一种无胶纤维板及其制备方法

本发明属于人造板材，具体涉及一种无胶纤维板及其制备方法。

背景技术：

1、纤维板又名密度板，是以木质纤维或者其他植物纤维作为原料，利用纤维固有的交织性交织成型、利用其固有胶粘性能且施加脲醛树脂或其他合成树脂作为胶粘剂制成的人造板材。纤维板作为常规板材的有力替代，其在建筑、家具、交通等领域一直有较大需求。然而，用脲醛胶制造的纤维板存在着游离甲醛释放问题，使用过程中会对人体产生极大危害。

2、目前，已有部分专利制备无胶纤维板：例如通过对原料纤维进行表面处理改性(cn110142844a)、添加外源生物大分子作为胶粘剂(cn116352842a)、将原料中原有的大分子降解为更小分子物质作为胶粘剂(cn114290468a)等手段。然而，他们的力学性能较低，难以满足现代化工程应用领域新的需求。另外，专利cn110549456a也制备了无胶纤维板，力学性能较低的同时，其制备工艺也较为复杂，因此，目前亟需开发一种通过简单方法制备的绿色环保、安全可靠且力学性能强的新型无胶纤维板。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种无胶纤维板及其制备方法，该无胶纤维板可以利用常见的农林废弃物为原料，绿色环保，且具有高的力学性能。该方法操作简单且无需额外添加任何性质的胶黏剂。

2、本发明具体是通过如下技术方案来实现的。

3、本发明第一个目的是提供一种无胶纤维板的制备方法，包括以下步骤：

4、将农林废弃物浸泡在化学溶液中，加以适当的温度，进行木素脱除处理，之后进行清洗，去除剩余化学药品，获得中间物；将中间物置于水中进行机械处理，获得纤维浆料；

5、将所述浆料组装为板坯，最后进行热压处理，获得无胶纤维板。

6、本发明优选的实施例中，用于木素脱除的化学药品为，甲醇水溶液，乙醇水溶液，乙二醇水溶液，丙二醇水溶液，乙醇和酸性催化物混合水溶液，乙醇和碱性催化物混合水溶液，乙醇和无机盐催化物混合水溶液，甲酸水溶液，乙酸水溶液，乙酸乙酯水溶液，氢氧化钠水溶液，氢氧化钠和亚硫酸钠的混合水溶液，亚氯酸钠和醋酸或醋酸盐的混合水溶液，亚硫酸氢钠饱和溶液和高锰酸钾水溶液，过氧化氢水溶液，次氯酸盐水溶液，氢氧化钠和硫化钠混合水溶液的上述水溶液中的至少一种。

7、在本发明优选的实施例中，木素脱除处理时，将农林废弃物与化学药品混合，反应温度为60～200℃，反应时间为0.5～24h；

8、在本发明优选的实施例中，所述机械处理是指对分散在水中的中间物采用搅拌剪切进行处理，处理时间为2～30min。

9、在本发明优选的实施例中，纤维浆料中，纤维的长度和直径比为7～30，纤维的平均直径为20～40μm，平均长度为200～1000μm。

10、在本发明优选的实施例中，组装为板坯的方法是指采用抽滤成型或者注入模具成型。

11、在本发明优选的实施例中，热压处理温度为60～150℃，热压处理压力为5～30mpa，热压处理时间为3～48h。

12、在本发明优选的实施例中，农林废弃物为木材加工剩余物、树枝、棉花秸秆、芦苇杆、小麦秸秆、芝麻秸秆、玉米秸秆、稻草中的一种或多种组合。

13、本发明第二个目的是提供由上述制备方法制备的无胶纤维板，该纤维板是由农林废弃物纤维紧密交织、堆叠，以残余的木素、半纤维素以及纤维之间的氢键作用为胶粘剂形成的无胶纤维板。所述纤维板的杨氏模量可达到6.89～14.58gpa，抗拉强度可达到77～205.14mpa，抗弯强度可达74.14～171.2mpa，断裂功可达到0.84～2.77mj/m3。

14、本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

15、本发明以农林废弃物为原料制备大长径比的纤维，利用农林废弃物中剩余的木素、半纤维素以及纤维之间的氢键作用为胶粘剂，同时纤维紧密交织、堆叠形成的无胶纤维板；无胶纤维板原料来源广泛；拉伸强度、抗弯强度以及断裂功等力学性能优异，具有广阔的应用前景。具体的：

16、本发明利用化学处理部分脱除农林废弃物中的木素，能够使农林废弃物细胞壁软化，有利于机械解离时分散成长径比较大的细小纤维，同时有利于热压成型时纤维板内部缺陷的减少以及致密化，有利于纤维板强度的提高。

17、本发明利用化学处理部分脱木素处理后残余的木素、半纤维素作为粘合剂，无需额外添加任何形式的胶黏剂、解决了常见商业纤维板由于添加脲醛胶而存在甲醛释放问题。

18、本发明利用无胶纤维板在热压时内部形成纤维素-纤维素、纤维素-木素之间的氢键改善纤维之间的结合界面，同时较大的长径比提高了纤维之间的接触面积，有利于应力传递，进一步了提高纤维板强度。

19、本发明能够适用于多种农林废弃物，具体包括：农林废弃物为木材加工剩余物、树枝、棉花秸秆、芦苇杆、小麦秸秆、芝麻秸秆、玉米秸秆、稻草等其中一种或多种组合。有利于解决农村农林废弃物堆积、焚烧污染环境的问题，实现农林废弃物的资源化、高值化利用。

20、本发明制备方法简单，不需要目前无胶纤维板制备技术中复杂的工艺流程，却能制备出力学性能优异的无胶纤维板，且没有甲醛释放问题，非常适合规模化生产应用。

技术特征：

1.一种无胶纤维板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，木素脱除处理所使用的化学溶液为甲醇水溶液，乙醇水溶液，乙二醇水溶液，丙二醇水溶液，乙醇和酸性催化物混合水溶液，乙醇和碱性催化物混合水溶液，乙醇和无机盐催化物混合水溶液，甲酸水溶液，乙酸水溶液，乙酸乙酯水溶液，氢氧化钠水溶液，氢氧化钠和亚硫酸钠的混合水溶液，亚氯酸钠和醋酸或醋酸盐的混合水溶液，亚硫酸氢钠饱和溶液和高锰酸钾水溶液，过氧化氢水溶液，次氯酸盐水溶液，氢氧化钠和硫化钠的混合水溶液中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，木素脱除处理时，升温至60～200℃，反应时间为0.5～24h。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述机械处理是指对分散在水中的中间物采用搅拌剪切技术进行处理，处理时间为2～30min。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，纤维浆料中，纤维的长度和直径比为7～30，纤维的平均直径为20～40μm，平均长度为200～1000μm。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，组装为板坯的方法是指采用抽滤成型或者注入模具成型。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，热压处理温度为60～150℃，热压处理压力为5～30mpa，热压处理时间为3～48h。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，农林废弃物为木材加工剩余物、树枝、棉花秸秆、芦苇杆、小麦秸秆、芝麻秸秆、玉米秸秆、稻草中的一种或多种组合。

9.根据权利要求1～8任一项所述的制备方法制备的无胶纤维板，其特征在于，所述无胶纤维板的杨氏模量为6.89～14.58gpa，拉伸强度为77～205.14mpa，抗弯强度为74.14～171.2mpa，断裂功为0.84～2.77mj/m3。

10.根据权利要求9所述的无胶纤维板，其特征在于，是由农林废弃物纤维交织堆叠，以农林废弃物纤维中残余的木素、半纤维素以及纤维之间的氢键作用为胶粘剂形成的无胶纤维板。

技术总结本发明属于人造板材技术领域，具体涉及一种无胶纤维板及其制备方法，将农林废弃物浸泡在化学溶液中，加以适当的温度，进行木素脱除处理，之后进行清洗，获得中间物；将中间物置于水中进行机械处理，获得纤维浆料；将所述浆料组装为板坯，最后进行热压处理，获得无胶纤维板。本发明以农林废弃物为原料制备大长径比的纤维，利用农林废弃物中剩余的木素、半纤维素以及纤维之间的氢键作用为胶粘剂，同时纤维紧密交织、堆叠形成的无胶纤维板；无胶纤维板原料来源广泛；拉伸强度、抗弯强度以及断裂功等力学性能优异，具有广阔的应用前景。技术研发人员：宋建伟,郑浩南,宋睿,申胜平受保护的技术使用者：西安交通大学技术研发日：技术公布日：2024/2/1