一种高粱秸秆板材及其制备方法与流程

1.本发明涉及农业秸秆资源化利用技术领域，特别涉及一种高粱秸秆板材及其制备方法。


背景技术：

2.高粱是我国最主要的杂粮作物之一，近些年来，国内消费者对高粱需求的不断增长，导致高粱秸秆资源产量巨大。然而大多数高粱秸秆并没有得到有效利用，仅少部分用作饲料或生产化工产品的原料，大量秸杆被废弃、用于薪材或还田处理，未能高效、高值利用，造成了生物质资源的严重浪费和环境污染。且高粱秸秆秸髓部含有大量薄壁细胞，密度低，力学性能差，一定程度上也限制了高粱秸秆在材料领域的应用。
3.近年来，随着人们对农业剩余物综合利用日益重视，将农业生物质资源进行一系列工业处理后压制成板材已经成为重要的研究方向之一。
4.公开号为cn111136757a的中国专利介绍了一种竹纤维人造板及其制备方法，所述方法将竹纤维和竹炭粉作为原料，按一定配比使用落叶松单宁树脂胶进行施胶，然后进行组培热压成型。此法使用树脂胶作为粘合剂才能保证板材的强度，若降低粘合剂的用量，板材的强度则大打折扣。然而粘合剂的使用会造成环境污染，也会损害人体健康。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明目的在于提供一种高粱秸秆板材及其制备方法。本发明提供的方法能够避免粘合剂的使用，且所得板材具有较高的强度。
6.为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
7.本发明提供了一种高粱秸秆板材的制备方法，包括以下步骤：
8.(1)将高粱秸秆段与秸皮软化酶液混合，进行酶刻蚀，得到酶刻蚀秸秆；
9.(2)使用增强剂溶液喷淋所述酶刻蚀秸秆，得到增强秸秆；所述增强剂为阳离子淀粉和/或羧甲基纤维素；
10.(3)将所述增强秸秆与高粱秸秆粉混合，进行第一热压，得到高粱秸秆板材。
11.优选的，还包括：在所述高粱秸秆板材喷淋防水剂，进行第二热压。
12.优选的，所述高粱秸秆段的长度为5～20cm。
13.优选的，所述秸皮软化酶液中包括纤维素酶和木聚糖酶，所述秸皮软化酶液中纤维素酶的酶活为5～15iu/ml，木糖醇酶的酶活为4～10iu/ml；
14.所述高粱秸秆段的质量与秸皮软化酶的体积比为1000g：150～250ml。
15.优选的，所述酶刻蚀的时间为30～120min。
16.优选的，所述增强剂溶液的质量浓度为0.5～5％；
17.所述酶刻蚀秸秆的质量与增强剂的体积比为1000g：500～1200ml。
18.优选的，所述高粱秸秆粉的粒径为20～80目；所述增强秸秆与高粱秸秆粉的质量比为2～4:1。
19.优选的，所述第一热压的温度为80～100℃，压力为600～1000kg/cm2，保压时间为30～60min。
20.优选的，所述防水剂为石蜡，所述第二热压的温度为80～100℃，压力为600～1000kg/cm2，保压时间为30～60min。
21.本发明提供了上述制备方法制备得到的高粱秸秆板材，所述高粱秸秆板材的拉伸强度为53～105mpa，弯曲强度为40～77mpa。
22.本发明提供了一种高粱秸秆板材的制备方法，包括以下步骤：(1)将高粱秸秆段与秸皮软化酶混合，进行酶刻蚀，得到酶刻蚀秸秆；(2)使用增强剂溶液喷淋所述酶刻蚀秸秆，得到增强秸秆；所述增强剂为阳离子淀粉和/或羧甲基纤维素；(3)将所述增强秸秆与高粱秸秆粉混合，进行第一热压，得到高粱秸秆板材。本发明利用秸皮软化酶对高粱秸秆段的表面进行刻蚀，能够暴露出秸皮粗纤维，并使秸秆具有丰富的孔隙结构；本发明以阳离子淀粉和/或羧甲基纤维素作为增强剂，具有良好的粘结性，在喷淋的过程中，增强剂能够进入到酶刻蚀秸秆的内部空隙中，可有效提升秸秆的密度和材质均匀性，从而提高板材强度；本发明通过将增强秸秆与高粱秸秆粉混合，高粱秸秆粉能够填充高粱秸秆的内部空隙，进一步提高板材强度。同时，本发明在制备过程中不使用粘合剂，绿色环保；本发明以高粱秸秆作为原料，原料来源丰富、可再生；本发明制备方法简单，易于实现工业化大批量生产。实施例结果表明，本发明方法所得高粱秸秆板材的拉伸强度为53～105mpa，弯曲强度为40～77mpa。
23.进一步的，本发明在所述高粱秸秆板材喷淋防水剂，进行第二热压，能够得到防水高粱秸秆板材，扩展了高粱秸秆板材的应用范围。
具体实施方式
24.本发明提供了一种高粱秸秆板材的制备方法，包括以下步骤：
25.(1)将高粱秸秆段与秸皮软化酶液混合，进行酶刻蚀，得到酶刻蚀秸秆；
26.(2)使用增强剂溶液喷淋所述酶刻蚀秸秆，得到增强秸秆；所述增强剂为阳离子淀粉和/或羧甲基纤维素；
27.(3)将所述增强秸秆与高粱秸秆粉混合，进行第一热压，得到高粱秸秆板材。
28.本发明将高粱秸秆段与秸皮软化酶液混合，进行酶刻蚀，得到酶刻蚀秸秆。在本发明中，所述高粱秸秆段的长度优选为5～20cm，更优选为10～15cm。
29.在本发明中，所述秸皮软化酶液中优选包括纤维素酶和木聚糖酶，所述秸皮软化酶液中纤维素酶的酶活优选为5～15iu/ml，更优选为10iu/ml，木糖醇酶的酶活优选为4～10iu/ml，更优选为6iu/ml；在本发明中，所述高粱秸秆段的质量与秸皮软化酶的体积比优选为1000g：150～250ml，更优选为1000g：200ml。
30.在本发明中，所述混合的方式优选为：使用所述秸皮软化酶液对高粱秸秆段进行喷淋。在本发明中，所述酶刻蚀的时间优选为30～120min，更优选为60～90min。在本发明中，所述酶刻蚀的温度优选为室温。
31.得到所述酶刻蚀秸秆后，本发明使用增强剂溶液喷淋所述酶刻蚀秸秆，得到增强秸秆；所述增强剂为阳离子淀粉和/或羧甲基纤维素。在本发明中，所述增强剂溶液的质量浓度优选为0.5～5％，更优选为1～3％；所述酶刻蚀秸秆的质量与增强剂的体积比优选为
1000g：500～1200ml，更优选为1000g：700～1000ml。本发明对所述喷淋速率、时间没有特殊的要求，能够保证喷淋充分即可。
32.得到所述增强秸秆后，本发明将所述增强秸秆与高粱秸秆粉混合，进行第一热压，得到高粱秸秆板材。在本发明中，所述高粱秸秆粉的粒径优选为20～80目，更优选为40～60目；所述增强秸秆与高粱秸秆粉的质量比优选为2～4:1，更优选为2.5～3.5:1。本发明对所述混合的方式没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的混合方式即可，具体的如搅拌混合。
33.在本发明中，所述第一热压的温度优选为80～100℃，更优选为90℃；压力优选为600～1000kg/cm2，更优选为700～800kg/cm2；保压时间优选为30～60min，更优选为40～50min。本发明通过所述第一热压，能够使增强秸秆与高粱秸秆粉混合物成型为板材，并提高板材的密度与强度。
34.在本发明中，所述第一热压后，本发明还包括：在所得高粱秸秆板材喷淋防水剂，进行第二热压。在本发明中，所述防水剂优选为石蜡溶液，所述高粱秸秆板材的质量与防水剂的体积比优选为1000g：200～300ml，更优选为1000g：240～280ml。
35.在本发明中，所述第二热压的温度优选为80～100℃，更优选为90℃；压力优选为600～1000kg/cm2，更优选为700～800kg/cm2；保压时间优选为30～60min，更优选为40～50min。本发明通过所述第二热压，是防水剂充分渗透入高粱秸秆板材中，以提高板材的防水性能。
36.本发明提供了上述制备方法制备得到的高粱秸秆板材。在本发明中，所述高粱秸秆板材的拉伸强度为53～105mpa，弯曲强度为40～77mpa。
37.下面结合实施例对本发明提供的高粱秸秆板材及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
38.实施例1
39.以高粱秸秆为原料，除叶后切成5～20cm小段，将高粱秸秆段分成两部分，一部分粉碎成粒径为20～80目的高粱秸秆粉末，另一部分使用秸皮软化酶液进行喷淋，酶刻蚀50min，得到酶刻蚀秸秆。其中，秸皮软化酶液包括纤维素酶和木聚糖酶，所述秸皮软化酶液中纤维素酶的酶活为10iu/ml，木糖醇酶的酶活为6iu/ml；所述高粱秸秆段的质量与秸皮软化酶的体积比为1000g：200ml。
40.用质量浓度为2％的阳离子淀粉溶液喷淋酶处理秸秆，之后，将所得增强秸秆与上述高粱秸秆粉末按照质量比4:1的比例混合，在压力为600kg/cm2、温度80℃下热压30min，形成高粱秸秆板材，用石蜡防水剂喷淋压缩板表面后，相同热压条件下再次热压30min，最终得到的防水型高粱秸秆板材。
41.按照《gb/t1938
‑
2009》对板材的拉伸强度进行测试，按照《gb/t1936.1
‑
2009》对板材的抗弯强度进行测试。经测试，其拉伸强度为53mpa，抗弯强度为40mpa。板材的表面接触角为102度，表现出良好的疏水性。
42.实施例2
43.以高粱秸秆为原料，除叶后切成5～20cm小段，将高粱秸秆段分成两部分，一部分粉碎成粒径为20～80目的高粱秸秆粉末，另一部分使用秸皮软化酶液进行喷淋，酶刻蚀60min，得到酶刻蚀秸秆。其中，秸皮软化酶液包括纤维素酶和木聚糖酶，所述秸皮软化酶液
中纤维素酶的酶活为10iu/ml，木糖醇酶的酶活为6iu/ml；所述高粱秸秆段的质量与秸皮软化酶的体积比为1000g：150ml。
44.用质量浓度为2％的羧甲基纤维素溶液喷淋酶处理秸秆，之后，将所得增强秸秆与上述高粱秸秆粉末按照质量比4:1的比例混合，在压力为700kg/cm2、温度90℃下热压60min，形成高粱秸秆压缩板，用石蜡防水剂喷淋压缩板表面后，形成高粱秸秆板材，用石蜡防水剂喷淋压缩板表面后，相同热压条件下再次热压60min，最终得到的防水型高粱秸秆板材。
45.按照《gb/t1938
‑
2009》对板材的拉伸强度进行测试，按照《gb/t1936.1
‑
2009》对板材的抗弯强度进行测试。经测试，其拉伸强度为66mpa，抗弯强度为53mpa。板材的表面接触角为98度，表现出良好的疏水性。
46.实施例3
47.以高粱秸秆为原料，除叶后切成5～20cm小段，将高粱秸秆段分成两部分，一部分粉碎成粒径为20～80目的高粱秸秆粉末，另一部分使用秸皮软化酶液进行喷淋，酶刻蚀90min，得到酶刻蚀秸秆。其中，秸皮软化酶液包括纤维素酶和木聚糖酶，所述秸皮软化酶液中纤维素酶的酶活为10iu/ml，木糖醇酶的酶活为6iu/ml；所述高粱秸秆段的质量与秸皮软化酶的体积比为1000g：200ml。
48.用质量浓度为4％的阳离子淀粉溶液喷淋酶处理秸秆，之后，将所得增强秸秆与上述高粱秸秆粉末按照质量比2:1的比例混合，在压力为800kg/cm2、温度80℃下热压60min，形成高粱秸秆压缩板，用石蜡防水剂喷淋压缩板表面后，形成高粱秸秆板材，用石蜡防水剂喷淋压缩板表面后，相同热压条件下再次热压60min，最终得到的防水型高粱秸秆板材。
49.按照《gb/t1938
‑
2009》对板材的拉伸强度进行测试，按照《gb/t1936.1
‑
2009》对板材的抗弯强度进行测试。经测试，其拉伸强度为87mpa，抗弯强度为61mpa。板材的表面接触角为110度，表现出良好的疏水性。
50.实施例4
51.以高粱秸秆为原料，除叶后切成5～20cm小段，将高粱秸秆段分成两部分，一部分粉碎成粒径为20～80目的高粱秸秆粉末，另一部分使用秸皮软化酶液进行喷淋，酶刻蚀120min，得到酶刻蚀秸秆。其中，秸皮软化酶液包括纤维素酶和木聚糖酶，所述秸皮软化酶液中纤维素酶的酶活为10iu/ml，木糖醇酶的酶活为6iu/ml；所述高粱秸秆段的质量与秸皮软化酶的体积比为1000g：220ml。
52.用质量浓度为5％的羧甲基纤维素溶液喷淋酶处理秸秆，之后，将所得增强秸秆与上述高粱秸秆粉末按照质量比3:1的比例混合，在压力为1000kg/cm2、温度100℃下热压45min，形成高粱秸秆压缩板，用石蜡防水剂喷淋压缩板表面后，形成高粱秸秆板材，用石蜡防水剂喷淋压缩板表面后，相同热压条件下再次热压45min，最终得到的防水型高粱秸秆板材。
53.按照《gb/t1938
‑
2009》对板材的拉伸强度进行测试，按照《gb/t1936.1
‑
2009》对板材的抗弯强度进行测试。经测试，其拉伸强度为105mpa，抗弯强度为77mpa。板材的表面接触角为108度，表现出良好的疏水性。
54.实施例5
55.以高粱秸秆为原料，除叶后切成5～20cm小段，将高粱秸秆段分成两部分，一部分
粉碎成粒径为20～80目的高粱秸秆粉末，另一部分使用秸皮软化酶液进行喷淋，酶刻蚀90min，得到酶刻蚀秸秆。其中，秸皮软化酶液包括纤维素酶和木聚糖酶，所述秸皮软化酶液中纤维素酶的酶活为10iu/ml，木糖醇酶的酶活为6iu/ml；所述高粱秸秆段的质量与秸皮软化酶的体积比为1000g：250ml。
56.用质量浓度为3％的阳离子淀粉溶喷淋酶处理秸秆，之后，将所得增强秸秆与上述高粱秸秆粉末按照质量比3.5:1的比例混合，在压力为1000kg/cm2、温度90℃下热压45min，形成高粱秸秆压缩板，用石蜡防水剂喷淋压缩板表面后，形成高粱秸秆板材，用石蜡防水剂喷淋压缩板表面后，相同热压条件下再次热压45min，最终得到的防水型高粱秸秆板材。
57.按照《gb/t1938
‑
2009》对板材的拉伸强度进行测试，按照《gb/t1936.1
‑
2009》对板材的抗弯强度进行测试。其拉伸强度为95mpa，抗弯强度为70mpa。板材的表面接触角为95度，表现出良好的疏水性。
58.对比例1
59.对比例与实施例1相比，省略了喷淋增强剂溶液，其余操作均相同。得到防水型高粱秸秆板材。
60.按照《gb/t1938
‑
2009》对板材的拉伸强度进行测试，按照《gb/t1936.1
‑
2009》对板材的抗弯强度进行测试。经测试，其拉伸强度为11mpa，抗弯强度为10.2mpa。
61.对比例2
62.对比例2与实施例2相比，省略了高粱秸秆粉末的加入，其余操作均相同。得到防水型高粱秸秆板材。
63.按照《gb/t1938
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2009》对板材的拉伸强度进行测试，按照《gb/t1936.1
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2009》对板材的抗弯强度进行测试。经测试，其拉伸强度为39mpa，抗弯强度为34mpa。
64.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。