一種秸稈粉改性方法和含有改性秸稈粉的粘合劑填料與流程
2023-04-27 05:37:36 4
本發明涉及一種粘合劑填料，具體地講，涉及一種對秸稈進行加工改性製備改性秸稈粉的方法和以所製備的改性秸稈粉為必要原料復配而成的人造板粘合劑填充粉體材料，適用於人造板製造業的粘合劑中。
背景技術：
人造板製造所用的膠粘劑95%以上是熱固性樹脂，受合成條件以及膠液成品包裝貯存要求的限制，合成粘合劑的化工廠售給人造板廠的樹脂膠液含水量60%上下、粘度很低、外觀接近牛奶，若直接滾塗到單板上，膠層太薄而且多半會立即滲透進入木質內部，起不到將單板粘結成為多層板的作用，國內外一直以來主要用小麥麵粉作為增效粉體加入膠液，來增加粘稠度、減少板材的透膠、缺膠和鼓泡等膠合缺陷(吉林林學院學報2000.16載張士成等的論文《麵粉填加量對脈醛樹脂膠合板膠合強度的影響》)。小麥麵粉是我國大部分地區人民的主要食品原料，國內上萬家人造板企業每年共耗用麵粉超過數百萬噸，相當於數千萬人1年的口糧。
農作物秸稈主要由纖維素、半纖維素、木質素等天然高分子物質構成，可以稱為纖維質原料，是地球上產量最大的可再生有機資源。秸稈類纖維質原料只有小部分用作食草動物的飼料，大部分在田間腐爛變成有機肥進入農田。可再生有機資源的浪費現象早已引起人們的重視，但至今沒有找到全面、有效、經濟的利用辦法。在當今世界經濟可持續發展戰略中的能源、糧食、環保等諸多重大問題都與可再生有機資源的利用有關。
人們試圖研發比麵粉廉價的復配粉體來代替麵粉用做人造板粘合劑填料。例如，申請號02151240.X的專利記載：磨細至80目或更細的木粉、玉米芯粉、或秸稈粉15-40重量份、膨潤土、凹凸棒土、或高嶺土45-80重量份；申請號201410537123.9的專利記載：鈉基膨潤土30-60%、粉體麥芽糊精30-50%、玉米芯粉3-20%、核桃殼粉3-20%、稻殼粉220%、聚丙烯醯胺1-5%；申請號201510518202.X的專利記載：用薯類、提取過澱粉的薯渣、花生殼、木粉、粘土、凹凸棒土及增粘劑復配替代麵粉的粘合劑填料；申請號201210441637.5的專利記載：取木薯澱粉廠副產的木薯渣、晾乾粉碎至細度達120目，按重量比為60:40將該木薯渣粉與無機礦物進行混合。這些方案的必要原料包括木粉、玉米芯、秸稈、核桃殼、稻殼、薯渣、花生殼等纖維質原料，我們試驗表明這些纖維質原料用於粘合劑填料存在兩個缺陷：第一個缺陷是粉碎制粉工序能耗太高，例如每生產1噸100目玉米秸粉耗電量高達600度左右；第二個缺陷是這些原料吸水量太高（每克未改性的秸稈粉吸水4克以上），容易導致粘合劑失去水分從而失去粘性，因此以上方案生產的粘合劑填料很難在人造板製造行業推廣應用。
申請號201110225502.0的專利記載：按重量份改性木粉100份、橡子澱粉50-100份、脫硫石膏50-500份；改性木粉由120目的木粉浸透乙二醇水溶液後烘乾而得，此方案把木粉改性後用於粘合劑填料，克服了上述第二個缺陷，但尚未克服第一個缺陷，加工成本高，所生產的粘合劑填料售價比麵粉未顯著降低，所以也很難在人造板製造行業推廣應用。
申請號201110188384.0的專利記載：矽酸鹽礦物5%-35% 、鎂矽酸鹽礦物35%-50%、木屑粉2%-25%、植物蛋白（麵粉或豆粉）15%-40%組成粘合劑填料；申請號2011102255987.3的專利記載：將改性澱粉、聚丙烯醯胺、十二烷基苯磺酸鈉、脫硫石膏按照100 : 1: 0.1 : 300的重量比混合均勻，得到粘合劑填料；這兩個方案使用很多矽酸鹽礦物或石膏，這些原料雖然粉碎工序耗能低於纖維質原料，但其比重顯著大於麵粉或纖維質粉體，使用1噸這類填料所對應的人造板體積產量顯著低於用1噸麵粉所對應的人造板體積產量，因此這類方案生產的粘合劑填料也很難在人造板製造行業推廣應用。
綜上所述，關於人造板粘合劑填料替代麵粉的探索雖然有一些成果，但市場上沒有受用戶歡迎的性價比優於麵粉的復配填料，現實局面離完全替代麵粉的目標還有很大距離。本發明的目的是縮小這個距離。本發明的具體目標：降低纖維質原料的粉碎能耗和吸水量；復配粘合劑填料的配方內少加比重較大的無機礦物、多加比重較小的纖維質原料。
技術實現要素：
秸稈是由植物細胞構成的，其細胞壁是由纖維素分子長鏈通過氫鍵、色散力等超分子作用力相互交織而形成的三維網絡。秸稈粉碎至0.2毫米以下需要消耗很多能源，原因是秸稈內地纖維素網絡具有韌性，秸稈粉吸水量較大的原因是纖維素網絡具有吸水溶脹的化學勢。如果在某種程度上打破其纖維素網絡，就可能使秸稈由韌性變為脆性、由吸水量較大變為吸水量較小。本發明為達到上述目標而採用的技術方案是：將風乾的秸稈破碎至5毫米以下、與弱鹼性水混合、壓縮、烘乾、粉碎，得到改性秸稈粉。在這種加工過程中，壓縮和加熱烘乾都能夠促進弱鹼性水與纖維素分子之間發生物理化學作用而降低纖維素網絡結構強度，從而降低了秸稈的韌性。
把改性秸稈粉與少許無機礦物粉、水溶性聚合物、季銨鹽1631（十六萬基三甲基氯化銨）等復配，製得人造板粘合劑填料。
具體實施方式
將風乾至含水不高於15%的秸稈鍘短破碎成為5毫米以下的碎秸稈，每100質量份碎秸稈與5-50質量份弱鹼性水混合均勻並浸潤至少一小時，然後壓縮成為體積在1-8立方釐米之間、密度1.4-1.7g/cm3的固體，在110-170℃烘乾至含水量不大於9%，粉碎至粒徑不大於0.2毫米，得到改性秸稈粉；按質量比
改性秸稈粉:無機礦物粉:水溶性聚合物:季銨鹽1631:固化劑=100:5-20:3-15:0.1-0.6:0.1-2.0
進行混合復配，製得人造板粘合劑專用填料；所述的秸稈包括玉米秸、麥秸、棉稈、稻穀秸、土豆秧、花生秧、南瓜秧；所述的弱鹼性水是指採用碳酸鈉、碳酸氫鈉、石灰、碳酸銨這四種鹼性物質的至少一種與水混合而成，按質量比鹼性物質:水=1:2-15；所述的無機礦物是指高嶺土、膨潤土、石膏、粉煤灰、凹凸棒土、海泡石這六種礦物的至少一種；所述的水溶性聚合物是指瓜爾膠、聚丙烯醯胺、聚丙烯酸鈉、纖維素醚、澱粉醚、田菁膠、預糊化澱粉、海藻酸鈉這8鍾物質的至少一種；所述的固化劑是氯化銨、硫酸銨、草酸、檸檬酸、磷酸二氫銨、過硫酸銨這6鍾物質的至少一種。
下列實施例提及的秸稈粉吸水量，是這樣測定的：向燒杯內加400克水和50克秸稈粉，攪拌3分鐘，轉移入HP-WG2型數控電動離心機（濟南恆品機電技術有限公司製造）內，離心運轉100秒鐘，取出甩幹到這種程度的秸稈粉稱量其質量為M克，則
吸水量=（M - 50）/ 50
下列實施例的改性秸稈製備及粘合劑填料配製是在淄博海洋實業有限公司進行的，調膠和製造膠合板的操作過程是在青島洲際工貿有限公司進行的。
實施例1
將風乾的當年的玉米秸稈，鍘短至1-3釐米長，用齒盤型飼料粉碎機粉碎至4毫米以下，測定其含水量為13%、吸水量為每克碎秸稈吸水3.26克；取其1000公斤與由90公斤水和15公斤碳酸鈉配成的弱鹼性水混合均勻並浸潤3小時，然後用平模造粒機壓縮成為直徑8毫米長3-7釐米的柱形固體，測得其密度1.46-1.53g/cm3，壓縮工序電耗為115度/噸；在150℃烘乾至含水量8%，粉碎至粒徑不大於0.2毫米，得到改性秸稈粉，其粉碎能耗為216度電/噸，其吸水量為每克改性秸稈粉吸水1.73克；按質量比
改性秸稈粉:高嶺土:預糊化澱粉: 季銨鹽1631:氯化銨=100:10:12:0.3:0.2
進行混合復配，製得人造板粘合劑填料。取此填料30公斤代替麵粉加於100公斤脲醛液膠內，經過塗膠、組胚、冷壓、熱壓，製得32張五合板，該應用過程中填料的工藝性能和所製備五合板的膠合強度等性能都趕上甚至優於麵粉。
實施例2
將風乾的當年的小麥秸稈，鍘短至1-3釐米長，用齒盤型飼料粉碎機粉碎至4毫米以下，測定其含水量為12%、吸水量為每克碎秸稈吸水3.32克；取其1000公斤與由150公斤水和20公斤石灰配成的弱鹼性水混合均勻並浸潤5小時，然後用平模造粒機壓縮成為直徑8毫米長3-7釐米的柱形固體，測得其密度1.49-1.55g/cm3，壓縮工序電耗為119度/噸；在130℃烘乾至含水量7%，粉碎至粒徑不大於0.2毫米，得到改性秸稈粉，其粉碎能耗為228度電/噸，其吸水量為每克改性秸稈粉吸水1.77克；按質量比
改性秸稈粉:海泡石:羥乙基澱粉醚: 季銨鹽1631:草酸=100:7:6:0.1:0.4
進行混合復配，製得人造板粘合劑填料。取此填料30公斤代替麵粉加於100公斤脲醛液膠內，經過塗膠、組胚、冷壓、熱壓，製得34張五合板，該應用過程中填料的工藝性能和所製備五合板的膠合強度等性能都趕上甚至優於麵粉。
實施例3
將風乾的當年的土豆秧，鍘短至1-3釐米長，用齒盤型飼料粉碎機粉碎至4毫米以下，測定其含水量為15%、吸水量為每克碎秸稈吸水3.09克；取其1000公斤與由60公斤水和12公斤碳酸銨配成的弱鹼性水混合均勻並浸潤5小時，然後用平模造粒機壓縮成為直徑8毫米長3-7釐米的柱形固體，測得其密度1.41-1.50g/cm3，壓縮工序電耗為112度/噸；在110℃烘乾至含水量9%，粉碎至粒徑不大於0.2毫米，得到改性秸稈粉，其粉碎能耗為202度電/噸，其吸水量為每克改性秸稈粉吸水1.83克；按質量比
改性秸稈粉:生石膏:田菁膠: 季銨鹽1631:硫酸銨=100:6:5:0.5:0.3
進行混合復配，製得人造板粘合劑填料。取此填料30公斤代替麵粉加於100公斤脲醛液膠內，經過塗膠、組胚、冷壓、熱壓，製得31張五合板，該應用過程中填料的工藝性能和所製備五合板的膠合強度等性能都趕上甚至優於麵粉。
從上述實施例可以看出，本發明改性秸稈粉的製備方法，比原有技術的粉碎電耗顯著降低、所得改性秸稈粉的吸水量顯著降低，從而用其配成的粘合劑填料各項應用性能都趕上甚至優於麵粉。這些實施例用於對權利要求的解釋，但並非用於對權利要求的限定，本發明的保護範圍應當以權利要求書為準。