CN103240785A

CN103240785A - 一种基于生物酶协同预处理技术的自生胶合刨花板制备方法

Info

Publication number: CN103240785A
Application number: CN2012100310117A
Authority: CN
Inventors: 张双保; 王永波; 张谦
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-02-13
Filing date: 2012-02-13
Publication date: 2013-08-14

Abstract

本发明涉及一种生物酶预处理替代施加胶黏剂实现刨花自生胶合的方法。包括材料协同预处理条件控制，生物酶施加技术以及成型条件控制。刨花的物理形态和化学组分有利于两种以上生物酶制剂发挥协同效应，实现刨花界面的自身降解与接枝重聚。为控制降解程度和重聚后刨花界面稳定性，根据生物酶制剂对pH环境的敏感性，采用pH调控为主的控制措施，控制反应进程。采用酶制剂A和B处理竹刨花过程是一种温和反应，对纤维的损伤小，进而解决了自身降解对纤维破坏大导致强度急剧下降问题。酶制剂A和B协同作用下，刨花制品的吸水性能改善显著，各方面指标均达到GB/T4897-2003《刨花板》中一般要求和干燥环境下非结构材料要求。

Description

一种基于生物酶协同预处理技术的自生胶合刨花板制备方法

技术领域：

本发明涉及刨花板制造技术领域，特别涉及一种生物酶处理替代施加胶黏剂的胶合方法。

背景技术：

早在20世纪30年代就有使用化学方法处理木材表面制备无胶胶合板的研究。根据作用于木材表面处理的化学药剂对表面的活化作用不同，无胶胶合可分为氧化结合法、自由基引发法、酸催化缩聚法、碱溶液活化法和天然物质转化法，其中，天然物质转化法又称为自生胶合，是材料自身成分在一定工艺条件下，经过复杂的物理化学反应，形成类似胶粘剂或交联剂类物质，从而胶合成型的技术手段。

木质材料具有纤维素、半纤维素和木质素三大组分，生物酶通过作用于这三种物质，达到改性或活化组分作用。纤维素酶是一种短钛化合物，具有对纤维表面吸附和氧化特性，作用于纤维素分子间的氢键时，破坏纤维素的高度结晶性，作用于糖苷键时，可形成可溶性糖类。半纤维素成分复杂，木聚糖、甘露聚糖、***聚糖等都属于半纤维素范畴，半纤维素酶也相应包括木聚糖酶、甘露糖酶等。半纤维素酶可将木质材料中半纤维素成分分解为低分子蛋白类、醇类和糖醛类物质。常用来处理木质素的生物酶包括过氧化物酶、锰过氧化物酶及漆酶，一般对底物性能要求不高，作用位点在苯环上的C＝C链接处，不仅能降解木质素，还能作用于多环芳烃等有机化合物。

一般自生胶合均采用单一生物酶，处理木质素或半纤维素中的一种组分，以便于控制反应条件，避免不同生物酶的干扰作用。同时加入介体，保护生物酶活性不受氧化还原反应影响而减弱或消失，提供生物酶相对稳定的作用环境。漆酶(Laccase，EC1.10.3.2)是目前木质材料自生胶合技术中应用最广泛的生物酶，分布于高等植物，昆虫及微生物中，最常用的有漆树漆酶、真菌漆酶和细菌漆酶。来源不同，漆酶结构和性质有一定差异，但其本质都是含铜的多酚氧化酶，一般以蛋白单体形式存在，含有4个还原性铜离子，真菌漆酶能在细胞间催化酚类化合物聚合粘结来实现菌丝固定。在自生胶合反应中，4个铜离子协同作用于木质素结构中的酚类自由基，实现木质素活化。漆酶已被引入到人造板制备中，研究人员利用漆酶处理枫香、思茅松、杨木、竹材、木质磺酸素等材料实现无胶胶合，研究表明，适宜条件下，人造板的力学性能能够达到国家标准，但由于漆酶主要作用于木质素，而且多数防水剂不利于漆酶活化反应，板材稳定性较差，影响板材使用寿命和使用范围，采用高温高压方式，板材密度较大，含水率较低，外观受高温影响，易发生严重变色。

发明内容：

本发明的目的是针对现有技术不足以降低成本，吸水稳定性达不到标准要求而提供的生物酶联合处理方法，还提供相应的自生胶合刨花板制备方法。

为实现以上目的，本发明采用如下技术方案，见图1两种不同生物酶预处理竹刨花自生胶合刨花板工艺

所述的筛选包括除杂和尺寸规格筛选两重功能。当任意二维尺寸小于与规定值不符，将被筛选出去。

所述含水率为为相对含水率。

所述质量比(刨花：溶液)中，刨花质量根据总质量减去含水量计；溶液质量包括刨花中的含水量。

所述喷雾法，即溶液雾化均匀喷洒，要求刨花匀速转动下均匀滚动。

所述pH控制采用多次多点测定，宜采用pH计。pH值于每次搅拌均匀后测定，应关注pH值变化。

所述体系温度控制宜采用恒温箱控制，温度差不超过±5℃。

所述搅拌处理，采用均匀搅拌，并适时通氧。氧气水平由搅拌速率和气流速度决定，与当搅拌速率和气流速率均成反比。速率约2000rad/min，气流速度为5m/s时，空气中氧气水平即满足条件。

所述考虑到板坯初含水率较高，为防止含水率梯度导致严重的内应力造成产品分层，采用多段降压方式，设定热压压力4MPa，热压温度180℃，其中保压时间不低于总时间2/3。图2热压工艺曲线是一种典型的自生胶合热压曲线。

所述弱酸处理指用草酸等弱质酸溶液，取量以不破坏纤维结构，而能够去除多余的糖醛及酚类缩合物为标准，处理后可以明显改善表面形态和胶合性能。

所述后处理包括锯边、陈放等。

本发明有益效果：

本发明阐述的生物酶协同效应下，竹刨花制备自生胶合刨花板工艺，其采用酶A和酶B处理竹刨花过程是一种温和反应，减少了对竹纤维的损伤，进而解决了自生胶合对纤维结果破坏大导致强度急剧下降的问题。其采用酶A和酶B协同处理，利用了两种酶制剂的作用环境控制反应进程，解决了仅依靠调节热压工艺导致的产品变异性大的问题。其采用酶A和酶B协同处理，发挥协同效应优势，解决了单一酶制剂在促进胶合成分转化方面的局限性。

所述方法制造的主材自生胶合刨花板，其性能能够达GB/T4897-2003《刨花板》中一般要求和干燥环境下非结构材料要求，甲醛释放量远低于3mg/100g。后期表面处理提高了表面性能，增加表面活性。

具体实施方式：

筛选4-16目含水率约8％的竹刨花，定量，置于烘箱中在50-60℃条件下预热5min。按1∶3质量比(刨花∶溶液)配制0.2mol/lA酶溶液，pH值约为9，体系温度60-70℃，加入A酶液，采用喷雾施胶方法处理竹刨花。采用7～8MPa冷压A酶液处理过的刨花，板坯打碎，预热。按1∶3质量比(刨花∶溶液)配制0.2mol/l B酶溶液调节缓冲溶液pH＝3～4，体系温度保持60-70℃，搅拌处理。干燥至含水率35％。采用多段热压曲线热压，其中热压温度180℃，热压压力4MPa。

取A酶用量约500U/g，缓冲溶液pH值为9，处理时间45min；B酶用量约30U/g，缓冲溶液pH值为4，处理时间60min，制备自生胶合刨花板，物理力学性能及变化平均值为：内结合强度0.36MPa(变异系数14.1％)，静曲强度26.56MPa(变异系数12.4％)，弹性模量3641MPa(变异系数11.3％)，吸水膨胀率厚度10.84％(变异系数19％)，密度0.99g.cm^-3(变异系数7.24％)，含水率0.1％(变异系数13.9％)。物理力学性能变异保持在5-20％范围内，较为稳定，密度变异很小，各方面平均指标也均接近或达到GB/T4897-2003《刨花板》中一般要求和干燥环境下非结构材料要求。

Claims

1.基于生物酶协同预处理技术制备自生胶合刨花板技术，它包括自生胶合刨花板制备过程中的预处理、施加酶制剂和热压过程，其特征在于：它还包括酶制剂A和酶制剂B以及辅剂的配制和保存。

2.根据权利要求1所述酶制剂A和酶制剂B以及辅剂配置和保存，其特征在于：通过控制缓存溶液pH值作为唯一变量，实现对酶制剂活性的控制。

3.根据权利要求1所述自生胶合刨花板制备预处理过程，其特征在于：酶制剂A和酶制剂B分别与底物按特定比例均匀混合，该比值具有相对确定性。

4.根据权利要求1和3所述自生胶合刨花板制备预处理过程，其特征在于：酶制剂A和酶制剂B采用顺序加入方式，酶制剂A和酶制剂B用量、处理时间和温度与刨花质量具有相对确定的正相关关系。

5.根据权利要求1所述施加酶制剂过程，其特征在于：采用转动体系下喷雾法，施加酶制剂。

6.根据权利要求1所述热压过程，其特征在于：采用多段热压，分段降压方法和高温延时热压参数。