油茶基碎料板及其制备方法与流程

1.本发明涉及农林废弃物利用及复合材料技术领域，具体而言，涉及一种油茶基碎料板及其制备方法。


背景技术：

2.油茶是我国特有的木本食用油料树种，盛产分布在湖南、江西、广西等中国中南部省份。2019年，中国油茶年产量达到440万公顷，收获果实240万吨。优质食用油主要从种子中提取，其中油茶壳残留物等主要副产品仍占总产量的50％～60％，约180万吨/年。
3.农业废弃物利用的局限性，部分是由于缺乏实用的再利用方法，以及对油茶壳的化学和物理性质的不了解，因此通过燃烧和直接废弃成为油茶果壳废物处置的主要方法，也造成一系列环境污染。因此，油茶果壳大宗工业化利用对延伸油茶产业链、提升油茶产业附加值和改善生态环境具有重要的意义，不仅可以降低环境污染，而且可同时创造可观的生态、经济和社会效益。
4.在木质资源供不应求且农林剩余物寻求多途径合理利用的背景下，发展以农林剩余物为原料制备人造板材成为有效的利用途径，既可缓解林业发展因原料短缺面临的压力，又为丰富的农林剩余物资源提供了更合理的利用方式。自20世纪初提出利用农林废弃物制备人造板以来，有关利用麦秸、麻类、稻壳及玉米等秸秆制备碎料板的研究取得了大量的成果。我国现有碎料板年产量已接近2600万m3。
5.目前，对于油茶果壳制备人造板的研究尚处于研究起步阶段，仍存在许多问题有待解决。例如，现有的利用油茶果壳制备碎料板的方法通常需要微波辐射或长时间热水浸泡后再经过氢氧化钠溶液处理，存在废液回收及环境污染等潜在问题；现有的植物纤维刨花板通常需要使用含异氰酸酯的胶黏剂，在加工时需要较高的温度进行固化(220℃～235℃)，加工难度较大，异氰酸酯类胶黏剂价格高昂，增加了板材的生产费用，不利于碎料板的工业发展。
6.基于此，有必要开发一种成本低、加工方便、环境友好、性能优良的碎料板及其相应的制备工艺。


技术实现要素：

7.本发明的主要目的在于提供一种油茶基碎料板及其制备方法，旨在保证碎料板具有良好的物理机械性能和尺寸稳定性的情况下，降低生产成本、减少环境污染。
8.为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种油茶基碎料板，该油茶基碎料板为表层、芯层和表层依次复合形成的三明治结构碎料板，表层和芯层均以油茶果壳碎料和木质刨花为主要原料，加入胶黏剂胶合形成；胶黏剂为三聚氰胺改性脲醛树脂胶黏剂。
9.本发明的油茶基碎料板，以油茶果壳碎料和木质刨花为主要原料，以三聚氰胺改性脲醛树脂作为表层和芯层原料的胶黏剂，在保证碎料板具有良好的物理机械性能和尺寸
稳定性的情况下，有效地降低了油茶基碎料板的生产成本，并且减少了环境污染，有利于实现油茶基碎料板的产业化生产。
10.进一步地，三聚氰胺改性脲醛树脂胶黏剂由尿素和三聚氰胺在甲醛溶液中发生甲基化反应，然后在酸性溶液中进行缩聚反应，再分批次加入两批尿素反应得到。
11.进一步地，表层中油茶果壳碎料占油茶果壳碎料与木质刨花总质量的10％～30％；芯层中油茶果壳碎料占油茶果壳碎料与木质刨花总质量的10％～30％；油茶基碎料板中表层和芯层的质量比为(20～50)：(60～80)。
12.进一步地，表层的施胶量为8％～12％；芯层的施胶量为5％～8％。
13.进一步地，油茶果壳为山茶科山茶属油茶。
14.进一步地，表层中的木质刨花的长度为1mm～9mm，其中，长度为1mm～5mm的木质刨花占表层中木质刨花总质量的60％～67％，长度为5mm～9mm的木质刨花占表层中木质刨花总质量的20％～30％。
15.进一步地，芯层中的木质刨花的长度为6mm～30mm，其中，长度为6mm～12mm的木质刨花占芯层中木质刨花总质量的30％～35％，长度为12mm～30mm的木质刨花占芯层中木质刨花总质量的60％～65％。
16.进一步地，表层中的油茶果壳碎料主要为18目～80目的油茶果壳颗粒，其中，18目～40目的油茶果壳颗粒占表层中油茶果壳碎料总质量的30％～40％，40目～80目的油茶果壳颗粒占表层中油茶果壳碎料总质量的40％～50％。
17.进一步地，芯层中的油茶果壳碎料中，长4mm～18mm、宽3mm～15mm、厚2.5mm～7mm的碎料占芯层中油茶果壳碎料总质量的25％～30％，长5mm～10mm、宽2mm～5mm、厚2mm～5mm的碎料占芯层中油茶果壳碎料总质量的40％～45％，长1mm～5mm、宽1mm～3mm、厚1mm～3mm的碎料占芯层中油茶果壳碎料总质量的25％～30％。
18.根据本发明的另一方面，提供了一种上述的油茶基碎料板的制备方法，包括以下步骤：
19.将表层用的油茶果壳碎料和木质刨花混合，然后将胶黏剂经加压喷嘴雾化后对表层混合料施胶，得到表层；
20.将芯层用的油茶果壳碎料和木质刨花混合，然后将胶黏剂经加压喷嘴雾化后对芯层混合料施胶，得到芯层；
21.按表层、芯层、表层的顺序进行分层铺装，然后进行预压，再进行分段热压，最后泄压，得到三明治结构的油茶基碎料板。
22.进一步地，胶黏剂通过如下方法制备得到：
23.s1.将第一部分尿素和三聚氰胺，添加到甲醛溶液中，进行甲基化反应；
24.s2.甲基化反应完成后，调节体系ph至酸性，中进行缩聚反应，直到反应物达到目标粘度；
25.s3.调整体系ph至碱性，然后间隔30min加入第二部分尿素和第三部分尿素，自然冷却，得到三聚氰胺改性脲醛树脂胶黏剂；
26.其中，第一部分尿素占尿素总质量的25％～33％，第二部分尿素占尿素总质量的28％～35％，第三部分尿素占尿素总质量的30％～40％。
27.进一步地，预压的压力为2.0mpa～3.0mpa。
28.进一步地，分段热压的温度为160℃～180℃。
29.进一步地，分段热压的压力曲线为：先在4.0mpa压力下热压25s，然后在1.2mpa压力下热压75s，然后在2.2mpa压力下热压50s，然后在0.8mpa压力下热压50s，然后泄压。
30.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
31.1、本发明的油茶基碎料板在材料制备及板材加工方面不需对现有设备进行额外调整，油茶果壳也不需要进一步化学处理，减少了不必要的环境污染和加工工序，同时也显著提高了生产效率，实现油茶果基碎料板产业化生产。
32.2、本发明的油茶基碎料板的表层和芯层中使用低甲醛的三聚氰胺改性脲醛树脂胶粘剂，降低了游离甲醛释放量，未使用异氰酸酯胶粘剂，降低了板材热压温度，减少了能耗。
33.3、本发明的油茶基碎料板不仅保证了板材良好的物理力学性能，而且在加入极少量石蜡的情况下使板材具备了优异的吸湿厚度膨胀率。
附图说明
34.图1为油茶果壳和桉木的接触角测试图。其中，(a)、(d)分别为油茶果壳外层测试时间为10s和60s时的图像，(b)、(e)分别为油茶果壳内层测试时间为10s和60s时的图像，(c)、(f)分别为桉木测试时间为10s和60s时的图像。
35.图2为油茶果壳的电镜能谱分析图。其中，(a)为外表面，(b)为内表面，(c)为横断面，每个图的正下方为对应的能谱。
36.图3为油茶果壳和桉木的傅里叶红外光谱、x射线衍射、热重分析测试图。其中，(a)为红外光谱图，(b)为x射线衍射图，(c)为失热分析图，(d)为热重分析图；图中曲线a表示桉木，曲线b表示油茶果壳。
具体实施方式
37.为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
38.除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
39.除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
40.实施例1：
41.一种本发明实施例的油茶基碎料板，该油茶基碎料板为表层、芯层和表层依次复合形成的三明治结构碎料板。其中，表层和芯层均以油茶果壳碎料和木质刨花为主要原料，加入胶黏剂胶合形成；胶黏剂采用三聚氰胺改性脲醛树脂胶黏剂。
42.该油茶基碎料板的制备方法如下：
43.1)采用环式刨片机得到粉状的茶油果壳碎料和块状的木质刨花；
44.2)将茶油果壳碎料和木质刨花分别经滚筒式热干机干燥至含水率为6％以下，滚筒式热干机的进料口温度设定为160℃，出料口温度设定为130℃；
45.3)将干燥后的茶油果壳碎料与木质刨花过筛筛分，得到芯层、表层用的油茶果壳碎料和木质刨花，筛分后得到的尺寸为：表层中的木质刨花的长度为1mm～9mm，其中，长度为1mm～5mm的木质刨花占表层中木质刨花总质量的67％，长度为5mm～9mm的木质刨花占表层中木质刨花总质量的25％；芯层中的木质刨花的长度为6mm～30mm，其中，长度为6mm～12mm的木质刨花占芯层中木质刨花总质量的35％，长度为12mm～30mm的木质刨花占芯层中木质刨花总质量的60％；
46.油茶果壳表层用细碎料由18目～80目细颗粒组成，其中，18目～40目的油茶果壳颗粒占表层中油茶果壳碎料总质量的34％，40目～80目的油茶果壳颗粒占表层中油茶果壳碎料总质量的45％；芯层中的油茶果壳碎料中，长4mm～18mm、宽3mm～15mm、厚2.5mm～7mm的碎料占芯层中油茶果壳碎料总质量的27％，长5mm～10mm、宽2mm～5mm、厚2mm～5mm的碎料占芯层中油茶果壳碎料总质量的43％，长1mm～5mm、宽1mm～3mm、厚1mm～3mm的碎料占芯层中油茶果壳碎料总质量的28％；
47.4)气力分选，将过筛筛分后的芯层与表层原料通过气力分选去除杂质(如石子)后分别输送至芯、表层料仓备用；
48.5)三聚氰胺改性脲醛树脂胶黏剂的制备
49.s1.称取尿素(占总尿素质量的32.2％)和三聚氰胺(总树脂重量的3％)，添加到甲醛溶液中，以发生甲基化反应；
50.s2.甲基化反应完成后，使用质量分数20％的甲酸将体系ph调节至5.0，进行缩聚反应，直到反应物达到目标粘度；
51.s3.调整溶液体系ph至8.0，然后间隔30min加入第二部分尿素(总尿素的31.3％)和第三部分尿素(总尿素的36.5％)，待自然冷却后得到低甲醛的三聚氰胺改性脲醛树脂胶粘剂；
52.6)混料施胶：将油茶果壳碎料与木质刨花按照不同粒径，即芯、表层按照质量比40:60铺装，油茶果壳按照占总颗粒质量比10％与木质刨花(占90％)进行混合；将胶粘剂、石蜡(占总胶质量1％)、固化剂(20％hcooh，占总胶质量1％)按照比例混合后，经加压喷嘴雾化后对表、芯层混合刨花施胶，表层的施胶量为10％，芯层的施胶量为8％；得到表层和芯层板材；
53.7)连续热压：按表层、芯层和表层的顺序进行分层铺装，将铺装好的板材经连续热压机进行热压，预压压力为2.0mpa；热压采用分段热压，热压温度为180℃，分段热压的压力曲线为：先在4.0mpa压力下热压25s，然后在1.2mpa压力下热压75s，然后在2.2mpa压力下热压50s，然后在0.8mpa压力下热压50s，然后泄压；
54.8)卸压后经翻板式晾置于室温条件下24h，用于测试其性能。
55.按照gb/t14074
‑
2006“木材胶粘剂及其树脂检验方法”，对三聚氰胺改性脲醛树脂胶粘剂的性能进行检测。检测结果如表1所示。
56.从表1可知，本发明所制备的三聚氰胺改性脲醛树脂胶黏剂的甲醛释放量可满足木质人造板e1要求，具备合理的粘度及固化时间。
57.表1自制改性脲醛树脂胶粘剂物理、化学性能
[0058] 固含量％粘度mpa
·
sph甲醛释放量％固化时间s胶粘剂52.5
±
2.660.8
±
3.38.3
±
0.30.18
±
0.05119.8
±
15.9
[0059]
按照gb/t4987
‑
2015“刨花板”对本发明实施例制备而成的碎料板的性能进行检测，其检测结果如表2所示。
[0060]
实施例2：
[0061]
一种本发明实施例的油茶基碎料板，该油茶基碎料板的制备方法与本发明实施例1大致相同，其区别仅在于：表层和芯层的原料中，油茶果壳碎料占油茶果壳碎料和木质刨花总质量的30％，而木质刨花占油茶果壳碎料和木质刨花总质量的70％。
[0062]
该实施例所制备的油茶基碎料板的性能检测结果如表2所示。
[0063]
对比例1：
[0064]
一种碎料板，该碎料板的制备方法与本发明实施例1大致相同，其区别在于：表层和芯层的碎料原料全部为木质刨花，不添加油茶果壳碎料。
[0065]
该对比例所制备的碎料板的性能检测结果如表2所示。
[0066]
对比例2：
[0067]
一种碎料板，该碎料板的制备方法与本发明实施例1大致相同，其区别在于：表层和芯层的碎料原料全部为油茶果壳碎料，不添加木质刨花。
[0068]
该对比例所制备的碎料板的性能检测结果如表2所示。
[0069]
表2实施例1～2以及对比例1～2制得的碎料板的理化性质
[0070][0071]
从表2中数据可以看出，按照实施例1～2制备得到的油茶基碎料板的物理力学性能均能满足对应国家指标，与100％木质碎料板各项性能相当，完全可以用于家居装饰及部分建筑装修领域。
[0072]
对油茶果壳的表层和内层以及桉木进行接触角测试，测试结果如图1所示。由图1可见，油茶果壳具有一定的疏水功能，这有益于延长碎料板复合材的使用寿命，扩大其使用范围。
[0073]
对油茶果壳的内外层、横截面进行扫描电镜测试，并进行能谱分析。其测试结果如图2所示。由图2可见，油茶果壳中含有硅、铝等金属元素，这在一定程度上增加了碎料板的抗菌阻燃性能。
[0074]
对油茶果壳和桉木进行傅里叶红外光谱、x射线衍射分析和热重分析，采用桉木作为对比，分析谱图如图3所示。以上分析从不同的角度说明了油茶果壳制备的复合材料碎料板的热性能得到改善。
[0075]
总的来说，本发明综合考虑生产实际与成本，采用油茶果壳碎料与木质刨花混合
作为表层和芯层的原料，采用低甲醛的三聚氰胺改性脲醛树脂胶黏剂压制油茶果壳复合材，所制备的油茶基碎料板不仅具有良好的物理机械性能，而且显著降低了碎料板的生产成本、提高了生产效率、减少了对环境的污染。
[0076]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。