一種利用木材廢料制備板材的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種利用木材廢料制備板材的方法，采用酚產(chǎn)物含量較高的竹材液化物制備膠粘劑，將低溫烘干過(guò)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(shù)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(shí)具有綠色環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，大大提高了竹材廢料的利用率，具有重大的經(jīng)濟(jì)效益。
【專利說(shuō)明】
一種利用木材廢料制備板材的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于建筑材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及利用木材廢料制備板材的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]板材是建筑行業(yè)易耗材料，隨著森林資源的銳減，人們開(kāi)發(fā)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(wèn)題，減少了普通酚醛樹(shù)脂膠粘劑所帶來(lái)的環(huán)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(guó)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(gè)省，隨著竹子加工業(yè)的進(jìn)一步興起，各種竹材殘料也逐步增加。因此，開(kāi)發(fā)這種儲(chǔ)能巨大的再生資源進(jìn)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(xué)成分比較復(fù)雜。研究表明:纖維素、半纖維素、木質(zhì)素是形成竹材細(xì)胞壁的主要成分，直接參與竹材材質(zhì)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(zhì)素外，還含有油脂、糖類和蛋白質(zhì)類等物質(zhì)。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(jī)物的存在下，將竹材轉(zhuǎn)化為液體的熱化學(xué)過(guò)程，進(jìn)而將竹材殘料可以轉(zhuǎn)變?yōu)閼?yīng)用價(jià)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(shù)脂，是竹材轉(zhuǎn)化利用的有效手段之一。目前對(duì)于竹材及其廢料改性樹(shù)脂主要集中于熱固性酚醛樹(shù)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(shù)脂化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及其生成物的性能[D].北京林業(yè)大學(xué)，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(shù)脂膠黏劑，該膠黏劑與常規(guī)膠黏劑的結(jié)構(gòu)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(zhì)類等雜質(zhì)，在膠粘劑使用過(guò)程中從其內(nèi)部迀移到表面，大大影響了板材的膠合性能和機(jī)械性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)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(yù)處理:將竹材粉碎料采用熱水于80-90°C浸煮8-10小時(shí)后，過(guò)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(shí)，過(guò)濾，濾餅干燥后得預(yù)處理過(guò)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(zhì)素，還含有油脂、糖類和蛋白質(zhì)類等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)并不參與苯酚的液化反應(yīng)和后續(xù)的與甲醛縮合反應(yīng)中，而是以雜質(zhì)的形態(tài)存在于竹材液化物的酚醛樹(shù)脂產(chǎn)品中，并在產(chǎn)品使用過(guò)程中從內(nèi)部不斷迀移到表面，影響產(chǎn)品的性能和穩(wěn)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(zhì)游離出來(lái)，再采用混合溶劑乙酸乙酯-異丙醇抽提，進(jìn)一步將雜質(zhì)溶解在混合溶劑中，從而最大程度去除雜質(zhì)，提尚液化物純度。
[0008](2)竹材液化:將部分步驟(I)所得預(yù)處理過(guò)的竹材粉末、苯酚和催化劑BF3加入反應(yīng)容器中，于100-120°C攪拌反應(yīng)4-6小時(shí)，期間分批加入剩余預(yù)處理過(guò)的竹材粉末，反應(yīng)結(jié)束后趁熱過(guò)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(yīng)容器中，采用NaOH調(diào)節(jié)其PHSS-9，加入37%甲醛水溶液，于80-95 °C反應(yīng)4-6小時(shí)后，降溫至30-40 °C加入表面活性劑和蒙脫土，保溫?cái)嚢?0-40min后，得到竹材液化物基膠粘劑。竹材液化后木質(zhì)素、纖維素和半纖維素分解，并與酚羥基環(huán)接枝，生成一系列酚化產(chǎn)物，再與甲醛進(jìn)行縮合制得膠粘劑，反應(yīng)結(jié)束后，加入表面活性劑和具有片層結(jié)構(gòu)的蒙脫土，使得膠粘劑聚合物分子鏈與蒙脫土有效復(fù)合，一方面能增加膠粘劑的機(jī)械性能，另一方面，竹材液化物中殘留的少量非酚化產(chǎn)物雜質(zhì)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(guò)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(yōu)選，步驟(I)中所述竹材粉碎料與熱水的質(zhì)量比為1:10-20。
[0011]作為優(yōu)選，步驟(I)中所述混合溶劑的用量為竹材粉碎料質(zhì)量的15-20倍。
[0012]作為優(yōu)選，所述混合溶劑中乙酸乙酯與異丙醇的質(zhì)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(yōu)選，所述預(yù)處理過(guò)的竹材粉末、苯酚和催化劑的質(zhì)量比為1:2-3:0.05-
0.12ο
[0014]作為優(yōu)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(zhì)量比為1:1.2_1.6:0.03_0.05:0.1-0.3 0
[0015]作為優(yōu)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(yōu)選，步驟(4)中所述木材粉料與竹材液化物基膠粘劑的質(zhì)量比為1:0.12-
0.26ο
[0017]作為優(yōu)選，步驟(4)中所述熱壓的溫度為120_150°C，壓力為4-8MPa，熱壓時(shí)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(yōu)選，步驟(4)中所述低溫烘干過(guò)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(dá)到最好的膠合效果。
[0019]本發(fā)明的有益效果為:
1、本發(fā)明將竹材粉碎料先經(jīng)預(yù)處理，最大程度去除其中不參與苯酚液化和甲醛縮合反應(yīng)的雜質(zhì)，提高了液化物中酚產(chǎn)物含量，降低膠粘劑中雜質(zhì)含量，提高了膠粘劑的粘合強(qiáng)度和耐候性，從而提高了板材機(jī)械性能。
[0020]2、在膠粘劑制備過(guò)程中加入蒙脫土和表面活性劑，在增加膠粘劑機(jī)械性能的同時(shí)，進(jìn)一步減少非酚化產(chǎn)物雜質(zhì)迀移率，有助于提高板材膠合性能和機(jī)械性能。
[0021]3、采用竹材液化物基膠粘劑替代普通酚醛樹(shù)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(shí)具有綠色環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，大大提高了竹材廢料的利用率，具有重大的經(jīng)濟(jì)效益。
【具體實(shí)施方式】
[0022]為了使本發(fā)明的技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0023]實(shí)施例1
(I)竹材預(yù)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(shí)后，過(guò)濾，再采用150g質(zhì)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(shí)，過(guò)濾，濾餅干燥后得9.2g預(yù)處理過(guò)的竹材粉末。
[0024](2)竹材液化:將3g步驟(I)所得預(yù)處理過(guò)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(yīng)6小時(shí)，期間分三批加入剩余的6g預(yù)處理過(guò)的竹材粉末，反應(yīng)結(jié)束后趁熱過(guò)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(diào)節(jié)其PH為8，加入12g 37%甲醛水溶液，于80°C反應(yīng)6小時(shí)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?cái)嚢?0min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(shí)，測(cè)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(jī)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(qiáng)度為38MPa，沖擊強(qiáng)度為22MPa。
[0026]實(shí)施例2
(I)竹材預(yù)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(shí)后，過(guò)濾，再采用180g質(zhì)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(shí)，過(guò)濾，濾餅干燥后得9.0g預(yù)處理過(guò)的竹材粉末。
[0027](2)竹材液化:將3g步驟(I)所得預(yù)處理過(guò)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(yīng)5小時(shí)，期間分三批加入剩余的6g預(yù)處理過(guò)的竹材粉末，反應(yīng)結(jié)束后趁熱過(guò)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(diào)節(jié)其PH為8.5，加入15g 37%甲醛水溶液，于90°C反應(yīng)5小時(shí)后，降溫至35°C加入3g十二烷基磺酸鈉和Ig蒙脫土，保溫?cái)嚢?0min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(shí)，測(cè)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(jī)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(qiáng)度為41MPa，沖擊強(qiáng)度為20MPa。
[0030]實(shí)施例3
(1)竹材預(yù)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(shí)后，過(guò)濾，再采用270g質(zhì)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(shí)，過(guò)濾，濾餅干燥后得9.0g預(yù)處理過(guò)的竹材粉末；
(2)竹材液化:將3g步驟(I)所得預(yù)處理過(guò)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(yīng)4小時(shí)，期間分三批加入剩余的6g預(yù)處理過(guò)的竹材粉末，反應(yīng)結(jié)束后趁熱過(guò)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(diào)節(jié)其PH為9，加入16g 37%甲醛水溶液，于85°C反應(yīng)4小時(shí)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?cái)嚢?0min后，得到竹材液化物基膠粘劑，25°C下產(chǎn)品粘度為1090mPa.S，固化時(shí)間為62S，將產(chǎn)品用于膠合板制品中，檢測(cè)依據(jù)IG/T 3026-1995標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，膠合強(qiáng)度為 2.46MPa。
[0032](4)板材制備:將木材粉料于50°C干燥24小時(shí)，測(cè)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(jī)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(qiáng)度為35MPa，沖擊強(qiáng)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(yīng)6小時(shí)，期間分三批加入剩余的6g預(yù)處理過(guò)的竹材粉末，反應(yīng)結(jié)束后趁熱過(guò)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(diào)節(jié)其PH為9，加入16g 37%甲醛水溶液，于85°C反應(yīng)4小時(shí)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?cái)嚢?0min后，得到竹材液化物基膠粘劑，25°C下產(chǎn)品粘度為820mPa.S，固化時(shí)間為78S，將產(chǎn)品用于膠合板制品中，檢測(cè)依據(jù)IG/T 3026-1995標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，膠合強(qiáng)度為 1.53MPa。
[0035](3)板材制備:將木材粉料于45°C干燥24小時(shí)，測(cè)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(jī)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(qiáng)度為22MPa，沖擊強(qiáng)度為15MPa。
[0036]通過(guò)對(duì)比實(shí)施例1和比較例I，可以得出:竹材經(jīng)預(yù)處理后，所制得的板材的拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)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(shí)，測(cè)得其含水率為8%，稱取10g烘干的木材粉料和12g酚醛樹(shù)脂膠粘劑加入高速混合機(jī)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(qiáng)度為26MPa，沖擊強(qiáng)度為14MPa。
[0038]通過(guò)對(duì)比實(shí)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(shù)脂膠粘劑所制板材具有更好的拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度。
[0039]以上所述的實(shí)施例只是本發(fā)明的一種較佳的方案，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，在不超出權(quán)利要求所記載的技術(shù)方案的前提下還有其它的變體及改型。
【主權(quán)項(xiàng)】
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(yù)處理:將竹材粉碎料采用熱水于80-90°C浸煮8-10小時(shí)后，過(guò)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(shí)，過(guò)濾，濾餅干燥后得預(yù)處理過(guò)的竹材粉末； (2)竹材液化:將部分步驟(I)所得預(yù)處理過(guò)的竹材粉末、苯酚和催化劑BF3加入反應(yīng)容器中，于100-120°C攪拌反應(yīng)4-6小時(shí)，期間分批加入剩余預(yù)處理過(guò)的竹材粉末，反應(yīng)結(jié)束后趁熱過(guò)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(yīng)容器中，采用NaOH調(diào)節(jié)其PHSS-9，加入37%甲醛水溶液，于80-95 °C反應(yīng)4-6小時(shí)后，降溫至30-40 °C加入表面活性劑和蒙脫土，保溫?cái)嚢?0-40min后，得到竹材液化物基膠粘劑； (4)板材制備:將低溫烘干過(guò)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(quán)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(zhì)量比為I: 10-20。3.如權(quán)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(zhì)量的15-20倍。4.如權(quán)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(zhì)量比為1: 1.5-2。5.如權(quán)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(yù)處理過(guò)的竹材粉末、苯酚和催化劑的質(zhì)量比為1:2-3:0.05-0.12。6.如權(quán)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(zhì)量比為1:1.2-1.6:0.03-0.05:0.1-0.3。7.如權(quán)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(quán)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(zhì)量比為1:0.12-0.26。9.如權(quán)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(shí)間為8-151^11。10.如權(quán)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(guò)的木材粉料含水率<8%。
【文檔編號(hào)】C09J11/04GK106047241SQ201610556610
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年7月15日
【發(fā)明人】黃樹(shù)瑛
【申請(qǐng)人】安吉威龍塑木環(huán)保材料有限公司