CN111745771B - 一种废旧热处理木材制备无胶刨花板的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种废旧热处理木材制备无胶刨花板的方法它不添加胶粘剂，制得的刨花板不存在甲醛释放等二次污染问题，同时力学性能优良。该方法包括以下步骤：预处理：将废旧户外用热处理木材置于质量浓度为2‑5％、温度为40‑60℃的碳酸钾溶液中处理1‑2h；颗粒制备：将预处理后热处理木材沥干水分，粉碎，过筛，得到粒径较为均匀的刨花颗粒；组坯热压：刨花颗粒组坯后，将板坯置于压机上进行热压，设定热压温度为150℃‑170℃，热压时间80‑100s/(mm厚度)；后处理：热压完成后，压机卸压至0.05‑0.1MPa即压板即将开启状态，并升高热压温度至200‑220℃保温10min‑20min。
Description
技术领域
本发明涉及废旧热处理木材的再利用，具体地说，是以废旧热处理木材制备无胶刨花板(或称颗粒板)的方法。
背景技术
热处理木材因其优良的产品性能，从2000年前后在市场上投入使用至今，已在室内外各种木制产品上得到了广泛的应用。经过近20年的使用，目前很多热处理材终端产品如地板、家具、各种包装用材已进入维修、拆旧阶段。如何高效利用废旧热处理木材进行再加工，提高木材的利用率和节约资源成本具有重要意义，不仅如此，即使被再次废弃，也可以通过处理继续循环利用，不会对环境造成二次污染。
而从再利用的形式来看，若能在较低成本的前提下，利用废旧热处理材制备刨花板(或称颗粒板)，相对于生物质颗粒燃料等其他产品而言，将更具产品竞争力和技术推广价值。利用废旧热处理材制备刨花板，人们自然能够想到的方法是对其粉碎后添加胶粘剂再组坯热压。但脲醛树脂胶粘剂的使用在实际生产和应用过程中会存在游离甲醛释放问题，由于游离甲醛释放是一个长期、缓慢和重复的过程，这给游离甲醛的控制和治理带来巨大困扰。目前，虽然木材工业中也已开发出不含醛的胶粘剂，如大豆蛋白基粘合剂、淀粉基粘合剂、异氰酸酯粘合剂、热塑性树脂粘合剂、木质素基粘合剂，但这些不含醛的胶粘剂通常存在诸如成本高、性能差和工艺复杂等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种废旧热处理木材制备无胶刨花板的方法，该方法不添加胶粘剂，制备工艺简便，成本低，制得的刨花板不存在甲醛释放等二次污染问题，同时力学性能优良。
为达到上述目的，本发明所述的废旧热处理木材制备无胶刨花板的方法，包括以下步骤：
a.预处理：将废旧户外用热处理木材置于质量浓度为2-5％、温度为40-60℃的碳酸钾溶液中处理1-2h；
b.颗粒制备：将预处理后热处理木材沥干水分，粉碎，过筛，得到粒径较为均匀的刨花颗粒；
c.组坯热压：刨花颗粒组坯后，将板坯置于压机上进行热压，设定热压温度为150℃-170℃，热压时间80-100s/(mm厚度)；
d.后处理：热压完成后，压机卸压至0.05-0.1MPa即压板即将开启状态，并升高热压温度至200-220℃保温10min-20min。
作为进一步改进，上述的废旧热处理木材制备无胶刨花板的方法，步骤b中，刨花颗粒的目数为10-40目。
热处理木材是对木材经高温热处理得到的。在对木材高温热处理过程中，木材中三大素纤维素、半纤维素和木质素分别发生不同程度的降解，热稳定性差的半纤维素首先发生降解，吸水性羟基减少，尺寸稳定性提高；纤维素部分发生降解，密度下降，力学性能降低，木材更易于粉碎，粉碎能耗下降；在纤维素和半纤维素含量下降的同时，木质素的相对含量增加，热处理材的耐腐性提高。当热处理温度达到180℃时，热稳定性较好的木质素也发生部分降解，羧基和酚类含量有所增加，羰基和羟基的含量下降，木素大分子结构遭到破坏。
本专利利用废旧的热处理木材制备刨花板时，先采用碳酸钾溶液对热处理木材预处理。木素为无定型聚合物，其软化温度随含水率的增加而降低，吸收水分后，其软化温度显著降低；当温度达到玻璃化转化温度时，聚合物分子运动加剧，表面积增加，表面适应性增强，更有利于界面胶合。另一方面，碱金属碳酸盐促开环作用明显，可为热处理材在高温条件下软化降解，减小木质素的空间位阻，增加半纤维素的降解产物糠醛与木质素解聚产物单酚类物质在高温热压过程中的反应性、促进胶粘聚合起到关键作用。
热处理木材在高温热处理过程中，由于高温水解作用，产生乙酸等酸性物质，使得热处理木材的pH值较低，呈酸性。为此，本发明采用碳酸钾溶液对热处理木材进行预处理。碳酸钾是草木灰的主要成分，水体污染小，适度排放，其中的钾元素可促使植物生长，在一定程度上增强其抗病虫与自然灾害的能力，因此由本工艺方法产生的环保压力较小；热处理木材经碳酸钾预处理后，其pH值上升至中性附近，从而使其在后续热压高温环境下的降解反应较为温和，不会出现木材在酸性和碱性环境中的酸解和纤维润胀降解等剧烈化学反应。
本发明中，板坯胶合成型的主要原理是碳酸钾的预处理促进半纤维素在高温热压作用下进行热解脱水形成糠醛，并与木质素降解产物中的酚类物质发生胶粘聚合反应。
本发明中，为了弥补无胶胶合时没有胶粘剂对原材料胶合的贡献，板坯在热压中需要依靠更大的热压压力使刨花之间充分接触发生连接，因此板坯在热压完成后的微压后处理阶段，一方面更高温度可以使木材内分子运动进一步加速，分子链段的运动激发，释放热压过程中产生的内应力，另一方面高温作用下木材分子间缩聚、架桥抑制了板坯变形的回复，有利于固定板坯的压缩变形，防止其在后续使用环境下发生回弹。因此本发明制备的无胶刨花板可获得优良的耐腐性和尺寸稳定性，同时可达到普通刨花(颗粒)板的力学性能要求。
具体实施方式
鉴于我国木材资源短缺、木工胶粘剂制作成本高、污染严重等问题，本发明提出利用废旧热处理木材制备无胶刨花(颗粒)板的方法。
实施例1：
首先将废旧户外用热处理木材置于质量分数为2％的碳酸钾溶液中40℃恒温1h(此为预处理阶段)，一方面起到清洗木材的作用，另一方面，碳酸钾可促进热处理木材中多糖类物质进一步水解，木质素在一定程度上发生降解，减小木质素大分子的空间位阻，活化木质素并提高其在后期高温热压过程中的反应性；然后，将预处理后热处理木材沥干水分，粉碎，过筛，得到粒径(目数为10-40目)较为均匀的刨花颗粒(此为颗粒制备阶段)；再将其组坯，设定热压温度为150℃，将板坯置于压机上进行热压，热压时间80s/(mm板坯厚度)(此为热压阶段)；待热压完成后，卸压至0.05Pa即压板即将开启，此时升高温度至200℃保温10min(此为后处理阶段)。此方法制备的无胶刨花板可获得优良的耐腐防霉性和尺寸稳定性，同时可达到普通刨花(颗粒)板的力学性能要求，其有关性能参数见表1。
实施例2：
首先将废旧户外用热处理木材置于质量分数为3％的碳酸钾溶液中40℃恒温2h(此为预处理阶段)，一方面起到清洗木材的作用，另一方面，碳酸钾可促进热处理木材中多糖类物质进一步水解，木质素在一定程度上发生降解，减小木质素大分子的空间位阻，活化木质素并提高其在后期高温热压过程中的反应性；然后，将预处理后热处理木材沥干水分，粉碎，过筛，得到粒径(目数为10-40目)较为均匀的刨花颗粒(此为颗粒制备阶段)；再将其组坯，设定热压温度为160℃，将板坯置于压机上进行热压，热压时间100s/(mm板坯厚度)(此为热压阶段)；待热压完成后，卸压至0.1MPa即压板即将开启，此时升高温度至220℃保温10min(此为后处理阶段)。此方法制备的无胶刨花板可获得优良的耐腐防霉性和尺寸稳定性，同时可达到普通刨花(颗粒)板的力学性能要求，其有关性能参数见表1。
实施例3：
首先将废旧户外用热处理木材置于质量分数为5％的碳酸钾溶液中60℃恒温1h(此为预处理阶段)，一方面起到清洗木材的作用，另一方面，碳酸钾可促进热处理木材中多糖类物质进一步水解，木质素在一定程度上发生降解，减小木质素大分子的空间位阻，活化木质素并提高其在后期高温热压过程中的反应性；然后，将预处理后热处理木材沥干水分，粉碎，过筛，得到粒径(目数为10-40目)较为均匀的刨花颗粒(此为颗粒制备阶段)；再将其组坯，设定热压温度为170℃，将板坯置于压机上进行热压，热压时间80s/(mm板坯厚度)(此为热压阶段)；待热压完成后，卸压至0.05MPa即压板即将开启，此时升高温度至220℃保温20min(此为后处理阶段)。此方法制备的无胶刨花板可获得优良的耐腐防霉性和尺寸稳定性，同时可达到普通刨花(颗粒)板的力学性能要求，其有关性能参数见表1。
实施例4：
首先将废旧户外用热处理木材置于质量分数为4％的碳酸钾溶液中60℃恒温2h(此为预处理阶段)，一方面起到清洗木材的作用，另一方面，碳酸钾可促进热处理木材中多糖类物质进一步水解，木质素在一定程度上发生降解，减小木质素大分子的空间位阻，活化木质素并提高其在后期高温热压过程中的反应性；然后，将预处理后热处理木材沥干水分，粉碎，过筛，得到粒径(目数为10-40目)较为均匀的刨花颗粒(此为颗粒制备阶段)；再将其组坯，设定热压温度为160℃，将板坯置于压机上进行热压，热压时间100s/(mm板坯厚度)(此为热压阶段)；待热压完成后，卸压至0.1MPa即压板即将开启，此时升高温度至200℃保温20min(此为后处理阶段)。此方法制备的无胶刨花板可获得优良的耐腐防霉性和尺寸稳定性，同时可达到普通刨花(颗粒)板的力学性能要求，其有关性能参数见表1。
根据GB/T 17657-2013《人造板及饰面人造板性能试验方法》进行刨花板(厚度为10mm)静曲强度、2h吸水厚度膨胀率进行性能测试，此外，将板材置于30℃、RH95％环境中进行霉变性评价，时间一个月，观察霉菌在板材表面的生长情况，实施例1-4制得的刨花板测试结果如下：
| MOR(MPa) | 2h吸水厚度膨胀率(％) | 霉菌在板材表面的生长覆盖率(％) | |
| 实施例1 | 13.8 | 3.43 | 8 |
| 实施例2 | 14.1 | 3.94 | 10 |
| 实施例3 | 15.3 | 3.17 | 8 |
| 实施例4 | 14.5 | 4.25 | 12 |
Claims (1)
1.一种废旧热处理木材制备无胶刨花板的方法，其特征是：包括以下步骤：
a.预处理：将废旧户外用热处理木材置于质量浓度为2-5%、温度为40-60℃的碳酸钾溶液中处理1-2h；
b.颗粒制备：将预处理后热处理木材沥干水分，粉碎，过筛，得到粒径较为均匀的刨花颗粒，刨花颗粒的目数为10-40目；
c.组坯热压：刨花颗粒组坯后，将板坯置于压机上进行热压，设定热压温度为150℃-170℃，热压时间80-100s/（mm厚度）；
d.后处理：热压完成后，压机卸压至0.05-0.1MPa即压板即将开启状态，并升高热压温度至200-220℃保温10min-20min。
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