CN113910405B - 一种基于球状聚合物的生物质纤维板的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于球状聚合物的生物质纤维板的制备方法，涉及生物质纤维板材加工技术领域，具体制备方法如下：先将聚合物制成准球状结构，然后在准球状聚合物表面还原生成纳米银，将形成的复合聚合物分散于乳液中，并通过真空加压浸渍，将其渗入到生物质纤维中，经热压成型制成纤维板。本发明中的纤维板制备方法，通过对生物质纤维进行处理，使得热压过程中的热压时间以及热压压力降低，从而达到提高纤维板生产效率以及降低能源消耗的目的，并且获得的纤维板性能数据比较优异，满足现在市场上的加工要求。

Description

一种基于球状聚合物的生物质纤维板的制备方法

技术领域

本发明属于生物质纤维板材加工技术领域，具体涉及一种基于球状聚合物的生物质纤维板的制备方法。

背景技术

我国是世界上纤维板生产第一大国，纤维板因其材质均匀、细腻、机械加工及饰面性能优异等特点而广泛应用于家具、地板基材等领域。纤维板是以木质纤维或其他植物素纤维为原料，施加脲醛树脂或其他适用的胶粘剂制成的人造薄板。现在作为新型环保材料广泛应用于高档鞋材、汽车内饰、高档包装等领域。制造过程中可以施加胶粘剂和（或）添加剂。纤维板具有材质均匀、纵横强度差小、不易开裂等优点，用途广泛。制造1立方米纤维板约需2.5-3立方米的木材，可代替3立方米锯材或5立方米原木，发展纤维板生产是资源综合利用的有效途径。

在纤维板的加工过程中，热压工艺尤为重要，热压工艺时间的长短将直接关系到纤维板力学性能的优劣。由于纤维板的主要原料为生物质纤维，而生物质纤维普遍具有优良的韧性，在受到外力作用时会发生弹性形变，因此在对生物质纤维进行热压时，需要采用较大的压力以及较长热压时间来使生物质纤维发生永久性形变。因此在利用生物质纤维加工制备纤维板时，为了使纤维板达到最优的力学性能，热压工艺的条件较为严格，普遍需要在5-10MPa下热压处理10min左右才行。例如中国专利CN2018112557048公开了利用纤维乙醇废渣制备的中密度纤维板及其制备方法，在该技术工艺中，热压工艺的压力为8-10MPa，热压时间5-10min；又例如中国专利CN2021100092855公开了一种防潮耐水纤维板的制备方法，在该技术工艺中，热压工艺的压力为10MPa，热压时间6min。因此在现有技术中，普遍存在纤维板热压压力较大，热压时间效果的缺陷，从而造成纤维板生产效率的较低，以及能源消耗较大。

发明内容

本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种基于球状聚合物的生物质纤维板的制备方法，通过对生物质纤维进行处理，从而缩短后续的热压时间以及减小热压压力，从而达到提高纤维板生产效率以及降低能源消耗的目的。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于球状聚合物的生物质纤维板的制备方法，所述制备方法为：先将聚合物制成准球状结构，然后在准球状聚合物表面还原生成纳米银，将形成的复合聚合物分散于乳液中，并通过真空加压浸渍，将其渗入到生物质纤维中，经热压成型制成纤维板。

具体的，所述制备方法包括如下步骤：

1）以二乙烯三胺和丙烯酸甲酯为原料，通过缩聚法合成制备准球状结构的聚酰胺聚合物；

2）以聚酰胺聚合物和硝酸银水溶液为原料，通过化学还原法在表面还原生成纳米银颗粒，得到复合聚酰胺聚合物；

3）将上述复合聚酰胺聚合物分散于丙烯酸乳液中形成处理液，将生物质纤维浸渍处理液后进行烘干；

4）在烘干后的生物质纤维表面喷洒胶粘剂，经热压成型制得纤维板。

在一种具体的实施方式中，步骤1）中，二乙烯三胺和丙烯酸甲酯的质量比为51.6-82.5:43.0-68.8。

在一种具体的实施方式中，步骤1）中，二乙烯三胺在使用前经冰水浴冷却处理。

在一种具体的实施方式中，步骤1）中，缩聚法反应体系中，溶剂为甲醇溶液。

进一步的，所述甲醇溶液与丙烯酸甲酯的比例为100-160mL:43.0-68.8g。

在一种具体的实施方式中，步骤1）中，缩聚法反应体系先在常温下反应4-6h，然后减压除去甲醇，再升温至150-158℃继续减压反应4-6h。

在一种具体的实施方式中，步骤2）中，聚酰胺聚合物在使用前需溶于去离子水中制成母液。

进一步的，所述母液的体积为50-80mL。

在一种具体的实施方式中，步骤2）中，硝酸银水溶液的浓度为0.1-0.18mol/L。

在一种具体的实施方式中，步骤2）中，母液与硝酸银水溶液的体积比为50-80:0.5-0.8。

在一种具体的实施方式中，步骤2）中，硝酸银水溶液需逐滴滴加到母液中，并且边滴边搅拌。

在一种具体的实施方式中，步骤2）中，由硝酸银水溶液和母液形成的混合溶液中，聚酰胺聚合物中氨基和银离子的摩尔比为2-5:1。

在一种具体的实施方式中，步骤2）中，上述混合溶液需置于电炉上加热至沸腾，待其变为亮黄色后停止加热并冷却至室温。

在一种具体的实施方式中，步骤2）中，上述混合溶液冷却后还需经旋转蒸发仪除去溶剂。

在一种具体的实施方式中，步骤2）中，上述混合溶液经旋转蒸发处理后需进行冷冻干燥处理。

进一步的，所述冷冻干燥的工艺条件为，-15--25℃，10-30Pa条件下冷冻干燥15-20h。

在一种具体的实施方式中，步骤3）中，所述丙烯酸乳液的固含量为41-43%。

在一种具体的实施方式中，步骤3）中，复合聚酰胺聚合物通过超声分散于丙烯酸乳液。

进一步的，所述超声分散的功率为300-400W，分散时间15-25min。

在一种具体的实施方式中，步骤3）中，所述处理液中复合聚酰胺聚合物的质量含量为8-13%。

在一种具体的实施方式中，步骤3）中，所述生物质纤维选自：木纤维、竹纤维、稻草、麦草、玉米秸秆、棉花杆、芦苇、芒杆中任意一种或几种。

在一种具体的实施方式中，步骤3）中，所述生物质纤维浸渍处理液中的具体操作为，将生物质纤维放入反应器中，抽真空，再加入处理液，加压并保持。

进一步的，将生物质纤维放入反应器中，抽真空0.4-0.6h，再注入处理液，加压至1.0-2.5MPa并保持0.3-0.5h。

在一种具体的实施方式中，步骤3）中，烘干温度为70-80℃，烘干时间3-6h。

在一种具体的实施方式中，步骤4）中，胶粘剂占生物质纤维质量的11-15%。

在一种具体的实施方式中，步骤4）中，所述胶粘剂为脲醛树脂胶粘剂，固含量为50-55%，游离甲醛含量小于0.1%。

在一种具体的实施方式中，步骤4）中，在胶粘剂使用前施加占胶粘剂固体含量1.0-1.5%、质量分数为25-28%的氯化铵溶液作为固化剂。

在一种具体的实施方式中，步骤4）中，胶粘剂的施胶采用压力喷枪进行喷洒施胶。

在一种具体的实施方式中，步骤4）中，施胶后的生物质纤维采用热通风管道进行干燥。

在一种具体的实施方式中，步骤4）中，施胶后的生物质纤维干燥至含水率为6.5-7.5%即可。

在一种具体的实施方式中，步骤4）中，所述热压成型的具体操作为，将干燥后的生物质纤维铺装成型，然后在温度180-195℃，压力3-5MPa下热压2-5min。

本发明相比现有技术具有以下优点：

其一，本发明中，以二乙烯三胺和丙烯酸甲酯为原料，通过缩聚法合成制备准球状结构的聚酰胺聚合物，通过真空加压浸渍的方式，将其渗入到生物质纤维中，该球状结构的聚酰胺聚合物可以富集于生物质纤维的表面形成聚集体，当纤维板在进行热压加工时，在外界的压力作用下，形成的聚集体易于随着受压方向移动，短时间内在受压表面富集，使得生物质纤维之间的接触面形成滑动以及滚动摩擦，从而降低了生物质纤维之间的摩擦力，使得生物质纤维之间易于发生位移，从而使得生物质纤维在受压面易发生滑动位移，使得生物质纤维在热压过程中，易受压成型，从而提高了纤维板的热压成型效率。

其二，本发明中，为了使聚酰胺聚合物可以更好的富集于生物质纤维表面，利用化学还原法，在聚酰胺聚合物表面沉积形成纳米银颗粒，沉积的纳米银颗粒增大了聚酰胺聚合物表面的粗糙度，从而增大了聚酰胺聚合物与生物质纤维之间的接触面积，使得二者之间的结合强度得到提升，从而使得大量聚酰胺聚合物可以更好的富集在生物质纤维表面，从而便于生物质纤维表面形成球状结构聚合物的聚集体。

其三，本发明中，通过将球状结构的聚酰胺聚合物富集在生物质纤维表面，在对生物质纤维进行热压处理时，生物质纤维在发生滑动位移的同时，表面富集的聚酰胺聚合物会在外力的作用下向孔隙中迁移，起到填充和封闭纤维板内部孔隙结构的作用，产生密实化效果，从而有助于提高纤维板的力学性能。

具体实施方式

实施例1

生物质纤维选自木纤维，优选为桉木纤维。

一种基于球状聚合物的生物质纤维板的制备方法，具体制备方法包括如下步骤：

1）称取51.6g二乙烯三胺置于容器中，冰水浴冷却，在氮气保护下，缓慢滴加43.0g丙烯酸甲酯和100mL甲醇的混合溶液，滴加完毕后在常温下反应4h，将生成的中间单体转移至反应器中，减压除去甲醇，升温至150℃继续减压反应4h，停止反应，得到聚酰胺聚合物；

2）取适量上述聚酰胺聚合物，溶于去离子水中制成50mL的母液，将0.5mL0.1mol/L的硝酸银水溶液逐滴滴加到母液中，边滴边搅拌，形成混合溶液，并且控制混合溶液中聚酰胺聚合物中氨基和银离子的摩尔比为2:1，将混合溶液置于电炉上加热至沸腾，待其变为亮黄色后从电炉上取下，室温下冷却，经旋转蒸发仪除去溶剂，经-15℃，压强10Pa冷冻干燥15h，得到复合聚酰胺聚合物；

3）将复合聚酰胺聚合物加入到固含量为41%的丙烯酸乳液中，在300W下超声分散15min，得到复合聚酰胺聚合物含量为8%的处理液，将桉木纤维放入反应器中，采用真空-加压工艺进行浸渍处理，抽真空0.4h，再注入处理液，加压至1.0MPa并保持0.5h，待处理结束后，将桉木纤维取出，在70℃下干燥处理3h，得到处理后桉木纤维；

4）称取占处理后桉木纤维质量11%的脲醛树脂胶粘剂，并且在胶粘剂使用前施加占胶粘剂固体含量1.0%、质量分数为25%的氯化铵溶液作为固化剂，使用压力喷枪将胶粘剂均匀喷洒在处理后桉木纤维中，并采用热通风管道对施胶后的桉木纤维进行干燥，待其含水率为6.5%时停止干燥，将干燥后的桉木纤维铺装成型，然后在温度180℃，压力3MPa下热压5min，即可得到成型纤维板。

本发明实施例中，所述脲醛树脂胶粘剂的固含量为50%，游离甲醛含量小于0.1%。

实施例2

生物质纤维选自木纤维，优选为桉木纤维。

一种基于球状聚合物的生物质纤维板的制备方法，具体制备方法包括如下步骤：

1）称取61.9g二乙烯三胺置于容器中，冰水浴冷却，在氮气保护下，缓慢滴加51.7g丙烯酸甲酯和120mL甲醇的混合溶液，滴加完毕后在常温下反应5h，将生成的中间单体转移至反应器中，减压除去甲醇，升温至156℃继续减压反应5h，停止反应，得到聚酰胺聚合物；

2）取适量上述聚酰胺聚合物，溶于去离子水中制成65mL的母液，将0.65mL0.15mol/L的硝酸银水溶液逐滴滴加到母液中，边滴边搅拌，形成混合溶液，并且控制混合溶液中聚酰胺聚合物中氨基和银离子的摩尔比为4:1，将混合溶液置于电炉上加热至沸腾，待其变为亮黄色后从电炉上取下，室温下冷却，经旋转蒸发仪除去溶剂，经-20℃，压强30Pa冷冻干燥20h，得到复合聚酰胺聚合物；

3）将复合聚酰胺聚合物加入到固含量为42%的丙烯酸乳液中，在400W下超声分散15min，得到复合聚酰胺聚合物含量为12%的处理液，将桉木纤维放入反应器中，采用真空-加压工艺进行浸渍处理，抽真空0.5h，再注入处理液，加压至1.8MPa并保持0.4h，待处理结束后，将桉木纤维取出，在75℃下干燥处理5h，得到处理后桉木纤维；

4）称取占处理后桉木纤维质量14%的脲醛树脂胶粘剂，并且在胶粘剂使用前施加占胶粘剂固体含量1.3%、质量分数为28%的氯化铵溶液作为固化剂，使用压力喷枪将胶粘剂均匀喷洒在处理后桉木纤维中，并采用热通风管道对施胶后的桉木纤维进行干燥，待其含水率为7.0%时停止干燥，将干燥后的桉木纤维铺装成型，然后在温度190℃，压力4MPa下热压3min，即可得到成型纤维板。

本发明实施例中，所述脲醛树脂胶粘剂的固含量为55%，游离甲醛含量小于0.1%。

实施例3

生物质纤维选自木纤维，优选为桉木纤维。

一种基于球状聚合物的生物质纤维板的制备方法，具体制备方法包括如下步骤：

1）称取82.5g二乙烯三胺置于容器中，冰水浴冷却，在氮气保护下，缓慢滴加68.8g丙烯酸甲酯和160mL甲醇的混合溶液，滴加完毕后在常温下反应6h，将生成的中间单体转移至反应器中，减压除去甲醇，升温至158℃继续减压反应6h，停止反应，得到聚酰胺聚合物；

2）取适量上述聚酰胺聚合物，溶于去离子水中制成80mL的母液，将0.8mL0.18mol/L的硝酸银水溶液逐滴滴加到母液中，边滴边搅拌，形成混合溶液，并且控制混合溶液中聚酰胺聚合物中氨基和银离子的摩尔比为5:1，将混合溶液置于电炉上加热至沸腾，待其变为亮黄色后从电炉上取下，室温下冷却，经旋转蒸发仪除去溶剂，经-25℃，压强30Pa冷冻干燥20h，得到复合聚酰胺聚合物；

3）将复合聚酰胺聚合物加入到固含量为43%的丙烯酸乳液中，在400W下超声分散25min，得到复合聚酰胺聚合物含量为13%的处理液，将桉木纤维放入反应器中，采用真空-加压工艺进行浸渍处理，抽真空0.6h，再注入处理液，加压至2.5MPa并保持0.3h，待处理结束后，将桉木纤维取出，在80℃下干燥处理6h，得到处理后桉木纤维；

4）称取占处理后桉木纤维质量15%的脲醛树脂胶粘剂，并且在胶粘剂使用前施加占胶粘剂固体含量1.5%、质量分数为28%的氯化铵溶液作为固化剂，使用压力喷枪将胶粘剂均匀喷洒在处理后桉木纤维中，并采用热通风管道对施胶后的桉木纤维进行干燥，待其含水率为7.5%时停止干燥，将干燥后的桉木纤维铺装成型，然后在温度195℃，压力5MPa下热压2min，即可得到成型纤维板。

本发明实施例中，所述脲醛树脂胶粘剂的固含量为55%，游离甲醛含量小于0.1%。

测试实验

1.1实验试样

实验组：采用实施例1提供的工艺方法加工制得纤维板试样；

对照组：选用与实验组同样的桉木纤维，称取占处理后桉木纤维质量11%的脲醛树脂胶粘剂，并且在胶粘剂使用前施加占胶粘剂固体含量1.0%、质量分数为25%的氯化铵溶液作为固化剂，使用压力喷枪将胶粘剂均匀喷洒在处理后桉木纤维中，并采用热通风管道对施胶后的桉木纤维进行干燥，待其含水率为6.5%时停止干燥，将干燥后的桉木纤维铺装成型，然后在温度180℃，压力6MPa下热压8min，即可得到成型纤维板，其中脲醛树脂胶粘剂的固含量为50%，游离甲醛含量小于0.1%。

1.2纤维板密度

实验组中获得的纤维板，密度为752.6±6.5kg/m³，实验组中获得的纤维板，密度为751.3±7.2kg/m³，二者的密度基本相同。

1.3纤维板的力学性能测试

按照GB/T11718-2009《中密度纤维板》标准，分别对实验组和对照组中的纤维板进行静曲强度、弹性模量以及内结合强度等性能测试，结果如下：

纤维板静曲强度：实验组中获得的纤维板，静曲强度为41.7MPa；对照组中获得的纤维板，静曲强度为38.2MPa。

纤维板弹性模量：实验组中获得的纤维板，弹性模量为3417MPa；对照组中获得的纤维板，弹性模量为3352MPa。

纤维板内结合强度：实验组中获得的纤维板，弹性模量为0.87MPa；对照组中获得的纤维板，弹性模量为0.82MPa。

通过上述试验结果可知，本发明提供的纤维板制备方法，获得的纤维板性能数据比较优异，满足现在市场上的加工要求，并且在工艺过程中，热压时间以及热压压力远低于现有技术，具有很好的节约能源以及提高生产效率的效果。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于球状聚合物的生物质纤维板的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：先将聚合物制成准球状结构，然后在准球状聚合物表面还原生成纳米银，将形成的复合聚合物分散于乳液中，并通过真空加压浸渍，将其渗入到生物质纤维中，经热压成型制成纤维板，所述制备方法包括如下步骤： 1）以二乙烯三胺和丙烯酸甲酯为原料，通过缩聚法合成制备准球状结构的聚酰胺聚合物； 2）以聚酰胺聚合物和硝酸银水溶液为原料，通过化学还原法在表面还原生成纳米银颗粒，得到复合聚酰胺聚合物； 3）将上述复合聚酰胺聚合物分散于丙烯酸乳液中形成处理液，将生物质纤维浸渍处理液后进行烘干； 4）在烘干后的生物质纤维表面喷洒胶粘剂，经热压成型制得纤维板。

2.如权利要求1所述一种基于球状聚合物的生物质纤维板的制备方法，其特征在于，所述二乙烯三胺和丙烯酸甲酯的质量比为51.6-82.5:43.0-68.8。

3.如权利要求1所述一种基于球状聚合物的生物质纤维板的制备方法，其特征在于，所述缩聚法中，反应体系先在常温下反应4-6h，然后减压除去甲醇，再升温至150-158℃继续减压反应4-6h。

4.如权利要求1所述一种基于球状聚合物的生物质纤维板的制备方法，其特征在于，所述化学还原法的反应体系中，聚酰胺聚合物中氨基和银离子的摩尔比为2-5:1。

5.如权利要求1所述一种基于球状聚合物的生物质纤维板的制备方法，其特征在于，所述处理液中，复合聚酰胺聚合物的质量含量为8-13%。