一種酶/介體體系活化玉米秸稈製造阻燃碎料板的方法

2023-05-26 13:48:41

專利名稱：一種酶/介體體系活化玉米秸稈製造阻燃碎料板的方法
技術領域：
本發明涉及一種酶/介體體系活化玉米秸杆製造阻燃碎料板的方法，屬於人造板製造方法類。
背景技術：
目前木材工業中，人造板製品基本都使用膠黏劑，以石油為原料的「三醛」膠會引起游離甲醛釋放，汙染室內環境，為了擺脫對「三醛」膠的依賴，利用綠色酶催化技術製備無膠人造板應運而生。同時由於人造板的易燃性，限制了其在家具和室內裝修領域的應用，因此阻燃處理對人造板勢在必行。我國是農業大國，擁有豐富的農作物秸杆資源，年收穫風乾秸杆資源量已達7億噸，其中玉米秸杆約為2. 6億噸，稻草約為2. 2億噸，麥秸約為I. 5億噸。目前我國秸杆資源的利用率僅為33%，其中經技術處理後利用率僅佔2. 6%，其餘大部分秸杆被作為廢棄物焚燒掉或是僅作為燃料，不僅造成了自然資源的浪費，而且加重環境汙染。漆酶作為一種酚氧化酶，在氧氣的作用下能夠催化氧化生成苯氧基自由基，使自由基之間通過交叉耦合、分子纏結和共價鍵作用來實現原料自身自膠合性能。目前國內外主要研究方向有木質纖維板生產工藝、活化處理條件探索、催化氧化工業木素製備膠黏劑等。仿照酶活化木質纖維生產纖維板技術，WU採用白腐菌活化玉米杆製備了無膠玉米杆纖維板，其工藝為將長度為40-50mm的玉米杆碎料置於白腐菌培養基中，28V反應28天，不需要添加膠黏劑，製得密度為0. 39g/cm3的低密度纖維板，但活化效率低，處理時間長，且纖維板的靜曲強度和彈性模量偏低，不能滿足實際應用的要求。由於漆酶的氧化還原電位低於木質素過氧化酶的氧化還原電位，只能氧化部分非酚類木質素，其數量少於木質素種類的20%,僅靠漆酶活化秸杆碎料製得的非木質碎料板不能達到理想的力學強度，向漆酶體系中引入介體後，此體系不但能氧化酚類木質素，也能夠氧化非酚類木質素，從而有效加強非木質碎料板的力學性能。基於漆酶活化作用及較低的人造板生產效率，本專利發明了以漆酶/介體體系對玉米秸杆原料進行生物活化改性，使原料之間產生生物粘合劑，重要的是提高生產效率，減少化學膠黏劑的使用，從而擺脫傳統秸杆類人造板對昂貴膠黏劑的依賴，同時以成本低廉且阻燃效果良好的磷酸二氫銨為阻燃劑，通過熱壓制的阻燃碎料板可達到相應國家標準，使其具有環保和阻燃雙重效果。

發明內容
本發明要解決的技術問題是如何克服現有技術的上述缺陷，提供一種酶/介體體系活化玉米秸杆製造阻燃碎料板的方法。為解決上述技術問題，提出酶/介體體系活化玉米秸杆製造阻燃碎料板的方法，其特徵在於將玉米秸杆經皮穰處理及粉碎機粉碎處理後得到玉米秸杆碎料，採用酶/介體體系活化預處理玉米秸杆碎料，添加磷酸二氫銨阻燃劑，通過熱壓工藝製得玉米秸杆阻燃碎料板。一種酶/介體體系活化玉米秸杆製造阻燃碎料板的方法，包括下述步驟I)原料製備及加工將I重量份的風乾玉米秸杆切斷分割去掉杆梢，經皮穰處理後得0. 8-0. 9重量份的玉米秸杆杆皮，削片長10-30cm，經粉碎機粉碎處理，得到第一次製備40-60目的0. 6-0. 8重量份的玉米秸杆碎料，經80-100°C的熱風在乾燥機中乾燥，控制含水率在8%以下，得到最後製備的0. 5-0. 6重量份的玉米秸杆碎料；2)酶液配置在醋酸/醋酸鈉緩衝溶液中配置pH為4. 0-6. 0，酶濃度為35-135U/ml和介體濃度為2-8mmol/L的6_8重量份的酶液；3)酶活化將步驟I)所得最後製備的0. 5-0. 6重量份的玉米秸杆碎料與步驟2)所得6-8重量份的酶液置於反應容器中混合均勻，於40-60°C活化處理，活化過程中通入空氣並不斷攪拌，活化時間為30-360分鐘，得到0. 3-0. 5重量份的玉米秸杆碎料；4)乾燥和鋪裝將步驟3)所得酶活化後的0. 3-0. 5重量份的玉米秸杆碎料自重脫水，加入固體含量為50%的0. 05-0. 10重量份的磷酸二氫銨和003-0. 030重量份的石蠟乳液，再置於真空乾燥箱中80°C真空脫水，含水率控制在12-18%時手工鋪裝，預壓得到0. 35-0. 60重量份的玉米秸杆碎料板；5)熱壓將步驟4)所得鋪裝好的0. 35-0. 60重量份的玉米秸杆碎料板按照碎料板密度為0. 80-0. 88g/cm3的標準於熱壓溫度為150_190°C，熱壓壓力為2_15MPa，熱壓時間為100-300s/mm的熱壓工藝進行熱壓，然後在常溫下冷卻，裁邊砂光，即製成酶活化玉米秸杆阻燃碎料板。作為優化，所述酶為真菌漆酶，所述介體為合成介體和天然介體兩種。作為優化，所述合成介體優選ABTS、HBT、HPI或NHA。作為優化，所述天然介體優選丁香醛、乙醯丁香酮、香草醛或乙醯香蘭酮。作為優化，按照玉米秸杆的體積分數為2-4%進行生物改性作為優化，整個生產過程不添加任何化學膠黏劑。該酶活化玉米秸杆阻燃碎料板，其內結合強度值為0.48-0. 58MPa，靜曲強度為16-19MPa，2h吸水厚度膨脹率為4-5%，平均釋熱速率為73_75kW/m2，總釋熱量為68-70MJ/m2,引燃時間為32-40s。本發明酶/介體體系活化玉米秸杆製造碎料板的方法是利用酶/介體體系活化玉米秸杆碎料，提高酶活化溫度，有效地減少處理時間，此工藝中不添加化學膠黏劑，擺脫傳統秸杆類人造板對昂貴膠黏劑的依賴，在熱壓和使用期間無游離甲醛釋放，對人體和環境無汙染，同時以成本低廉且阻燃效果良好的磷酸二氫銨作為阻燃劑，使其具有環保和阻燃雙重效果。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明做更詳細的描述。實施例一I)原料製備及加工將IOOkg的風乾玉米秸杆切斷分割去掉杆梢，經皮穰處理後得85kg的玉米秸杆杆皮，削片長10-30cm，經粉碎機粉碎處理，得到第一次製備40-60目的62kg的玉米秸杆碎料，經80-100°C的熱風在乾燥機中乾燥，控制含水率在8%以下，得到最後製備的54kg的玉米秸杆碎料。2)酶液配置在醋酸/醋酸鈉緩衝溶液中配置pH為4. 0，漆酶濃度為55U/ml和ABTS濃度為3. 5mmol/L的650kg的酶液。試驗所用的漆酶活性值為116U/ml，一個酶活單位(U)指一定反應條件下每分鐘催化I y mo I愈創木酹轉化為產物所需要的酶量。3)酶活化將步驟I)所得最後製備的54kg的玉米秸杆碎料與步驟2)所得650kg的酶液置於反應容器中混合均勻，於40-60°C活化處理，活化過程中通入空氣並不斷攪拌，活化時間為90分鐘，得到37kg的玉米秸杆碎料。4)乾燥和鋪裝將步驟3)所得酶活化後的37kg的玉米秸杆碎料自重脫水，加入固體含量為50%的3. 6kg的磷酸二氫銨和0. 15kg的石蠟乳液，再置於真空乾燥箱中80°C真空脫水，含水率控制在12-18%時手工鋪裝，預壓得到42. 5kg的玉米秸杆碎料板。5)熱壓將步驟4)所得鋪裝好的42. 5kg的玉米秸杆碎料板在熱壓溫度為160°C，熱壓壓力為5MPa，熱壓時間為lOOs/mm的熱壓工藝下進行熱壓，然後在常溫下冷卻，裁邊砂光，即製成密度為0. 83g/cm3的酶活化玉米秸杆阻燃碎料板。該密度為0. 83g/cm3的酶活化玉米秸杆阻燃碎料板的內結合強度值為0. 48MPa，靜曲強度為17. 6MPa，2h吸水厚度膨脹率為5%，平均釋熱速率為75kW/m2，總釋熱量為70MJ/m2，引燃時間為40s。水作對照樣IB小於0. IMPa，脲醛膠對照樣內結合強度為0. 67MPa，對照樣的平均釋熱速率為106kW/m2，總釋熱量為89MJ/m2，引燃時間為64s。實施例二 I)原料製備及加工將IOOkg重量份的風乾玉米秸杆切斷分割去掉杆梢，經皮穰處理後得81kg的玉米秸杆杆皮，削片長10-30cm，經粉碎機粉碎處理，得到第一次製備40-60目的52kg重量份的玉米秸杆碎料，經80-100°C的熱風在乾燥機中乾燥，控制含水率在8%以下，得到最後製備的43kg重量份的玉米秸杆碎料。2)酶液配置在醋酸/醋酸鈉緩衝溶液中配置pH為4. 5，漆酶濃度為120U/ml和香草醛濃度為6. OmmoI/L的550kg的酶液。試驗所用的漆酶活性值為116U/ml，一個酶活單位(U)指一定反應條件下每分鐘催化I y mo I愈創木酹轉化為產物所需要的酶量。3)酶活化將步驟I)所得最後製備的43kg重量份的玉米秸杆碎料與步驟2)所得550kg的酶液置於反應容器中混合均勻，於55°C活化處理，活化過程中通入空氣並不斷攪拌，活化時間為240分鐘，得到36kg的玉米秸杆碎料。4)乾燥和鋪裝將步驟3)所得酶活化後的36kg的玉米秸杆碎料自重脫水，加入固體含量為50%的9. 6kg的磷酸二氫銨和0. 18kg的石蠟乳液，再置於真空乾燥箱中80°C真空脫水，含水率控制在12-18%時手工鋪裝，預壓得到43. 8kg的玉米秸杆碎料板。5)熱壓將步驟4)所得鋪裝好的43. 8kg的玉米秸杆碎料板按照碎料板密度為
0.85g/cm3的標準於熱壓溫度為165°C，熱壓壓力為12MPa，熱壓時間為200s/mm的熱壓工藝進行熱壓，然後在常溫下冷卻，裁邊砂光，即製成密度為0. 87g/cm3的酶活化玉米秸杆阻燃碎料板。該密度為0. 87g/cm3的酶活化玉米秸杆阻燃碎料板的內結合強度值為0. 56MPa，靜曲強度為20. 6MPa，2h吸水厚度膨脹率為4%，平均釋熱速率為73kW/m2，總釋熱量為68MJ/m2，引燃時間為36s。採用本發明製造的酶/介體體系活化玉米秸杆阻燃碎料板，其力學性能達到國內外報導採用膠黏劑的玉米秸杆碎料板性能，同時平均釋熱速率< 75kW/m2，總釋熱量(70MJ/m2，引燃時間彡40s,則燃燒性能基本達到GB/T8624-2006的C級，兼具環保和阻燃的雙重優點。上述具體實施例僅是本發明的具體個案，本發明的專利保護範圍包括但不限於上述具體實施例，任何符合本發明權利要求書所述的酶/介體體系活玉米秸杆製造阻燃碎料板的方法都落入本發明的專利保護範圍。·
權利要求
1.一種酶/介體體系活化玉米秸杆製造阻燃碎料板的方法，其包括下述步驟1)原料製備及加工將I重量份的風乾玉米秸杆切斷分割去掉杆梢，經皮穰處理後得O. 8-0. 9重量份的玉米秸杆杆皮，削片長10-30cm，經粉碎機粉碎處理，得到第一次製備 40-60目的O. 6-0. 8重量份的玉米秸杆碎料，經80-100°C的熱風在乾燥機中乾燥，控制含水率在8%以下，得到最後製備的O. 5-0. 6重量份的玉米秸杆碎料；2)酶液配置在醋酸/醋酸鈉緩衝溶液中配置pH為4.0-6. O,酶濃度為35-135U/ml和介體濃度為2-8mmol/L的6_8重量份的酶液；3)酶活化將步驟I)所得最後製備的O.5-0. 6重量份的玉米秸杆碎料與步驟2)所得 6-8重量份的酶液置於反應容器中混合均勻，於40-60°C活化處理，活化過程中通入空氣並不斷攪拌，活化時間為30-360分鐘，得到O. 3-0. 5重量份的玉米秸杆碎料；4)乾燥和鋪裝將步驟3)所得酶活化後的O.3-0. 5重量份的玉米秸杆碎料自重脫水，加入固體含量為50%的O. 05-0. 10重量份的磷酸二氫銨和003-0. 030重量份的石蠟乳液，再置於真空乾燥箱中80°C真空脫水，含水率控制在12-18%時手工鋪裝，預壓得到O.35-0. 60重量份的玉米秸杆碎料板；5)熱壓將步驟4)所得鋪裝好的O.35-0. 55重量份的玉米秸杆碎料板按照碎料板密度為O. 65-0. 88g/cm3的標準於熱壓溫度為150_190°C，熱壓壓力為2_15MPa，熱壓時間為 100-300s/mm的熱壓工藝進行熱壓，然後在常溫下冷卻，裁邊砂光，即製成酶活化玉米秸杆阻燃碎料板。
2.根據權利要求I所述的酶/介體體系活化玉米秸杆製造阻燃碎料板的方法，其特徵在於所述酶為真菌漆酶，所述介體為合成介體和天然介體兩種。
3.根據權利要求2所述的酶/介體體系活化玉米秸杆製造阻燃碎料板的方法，其特徵在於所述合成介體為ABTS、HBT、HPI或NHA。
4.根據權利要求2所述的酶/介體體系活化玉米秸杆製造阻燃碎料板的方法，其特徵在於所述天然介體為丁香醛、乙醯丁香酮、香草醛或乙醯香蘭酮。
5.根據權利要求I所述的酶/介體體系活化玉米秸杆製造阻燃碎料板的方法，其特徵在於酶/介體體系活化玉米秸杆是按照玉米秸杆的體積分數為2-4%進行生物改性。
6.根據權利要求I所述的酶/介體體系活化玉米秸杆製造阻燃碎料板的方法，其特徵在於所述磷酸二氫銨作為阻燃劑。
7.根據權利要求I所述的酶/介體體系活化玉米秸杆製造阻燃碎料板的方法，其特徵在於整個生產過程不添加任何化學膠黏劑。
全文摘要
本發明涉及一種酶/介體體系活化玉米秸稈製造阻燃碎料板的方法。要解決現有秸稈類人造板的游離甲醛釋放、阻燃性能差和生產成本過高的問題。為此，本發明將玉米秸稈經皮穰處理及粉碎機粉碎處理後得到玉米秸稈碎料，採用酶/介體體系活化預處理玉米秸稈碎料，生成具有較強膠粘作用的物理結構和化學物質，添加適量磷酸二氫銨阻燃劑，通過熱壓工藝製得玉米秸稈阻燃碎料板。本發明工藝簡單，既能節約木材，又能夠提高農業剩餘物的利用率和實用價值。本方法採用酶/介體體系活化玉米秸稈碎料表面，有效地減少酶活化時間，提高生產效率，此工藝中不添加膠黏劑，在熱壓和使用期間無游離甲醛釋放，是一種新型、環保和具有阻燃等功能性的碎料板生產技術。
文檔編號B27N1/00GK102975270SQ20121049268
公開日2013年3月20日 申請日期2012年11月28日 優先權日2012年11月28日
發明者袁媛, 郭明輝 申請人:東北林業大學