專利名稱：一種酶/介體體系活化玉米秸稈制造阻燃碎料板的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種酶/介體體系活化玉米秸桿制造阻燃碎料板的方法，屬于人造板制造方法類。
背景技術(shù)：
目前木材工業(yè)中，人造板制品基本都使用膠黏劑，以石油為原料的“三醛”膠會(huì)引起游離甲醛釋放，污染室內(nèi)環(huán)境，為了擺脫對(duì)“三醛”膠的依賴，利用綠色酶催化技術(shù)制備無(wú)膠人造板應(yīng)運(yùn)而生。同時(shí)由于人造板的易燃性，限制了其在家具和室內(nèi)裝修領(lǐng)域的應(yīng)用，因此阻燃處理對(duì)人造板勢(shì)在必行。我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，擁有豐富的農(nóng)作物秸桿資源，年收獲風(fēng)干秸桿資源量已達(dá)7億噸，其中玉米秸桿約為2. 6億噸，稻草約為2. 2億噸，麥秸約為I. 5億噸。目前我國(guó)秸桿資源的利用率僅為33%，其中經(jīng)技術(shù)處理后利用率僅占2. 6%，其余大部分秸桿被作為廢棄物焚燒掉或是僅作為燃料，不僅造成了自然資源的浪費(fèi)，而且加重環(huán)境污染。漆酶作為一種酚氧化酶，在氧氣的作用下能夠催化氧化生成苯氧基自由基，使自由基之間通過(guò)交叉耦合、分子纏結(jié)和共價(jià)鍵作用來(lái)實(shí)現(xiàn)原料自身自膠合性能。目前國(guó)內(nèi)外主要研究方向有木質(zhì)纖維板生產(chǎn)工藝、活化處理?xiàng)l件探索、催化氧化工業(yè)木素制備膠黏劑等。仿照酶活化木質(zhì)纖維生產(chǎn)纖維板技術(shù)，WU采用白腐菌活化玉米桿制備了無(wú)膠玉米桿纖維板，其工藝為將長(zhǎng)度為40-50mm的玉米桿碎料置于白腐菌培養(yǎng)基中，28V反應(yīng)28天，不需要添加膠黏劑，制得密度為0. 39g/cm3的低密度纖維板，但活化效率低，處理時(shí)間長(zhǎng)，且纖維板的靜曲強(qiáng)度和彈性模量偏低，不能滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。由于漆酶的氧化還原電位低于木質(zhì)素過(guò)氧化酶的氧化還原電位，只能氧化部分非酚類木質(zhì)素，其數(shù)量少于木質(zhì)素種類的20%,僅靠漆酶活化秸桿碎料制得的非木質(zhì)碎料板不能達(dá)到理想的力學(xué)強(qiáng)度，向漆酶體系中引入介體后，此體系不但能氧化酚類木質(zhì)素，也能夠氧化非酚類木質(zhì)素，從而有效加強(qiáng)非木質(zhì)碎料板的力學(xué)性能?；谄崦富罨饔眉拜^低的人造板生產(chǎn)效率，本專利發(fā)明了以漆酶/介體體系對(duì)玉米秸桿原料進(jìn)行生物活化改性，使原料之間產(chǎn)生生物粘合劑，重要的是提高生產(chǎn)效率，減少化學(xué)膠黏劑的使用，從而擺脫傳統(tǒng)秸桿類人造板對(duì)昂貴膠黏劑的依賴，同時(shí)以成本低廉且阻燃效果良好的磷酸二氫銨為阻燃劑，通過(guò)熱壓制的阻燃碎料板可達(dá)到相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，使其具有環(huán)保和阻燃雙重效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是如何克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種酶/介體體系活化玉米秸桿制造阻燃碎料板的方法。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，提出酶/介體體系活化玉米秸桿制造阻燃碎料板的方法，其特征在于將玉米秸桿經(jīng)皮穰處理及粉碎機(jī)粉碎處理后得到玉米秸桿碎料，采用酶/介體體系活化預(yù)處理玉米秸桿碎料，添加磷酸二氫銨阻燃劑，通過(guò)熱壓工藝制得玉米秸桿阻燃碎料板。一種酶/介體體系活化玉米秸桿制造阻燃碎料板的方法，包括下述步驟I)原料制備及加工將I重量份的風(fēng)干玉米秸桿切斷分割去掉桿梢，經(jīng)皮穰處理后得0. 8-0. 9重量份的玉米秸桿桿皮，削片長(zhǎng)10-30cm，經(jīng)粉碎機(jī)粉碎處理，得到第一次制備40-60目的0. 6-0. 8重量份的玉米秸桿碎料，經(jīng)80-100°C的熱風(fēng)在干燥機(jī)中干燥，控制含水率在8%以下，得到最后制備的0. 5-0. 6重量份的玉米秸桿碎料；2)酶液配置在醋酸/醋酸鈉緩沖溶液中配置pH為4. 0-6. 0，酶濃度為35-135U/ml和介體濃度為2-8mmol/L的6_8重量份的酶液；3)酶活化將步驟I)所得最后制備的0. 5-0. 6重量份的玉米秸桿碎料與步驟2)所得6-8重量份的酶液置于反應(yīng)容器中混合均勻，于40-60°C活化處理，活化過(guò)程中通入空氣并不斷攪拌，活化時(shí)間為30-360分鐘，得到0. 3-0. 5重量份的玉米秸桿碎料；4)干燥和鋪裝將步驟3)所得酶活化后的0. 3-0. 5重量份的玉米秸桿碎料自重脫水，加入固體含量為50%的0. 05-0. 10重量份的磷酸二氫銨和003-0. 030重量份的石蠟乳液，再置于真空干燥箱中80°C真空脫水，含水率控制在12-18%時(shí)手工鋪裝，預(yù)壓得到0. 35-0. 60重量份的玉米秸桿碎料板；5)熱壓將步驟4)所得鋪裝好的0. 35-0. 60重量份的玉米秸桿碎料板按照碎料板密度為0. 80-0. 88g/cm3的標(biāo)準(zhǔn)于熱壓溫度為150_190°C，熱壓壓力為2_15MPa，熱壓時(shí)間為100-300s/mm的熱壓工藝進(jìn)行熱壓，然后在常溫下冷卻，裁邊砂光，即制成酶活化玉米秸桿阻燃碎料板。作為優(yōu)化，所述酶為真菌漆酶，所述介體為合成介體和天然介體兩種。作為優(yōu)化，所述合成介體優(yōu)選ABTS、HBT、HPI或NHA。作為優(yōu)化，所述天然介體優(yōu)選丁香醛、乙酰丁香酮、香草醛或乙酰香蘭酮。作為優(yōu)化，按照玉米秸桿的體積分?jǐn)?shù)為2-4%進(jìn)行生物改性作為優(yōu)化，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程不添加任何化學(xué)膠黏劑。該酶活化玉米秸桿阻燃碎料板，其內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度值為0.48-0. 58MPa，靜曲強(qiáng)度為16-19MPa，2h吸水厚度膨脹率為4-5%，平均釋熱速率為73_75kW/m2，總釋熱量為68-70MJ/m2,引燃時(shí)間為32-40s。本發(fā)明酶/介體體系活化玉米秸桿制造碎料板的方法是利用酶/介體體系活化玉米秸桿碎料，提高酶活化溫度，有效地減少處理時(shí)間，此工藝中不添加化學(xué)膠黏劑，擺脫傳統(tǒng)秸桿類人造板對(duì)昂貴膠黏劑的依賴，在熱壓和使用期間無(wú)游離甲醛釋放，對(duì)人體和環(huán)境無(wú)污染，同時(shí)以成本低廉且阻燃效果良好的磷酸二氫銨作為阻燃劑，使其具有環(huán)保和阻燃雙重效果。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)的描述。實(shí)施例一I)原料制備及加工將IOOkg的風(fēng)干玉米秸桿切斷分割去掉桿梢，經(jīng)皮穰處理后得85kg的玉米秸桿桿皮，削片長(zhǎng)10-30cm，經(jīng)粉碎機(jī)粉碎處理，得到第一次制備40-60目的62kg的玉米秸桿碎料，經(jīng)80-100°C的熱風(fēng)在干燥機(jī)中干燥，控制含水率在8%以下，得到最后制備的54kg的玉米秸桿碎料。2)酶液配置在醋酸/醋酸鈉緩沖溶液中配置pH為4. 0，漆酶濃度為55U/ml和ABTS濃度為3. 5mmol/L的650kg的酶液。試驗(yàn)所用的漆酶活性值為116U/ml，一個(gè)酶活單位(U)指一定反應(yīng)條件下每分鐘催化I y mo I愈創(chuàng)木酹轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需要的酶量。3)酶活化將步驟I)所得最后制備的54kg的玉米秸桿碎料與步驟2)所得650kg的酶液置于反應(yīng)容器中混合均勻，于40-60°C活化處理，活化過(guò)程中通入空氣并不斷攪拌，活化時(shí)間為90分鐘，得到37kg的玉米秸桿碎料。4)干燥和鋪裝將步驟3)所得酶活化后的37kg的玉米秸桿碎料自重脫水，加入固體含量為50%的3. 6kg的磷酸二氫銨和0. 15kg的石蠟乳液，再置于真空干燥箱中80°C真空脫水，含水率控制在12-18%時(shí)手工鋪裝，預(yù)壓得到42. 5kg的玉米秸桿碎料板。5)熱壓將步驟4)所得鋪裝好的42. 5kg的玉米秸桿碎料板在熱壓溫度為160°C，熱壓壓力為5MPa，熱壓時(shí)間為lOOs/mm的熱壓工藝下進(jìn)行熱壓，然后在常溫下冷卻，裁邊砂光，即制成密度為0. 83g/cm3的酶活化玉米秸桿阻燃碎料板。該密度為0. 83g/cm3的酶活化玉米秸桿阻燃碎料板的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度值為0. 48MPa，靜曲強(qiáng)度為17. 6MPa，2h吸水厚度膨脹率為5%，平均釋熱速率為75kW/m2，總釋熱量為70MJ/m2，引燃時(shí)間為40s。水作對(duì)照樣IB小于0. IMPa，脲醛膠對(duì)照樣內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度為0. 67MPa，對(duì)照樣的平均釋熱速率為106kW/m2，總釋熱量為89MJ/m2，引燃時(shí)間為64s。實(shí)施例二 I)原料制備及加工將IOOkg重量份的風(fēng)干玉米秸桿切斷分割去掉桿梢，經(jīng)皮穰處理后得81kg的玉米秸桿桿皮，削片長(zhǎng)10-30cm，經(jīng)粉碎機(jī)粉碎處理，得到第一次制備40-60目的52kg重量份的玉米秸桿碎料，經(jīng)80-100°C的熱風(fēng)在干燥機(jī)中干燥，控制含水率在8%以下，得到最后制備的43kg重量份的玉米秸桿碎料。2)酶液配置在醋酸/醋酸鈉緩沖溶液中配置pH為4. 5，漆酶濃度為120U/ml和香草醛濃度為6. OmmoI/L的550kg的酶液。試驗(yàn)所用的漆酶活性值為116U/ml，一個(gè)酶活單位(U)指一定反應(yīng)條件下每分鐘催化I y mo I愈創(chuàng)木酹轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需要的酶量。3)酶活化將步驟I)所得最后制備的43kg重量份的玉米秸桿碎料與步驟2)所得550kg的酶液置于反應(yīng)容器中混合均勻，于55°C活化處理，活化過(guò)程中通入空氣并不斷攪拌，活化時(shí)間為240分鐘，得到36kg的玉米秸桿碎料。4)干燥和鋪裝將步驟3)所得酶活化后的36kg的玉米秸桿碎料自重脫水，加入固體含量為50%的9. 6kg的磷酸二氫銨和0. 18kg的石蠟乳液，再置于真空干燥箱中80°C真空脫水，含水率控制在12-18%時(shí)手工鋪裝，預(yù)壓得到43. 8kg的玉米秸桿碎料板。5)熱壓將步驟4)所得鋪裝好的43. 8kg的玉米秸桿碎料板按照碎料板密度為
0.85g/cm3的標(biāo)準(zhǔn)于熱壓溫度為165°C，熱壓壓力為12MPa，熱壓時(shí)間為200s/mm的熱壓工藝進(jìn)行熱壓，然后在常溫下冷卻，裁邊砂光，即制成密度為0. 87g/cm3的酶活化玉米秸桿阻燃碎料板。該密度為0. 87g/cm3的酶活化玉米秸桿阻燃碎料板的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度值為0. 56MPa，靜曲強(qiáng)度為20. 6MPa，2h吸水厚度膨脹率為4%，平均釋熱速率為73kW/m2，總釋熱量為68MJ/m2，引燃時(shí)間為36s。采用本發(fā)明制造的酶/介體體系活化玉米秸桿阻燃碎料板，其力學(xué)性能達(dá)到國(guó)內(nèi)外報(bào)道采用膠黏劑的玉米秸桿碎料板性能，同時(shí)平均釋熱速率< 75kW/m2，總釋熱量(70MJ/m2，引燃時(shí)間彡40s,則燃燒性能基本達(dá)到GB/T8624-2006的C級(jí)，兼具環(huán)保和阻燃的雙重優(yōu)點(diǎn)。上述具體實(shí)施例僅是本發(fā)明的具體個(gè)案，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍包括但不限于上述具體實(shí)施例，任何符合本發(fā)明權(quán)利要求書所述的酶/介體體系活玉米秸桿制造阻燃碎料板的方法都落入本發(fā)明的專利保護(hù)范圍。·
權(quán)利要求
1.一種酶/介體體系活化玉米秸桿制造阻燃碎料板的方法，其包括下述步驟1)原料制備及加工將I重量份的風(fēng)干玉米秸桿切斷分割去掉桿梢，經(jīng)皮穰處理后得O. 8-0. 9重量份的玉米秸桿桿皮，削片長(zhǎng)10-30cm，經(jīng)粉碎機(jī)粉碎處理，得到第一次制備 40-60目的O. 6-0. 8重量份的玉米秸桿碎料，經(jīng)80-100°C的熱風(fēng)在干燥機(jī)中干燥，控制含水率在8%以下，得到最后制備的O. 5-0. 6重量份的玉米秸桿碎料；2)酶液配置在醋酸/醋酸鈉緩沖溶液中配置pH為4.0-6. O,酶濃度為35-135U/ml和介體濃度為2-8mmol/L的6_8重量份的酶液；3)酶活化將步驟I)所得最后制備的O.5-0. 6重量份的玉米秸桿碎料與步驟2)所得 6-8重量份的酶液置于反應(yīng)容器中混合均勻，于40-60°C活化處理，活化過(guò)程中通入空氣并不斷攪拌，活化時(shí)間為30-360分鐘，得到O. 3-0. 5重量份的玉米秸桿碎料；4)干燥和鋪裝將步驟3)所得酶活化后的O.3-0. 5重量份的玉米秸桿碎料自重脫水，加入固體含量為50%的O. 05-0. 10重量份的磷酸二氫銨和003-0. 030重量份的石蠟乳液，再置于真空干燥箱中80°C真空脫水，含水率控制在12-18%時(shí)手工鋪裝，預(yù)壓得到O.35-0. 60重量份的玉米秸桿碎料板；5)熱壓將步驟4)所得鋪裝好的O.35-0. 55重量份的玉米秸桿碎料板按照碎料板密度為O. 65-0. 88g/cm3的標(biāo)準(zhǔn)于熱壓溫度為150_190°C，熱壓壓力為2_15MPa，熱壓時(shí)間為 100-300s/mm的熱壓工藝進(jìn)行熱壓，然后在常溫下冷卻，裁邊砂光，即制成酶活化玉米秸桿阻燃碎料板。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的酶/介體體系活化玉米秸桿制造阻燃碎料板的方法，其特征在于所述酶為真菌漆酶，所述介體為合成介體和天然介體兩種。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的酶/介體體系活化玉米秸桿制造阻燃碎料板的方法，其特征在于所述合成介體為ABTS、HBT、HPI或NHA。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的酶/介體體系活化玉米秸桿制造阻燃碎料板的方法，其特征在于所述天然介體為丁香醛、乙酰丁香酮、香草醛或乙酰香蘭酮。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的酶/介體體系活化玉米秸桿制造阻燃碎料板的方法，其特征在于酶/介體體系活化玉米秸桿是按照玉米秸桿的體積分?jǐn)?shù)為2-4%進(jìn)行生物改性。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的酶/介體體系活化玉米秸桿制造阻燃碎料板的方法，其特征在于所述磷酸二氫銨作為阻燃劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的酶/介體體系活化玉米秸桿制造阻燃碎料板的方法，其特征在于整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程不添加任何化學(xué)膠黏劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種酶/介體體系活化玉米秸稈制造阻燃碎料板的方法。要解決現(xiàn)有秸稈類人造板的游離甲醛釋放、阻燃性能差和生產(chǎn)成本過(guò)高的問(wèn)題。為此，本發(fā)明將玉米秸稈經(jīng)皮穰處理及粉碎機(jī)粉碎處理后得到玉米秸稈碎料，采用酶/介體體系活化預(yù)處理玉米秸稈碎料，生成具有較強(qiáng)膠粘作用的物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)物質(zhì)，添加適量磷酸二氫銨阻燃劑，通過(guò)熱壓工藝制得玉米秸稈阻燃碎料板。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，既能節(jié)約木材，又能夠提高農(nóng)業(yè)剩余物的利用率和實(shí)用價(jià)值。本方法采用酶/介體體系活化玉米秸稈碎料表面，有效地減少酶活化時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，此工藝中不添加膠黏劑，在熱壓和使用期間無(wú)游離甲醛釋放，是一種新型、環(huán)保和具有阻燃等功能性的碎料板生產(chǎn)技術(shù)。
文檔編號(hào)B27N1/00GK102975270SQ20121049268
公開(kāi)日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月28日
發(fā)明者袁媛, 郭明輝 申請(qǐng)人:東北林業(yè)大學(xué)