一种免胶自粘型制板材料及其制备工艺的制作方法

本发明属于人造板，具体涉及一种免胶自粘型制板材料及其制备工艺。

背景技术：

1、2022年我国刨花板年生产能力超4000万立方米，预计2023年底全国刨花板总生产能力将超越全国纤维板产能，即突破5000万立方米/年。随着人们对环保的要求逐渐提升，enf级刨花板大受市场的追捧，但大部分无醛胶还是采用异氰酸酯、丙烯酸等价格高昂的化工胶黏剂，因此，开发一种低成本、高性能的生物质基环保型木材胶黏剂，是未来木材胶黏剂和刨花板行业的重要发展方向。

2、木质素是由苯丙烷单元通过碳-碳键和醚键连接而成的无定形聚合物，是植物界中储量仅次于纤维素的第二大生物质资源。作为典型的生物质材料，木质素是芳香族化合物中少有的可再生资源之一。木质素作为植物界继纤维素之后第二大资源的生物质材料，全球每年产量约5000万吨。目前，木质素主要来源于制浆造纸和生物炼制行业，通过蒸煮或者预处理技术分离木质生物质的三个主要组分并分别加以利用，但由于复杂的物理化学结构，木质素高值化利用有较大的理论和技术难度。目前，绝大部分的工业木质素(如制浆工业所产生黑液中的木素)仅通过燃烧产生热量来发电，这无疑降低了木质素的利用价值。

3、将木质素作为制作人造板的原料，能够获得木质素的高附加值产品。如公告号为cn115781858b的中国发明专利公开了一种enf级木质素基刨花板的制备方法，该制备方法包括以下步骤：(1)将木质素、多酚、醛和催化剂混合，在85-95℃下聚合反应，得到第一阶段反应产物；其中，木质素、多酚、醛和催化剂的重量分数分别为100-120份、80-100份、80-90份和60-80份；(2)向第一阶段反应产物中加入醛和催化剂，继续聚合反应至目标黏度，加入醛类捕集剂，降温至40-45℃，即得enf级刨花板用木质素基胶黏剂；其中，醛和催化剂重量分数分别为150-200份、100-150份；(3)将木质素基胶黏剂分别与表层和芯层刨花充分混合，加入氧化还原型催化剂，表层和芯层采用三明治结构铺装；(4)采用程序控制热压压力、时间和温度，制得enf级木质素基刨花板。

4、该技术采用木质素代替部分苯酚，然而制得的胶黏剂中起粘接作用的仍然是酚醛树脂，未充分利用木质素本身的粘接性能。

技术实现思路

1、本发明的发明目的是提供一种免胶自粘型制板材料及其制备工艺和应用，该免胶自粘型制板材料充分利用了木质素本身的粘接性能，在不需要胶黏剂的情况下也能制板。

2、为实现上述发明目的，本发明的技术方案为：

3、一种免胶自粘型制板材料的制备工艺，该制备工艺包括以下步骤：

4、(1)将生物质原料与碱液混合并蒸煮以溶出木质素，获得初级处理物；

5、(2)向初级处理物中加入促沉淀剂以使木质素形成微球并与纤维共沉淀，获得次级处理物；

6、(3)将次级处理物过滤、洗涤、干燥，获得所述的免胶自粘型制板材料。

7、本发明先采用碱液蒸煮生物质原料，蒸煮一方面会使生物质原料中的木质素、脂肪、蛋白、糖类等成分溶出，另一方面使得保留下来的纤维的比表面积增大，纤维应力减少，使得后续板坯压缩比减小，有利于降低热压压力和能耗；而后加入促沉淀剂，该促沉淀剂能使木质素形成稳定的微球，该木质素微球会均匀覆盖在体系中的纤维颗粒表面，并发生共沉淀，从而实现木质素与纤维的结构重组；如此在经过步骤(3)的后处理后，免胶自粘型制板材料中的纤维即通过木质素相互粘接，当该材料用于制板时，由于木质素均匀覆盖在纤维表面，二者之间具有较强的亲和力，因此无需使用任何胶黏剂即可实现板材内部的有效粘接，充分发挥了木质素本身优异的粘接性能。

8、作为优选，在上述制备工艺的步骤(1)中，所述的生物质原料为粒径在1-2mm之间的木材或竹材碎料。生物质原料的粒径不可过粗也不可过细，若原料过粗，木质素含量相对较低，会使得后期制得的制板材料的粘接性能不足；若原料过细，会大幅提升碱液的用量。

9、作为优选，在上述制备工艺的步骤(1)中，所述的碱液由以下方式获得：先将烷基咪唑类离子液体和氢氧化钾或氢氧化钠以质量比1：(3-10)混合获得的混合物，而后溶于溶剂中，获得浓度为10-25％的碱液。

10、本发明中采用的碱液是由烷基咪唑类离子液体和氢氧化钾或氢氧化钠复配而成的，与氢氧化钠或氢氧化钾相比，烷基咪唑类离子液体具有低挥发性、高热稳定性和良好的溶解性能，可以在有效溶出木质素、脂肪、蛋白、糖类等成分的同时较好地保留纤维与半纤维素的完整性，减少对纤维素的破坏。

11、作为优选，所述的烷基咪唑类离子液体包括1-乙基-3-甲基氢氧化咪唑、1-辛基-3-甲基咪唑、1-丁基-3-甲基咪唑或1-十六烷基-3-甲基咪唑中的至少一种。

12、作为优选，在上述制备工艺的步骤(1)中，生物质原料与碱液以固液比1：(10-20)混合，并在25-100℃下蒸煮1-5h。

13、作为优选，上述制备工艺的步骤(2)包括：

14、(2.1)向初级处理物中加入酸并混匀以使木质素微球与细小纤维颗粒共沉淀；

15、加入酸后，处理物的ph为3-5；

16、(2.2)继续向处理物中加入絮凝剂并混匀以使细小纤维发生絮凝；

17、絮凝剂与生物质原料的质量比为(0.5-1.5)：100。

18、其中，酸的加入能够将碱性木质素中的钠离子或钾离子置换出来，使木质素能形成稳定的微球，并以沉淀的形式析出；而絮凝剂的加入则能够促使细小纤维颗粒絮凝，形成粗纤维颗粒或均匀包裹在粗纤维颗粒表面。

19、作为优选，步骤(2.2)中，加入絮凝剂的同时加入乳化石蜡，乳化石蜡与生物质原料的质量比为(1-5)：100。乳化石蜡可明显增强纤维间的粘接强度并有利于提高刨花板的抗水性。

20、作为优选，所述的絮凝剂包括聚丙烯酰胺、聚合硫酸铝、聚合氯化铁中的至少一种。

21、由于芯层原料(一般是木材或竹材)中所含木质素有限，并且溶出率也有限，使得初级处理物存在木质素含量偏低的风险；为解决这个问题，作为优选，在上述的制备工艺中，所述的步骤(2)还包括向初级处理物中加入碱性木质素的步骤，该步骤在添加促沉淀剂之前进行；

22、碱性木质素与生物质原料的质量比为(10-35)：100。

23、即通过额外添加木质素来提高初级处理物中木质素的含量，进而提升纤维之间的粘结力。

24、作为优选，在上述制备工艺的步骤(3)中，过滤后采用石灰水洗涤沉淀至ph呈中性；而后微波干燥1-3min，将含水率控制在5％以下。

25、过滤能够去除体系中的无机盐类、脂肪、蛋白、糖类等成分；石灰水洗涤不仅能进一步除去体系中的杂质，而且能达到脱水效果；洗涤后采用微波技术快速烘干纤维，可有效控制芯层材料的含水率，确保后续制成的板材的质量。

26、本发明还提供了一种免胶自粘型制板材料，该材料即采用上述的制备工艺制成。

27、本发明还提供了一种免胶板材，该免胶板材由将上述的免胶自粘型制板材料组坯后热压获得。

28、本发明还提供了一种enf级刨花板，该enf级刨花板包括芯层和设于芯层两侧的表层，其中，至少所述的芯层采用上述的免胶自粘型制板材料制成。当采用免胶自粘型制板材料作为芯层材料时，不仅芯层内部无需使用任何胶黏剂，芯层和表层之间也能够实现“自粘”。

29、显然，若为了达到完全不使用胶黏剂的目的，也是可以采用该免胶自粘型制板材料作为表层材料的。综合考虑制作成本、减少原材料浪费(免胶自粘型制板材料对原料粒径有要求，此时过粗或过细的原料如果不能加以利用就造成了原料浪费)时，可以仅将该免胶自粘型制板材料用于芯层中。

30、本发明还提供了该enf级刨花板的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

31、一、将表层原料与无醛胶黏剂混合，获得表层材料；

32、二、将所述的免胶自粘型制板材料作为芯层材料，按表层材料-芯层材料-表层材料的顺序依次铺装，热压，获得所述的enf级刨花板。

33、本发明为了充分利用原材料，将未用于制作免胶自粘型制板材料的原材料作为表层原料(即粒径在0.2-0.5mm的木材或竹材碎料)使用，因此表层中需要添加无醛胶黏剂。

34、无醛胶黏剂可以任意选择用于本发明中，作为优选，所述的无醛胶黏剂包括木质素胶黏剂、碱性木质素钠和酸性木质素磺酸钙中的至少一种。

35、更为优选地，所述的无醛胶黏剂为木质素胶黏剂，所述的木质素胶黏剂由以下方式获得：

36、先将碱性木质素与水混匀，并在搅拌状态下缓慢加入酸，将ph调至2-4；而后加入絮凝剂，继续搅拌反应20min后静置沉淀；取沉淀，洗涤，获得所述的木质素胶黏剂。

37、采用上述方法制得的木质素胶黏剂不仅粘合力强，而且制备工艺简单易行，而且不使用任何的酚、醛等化工试剂，真正做到无毒环保。

38、由于木质素胶黏剂的优异粘合力，表层中使用的木质素胶黏剂相对较少，作为优选，所述的表层原料与木质素胶黏剂的混合比例为100：(10-20)。

39、作为优选，上述制备方法的步骤二中，表层材料-芯层材料-表层材料的质量比为3:5:3。

40、作为优选，上述制备方法的步骤二中，所述的热压在150-250℃、1.5-3mpa下进行，热压时间为25-40s/mm。

41、本发明的enf级刨花板不仅原材料易得，而且工艺简便；既可实现竹木资源的高值化利用，制备出的环保型enf级刨花板环保无污染、力学性能优异，还具备较高的成本优势，性能卓越，具有广阔的市场应用前景。

42、与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

43、(1)本发明先采用碱液蒸煮生物质原料，蒸煮一方面会使生物质原料中的木质素、脂肪、蛋白、糖类等成分溶出，另一方面使得保留下来的纤维的比表面积增大，纤维应力减少，使得后续板坯压缩比减小，有利于降低热压压力和能耗；而后加入促沉淀剂，该促沉淀剂能使木质素形成稳定的微球，该木质素微球会均匀覆盖在体系中的纤维颗粒表面，并发生共沉淀，从而实现木质素与纤维的结构重组；如此在经过步骤(3)的后处理后，免胶自粘型制板材料中的纤维即通过木质素相互粘接，当该材料用于制板时，由于木质素均匀覆盖在纤维表面，二者之间具有较强的亲和力，因此无需使用任何胶黏剂即可实现板材内部的有效粘接，充分发挥了木质素本身优异的粘接性能。

44、(2)本发明中采用的碱液是由烷基咪唑类离子液体和氢氧化钾或氢氧化钠复配而成的，与氢氧化钠或氢氧化钾相比，烷基咪唑类离子液体具有低挥发性、高热稳定性和良好的溶解性能，可以在有效溶出木质素、脂肪、蛋白、糖类等成分的同时较好地保留纤维与半纤维素的完整性，减少对纤维素的破坏。

45、(3)由于生物质原料(一般是木材或竹材)中所含木质素有限，并且溶出率也有限，使得初级处理物存在木质素含量偏低的风险；因此，本发明在使木质素与纤维共沉淀前向初级处理物中加入碱性木质素，以此来提高初级处理物中木质素的含量，进而提升纤维之间的粘结力。

46、(4)本发明中将表层原料和无醛胶黏剂混合获得表层材料，其中，无醛胶黏剂可以任意选择；作为参考，本发明提供了一种木质素胶黏剂，该木质素胶黏剂是碱性木质素和酸反应形成的木质素微球絮凝而成的，该木质素胶黏剂不仅粘合力强，而且制备工艺简单易行，而且不使用任何的酚、醛等化工试剂，真正做到无毒环保。

47、(5)本发明的enf级刨花板不仅原材料易得，而且工艺简便；既可实现竹木资源的高值化利用，制备出的环保型enf级刨花板环保无污染、力学性能优异，还具备较高的成本优势，性能卓越，具有广阔的市场应用前景。