二氧化钛-氢氧化铝-农作物秸秆复合人造板的制备方法
【专利说明】
[0001]技术领域本发明涉及农作物秸杆资源化利用技术，特别涉及是一种秸杆复合人造板的制备方法。
[0002]【背景技术】当前，中国森林资源的供给量仅占需求量的40%，这样在一定程度上加剧了木材供给与需求之间的矛盾。木材资源短缺和供给紧张的状况，严重限制了人造板加工企业的发展。目前，人造板企业面临的最大难题是原料供不应求，生产所用木材原料紧缺，其价格不断攀升，给人造板生产企业生产带来了巨大压力。另外，造纸工业所用原料木浆比例呈逐年上升趋势，继而加剧了造纸企业和人造板加工企业之间的原料竞争。因此，合理开发木材替代产品、缓解木材供需矛盾迫在眉睫。农作物秸杆是农作物收获后留下农业生产副产品，其主要包括谷类作物秸杆、豆类秸杆、薯类作物秸杆、油科作物秸杆，以及麻类秸杆等。与森林资源相比，农作物秸杆资源十分丰富，其化学成分有纤维素、半纤维素、木素、糖类、油脂物、蜡、硅、单宁、有机氮化物等物质，农作物秸杆中许多化学成分含量与木材基本相似。农作物秸杆价廉易得，是替代木材，制造秸杆人造板的适宜原材料。
[0003]当前，农作物秸杆主要用作畜牧业饲料、造纸原料、还田肥料和有机肥料、食用菌栽培基、压块固体燃料、热解制秸杆气原料、厌氧发酵制沼气原料。此外，农作物秸杆也可用以制作生物质炭和吸水树脂。但上述工序所用秸杆量依旧有限，致使相当比例的农作物秸杆被就地焚烧，继而造成了资源浪费和空气污染。目前，应用农作物秸杆制备的人造板主要有秸杆定向板、秸杆刨花板、秸杆纤维板和秸杆墙体板。以农作物秸杆为原料，制备的秸杆人造板具有轻质、保温、隔音的优点，但其防火阻燃性差，继而限制了其广泛应用。
[0004]在秸杆人造板加工制作过程中，通常要进行胶黏剂胶合和加热挤压成型，以提高其力学强度。但农作物秸杆表面富含的蜡质、硅和灰分组分，不利于其与脲醛树脂、酚醛树脂等胶粘剂胶合，致使秸杆人造板的力学强度低。为提高秸杆与脲醛树脂、酚醛树脂胶黏剂的胶合强度，通常对秸杆进行机械粉碎、微波辐照、等离子体辐照、酸碱溶液浸泡等预处理。与传统的酚醛、脲醛和三聚氰胺类树脂胶黏剂相比较，异氰酸酯类胶黏剂可较好地与农作物秸杆进行胶合，并且异氰酸酯不含甲醛，其对人体健康潜在危害小。但异氰酸酯价格偏贵、且易于粘板，继而制约了其在秸杆人造板生产中的广泛应用。此外，在秸杆人造板生产过程中，若吸入雾化后的异氰酸酯，会引起呼吸系统疾病。因而，积极提升农作物秸杆人造板的生产工艺、提高其使用性能，扩大其生产规模，是进一步推进农作物秸杆资源化利用的重要举措。
[0005]专利CN104070591A公开了一种农作物秸杆人造板的生产方法，其将秸杆切断、粉碎，得到粗料和细料，然后以粗料为芯层、细料为表层，依次经由施胶、铺装、预压、热压以及后处理等工序过程，制得制得秸杆人造板。该专利技术实施较为繁琐、制备成本偏高，并且其阻燃性能较差。专利CN200710054824.7提及了一种农作物秸杆与木材混合制造人造板的方法，该技术首先将加工后木材与农作物秸杆均匀混合，然后将木材与农作物秸杆混合物用拌胶机施胶；然后对将施胶后的物料经由铺装、预压、预热等工序制得到毛板，随后对毛板进行裁边分割，得到秸杆与木材复合的人造板。采用该技术制备的人造板质量好、力学强度高，但其仍然存在消耗森林木材的缺陷，并且秸杆与木材复合人造板的防火性能差。有研宄报道首先将农作物秸杆压制成低密度绝热板，然后在其表面涂以水泥和石膏等阻燃涂层，制得秸杆墙体用人造板，其具有轻质、阻燃和保温的优点。但该类秸杆墙体人造板的秸杆压制层与水泥、石膏等涂层的结合强度低，继而使其工程处置应用性能差。在专利CN102343641A技术中，申请人首先将农作物秸杆切断干燥、并将其粉碎成粉末，之后用PVC树脂将粉末包裹造粒，最后经发泡、冷却定型制得农作物秸杆塑料复合人造板。采用该工艺制备的复合人造板力学强度高，但其耐火性能差；此外，秸杆粉碎工序中粉尘产生量大，对人体健康存在危害。
[0006]
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种制备方法简单、具有高强轻质、保温阻燃、隔音降噪性能的二氧化钛-氢氧化铝-农作物秸杆复合人造板制备方法。本发明主要是以钛酸四丁酯、乙酰丙酮、氢氧化铝、磷酸、N，N-二甲基乙酰胺、无水乙醇和农作物秸杆为原料，将氢氧化铝乳浊液浸涂于农作物秸杆表面，通过烘干、压制、二氧化钛溶胶液浸渍强化、以及热处理工序，制备出二氧化钛-氢氧化铝-农作物秸杆复合人造板。二氧化钛和氢氧化铝是综合性能优良的陶瓷材料，其耐高温性能优良、物理化学性能稳定，并且其保温隔热性能优良、防火阻燃性能优异。
[0007]本发明的制备方法如下:
[0008]1、农作物秸杆的预处理:
[0009]首先剪掉农作物秸杆表面残留的叶子，然后对秸杆进行裁剪，使秸杆长度介于35?45cm之间；之后对裁剪后的秸杆进行烘干处理，烘干温度为70?80°C，烘干时间为4 ?6h ;
[0010]2、氢氧化铝乳浊液的配制:
[0011]⑴所用原料:
[0012]所用原料包括:氢氧化铝粉末、磷酸、N, N- 二甲基乙酰胺、无水乙醇；所述氢氧化铝粉末的粒径为1.0 μπι，所述磷酸的质量百分浓度为85% ;上述四种原料用量有如下质量比例关系:氢氧化铝:磷酸:N，N-二甲基乙酰胺:无水乙醇=9?12:7?10:6?9:2?3 ；
[0013](2)配制过程:
[0014]将N，N-二甲基乙酰胺倒入容器中，加入质量百分浓度为85%的磷酸，用玻璃棒搅拌使N，N- 二甲基乙酰胺和磷酸混合均匀；然后将氢氧化铝粉末加入到N，N- 二甲基乙酰胺-磷酸混合溶液中，用玻璃棒搅拌使氢氧化铝粉末在混合溶液中被充分混匀，再将无水乙醇加入到混合溶液中，并用玻璃棒搅拌使混合溶液中各组分混合均匀；然后将盛有混合溶液的容器置于超声波处理器中进行超声波处理lOmin，超声波频率为40kHz，超声波水浴的温度为20?30°C ;将容器从超声波处理器中取出后置于60?70°C水浴中静置脱泡10?15min，制得氢氧化铝乳浊液；
[0015]3、二氧化钛溶胶液的配制
[0016](I)所用原料:
[0017]所用原料包括:钛酸四丁酯、乙酰丙酮、蒸馏水、无水乙醇，其用量有如下质量比例关系:钛酸四丁酯、乙酰丙酮、蒸馏水、无水乙醇=30?35:12?15:16?20:110?115 ；
[0018](2)配制过程:
[0019]取上述无水乙醇量的14.5%?17.4%，与蒸馏水等质量混合，搅拌均匀，配制成乙醇水溶液；将乙酰丙酮放入容器中，再将钛酸四丁酯缓慢滴加到乙酰丙酮溶剂中，搅拌使乙酰丙酮和钛酸四丁酯混合均匀；将上述配制的乙醇水溶液缓慢滴加到乙酰丙酮和钛酸四丁酯混合溶液中，乙醇水溶液加入过程中混合溶液应缓慢搅拌；待乙醇水溶液加入完毕，再将用于配制乙醇水溶液剩余的无水乙醇加入到混合溶液中，混合溶液缓慢搅拌4?6h后，再静置、沉化72h，制得二氧化钛溶胶液；
[0020]4、二氧化钛-氢氧化铝-农作物秸杆复合人造板的制备:
[0021](I)首先将步骤I裁剪处理后的农作物秸杆放入步骤2配制的氢氧化铝乳浊液中浸泡30?60s后，将其从氢氧化铝乳浊液中取出，将其整齐地放置于表面洁净的玻璃板上，并依据需要铺装成秸杆层，并将其于室温下晾置3?5h ;
[0022](2)将上述晾置后的秸杆层连同玻璃板置于烘箱中于100°C温度下烘干处理2?4h ;然后于130°C温度下烘干处理30?45min ;之后将秸杆层从烘箱中取出，并迅速对秸杆层进行压制处理，压制压力为3?5MPa，压制温度为室温，压制时间为5?lOmin，秸杆层厚度缩减为未压制前铺装厚度的40%?35% ;
[0023](3)将上述压制处理后的秸杆层置于步骤3配制的二氧化钛溶胶液中浸泡3?5min，然后将其从二氧化钛溶胶液取出，沥净残留的溶胶液，再将其置于烘箱中进行烘干处理，烘干处理温度为80?90°C、烘干时间