使用天然胶的农作物秸秆中密度纤维板及其制造方法

专利名称：使用天然胶的农作物秸秆中密度纤维板及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种农作物秸秆中密度纤维板，特别是一种使用天然胶的农作物秸秆中密度 纤维板。
背景技术：
由于森林资源的日益减少，以及农业领域使用焚烧等传统手段处理农作物秸秆的方法对 环境造成的破坏和对资源的浪费，人们越来越广泛地使用农作物秸秆作为原料代替木材制造 建筑和装饰板材、纸张和各种纤维制品。农作物秸秆纤维板是常见的一种使用农作物秸秆代 替木材制造的建筑和装饰用板材，但是由于原料性能、原料选择以及原料供应等问题，使用 农作物秸秆制造的纤维板， 一般仍使用传统人造板材中常用的脲醛、酚醛、三聚氰胺及异氰 酸酯等类化学合成胶作为粘合剂，不但耗用大量不可再生的资源，而且在生产和使用过程中 还会散发大量有毒有害物质，污染环境，具有明显的不可持续性和不可循环性。为了克服农 作物秸秆纤维板存在的这些问题，技术人员对配方进行了改进，在一部分农作物秸秆纤维板 的生产中使用了部分天然胶作为粘合剂的一部分，但是同时仍然要使用大量化学合成胶，因 此距离实现完全的可持续性和可循环性仍然有较大的差距。

发明内容
为了解决现有农作物秸秆纤维板生产中全部或部分使用化学合成胶作为粘合剂而耗用不 可再生资源，污染环境，使农作物秸秆人造板行业不具有可持续性和可循环性的问题，本发 明提出一种使用天然胶的农作物秸秆中密度纤维板及其制造方法，所采用的方法是使用天 然胶的农作物秸秆中密度纤维板，原料包括农作物秸秆纤维、粘合剂、防水与润滑剂、阻燃 剂，粘合剂是天然胶，包括桃胶、松香胶、淀粉胶、槐豆胶、阿拉伯胶、果胶、拷胶粘合剂 等植物胶，和骨胶、皮胶、明胶、鱼鳔胶、蛋白胶、虫胶等动物胶，可以使用一种，也可以 同时使用多种。
各种原料按重量计算的配比是农作物秸秆纤维75%~93%，粘合剂1%~8% (干燥)，防 水与润滑剂0.5%~8%，阻燃剂5.5%~23.5%。
防水与润滑剂是包括植物蜡和动物蜡的天然蜡、硬脂酸或硬脂酸盐，可以使用一种，也
可以同时使用多种。
阻燃剂是二氧化硅、氢氧化铝、氢氧化镁、氧化铝、氧化镁及碳酸钙等无毒无害的阻燃 剂，可以使用一种，也可以同时使用多种。
使用天然胶的农作物秸秆中密度纤维板的制造方法是(1)将分离好的农作物秸秆纤维、 防水与润滑剂、阻燃剂混合，(2)使用复水的天然胶粘合剂均匀施胶，(3)按照使用天然胶 的农作物秸秆中密度纤维板制成品的密度和厚度所需原料的密度和厚度进行铺装，(4)预压，
(5)热压，(6)裁边，热压阶段使用微波对原料进行辅助加热。
农作物秸秆纤维使用化学、机械或化学机械方法将农作物秸秆中的纤维与非纤维成份分
离，并使长度不小于5毫米的纤维占到纤维总量的50%以上。
粘合剂中水溶性粘合剂的复水在60摄氏度至90摄氏度的温度范围内进行，复水率为50% 至70%。
水溶性粘合剂的施胶在60摄氏度至90摄氏度的环境温度范围内进行。 热压温度为150摄氏度至175摄氏度，压强为1.2兆帕至3.5兆帕，热压时间为40秒至 80秒/每毫米板厚。
使用本发明可以取得的技术效果是完全使用包括植物较和动物胶在内的天然胶作为粘 合剂制造农作物秸秆中密度纤维板，可以完全避免耗用不可再生资源，避免在制造和使用中 释放有毒有害物质，使农作物秸秆中密度纤维板的制造和使用具有完全的可持续性和可循环 性；使用的植物胶和动物胶包括的范围广泛，可以使用一种，也可以同时使用多种，可以根 据各种天然胶的特性进行组合，以满足各种使用条件的要求，还可以根据市场供应情况的变 化，利用现有资源，充分满足生产的需求；除了使用优质的天然胶外，还可以根据具体情况， 在保证使用效果的前提下部分或全部使用其他行业不便使用的低等天然胶，提高了天然胶的 利用率，充分利用了资源。
本发明的成分配比，可以适应各种原材料的相应变化，可以制成容重0.4至0.8的各类中 密度纤维板，适用于各种建筑和装饰用途。
使用天然蜡、硬脂酸和硬脂酸盐作为防水剂和润滑剂，可以进一步保证本发明使用可再 生资源，制造和使用过程中不释放有毒有害物质，使本发明的使用天然胶的农作物秸秆中密 度纤维板的制造和使用具有完全的可持续性和可循环性；在众多可以选用的天然蜡、硬脂酸 和硬脂酸盐中单独使用一种，或同时使用多种，可以根据各种防水和润滑剂的性质进行组合， 以满足各种使用情况的要求，并适应原料供应情况的变化，满足生产的需求。
使用无毒无害的阻燃剂，可以保证本发明的使用天然胶的农作物秸秆中密度纤维板在生 产和使用中不释放有毒有害物质，尤其是在高温、焚烧的情况下在具有优良的阻燃性能的同 时，不会释放有毒有害物质，充分保证了本发明的无公害和环保的特性，同时本发明所选用 的阻燃剂都是自然界中蕴藏丰富，容易获得的原料，具有可持续性；在多种阻燃剂中可以单 独使用一种，也可以同时使用多种，可以根据各种阻燃剂的性质进行选择或组合，以满足各 种使用情况的要求，并适应原料供应情况的变化，满足生产的需求。
在本发明的使用天然胶的农作物秸秆中密度纤维板生产过程的热压工序中使用微波对原 料进行辅助加热，可以针对使用天然胶作为粘合剂而使原料中含水量较大的特点，利用微波 穿透力强，加热深度大、升温快的特点，加快原料内部的升温速度，加快水份的蒸发，縮短 热压的时间，提高产品组织结构和含水率的一致性，节省能源。
农作物秸秆纤维使用化学、机械或化学机械方法将农作物秸秆中的纤维与非纤维成份分 离，并使长度不小于5毫米的纤维占到纤维总量的50%以上，可以针对农作物秸秆的纤维含 量少，长度小，强度低的特点，将农作物秸秆中的非纤维成分分离出去，并尽量使纤维保留 较大的长度，以尽量提高农作物秸秆中密度纤维板的强度，以使用含纤维量较少，纤维质量 较差的农作物秸秆制造出质量合格的中密度纤维板。
粘合剂在60摄氏度至卯摄氏度的温度范围内进行复水，可以保证在50%至70%的复水 率的情况下，天然胶粘合剂具有良好的流动性和均匀性，以保证施胶的质量。
施胶在60摄氏度至90摄氏度的环境温度范围内进行，可以保证复水率为50%至70%的 粘合剂保持良好的流动性，以保证施胶的顺利进行。
热压温度为150摄氏度至175摄氏度，压强为1.2兆帕至3.5兆帕，热压时间为40秒至 80秒/每毫米板厚，可以保证在容重为0.4至0.8的范围内生产出合格的中密度纤维板，并保 证产品的组织均匀性和含水率符合质量标准，同时使热稳定性较差的农作物秸秆纤维不过多 地丧失强度和韧性。
本发明的使用天然胶的农作物秸秆中密度纤维板，可以利用资源丰富的农作物秸秆，配 合天然胶，天然蜡或硬脂酸、硬脂酸盐以及储量丰富、无毒无害的阻燃剂，生产出合格的中 密度纤维板，满足社会经济发展的需要，废弃、损毁的使用天然胶的农作物秸秆中密度纤维 板可以在自然条件下实现完全的降解，不会对环境产生任何不可逆的破坏，使农作物秸秆中 密度纤维板的生产和使用实现了完全的可持续性和可循环性，对于社会经济建设，资源循环 利用和环境保护具有显著的现实意义和历史意义。
具体实施例方式
本发明的使用天然胶的农作物秸秆中密度纤维板，主要原料包括农作物秸秆纤维、粘合 剂、防水与润滑剂、阻燃剂。 一般情况下用作粘合剂的天然胶包括桃胶、松香胶、淀粉胶、 槐豆胶、阿拉伯胶、果胶、拷胶粘合剂等植物胶，和骨胶、皮胶、明胶、鱼鳔胶、蛋白胶、 虫胶等动物胶，在一个配方中可以使用一种天然胶，也可以同时使用多种天然胶，利用这种 方法，可以针对不同的天然胶的不同的性能，组合成适用于不同性能的中密度纤维板的天然 胶配方。在某些天然胶供应紧张时，利用这种方法，也可以使用若干种供应充足的天然胶组 合成性能合格的天然胶配方。天然胶的用途广范，在食品、医药、化妆品等制造领域都有应 用，在农用秸秆中密度纤维板制造中使用的天然胶的性能要求，与食品、医药、化妆品等领 域使用的天然胶的性能要求有所不同，在形状、颜色、口感、气味、杂菌含量等指标上要求 较低，因此可以使用部分等级较低的天然胶用于制造中密度纤维板，从而使天然胶的资源得 到更充分的利用，同时也可以降低中密度纤维板的制造成本。
各种原料按重量计算的配比是农作物秸秆纤维75%~93%，粘合剂1%~8% (干燥)，防 水与润滑剂0.5%~8%，阻燃剂5.5%~23.5%。中密度纤维板的容重范围为0.4至0.8，容重较 小的中密度纤维板，粘合剂的用量较少，容重较大的中密度纤维板，粘合剂的用量较多。
本发明中防水剂与润滑剂的种类和性能相同或相近，因此防水剂与润滑剂合并为一类， 一般情况下常用的防水与润滑剂包括天然蜡、多种硬脂酸和硬脂酸盐，天然蜡中包括棕榈蜡、 小烛树蜡、木蜡、甘蔗蜡、米糠蜡等植物蜡，和虫蜡、蜂蜡、鲸蜡、羊毛蜡、紫胶蜡、蜜蜡 等动物蜡。 一个配方中可以使用一种防水与润滑剂，也可以同时使用多种防水与润滑剂，并 可以根据各种防水与润滑剂不同的性能，和中密度纤维板不同的使用要求，组合成不同的防 水与润滑剂配方，以满足产品的要求，还可以根据各种防水与润滑剂的供应情况调整配方， 在满足性能要求的前提下，保证防水与润滑剂的供应。对防水性无特殊要求时，防水与润滑 剂可用较小量，对防水性要求较高时，防水与润滑剂可用较大量，并可增加天然蜡在防水与 润滑剂中的含量，以获得更好的防水性。
本发明使用的阻燃剂包括二氧化硅、氢氧化铝、氢氧化镁、氧化铝、氧化镁及碳酸钙等 无毒无害的阻燃剂，可以使用一种，也可以同时使用多种。选择阻燃剂的要求是，既要保证 阻燃效果好，也要保证在高温或燃烧的条件下不会释放有毒有害物质。在阻燃要求较高时， 二氧化硅，尤其是纳米级气相法二氧化硅具有更优秀的性能，可以优先选用。
使用天然胶的农作物秸秆中密度纤维板的制造方法是(1)将分离好的农作物秸秆纤维、 防水与润滑剂、阻燃剂混合，(2)使用复水的天然胶粘合剂均匀施胶，(3)按照使用天然胶 的农作物秸秆中密度纤维板制成品的密度和厚度所需原料的密度和厚度进行铺装，(4)预压，
(5)热压，(6)裁边。可以使用的农作物秸秆包括麦秸、稻秸、玉米秸、高粱秸、豆秸、棉 秸、麻秸等各类农作物秸秆，制备农作物秸秆纤维时，将农作物秸秆切成15毫米至30毫米 长度的小段，使用化学、机械或化学机械的方法将纤维分离，为了减少对环境的污染，首选 机械方法进行纤维分离，其次可以选择碱法或氨法等化学方法以及化学机械方法进行纤维分 离。使用化学或化学机械方法进行纤维分离时，废液一定要进行充分的环保处理，以防止污 染环境。农作物秸秆进行纤维分离过程中，使用筛分法或洗浆法将纤维与非纤维成分分离， 为保证中密度纤维板的质量，获得的农作物秸秆纤维中的长度大于5毫米的纤维应占纤维总 量的50%以上。分离出的非纤维成分可以提取木质素，或作为提取碳的原料，或用作制取燃 料或肥料等用途。
防水与润滑剂破碎成小于5毫米的颗粒备用。
阻燃剂粉碎成微粉备用，直径要小于0.03毫米。
用作粘合剂的天然胶中的大部分是水溶胶，可以用水作为溶剂制取胶液，为了尽量减少 原料中水的含量，以减少热压工序中的热压时间，提高工效并减少能耗，应尽量减少天然胶 复水时的用水量，为此复水在60摄氏度至90摄氏度的温度范围内进行， 一般情况下水溶性 天然胶的复水率控制在50%至70%，使配好的胶液在保证良好的流动性的情况下具有较低的 含水量。个别的天然胶(例如虫胶)不是水溶胶，需要有针对性地使用有效溶剂制备胶液， 为了减少对环境的破坏，对于虫胶，优选无害型溶剂——乙醇作为溶剂制备胶液。
将农作物秸秆纤维、防水与润滑剂及阻燃剂按配方比例混合均匀后进行施胶，为了防止 胶液在施胶的过程中凝冻，施胶在60摄氏度至90摄氏度的环境温度范围内进行，防水与润 滑剂在这一温度范围内具有一定的流动性，因此在施胶的搅拌过程中可以分散均匀。
施胶后的原料按照成品中密度纤维板的密度和厚度所需的原料密度和厚度进行铺装，铺 装后的原料进行预压，以减少板坯中的空气含量，增加板坯的强度并减小板坯的厚度，以方 便热压工序的进行。
热压温度为150摄氏度至175摄氏度，根据中密度纤维板容重的不同，压强为1.2兆帕 至3.5兆帕，容重小的中密度纤维板使用较小的压强，容重大的中密度纤维板使用较大的压 强。推荐使用蒸汽热源。在热压阶段用微波对板坯进行辅助加热，由于微波的穿透力强，加
热深度大、升温快，有利于加快板坯内部的水分蒸发，提高产品内部含水率的一致性，减少 热压时间，减少能耗。微波辅助加热可以在热压前进行，也可以与热压同时进行。热压时间 为40秒至80秒/每毫米板厚。
热压后的中密度纤维板经过裁边，就成为农作物秸秆中密度纤维板的成品，如果买方要 求，还可以进行表面砂光、定厚砂光等后续加工。
本发明的应用范围，不局限于上述实施例，凡是在农作物秸秆纤维板的制造中使用各类 天然胶作为粘合剂，在热压阶段使用微波作为辅助热源的方法，均属于本发明的保护范围。
权利要求
1.使用天然胶的农作物秸秆中密度纤维板，原料包括农作物秸秆纤维、粘合剂、防水与润滑剂、阻燃剂，其特征在于所述粘合剂是天然胶，包括桃胶、松香胶、淀粉胶、槐豆胶、阿拉伯胶、果胶、拷胶粘合剂等植物胶，和骨胶、皮胶、明胶、鱼鳔胶、蛋白胶、虫胶等动物胶，可以使用一种，也可以同时使用多种。
2、 权利要求1所述的使用天然胶的农作物秸秆中密度纤维板，其特征在于各种原料按 重量计算的配比是农作物秸秆纤维75%~93%，粘合剂1%~8% (干燥)，防水与润滑剂 0.5% 8%，阻燃剂5.5%~23.5%。
3、 权利要求1所述的使用天然胶的农作物秸秆中密度纤维板，其特征在于所述防水与 润滑剂是包括植物蜡和动物蜡的天然蜡、硬脂酸或硬脂酸盐，可以使用一种，也可以同时使 用多种。
4、 权利要求1所述的使用天然胶的农作物秸秆中密度纤维板，其特征在于所述阻燃剂包括二氧化硅、氢氧化铝、氢氧化镁、氧化铝、氧化镁及碳酸钙等无毒无害的阻燃剂，可以 使用一种，也可以同时使用多种。
5、 权利要求1所述的使用天然胶的农作物秸秆中密度纤维板的制造方法是(1)将分离好的农作物秸秆纤维、防水与润滑剂、阻燃剂混合，(2)使用复水的天然胶粘合剂均匀施胶， (3)按照使用天然胶的农作物秸秆中密度纤维板制成品的密度和厚度所需原料的密度和厚度 进行铺装，(4)预压，(5)热压，(6)裁边，其特征在于热压阶段使用微波对原料进行辅助加热。
6、 权利要求5所述的使用天然胶的农作物秸秆中密度纤维板的制造方法，其特征在于所述农作物秸秆纤维使用化学、机械或化学机械方法将农作物秸秆中的纤维与非纤维成份分离，并使长度不小于5毫米的纤维占到纤维总量的50%以上。
7、 权利要求5所述的使用天然胶的农作物秸秆中密度纤维板的制造方法，其特征在于所述粘合剂中水溶性粘合剂的复水在60摄氏度至90摄氏度的温度范围内进行，复水率为50% 至70%。
8、 权利要求5所述的使用天然胶的农作物秸秆中密度纤维板的制造方法，其特征在于 所述水溶性粘合剂的施胶在60摄氏度至90摄氏度的环境温度范围内进行。
9、 权利要求5所述的使用天然胶的农作物秸秆中密度纤维板的制造方法，其特征在于 热压温度为150摄氏度至175摄氏度，压强为1.2兆帕至3.5兆帕，热压时间为40秒至80秒 /每毫米板厚。
全文摘要
使用天然胶的农作物秸秆中密度纤维板，原料包括农作物秸秆纤维、粘合剂、防水与润滑剂、阻燃剂，粘合剂是天然胶，包括植物胶和动物胶。防水与润滑剂是天然蜡、硬脂酸或硬脂酸盐。阻燃剂是无毒无害的阻燃剂。各种原料按重量计算的配比是农作物秸秆纤维75％～93％，粘合剂1％～8％(干燥)，防水与润滑剂0.5％～8％，阻燃剂5.5％～23.5％。各种原料经过混合、施胶、铺装、预压、热压、裁边后制成成品，在热压阶段使用微波进行辅助加热。本发明的使用天然胶制造的农作物秸秆中密度纤维板，废弃、损毁后可以在自然条件下实现完全的降解，不会对环境产生任何不可逆的破坏，使农作物秸秆中密度纤维板的生产和使用实现了完全的可持续性和可循环性，具有显著的现实意义和历史意义。
文档编号B27N3/08GK101367227SQ20081022238
公开日2009年2月18日 申请日期2008年9月18日 优先权日2008年9月18日
发明者张东旭 申请人:张东旭