专利名称：一种用植物纤维素原料制造天然复合纤维板的方法
技术领域：
本发明涉及一种制造纤维板的方法，特别是用植物纤维素原料如甘蔗渣、玉米秸、棉杆等制造天然复合纤维板的方法。
目前，用植物纤维素原料制纤维板的方法主要有三种，第一种是水解法处理物料，然后压制成纤维板，如申请号87104741的中国专利公开了一种用水解方法处理玉米秸、高梁秸制纤维板的技术，在加温水解处理的同时，加入硫酸或盐酸以及强电解质盐，加入量较大，为每百公斤原料加1-10公斤，且由于物料在水中浸泡水解1-3小时，压板前还需消耗较大能量对物料进行干燥处理。第二种是加化学添加剂(胶粘剂)的方法，如申请号87103594的中国专利公开的方法是，将玉米秸粉碎至25mm以下，加入脲醛树脂、氯化铵等添加剂，然后压制成纤维板，添加剂占物料总量18-22%，增加成本50%以上，所得纤维板耐水性差，树脂中含有的游离甲醛对人体有害且污染环境。第三种是将植物纤维素原料蒸爆预处理后热压成型制成纤维板。所谓蒸爆处理即是将植物纤维素类原料在高温高压下用水蒸汽等经一定时间的处理之后立即降至常压的一种处理方法，见79年加拿大专利1096374号。蒸爆预处理是提高纤维原料可水解性的有效方法，经过蒸爆预处理，植物纤维素原料中的纤维素、半纤维素、木质素被分离，活化，一部分半纤维素分解为游离糖类等，再行加热固化时起到天然胶粘剂和填充剂的作用。例如申请号为85105958的中国专利所公开的方法先将分散状的纤维木素予以水蒸汽加热处理，然后将处理后的纤维木素原料制成胚膜，经热压固化成为制板材的合成物。但是，上述方法在蒸爆处理时采用的仅是间歇处理的方法，即先将原料盛入容器，然后将蒸汽导入容器内，处理后水蒸汽在容器内迅速减压，然后提取处理过的纤维木素。间歇式蒸爆处理不仅处理量小、间歇操作费时等，而且还存在着每一次处理后容器不能快速升温，反应器内温度不均匀，致使物料受热不均匀，所得产品性能不稳定等缺点。
本发明的目的是，克服间歇式蒸爆处理方法的缺点，提供一种用植物纤维素类原料制造纤维板的改进方法，以期获得强度高，质量稳定、成本低的天然复合纤维板。
本发明依然采用蒸爆处理后热压成型的基本方式，其要点是改间歇蒸爆处理为连续蒸爆处理，即在反应容器内保持压力一定的状态下，连续不断地、同时地进料、通入一定压力的饱和水蒸汽和卸料，蒸汽在随物料排出容器后才迅速减至常压，而不是在容器内减压。连续蒸爆处理的好处在于(1)反应器单位体积的产量高，处理量大，降低了处理成本，(2)物料在器内停留的时间易于调节，(3)充分利用所供蒸汽，节省能源，(4)物料与蒸汽充分接触，受热均匀，所处理物料的质量均一、稳定，制纤维板时产品均匀度好，可以压制大幅面的板材，板材强度高，质量稳定，(5)同时进料、卸料，无间歇操作和等待时间，因而生产效率高。本发明方法将经连续蒸爆处理过的物料热压成型的原理在于，连续蒸爆处理后纤维素分离成细纤丝，木质素与半纤维素和纤维素分离并活化，惰性的木质素在高温水蒸汽的作用下分裂成带活性基团的木质素碎片，半纤维素部分水解为寡糖或单糖。热压时糖类的伯醇羟基氧化，产生羧基，由于脱水的作用，形成结合力高的醚键和酯键。纤维素由于分离成细纤丝，纤维素链上的羟基处于游离状态，热压时纤维素可以充分交联与接触并构成纤维板的骨架。在纤丝与纤丝的触点以氢键的方式结合，活化的木质素在温度和压力作用下聚合并塑性流动填充纤维间的缝隙，固化后木质素的疏水性能提高了纤维板的耐水性。半纤维素分解的糖类在热压条件下分解聚合成糠醛呋喃树脂，与木质素胶粘剂一起对纤维素起胶粘、填充作用。同时蒸爆形成的短纤维提高板坯中纤维之间的有效接触面积，起到了填充效果，长纤维具有纤维与纤维之间的联结作用。经热压后物料的三大组份重新塑合形成高强度致密的复合纤维板。
本发明可实施的具体方法如下(1)、将植物纤维素类原料干燥至含水15%以下，(2)、粉碎至纤维长度20mm以下，(3)、连续进入反应容器，进行连续蒸爆处理，带压饱和水蒸汽压力范围1.0-2.5MPa，最好是1.4-2.0MPa，处理时间一般在1-6分钟，不超过10分钟，在反应器保压的情况下连续出料。
(4)、对卸出的物料进行干燥处理，预压成板坯，
(5)、热压成型，条件温度160-200℃，压力2.4-3.2MPa，获得天然复合纤维板。
本发明方法制成的纤维板，内部组织均匀，力学性能好，表面平整光滑，便于装饰加工，可采用较薄的贴面材料，也可以直接涂饰。可制高质量的家具，建筑装修板面，如门、地板、墙板等。
为了进一步完善本发明方法，提高所制纤维板的质量，同时降低设备投资与处理成本，进一步的特征是(1)由含游离糖分的原料和不含游离糖分的原料按重量比2∶8-4∶6的比例混合进行连续蒸爆处理，这样可使两种或两种以上的植物纤维素原料在混合连续蒸爆处理后不同的物料特性得到互补和改善，在热压时增加胶合力和填充性。含游离糖分的原料如甘蔗渣、玉米秸、高梁秸等，不含游离糖分的原料如麦杆，稻壳，棉杆等。(2)、在连续蒸爆处理前或处理后的原料中加入占总重量3-18%的单糖和/或双糖，例如水解淀粉糖、糖业生产的剩余物糖蜜等，作为天然增塑胶粘剂，其对经连续蒸爆处理过的物料胶粘作用好，比化学胶粘剂成本低，又没有污染。(3)、用含水量15%以下的近乎干燥的植物纤维素原料进行连续蒸爆处理，即先将原料晒干或晾干，在连续通入的带压饱和水蒸汽作用下，蒸汽分子渗入干燥的纤维物料内部凝结，充分利用带压蒸汽，不仅节省蒸汽量，而且经连续蒸爆处理，处理效果好。
下面通过4个实施例对本发明方法及效果详细说明。
例1，榨糖后的甘蔗渣，干燥至含水15%以下，粉碎至纤维长度20mm以下，加入占纤维总量0.1%-2%的硫酸(硫酸作用为促进物料在高温蒸气下的水解，加大热压时的胶粘作用)，在连续蒸爆容器中用压力1.6MPa的饱和水蒸汽连续蒸爆处理1-3分钟，卸料干燥后预压成板坯，在温度160-200℃、压力2.5-3.2MPa的条件下热压8分钟，得到比重为0.88的450×500×9mm3的纤维板，经测试成品的静曲强度为30.1MPa，平面抗拉强度0.58MPa，吸水膨胀率小于5%。
例2，玉米秸杆，干燥至含水15%以下，粉碎至20mm以下，加入占纤维总量0.1-2%的硫酸，经压力1.7MPa的饱和水蒸汽连续蒸爆处理1-5分钟，卸料后加入占纤维总量7%的糖蜜，拌匀后干燥至含水量15%以下，预压成板坯，在同例1的条件下热压10分钟，得到比重0.86、尺寸为450×500×9mm3的纤维板，经测试板的静曲强度28.1MPa，平面抗拉强度0.56MPa，吸水膨胀率小于9%。
例3，含水15%以下的、经粉碎至20mm以下的玉米秸杆和棉杆以重量比3∶7的比例混合，用压力1.7MPa的饱和水蒸汽连续蒸爆处理1-6分钟，干燥后在温度160-200℃，压力2.4-3.2MPa的条件下热压9分钟，得到比重0.86、尺寸为450×500×9mm3的纤维板，经测试，板的静曲强度31.6MPa，平面抗拉强度大于0.6MPa，吸水膨胀率小于10%。
例4，粉碎至20mm以下的棉杆，加入占纤维总量8%的水解淀粉糖液，经1.8MPa的饱和水蒸汽连续蒸爆处理1-6分钟，干燥后在温度160-190℃，压力2.6-3.0MPa条件下热压10分钟，得到比重0.85，尺寸450×500×9mm3的纤维板，经测试，板的静曲强度35.3MPa；平面抗拉强度0.58MPa，吸水膨胀率小于8%。
以上4个实施例所制得的纤维板均符合国标GB11718.1～10-89中密度纤维板的标准。
权利要求
1.一种用植物纤维素原料制造天然复合纤维板的方法，包括将原料处理为分散状态，用带压水蒸汽蒸爆处理，干燥后预压成板坯，热压固化成型制成纤维板，其特征是用带压水蒸汽连续蒸爆处理植物纤维素类原料，即在反应容器内保持压力一定的状态下，连续不断地、同时地进料、通入一定压力的饱和水蒸汽和卸料，蒸汽在随物料排出容器后才迅速减至常压。
2.根据权利要求1所述的制造天然复合纤维板的方法，其特征是(1)、将植物纤维素类原料干燥至含水15%以下，(2)、粉碎至纤维长度20mm以下，(3)、连续进入反应容器，进行连续蒸爆处理，带压饱和水蒸汽压力范围1.0-2.5MPa，最好是1.4-2.0MPa，处理时间一般在1-6分钟，不超过10分钟，在反应器保压的情况下连续出料。(4)、对卸出的物料进行干燥处理，预压成板坯，(5)、热压成型，条件温度160-200℃，压力2.4-3.2MPa，获得天然复合纤维板。
3.根据权利要求1所述的制造天然复合纤维板的方法，其特征是由含游离糖分的原料和不含游离糖分的原料按重量比2∶8-4∶6的比例混合后进行连续蒸爆处理。
4.根据权利要求1或3所述的制造天然复合纤维板的方法，其特征是在连续蒸爆处理前或处理后的原料中加入占原料总重量3-18%的单糖和/或双糖。
5.根据权利要求1所述方法制造的天然复合纤维板。
6.根据权利要求2所述工艺过程制造的天然复合纤维板。
7.根据权利要求3所述的方法制造的天然复合纤维板。
8.根据权利要求4所述的方法制造的天然复合纤维板。
全文摘要
一种用植物纤维素原料制造天然复合纤维板的方法，包括将原料处理为分散状态，在保持压力一定的反应容器内连续不断地、同时地进、出料和用带压水蒸汽连续蒸爆处理，干燥后预压成板坯，热压固化成型。经连续蒸爆处理后的物料质量均一、稳定，制成的纤维板强度高，质量稳定、成本低。
文档编号B27N3/00GK1105310SQ9411146
公开日1995年7月19日 申请日期1994年10月13日 优先权日1994年10月13日
发明者欧阳平凯, 陈育如 申请人:南京化工学院