CN105904527A - 一种稻草板基材薄木贴面生产工艺 - Google Patents

一种稻草板基材薄木贴面生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种稻草板基材薄木贴面生产工艺，首先对玉米淀粉复合改性，进行酸解氧化，以降低淀粉的分子量，再进行脂化交联，加入增粘剂、填充剂和增强剂等助剂后，以稻草板为基材、薄木板为贴面材料，涂胶、组坯，制作稻草板基材薄木贴面人造板。本发明针对稻草板薄木贴面工艺，将工艺中的胶粘剂选用玉米淀粉生物质胶，由于稻草板为无醛人造板，再用生物质胶进行贴面，可彻底将稻草板薄木贴面中的甲醛去除掉，所生产的人造板产品物理力学性能好，同时产品的甲醛释放量指标达到或超过世界先进水平，为真正意义上的绿色环保产品。

Description

一种稻草板基材薄木贴面生产工艺
技术领域
本发明涉及一种稻草板基材薄木贴面生产工艺，属于无甲醛生物质基人造板研制领域。
背景技术
以农作物稻草秸秆为原材料、以异氰酸酯为胶黏剂压制而成的稻草板，因使用非醛类胶使得板材无游离甲醛释放，符合环境发展的要求，而且稻草板密度均匀，表面光滑，无明显色差，可用于家具制造、地板、吸音板、厨柜和包装、室内装饰等领域。与普通的木质人造板相比，稻草板制造的家具市场售价可提高20～30％以上。但与此同时，由于稻草板素板表面色彩单调、装饰性能差、尺寸稳定性，在实际应用过程中，还需进一步进行涂饰或贴面等表面装饰处理。
当前，以表面贴薄木饰面的稻草装饰板用量居多，但由于受到传统木质基材贴面工艺的影响，稻草板贴面也延续了其过程，常采用冷压或热压工艺。其过程由于贴面工艺所选用的胶粘剂，仍然是市场上应用相对最广且具有代表性的木材胶粘剂是甲醛系树脂胶粘剂。其中，脲醛树脂由于使用方便、原料丰富、成本低廉以及胶合强度较好等优点，一直以来都是使用较为广泛的胶粘剂，占所用合成树脂胶粘剂总量的70％左右。由于脲醛树脂胶粘剂制成的人造板存在着甲醛释放量较高、污染环境并有害人体健康等缺点，特别是对无醛稻草板(以异氰酸酯为胶黏剂)基材来说，薄木贴面后，由于使用了脲醛树脂胶，从而增加了甲醛释放量，将无醛稻草板变成了有醛的稻草板薄木饰面板。
随着人民生活水平的提高，对环保意识日益增强，以及石油资源日益短缺，合成高分子木材胶粘剂潜在的缺陷与危机将越来越明显。因此，用原料丰富、可再生、可降价和价廉的天然高分子资源(如：淀粉等)作为主要原料制作无醛型生物质复合材料胶粘剂生产人造板将成为当前及今后人造板工业领域的发展趋势。
用生物质基为主要原料制作秸秆(稻草)用胶粘剂的研究工作早已开始。但到目前为止，还没有真正在实际生产中得到很好的应用。究其原因，主要是由于存在胶粘剂的稳定性、生产成本和制作工艺复杂等问题造成的，其中最为关键的原因是生物质基胶粘剂在生产过程中，对胶合工艺条件的要求较为苛刻，实用性较差。
发明内容
本发明以天然高分子玉米淀粉为主要原料制作出秸秆材料用胶粘剂并将其用于稻草板薄木贴面中，进行生产工艺技术的研发，旨在提高生物质基胶粘剂在人造板制造领域中的实用性，并拓展无醛稻草板应用渠道。
本发明提供一种稻草板基材薄木贴面生产工艺，包括以下步骤:
步骤(1):玉米淀粉复合改性，先对玉米淀粉进行酸解氧化，以降低淀粉的分子量，再进行脂化交联；
步骤(2):将复合改性的玉米淀粉制成乳液，向其中加入增粘剂聚乙烯醇溶液，搅拌使其混合均匀；
步骤(3):向步骤(2)的混合溶液中加入填充剂和增强剂：所述填充剂为面粉，面粉添加量为玉米淀粉乳液与增粘剂总量的25～30％；所述增强剂为多异氰酸酯的预聚体(PMDI)，PMDI的添加量为玉米淀粉乳液与增粘剂总量的8～15％；混合制备得到淀粉胶；
步骤(4):以稻草板为基材、薄木板为贴面材料，用制得的淀粉胶涂胶、组坯；
步骤(5):采用冷压法预压成型，整理修补。
上述生产工艺步骤流程图见附图，本发明的技术方案进行选择的具体过程如下：
主要原料选定：在进行新型生物胶的研发时，选择玉米淀粉为主要原料，其特点如下：①可再生、可降价、价格低廉且较为丰富的资源；②为水溶性高分子，本身具备一定的粘结性和成膜性，再经适当的改性处理制成淀粉衍生物，即可提高粘结性能；③用其制成的胶粘剂用于装饰人造板生产，无色泽上的污染，保持基材本身的天然美观。
主剂淀粉乳液研制——淀粉改性：玉米淀粉改性方法，即玉米淀粉衍生物的制造方法。主要有：①物理改性，如预糊化淀粉、电子辐射处理淀粉、热降价淀粉等；②化学改性，如酸改性淀粉、氧化淀粉、酯化淀粉、醚化淀粉、交联淀粉、接枝共聚淀粉等；③生物改性，如酶转化淀粉等。
本发明从能应用于实际生产要求出发，发明了淀粉复合改性方法：即先对玉米淀粉进行酸解氧化，以降低淀粉的分子量，再进行脂化交联的方法，通过一系列的工艺优化试验，获得了稳定及粘结性能较佳的改性淀粉乳液。其工艺过程包括：
①酸解氧化：将一定浓度的淀粉水乳液用盐酸溶液调至PH≤4，加入氧化剂(过硫酸钾)，在不高于70℃的温度下反应60min，降温至45℃以下即可。过硫酸钾用量控制在淀粉量的2％左右。
②酯化交联：把上述酸解氧化好的淀粉乳液用氢氧化钠溶液调至PH＝10左右，加入冰醋酸进行酯化反应10～20min，再调至PH＝9左右，加入草酸进行交联反应20～30min，根据酯化交联的状况可再次进行酯化交联反应，直至得到稳定的改性淀粉乳液。冰醋酸与草酸用量分别为淀粉量的8-12％。
由上述工艺制成的改性淀粉乳液质量指标见表1。
表1改性玉米淀粉乳液质量指标
新型生物胶配制：由于稻草板基材薄木贴面板的生产过程中，不仅要求胶粘剂要有好的耐水胶合强度(达到Ⅱ类)，还因受所使用木质原料质量限制，为保证最终产品质量，在进入热压机热压之前，必须通过预压成型和整理修补环节。预压成型的好坏直接影响到整理修补的效果，进而影响到产品质量。所以，作为胶粘剂必须要有好的预成型性。
上述玉米淀粉通过复合改性得到的乳液，虽具有一定的粘结性和成膜性，但直接用于人造板生产，其预成型性和耐水胶合强度仍达不到生产工艺和产品标准的要求。因此，要使复合改性淀粉乳液符合胶粘剂要求，还须加入增粘剂、填充剂和增强剂等助剂。
①增粘剂的选择
根据查阅相关文献和实践经验，本研究选用了聚乙烯醇溶液作为复合改性淀粉乳液的增粘剂。聚乙烯醇溶液能与玉米淀粉乳液相混溶，且本身也具有较好的粘接力；同时，聚乙烯醇具有成膜性，其膜的机械性能优良。经过试验、试用表明：用聚乙烯醇溶液作为增粘剂，明显提高了改性玉米淀粉乳液的预成型性，达到生产工艺要求。但对于预成型性要求特别高的产品生产，可再添加少量聚醋酸乙烯乳液，即可完全能满足生产需要。增粘剂的添加量为改性淀粉乳液量的30～45％。
②填充剂的选择
由于淀粉乳液特别是加入聚乙烯醇溶液后的乳液，固体含量较低，直接用作胶粘剂，在热压时容易产生鼓泡，故在本研究中，选用面粉与轻质碳酸钙分别作为改性淀粉乳液的填充剂进行实验。结果表明：面粉与玉米淀粉乳液相混时，因两者的分子结构相似，相容性较好，混合后状态稳定；而轻质碳酸钙则相容性差，状态不稳定，增稠太快不利于涂胶。
通过对比，研究中选择面粉作为填充剂，面粉不仅可改善玉米淀粉乳液的使用性能，降低玉米淀粉胶固化后的收缩率，还可以提高制品胶层的耐老化性。面粉添加量为淀粉乳液与增粘剂总量的25～30％。
③增强剂的选择
复合改性淀粉乳液通过加入增粘剂、填充剂，使用性能得到了较好的改善，但在耐水胶合强度上还达不到标准要求，因此，本研究中选用了多异氰酸酯的预聚体(PMDI)作为增强剂加以增强。
由于异氰酸酯预聚体本身即可作为耐水的胶粘剂使用，其所拥有的异氰酸酯基反应活性很大，能与含有活泼氢的官能团反应，即能与改性淀粉、聚乙烯醇、面粉、基材中的羟基、羧基等基团反应，使新型生物胶具有很好的耐水胶合强度。试验结果表明：在改性淀粉乳液与聚乙烯醇溶液、面粉的混合乳液中，加入8～15％的PMDI作为增强剂，可使新型生物胶的物理力学性能达到国标Ⅱ类标准的要求。
在对新型生物胶的研制完成后，即可用于人造板的生产过程中进行实践验证，需严格把控其工艺过程技术要求，本研究依据该胶黏剂在贴面胶合板大试生产时使用情况，对其核心工艺技术要求进行说明，具体参数情况见表2。
表2玉米淀粉无醛胶生产稻草板薄木贴面人造板的工艺技术指标
本发明针对稻草板薄木贴面工艺，将工艺中的胶粘剂选用生物质胶，由于稻草板为无醛人造板，再用生物质胶进行贴面，可彻底将稻草板薄木贴面中的甲醛去除掉。生产的人造板产品物理力学性能好；同时，采用改性淀粉胶粘剂，使产品的甲醛释放量指标达到或超过世界先进水平，为真正意义上的绿色环保产品。
附图说明
图1：本发明的稻草板基材薄木贴面生产工艺流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：无甲醛生物质基木材的制备
一种稻草板基材薄木贴面生产工艺，包括以下步骤:
步骤(1):玉米淀粉复合改性，先对玉米淀粉进行酸解氧化，以降低淀粉的分子量，再进行脂化交联；复合改性的具体步骤为：
酸解氧化：将一定浓度的淀粉水乳液用盐酸溶液调至PH≤4，加入氧化剂过硫酸钾，在不高于70℃的温度下反应60min，降温至45℃以下即可，过硫酸钾用量控制在淀粉量的2％左右；
酯化交联：把上述酸解氧化好的淀粉乳液用氢氧化钠溶液调至PH＝10左右，加入冰醋酸进行酯化反应10～20min，再调至PH＝9左右，加入草酸进行交联反应20～30min，根据酯化交联的状况可再次进行酯化交联反应，直至得到稳定的改性淀粉乳液；冰醋酸与草酸用量分别为淀粉量的8-12％。
步骤(2):将复合改性的玉米淀粉制成乳液，向其中加入增粘剂聚乙烯醇溶液，搅拌使其混合均匀；检测混合溶液固含量、pH值、酯化程度。
步骤(3):向步骤(2)的混合溶液中加入填充剂和增强剂：所述填充剂为面粉，面粉添加量为玉米淀粉乳液与增粘剂总量的25～30％；所述增强剂为多异氰酸酯的预聚体(PMDI)，PMDI的添加量为玉米淀粉乳液与增粘剂总量的8～15％；混合制备得到淀粉胶。
步骤(4):以稻草板为基材、薄木板为贴面材料，用制得的淀粉胶涂胶、组坯；
步骤(5):采用冷压法预压成型，整理修补。
步骤(6):热压，砂光，制成人造板成品；锯边检验，包装入库。
制造人造板的工艺要求为：基材含水率为12～16％；涂胶量为280～320g/m2；预压时间为30～120min；预压压力为0.8MPa；热压时间为/1～1.2min/mm；热压温度为110～120℃；热压压力为1.0～1.1MPa。
实施例2：效果评价
按上述的工艺流程与工艺技术要求，用新型生物胶对稻草板基材薄木贴面板进行了较大批量的生产实验，生产的成品板材，进行效果评价，实验结果见表3。
表3玉米淀粉胶生产稻草板薄木贴面人造板理化性能
试验结果表明：用新型生物胶生产的稻草板基材薄木贴面人造板的物理力学性能达到国家标准规定的要求。
通过大试生产，同时可以看出，新型生物胶与脲醛树脂胶在实际生产中的不同之处在于，一是涂胶后需尽快实施冷压，尤其是含水率低(≤10％)的原料需在40min内实施冷压，对于含水率高(14～16％)的原料需在60min内完成冷压；二是要控制好从涂胶到热压的时间，需控制在4t内，最多不能超过8t；三是热压工艺技术需严格控制，特别是热压温度和时间。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种稻草板基材薄木贴面生产工艺，其特征在于：包括以下步骤:
步骤(1):玉米淀粉复合改性，先对玉米淀粉进行酸解氧化，以降低淀粉的分子量，再进行脂化交联；
步骤(2):将复合改性的玉米淀粉制成乳液，向其中加入增粘剂聚乙烯醇溶液，搅拌使其混合均匀；
步骤(3):向步骤(2)的混合溶液中加入填充剂和增强剂：所述填充剂为面粉，面粉添加量为玉米淀粉乳液与增粘剂总量的25～30％；所述增强剂为多异氰酸酯的预聚体(PMDI)，PMDI的添加量为玉米淀粉乳液与增粘剂总量的8～15％；混合制备得到淀粉胶；
步骤(4):以稻草板为基材、薄木板为贴面材料，用制得的淀粉胶涂胶、组坯；
步骤(5):采用冷压法预压成型，整理修补；
步骤(6):热压，砂光，制成人造板成品；锯边检验，包装入库。
2.如权利要求1所述的一种稻草板基材薄木贴面生产工艺，其特征在于：淀粉复合改性的具体步骤为：
酸解氧化：将一定浓度的淀粉水乳液用盐酸溶液调至PH≤4，加入氧化剂过硫酸钾，在不高于70℃的温度下反应60min，降温至45℃以下即可，过硫酸钾用量控制在淀粉量的2％；
酯化交联：把上述酸解氧化好的淀粉乳液用氢氧化钠溶液调至PH＝10，加入冰醋酸进行酯化反应10～20min，再调至PH＝9，加入草酸进行交联反应20～30min，根据酯化交联的状况可再次进行酯化交联反应，直至得到稳定的改性淀粉乳液；冰醋酸与草酸用量分别为淀粉量的8-12％。
3.如权利要求1所述的一种稻草板基材薄木贴面生产工艺，其特征在于：步骤(2)加入增粘剂后，检测混合溶液固含量、pH值、酯化程度。
4.如权利要求1所述的一种稻草板基材薄木贴面生产工艺，其特征在于：制造人造板的工艺要求为：基材含水率为12～16％；涂胶量为280～320g/m2；预压时间为30～120min；预压压力为0.8MPa；热压时间为/1～1.2min/mm；热压温度为110～120℃；热压压力为1.0～1.1MPa。
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