基于大豆蛋白胶黏剂的中密度纤维板的制备方法

摘要

本发明公开了一种基于大豆蛋白胶黏剂的中密度纤维板的制备方法，将一定量自制的大豆蛋白胶黏剂的胶液加入到含水率小于30%，粒度为10～600目的混合纤维中，搅拌均匀并加热干燥一定时间，再加入大豆蛋白粉末，继续搅拌一段时间出料、铺装、预压成板坯，然后将板坯送入平板硫化机中，按照一定热压工艺进行热压成型，后经冷却、锯边、砂光等步骤，即得中密度纤维板。此发明所用大豆蛋白胶黏剂为零甲醛木材胶黏剂，无游离甲醛等有毒气体，安全环保且所制备的纤维板密度适中，物理性能和力学性能均较好，密度在0.65～0.80g/cm3范围之中，24h吸水厚度膨胀率为小于15%，内结合强度大于0.4MPa，甲醛释放量远优于E0级国家标准（≤5mg/100g）。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于大豆蛋白胶黏剂的中密度纤维板的制备方法，尤其涉及了一种自制 大豆蛋白胶黏剂的制备方法，属于人造板制造领域。

背景技术

中密度纤维板(medium-density fiberboard，简称MDF)是人造板中的一种，其主要是以 植物纤维或木材纤维为主要原料，经过纤维分离、备料、施胶、干燥、铺装、预压、热压、 质检等工序制成的一种密度在0.65～0.80g/cm³之间的板材。中密度纤维板于上世纪60年代 末期在美国研制成功并投入生产，与其它板材相比，MDF性能优越，不仅具有内部结构均匀、 密度适中、轻质高强、尺寸稳定性好、表面平整光洁等一系列特点，而且木材利用率高、产 品成本低，物理、力学性能与机械加工性能优良，还能进行各种方式的表面装饰，更接近于 天然木材。因此，广泛地应用于建筑材料，家具制造，室内装修，电视机壳及音响设备制作, 同时也是车、船装修的理想材料，需求量持续增长。《中密度纤维板》推荐性国家标准对中密 度纤维板甲醛释放限量做出的规定(E0级甲醛释放量≦5.0mg/100g)。然而，目前社会上广 泛使用的MDF的制备大多来自于三醛胶，这些胶来源于不可再生的化石资源，在生产及使 用过程中会长期释放对人体及环境有害的甲醛等有毒气体。目前，我国约有10％的纤维板产 品甲醛释放量达到E1级水平(9.0mg/100g)，80％的达到E2级(9.0～40mg/100g)，10％的产品 甲醛释放量不合格。因此，研究开发环境友好型生物质胶粘剂及其MDF，具有重要的研究意 义和应用价值，也将是未来的发展方向。其次，本发明所用的脱脂大豆粉是以制取油脂后的 饼粕为原料粉碎制得，其来源丰富，可再生，安全环保，用其制备大豆蛋白胶黏剂利用率高， 经济效益好。

然而，在现有的很多专利都是通过添加脲醛、酚醛等粘合剂提高纤维板的性能，制备过 程不环保，释放出危害人身体的有毒气体，且目前用于制备低成本，效益高，安全环保的中 密度纤维板的报道及专利详述较少，且成本高，强度低，甲醛释放量高等缺陷，有待进一步 改善。

发明内容

解决的技术问题：为了解决现有技术中存在的中密度纤维板成本高，强度低，甲醛释放 量高的缺点。本发明提供了一种基于大豆蛋白胶黏剂的中密度纤维板的制备方法，采用此法 压制的纤维板，密度适中，抗形变能力大，内结合强度高，符合国家标准，甲醛释放量优于 E0级要求，且此工艺简单，易于控制，安全环保等特点。

技术方案：一种基于大豆蛋白胶黏剂的中密度纤维板的制备方法：

第一步，备料：取混合纤维，占混合纤维质量2％～50％的大豆蛋白胶黏剂的胶液，占混 合纤维质量2％～20％的大豆蛋白粉末；

第二步，混合纤维在搅拌设备中搅拌，将大豆蛋白胶黏剂的胶液加入纤维，在加热干燥 温度为30℃～80℃，干燥时间为2min～2h条件下，使物料的含水率小于20wt.％；

第三步，加入大豆蛋白粉末，搅拌均匀出料；该步骤与第二步的顺序可交换；或者大豆 蛋白粉末与大豆蛋白胶黏剂的胶液一并混合，经过搅拌、热处理等工艺后，即得大豆蛋白胶 黏剂，然后向混合纤维中加入占纤维质量10％～50％的大豆蛋白胶黏剂，加热干燥5min～2h 即可出料；

第四步，将物料均匀地铺散到模具框中，预压成板坯；

第五步，将预压成型的板坯放在温度在100～300℃、一定热压工艺的平板硫化机上，启 动压机，热压成型，即得中密度纤维板；所述热压工艺为：先在10～40s内升压至2.0～10MPa， 保压2～20s；降压至0.8～4.0MPa，保压20～250s；50s内升压至1.8～4.0MPa，保压50～200s； 降压至0～3.0Mpa，保压10～100s后，热压结束。

所述混合纤维为目数在10～600目、长度1～10mm的木材纤维。

所述大豆蛋白胶黏剂的胶液由改性剂和交联剂组成，质量百分浓度为10％～50％。

所述大豆蛋白胶黏剂为将改性剂、交联剂和大豆蛋白粉末按照质量比为1:1:1～1:100:400 共混搅拌制得。

所述改性剂是硫酸、盐酸、硼酸、柠檬酸、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、尿 素中的至少一种；所用交联剂是聚酰胺多胺环氧氯丙烷、聚丙烯酰胺、甲酰胺、磺酰胺、环 氧树脂、二硫代碳酸乙烯酯、异氰酸酯中的至少一种。

所述大豆蛋白粉末为豆粕粉末、分离蛋白、清蛋白、球蛋白中的至少一种。

所述搅拌设备为和面机、混合机、拌胶机或粉碎机中的至少一个。

所述中密度纤维板的含水率在4wt.％～20wt.％，密度处于0.65～0.80g/cm3之间，24h 吸水厚度膨胀率为小于15％，内结合强度大于0.5MPa，甲醛释放量小于4.0mg/100g，符合 国家标准。

有益效果：

1.本发明自制的大豆蛋白胶黏剂为零甲醛木材胶，且制备的中密度纤维板的游离甲醛等 有毒气体含量低，经国家人造板检测中心检测甲醛释放量小于4.0mg/100g，优于国家标准， 安全环保；

2.本发明用自制的大豆蛋白胶黏剂制备纤维板工艺简单，纤维板的密度、含水率等可通 过调节混合纤维量与大豆蛋白胶黏剂量的比及干燥时间可控，利于工业化；

3.本发明用大豆蛋白胶黏剂是将混合胶液与大豆蛋白粉末通过一定工艺改性的复合型双 组分混合木材胶黏剂，用其制备纤维板过程中能与纤维较好的混合均匀，一方面保证了密度 的均匀，另一方面也解决了普通木材胶黏剂黏度大、不宜喷涂等缺点；

4.本发明用自制的大豆蛋白胶黏剂制备的纤维板，甲醛释放量、内结合强度、24h吸水厚 度膨胀率等指标均符合国标，且优于国家标准，实施例3中的相关数据最具代表性。

附图说明

图1是中密度纤维板的制备工艺流程图。

具体实施方式

以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明 精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本发明的范围。

若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。

上述一种基于大豆蛋白胶黏剂的纤维板的制备，所用原料均为市售，混合纤维为广西丰 林木业股份有限公司提供，粒度在10～600目，长度1～10mm的木材纤维。

以下实施例是拿改性剂硼酸，交联剂聚酰胺多胺环氧氯丙烷为例进行的操作说明。

实施例1

将混合纤维放入搅拌机中搅拌，同时将改性剂硼酸和交联剂聚酰胺多胺环氧氯丙烷按照 质量比为1:1共混配制的胶液喷入搅拌机，胶液的量占混合纤维质量的2％，持续搅拌并在80℃ 下加热干燥2min后，再加入占混合纤维质量13.2％的大豆蛋白粉末，继续搅拌均匀即可出料。 将搅拌好的物料均匀的铺撒到所需规格模具框中，给予压力2MPa，预压成为板坯。然后用 100℃的平板硫化机对预压成型的板坯进行热压，热压工艺为：先在10s内升压至10MPa，保 压20s；降压至4.0MPa，保压20～250s；50s内升压至4.0MPa，保压50s；降压至3.0Mpa， 保压100s后，热压结束；后经出板、冷却、锯边、砂光等步骤即制得中密度纤维板。最后按 照国标对制得的纤维板进行质量检测，检测结果见表1。

实施例2

操作步骤同实施例1，其中改性剂与交联剂的质量比变为1:30，大豆蛋白胶黏剂的胶液 占混合纤维的质量百分比变为5.7％，大豆蛋白粉末占混合纤维的质量百分比变为8.9％，加热 干燥温度变为60℃，干燥时间变为4min，预压压力变为1MPa，热压温度变为150℃，热压 工艺为：先在20s内升压至8.0MPa，保压15s；降压至3.0MPa，保压20s；50s内升压至3.0MPa， 保压80s；降压至2.0Mpa，保压80s后，热压结束；后经出板、冷却、锯边、砂光等步骤即 制得中密度纤维板。最后按照国标对制得的纤维板进行质量检测，检测结果见表1。

实施例3

操作步骤同实施例1，其中改性剂与交联剂的质量比变为1:30，大豆蛋白胶黏剂的胶液 占混合纤维的质量百分比变为8％，大豆蛋白粉末占混合纤维的质量百分比变为15％，加热干 燥温度变为60℃，干燥时间变为4min，预压压力变为1MPa，热压温度变为200℃，热压工 艺为：先在20s内升压至8.0MPa，保压15s；降压至3.0MPa，保压20s；50s内升压至3.0MPa， 保压80s；降压至2.0Mpa，保压80s后，热压结束；后经出板、冷却、锯边、砂光等步骤即 制得中密度纤维板。最后按照国标对制得的纤维板进行质量检测，检测结果见表1。

实施例4

操作步骤同实施例1，其中改性剂与交联剂的质量比变为1:50，大豆蛋白胶黏剂的胶液 占混合纤维的质量百分比变为11.3％，大豆蛋白粉末占混合纤维的质量百分比变为20％，加 热干燥温度变为40℃，干燥时间变为8min，预压压力变为0.8MPa，热压温度变为200℃， 热压工艺为：先在25s内升压至5.0MPa，保压10s；降压至2.5MPa，保压100s；50s内升压 至2.5MPa，保压100s；降压至1.5Mpa，保压50s后，热压结束；后经出板、冷却、锯边、 砂光等步骤即制得中密度纤维板。最后按照国标对制得的纤维板进行质量检测，检测结果见 表1。

实施例5

操作步骤同实施例1，其中改性剂与交联剂的质量比变为1:80，大豆蛋白胶黏剂的胶液 占混合纤维的质量百分比变为20％，大豆蛋白粉末占混合纤维的质量百分比变为5.8％，加热 干燥温度变为40℃，干燥时间变为15min，预压压力变为0.8MPa，热压温度变为250℃，热 压工艺为：先在30s内升压至5.0MPa，保压5s；降压至1.5MPa，保压50s；50s内升压至2.0MPa， 保压150s；降压至1.0Mpa，保压30s后，热压结束；后经出板、冷却、锯边、砂光等步骤即 制得中密度纤维板。最后按照国标对制得的纤维板进行质量检测，检测结果见表1。

实施例6

操作步骤同实施例1，其中改性剂与交联剂的质量比变为1:80，大豆蛋白胶黏剂的胶液 占混合纤维的质量百分比变为34％，大豆蛋白粉末占混合纤维的质量百分比变为2％，加热干 燥温度变为40℃，干燥时间变为15min，预压压力变为0.5MPa，热压温度变为250℃，热压 工艺为：先在30s内升压至5.0MPa，保压5s；降压至1.5MPa，保压50s；50s内升压至2.0MPa， 保压150s；降压至1.0Mpa，保压30s后，热压结束；后经出板、冷却、锯边、砂光等步骤即 制得中密度纤维板。最后按照国标对制得的纤维板进行质量检测，检测结果见表1。

实施例7

操作步骤同实施例1，其中改性剂与交联剂的质量比变为1:100，大豆蛋白胶黏剂的胶液 占混合纤维的质量百分比变为50％，大豆蛋白粉末占混合纤维的质量百分比变为11％，加热 干燥温度变为20℃，干燥时间变为25min，预压压力变为0.5MPa，热压温度变为300℃，热 压工艺为：先在40s内升压至2.0MPa，保压2s；降压至0.8MPa，保压200s；50s内升压至 1.8MPa，保压200s；降压至0.5Mpa，保压10s后，热压结束；后经出板、冷却、锯边、砂光 等步骤即制得中密度纤维板。最后按照国标对制得的纤维板进行质量检测，检测结果见表1。

表1

实施例8

将混合纤维放入搅拌机中，后将改性剂、交联剂和大豆蛋白粉末按照质量比为1:1:1共混 搅拌制得的复合型改性大豆蛋白胶黏剂喷入搅拌机，其中大豆蛋白胶黏剂的量占混合纤维质 量的20％，持续搅拌并在70℃下加热干燥40min后出料，将搅拌好的物料均匀的铺撒到所需 规格的模具框中，给予2MPa的压力，预压成为板坯。然后将预压成型的板坯放到温度在150℃ 的平板硫化机上，热压工艺为：先在25s内升压至5.0MPa，保压10s；降压至2.5MPa，保压 250s；50s内升压至2.5MPa，保压200s；降压至1.5Mpa，保压100s后，热压结束；后经出 板、冷却、锯边、砂光等步骤即制得中密度纤维板。最后按照国标对制得的纤维板进行质量 检测，检测结果见表2。

实施例9

操作步骤同实施例8，其中改性剂、交联剂和大豆蛋白粉末按照质量比变为1:50:200，大 豆蛋白胶黏剂占混合纤维质量百分比变为34％，加热干燥温度变为50℃，干燥时间变为1h， 预压压力变为1MPa，热压温度变为200℃，热压工艺调整为：先在20s内升压至8.0MPa，保 压15s；降压至3.0MPa，保压250s；50s内升压至3.0MPa，保压200s；降压至2.0Mpa，保 压80s后，热压结束；后经出板、冷却、锯边、砂光等步骤即制得中密度纤维板。最后按照 国标对制得的纤维板进行质量检测，检测结果见表2。

实施例10

操作步骤同实施例8，其中改性剂、交联剂和大豆蛋白粉末按照质量比变为1:50:200，大 豆蛋白胶黏剂占混合纤维质量百分比变为45％，加热干燥温度变为50℃，干燥时间变为1h， 预压压力变为1MPa，热压温度变为250℃，热压工艺调整为：先在20s内升压至8.0MPa，保 压20s；降压至3.0MPa，保压250s；50s内升压至3.0MPa，保压200s；降压至2.0Mpa，保 压100s后，热压结束；后经出板、冷却、锯边、砂光等步骤即制得中密度纤维板。最后按照 国标对制得的纤维板进行质量检测，检测结果见表2。

实施例11

操作步骤同实施例8，其中改性剂、交联剂和大豆蛋白粉末按照质量比变为1:100:400， 大豆蛋白胶黏剂占混合纤维质量百分比变为50％，加热干燥温度变为40℃，干燥时间变为2h， 预压压力变为0.5MPa，热压温度变为300℃，热压工艺调整为：先在40s内升压至2.0MPa， 保压20s；降压至0.8MPa，保压250s；50s内升压至1.8MPa，保压200s；降压至0.5Mpa， 保压50s后，热压结束；后经出板、冷却、锯边、砂光等步骤即制得中密度纤维板。最后按 照国标对制得的纤维板进行质量检测，检测结果见表2。

表2

实施例结果讨论

(1)实施例1～7和实施例8～11是两种不同添加方式的对比，由实验结果可看出，通过实施 例1～7方式制得的中密度纤维板其各项指标更加优越，性能更好。

(2)从表1中可以看出，大豆蛋白胶黏剂的胶液是影响中密度纤维板内结合强度的主要因素， 蛋白粉末是影响24h吸水厚度膨胀率的主要因素。

(3)在实施例1～11中，各项指标基本都符合国家标准，但从性能的稳定性及生产成本上考 虑，实施例4是最优的实验方案之一。