玉米秸秆和/或小麦秸秆复合板及其制造方法

摘要

本发明公开了一种玉米秸秆和/或小麦秸秆复合板及其制造方法，该方法包括玉米秸秆和/或小麦秸秆原料处理工艺、混料施胶工艺、铺装、预压和热压工艺、后处理工艺。本发明将玉米秸秆和小麦秸秆作为原料制造人造复合板，可使玉米、小麦秸秆得以循环利用；采用由聚亚甲基聚苯异氰酸酯与异氰酸酯水溶性剂按照1∶1～1∶2.5的比例配制成的异氰酸酯胶粘剂制造板材，高温固化快、胶结强度大、甲醛释放量低，用于室内装修、家具制造等场合可减低室内污染程度。因此本发明玉米秸秆和/或小麦秸秆复合板，替代现有脲醛树脂为粘结剂的木材刨花板，可减少森林砍伐，保护生态环境。

说明书

技术领域

本发明涉及一种以玉米和/或小麦秸秆为原料的复合人造板及其制造方法。

背景技术

包括刨花板与纤维板的木材人造板都是以木材为原料，尽管可以利用木材边角料，提高木材的利用率，但是最终是以消耗木材来维持其生产。随着世界性森林资源的短缺，木材人造板的生产势必受到限制。然而室内装修与家具制造业等对人造板的需求正在逐年增加。小麦和玉米为我国北方主要的农作物品种，每年产生大量的秸秆。以前这些秸秆是农村的主要燃料，随着农村经济的发展，农村的能源结构发生了重大改变，农民不再以农作物秸秆为主要燃料，而是在小麦和玉米收获后就地焚烧秸秆。这样不仅造成严重的大气污染，而且影响交通正常运转，现在都是采用强迫命令的方法禁止农民焚烧秸秆。给秸秆找到合理的出路，不仅能提高秸秆利用率，还可以减轻空气污染程度。因此用农作物秸秆代替木材生产人造板非常必要。但是不同农作物的秸秆具有各自不同的结构与成分，玉米秸秆、小麦秸秆和稻草中木质素的含量分别为18.3％、22.4％和9.5％，半纤维素的含量分别为24.6％、25.5％、和21.1％，纤维素的含量分别为37.7％、40.4％和36.7％。另外无机物含量也不尽相同，那么将它们制造成板材的工艺方法也不尽相同。

目前木材刨花板大多以脲醛树脂为胶粘剂，虽然有些产品能达到A类环保型刨花板的要求，但其中仍含有甲醛等有害物质，在室内使用仍存在对居民人身健康的潜在威胁。农作物秸秆制作人造板，如果继续使用脲醛树脂胶粘剂，产品仍然有甲醛释放量高的可能。加之农作物秸秆的结构与成分和木材不同，发明人曾用脲醛树脂胶粘剂制作玉米秸秆和/或小麦秸秆复合板进行了试验，结果板材的性能指标不理想，达不到GB/T4897-1992《刨花板》的性能指标。故此用新型胶粘剂替代脲醛树脂胶，生产零甲醛或低甲醛农作物秸秆人造板亦非常必要。

发明内容

本发明提供了一种用玉米秸秆和/或小麦秸秆代替木材生产的密度低、强度高、吸水膨胀率低且游离甲醛很低的复合板及其制造方法。

本发明采用的技术方案为：所述复合板由下列质量百分数的原料组成：玉米秸秆0～98％，小麦秸秆0～98％，异氰酸酯胶粘剂2～8％，所述异氰酸酯胶粘剂由聚亚甲基聚苯异氰酸酯与异氰酸酯水溶性剂按照1∶1～1∶2.5的比例配制而成。

所述的玉米秸秆和/或小麦秸秆复合板的制造方法，包括玉米秸秆和/或小麦秸秆原料处理工艺、混料施胶工艺、铺装和热压工艺以及后处理工艺；

1、秸秆原料处理工艺：玉米秸秆和小麦秸秆的结构和成分有所区别，结构上玉米秸秆中叶、穗、穰等废弃物所占比重较大，成分上它们的木质素的含量分别为18.3％和22.4％，半纤维素的含量分别为24.6％和25.5％，纤维素的含量分别为37.7％和40.4％。另外玉米秸秆中二氧化硅含量较高。故此二者采用的处理工艺有区别。其中玉米秸秆原料处理工艺是用铡草机将玉米秸秆切断成20-50毫米的碎段，经过第一道筛除去泥土、碎叶等杂质；秸秆碎段在干燥机中于80-120℃温度下干燥，含水率控制在5～15％；用粉碎机破碎，过第二道筛除去过细的叶、穰粉末；过第三道筛将粗大秸秆料分离出来再破碎。小麦秸秆原料处理工艺是用铡草机将小麦秸秆切断成15-40毫米的碎段，除去泥土、碎叶杂质；用粉碎机破碎，过第二道筛去除粉末；在干燥机中于100-120℃温度下干燥，使含水率控制在6～14％；

2、混料施胶工艺：本发明所用的胶粘剂为聚亚甲基聚苯异氰酸酯与异氰酸酯水溶性剂以1∶1～1∶2.5的比例混合而成，使其具有适宜的粘度，以适应喷胶工艺，因为粘度过大时喷胶工艺无法进行；粘度过小时，板材原料的含水率会升高。由于聚亚甲基聚苯异氰酸酯的环链结构使其在高温固化迅速，不存在产品冷却时胶粘剂的水解反应，产品在储存时不发生变形，混合胶粘剂与秸秆的木质素、纤维素的胶结强度大，使用配制的异氰酸酯胶粘剂制作的玉米秸秆和/或小麦秸秆复合板的强度、模量等指标有明显提高；使用异氰酸酯胶粘剂制作板材理论上甲醛释放量为0mg/100g，但由于秸秆中含有一定的糖份，玉米秸秆、小麦秸秆复合板可检测出低甲醛释放量，故采用无甲醛的异氰酸酯混合胶粘剂可使复合板材甲醛释放量显著降低；使用聚亚甲基聚苯异氰酸酯与异氰酸酯水溶性剂混合胶粘剂，不必再使用防水剂、固化剂等助剂，从而简化了制造工艺，降低了生产成本。

本发明是将秸秆原料按一定比例混匀后，将配制好的异氰酸酯胶粘剂喷涂到秸秆料的表面，采用喷涂施胶工艺可使胶粘剂液滴更细小、表面积更大，胶液更均匀地覆盖到秸秆原料的表面，在秸秆料表面形成胶粘剂膜，从而提高板材的结合强度，喷涂胶粘剂时所用压力为0.35-0.60Mpa；而且，采用喷胶法与现用的淋胶法相比，胶粘剂的用量可以适当降低。

3、铺装和热压成型：采用分级式铺装机铺装成板坯，根据复合板的厚度为8mm～32mm铺装不同厚度板坯，铺装时喷涂脱模剂，单层压机可直接热压成型，多层压机需要预压工序；热压采用的温度为140℃～180℃，热压时间为15s/mm～35s/mm，热压压力为2.0MPa～3.5Mpa；

4、板材后处理：后处理工艺为锯切和砂光，锯切是用锯切机按照幅面尺寸1220mm×2440～4880mm锯边定尺；最后用砂光机砂光除去表面松散层，直到规定的板厚度。

本发明将玉米秸秆和/或小麦秸秆作为原料制造人造复合板，可使玉米秸秆、小麦秸秆得以循环利用；此板材制造采用适于玉米秸秆和小麦秸秆的混合胶粘剂，此胶粘剂以聚亚甲基聚苯异氰酸酯与异氰酸酯水溶性剂按一定比例混合而成，采用此种混合胶粘剂制造板材，高温固化快、胶结强度大、甲醛释放量低，用于室内装修、家具制造等场合可减低室内污染程度；采用喷涂施胶法制造的复合板材粘结剂均匀，内结合强度、表面结合强度高，静曲强度和弹性模量较高。因此本发明所述的玉米秸秆和/或小麦秸秆复合板，可替代现有脲醛树脂为粘结剂的木材刨花板，可减少森林砍伐，保护生态环境。

具体实施方式

实施例1：用铡草机将玉米秸秆切断成25毫米的碎段，经过第一道筛除去泥土、碎叶等杂质；秸秆碎段在干燥机中于100℃温度下干燥，使含水率在7.8％；用粉碎机破碎，过第二道筛除去过细的叶、穰粉末；过第三道筛将粗大秸秆料分离出来再破碎；选取质量百分数为96％的处理后的玉米秸秆原料，然后将质量百分数为4％的由聚亚甲基聚苯异氰酸酯与异氰酸酯水溶性剂以1：1.5的比例配制成的异氰酸酯胶粘剂喷涂到秸秆原料的表面，在秸秆原料表面形成胶粘剂膜，制作厚度为8mm的玉米秸秆板。热压工艺为：热压温度为170℃，热压时间为180s，热压压力为3.0MPa。板材的性能如表1所示。

表1    8毫米厚玉米秸秆板材的性能

 项目数值 标准规定值^* 密度(g/cm3)0.72 0.4～0.9 含水率(％)9.0 4.0～13.0 静曲强度(MPa)18.4 ≥14.0 弯曲弹性模量(MPa)2310 ≥1800 内结合强度(MPa)0.73 ≥0.40 表面结合强度(MPa)1.84 ≥0.80 2h吸水厚度膨胀率 (％)3.1 ≤8.0 垂直板面握螺钉力 (N) 甲醛释放量 (mg/100g)E₁2.0 ≤9.0

*注：标准为GB/T4897.1-2003、GB/T4897.3-2003和GB18580-2001

实施例2：用铡草机将小麦秸秆切断成20毫米的碎段，除去泥土、碎叶杂质；用粉碎机破碎，过第二道筛去除粉末；在干燥机中于110℃温度下干燥，使含水率在7％；选取质量百分数为97％的处理后的小麦秸秆原料，然后将质量百分数为3％的由聚亚甲基聚苯异氰酸酯与异氰酸酯水溶性剂按照1∶2.0的比例配制成的异氰酸酯胶粘剂喷涂到秸秆原料的表面，在秸秆原料表面形成胶粘剂膜，制作12mm厚的小麦秸秆板。热压工艺为：热压温度为175℃，热压时间为300s，热压压力为3.0MPa。板材的性能如表2所示。

表2    12毫米厚小麦秸秆板材的性能

项目数值 标准规定值^*密度(g/cm3)0.77 0.4～0.9含水率(％)7.2 4.0～13.0静曲强度(MPa)21.4 ≥14.0弯曲弹性模量(MPa)2812 ≥1800内结合强度(MPa)0.96 ≥0.40表面结合强度(MPa)2.10 ≥0.802h吸水厚度膨胀率(％)2.2 ≤8.0垂直板面握螺钉力(N)甲醛释放量(mg/100g)E₁0.3 ≤9.0

*注：标准为GB/T4897.1-2003、GB/T4897.3-2003和GB18580-2001

实施例3：取质量分数为50％的处理后的小麦秸秆原料，质量百分数为44％的玉米秸秆原料，然后将质量百分数为6％的由聚亚甲基聚苯异氰酸酯与异氰酸酯水溶性剂按照1∶1.2的比例配制成的异氰酸酯胶粘剂喷涂到秸秆原料的表面，在秸秆原料表面形成胶粘剂膜，制作厚度为16mm的复合板。热压工艺为：热压温度为175℃，热压时间为300s，热压压力为2.5MPa。板材的性能如表3所示。

表3    16毫米厚小麦玉米秸秆复合板材的性能

项目数值 标准规定值^*密度(g/cm3)0.69 0.4～0.9含水率(％)7.7 4.0～13.0静曲强度(MPa)19.3 ≥13.0弯曲弹性模量(MPa)2152 ≥1600内结合强度(MPa)0.87 ≥0.35表面结合强度(MPa)1.89 ≥0.802h吸水厚度膨胀率(％)2.4 ≤8.0垂直板面握螺钉力(N)1680 ≥1100甲醛释放量(mg/100g)E₁0.72 ≤9.0

*注：标准为GB/T4897.1-2003、GB/T4897.3-2003和GB18580-2001