稈顆粒
采用機(jī)械粉碎方法將玉米秸稈粉碎至75微米尺寸的秸稈顆粒。
(3)無甲醛纖維板的制備
按照板材厚度8mm，密度1g/cm3的要求，在熱壓溫度190℃條件下，將5％(質(zhì)量百分比)雙醛纖維素與95％玉米秸稈顆粒混合，然后升壓至3Mpa，保壓9min左右，卸壓，冷卻成型，即得無甲醛纖維板。
利用本發(fā)明方案制備的無甲醛纖維板的物理性能指標(biāo)：靜曲強(qiáng)度：15.033MPa、彈性模量：1910.9MPa、24h吸水膨脹率：20％、游離甲醛：未檢出。
實(shí)施例3
以玉米秸稈、雙醛纖維素為原料合成無甲醛纖維板。
(1)雙醛纖維素的制備
稱取2g絕干的漂白針葉木漿纖維素置于250mL三口圓底燒瓶中，加入100mLH2O，將反應(yīng)器放置在恒溫油浴槽中，然后加入2.37g高碘酸鈉(分析純)，并加入0.3mol/L的HCl溶液調(diào)節(jié)pH為2，為避免高碘酸鈉分解，反應(yīng)中通入氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣體并做遮光處理，在溫度45℃條件下反應(yīng)5h。反應(yīng)結(jié)束后加入0.1mol/L的乙二醇溶液110mL反應(yīng)掉過量的高碘酸鈉。真空抽濾、干燥，即得雙醛纖維素。
(2)秸稈顆粒
采用機(jī)械粉碎方法將玉米秸稈粉碎至70微米尺寸的秸稈顆粒。
(3)無甲醛纖維板的制備
按照板材厚度8mm，密度1g/cm3的要求，在熱壓溫度170℃條件下，將10％(質(zhì)量百分比)雙醛纖維素與90％(質(zhì)量百分比)玉米秸稈顆粒混合，然后升壓至5Mpa，保壓10min左右，卸壓，冷卻成型，即得無甲醛纖維板。
利用本發(fā)明方案制備的無甲醛纖維板的物理性能指標(biāo)：靜曲強(qiáng)度：19.533MPa、彈性模量：2759.4MPa、24h吸水膨脹率：17％、游離甲醛：未檢出。
實(shí)施例4
以玉米秸稈、雙醛纖維素為原料合成無甲醛纖維板。
(1)雙醛纖維素的制備
稱取2g絕干的漂白針葉木漿纖維素置于250mL三口圓底燒瓶中，加入100mLH2O，將反應(yīng)器放置在恒溫油浴槽中，然后加入2.37g高碘酸鈉(分析純)，并加入0.3mol/L的HCl溶液調(diào)節(jié)pH為2，為避免高碘酸鈉分解，反應(yīng)中通入氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣體并做遮光處理，在溫度45℃條件下反應(yīng)5h。反應(yīng)結(jié)束后加入0.1mol/L的乙二醇溶液110mL反應(yīng)掉過量的高碘酸鈉。真空抽濾、干燥得到雙醛纖維素。
(2)秸稈顆粒
采用機(jī)械粉碎方法將玉米秸稈粉碎至70微米尺寸的秸稈顆粒。
(3)無甲醛纖維板的制備
按照板材厚度8mm，密度1g/cm3的要求，在熱壓溫度170℃條件下，將20％(質(zhì)量百分比)雙醛纖維素與80％玉米秸稈顆粒混合，然后升壓至3Mpa，保壓9min左右，卸壓，冷卻成型，即得無甲醛纖維板。
利用本發(fā)明方案制備的無甲醛纖維板的物理性能指標(biāo)：靜曲強(qiáng)度：20.725MPa、彈性模量：2913.6MPa、24h吸水膨脹率：15％、游離甲醛：未檢出。