本發(fā)明涉及纖維板制備，更具體的說(shuō)是涉及一種纖維預(yù)處理方法及處理后纖維的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、我國(guó)是纖維板最大的生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)，纖維板的年產(chǎn)量達(dá)到5000萬(wàn)立方米。纖維板生產(chǎn)90％使用脲醛樹(shù)脂膠黏劑，存在甲醛污染的風(fēng)險(xiǎn)，另有少部分使用異氰酸酯膠黏劑，但存在成本高、易開(kāi)裂等問(wèn)題。從環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的雙重要求出發(fā)，開(kāi)發(fā)無(wú)膠膠合纖維板，已成為“雙碳”戰(zhàn)略下纖維板產(chǎn)業(yè)綠色生產(chǎn)和提質(zhì)增效的迫切需求。

2、無(wú)膠膠合纖維板是指不另行添加膠黏劑，將木纖維或其他植物纖維熱壓制得的人造纖維板。由于纖維依靠熱壓過(guò)程中自身的結(jié)合力成板，而纖維自身膠黏物質(zhì)較低，前期需要進(jìn)行預(yù)處理。常用的酸堿預(yù)處理的方法，一方面會(huì)破壞纖維結(jié)晶結(jié)構(gòu)，影響纖維性能，導(dǎo)致無(wú)膠纖維板的力學(xué)性能和耐水性均無(wú)法和傳統(tǒng)纖維板相媲美，另外，酸堿預(yù)處理還會(huì)對(duì)設(shè)備造成一定的腐蝕，且預(yù)處理化學(xué)試劑殘留于纖維中，造成無(wú)膠纖維板在酸堿環(huán)境中降解過(guò)快，影響纖維板壽命。

3、因此，綠色可持續(xù)的纖維預(yù)處理技術(shù)和高性能無(wú)膠膠合纖維板的制備方法，仍有待開(kāi)發(fā)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種可循環(huán)利用的纖維預(yù)處理方法以及處理后纖維的應(yīng)用，通過(guò)預(yù)處理改變表面結(jié)構(gòu)，將其應(yīng)用于纖維板制備，得到力學(xué)性能、耐水性優(yōu)異的無(wú)膠膠合纖維板。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、首先，本發(fā)明提供了纖維預(yù)處理方法，包括以下步驟：

4、(1)將纖維置于二甲基乙酰胺中室溫疏解，得到疏解纖維；

5、(2)將氯化鋰溶解在二甲基乙酰胺中，得到溶液；

6、(3)將步驟(1)中的疏解纖維放置在步驟(2)的溶液中，升溫處理一段時(shí)間后降至室溫繼續(xù)處理；

7、(4)將步驟(3)中處理后的纖維物理擠壓除去試劑，水沖洗過(guò)濾纖維，然后干燥，得到預(yù)處理纖維。

8、優(yōu)選的，步驟(1)中所述纖維包括桉木纖維、楊木纖維、杉木纖維、馬尾松纖維、雜木纖維、竹纖維中的一種或幾種，更優(yōu)選為楊木纖維和毛竹纖維。

9、優(yōu)選的，步驟(1)中纖維與二甲基乙酰胺的料液比1g：10ml～1g:100ml，疏解時(shí)間2h～12h，更優(yōu)選為料液比1g：50ml，疏解時(shí)間6h～8h。

10、上述優(yōu)選技術(shù)方案的效果是：料液比過(guò)低，難以完全浸潤(rùn)纖維，疏解效果不佳，過(guò)高會(huì)造成溶劑浪費(fèi)。

11、優(yōu)選的，步驟(2)中氯化鋰在二甲基乙酰胺中質(zhì)量分?jǐn)?shù)5％～8％，更優(yōu)選為6％～7％。

12、優(yōu)選的，步驟(3)中疏解纖維和溶液的料液比1g：10ml～1g:100ml，更優(yōu)選為1g：50ml，處理過(guò)程為先在80℃～90℃下處理1h～2h，優(yōu)選為85℃下處理1.5h；再降至室溫處理12～18h。

13、上述優(yōu)選技術(shù)方案的效果是：料液比過(guò)低，處理過(guò)程難以完全浸潤(rùn)纖維，過(guò)高則會(huì)導(dǎo)致溶液在纖維表面的滲透率過(guò)高，使得表面纖維素的結(jié)晶度破壞嚴(yán)重，導(dǎo)致自膠合性能降低。而處理時(shí)間過(guò)短，纖維表面的纖維素溶解再生成為纖絲較少，難以形成強(qiáng)氫鍵作用，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，溶解表面纖維素較多，纖維整體結(jié)晶度受影響，自膠合性能降低。因此，限定合理的料液比和處理時(shí)間相配合，確保最優(yōu)疏解效果。

14、優(yōu)選的，步驟(4)中干燥采用晾曬或40℃～60℃烘干，干燥至含水率8％～12％，烘干溫度更優(yōu)選為50℃，含水率10％。

15、上述優(yōu)選技術(shù)方案的效果是：處理后的纖維用于無(wú)膠膠合纖維板的制作，制作過(guò)程中，過(guò)高的干燥溫度，使得纖維成團(tuán)嚴(yán)重，不利于纖維鋪裝，更會(huì)導(dǎo)致自膠合板材密度不均；而過(guò)低的烘干溫度，干燥纖維時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，從而增加制造能耗；晾曬是一種節(jié)約能耗的干燥方法，但是由于時(shí)間長(zhǎng)，不做最優(yōu)方案。此外，8％～12％的高含水率下熱壓制備無(wú)膠纖維板，水分子的存在一方面可以破壞纖維中纖維素的氫鍵結(jié)合，有利于釋放纖維素表面羥基位點(diǎn)，和活化處理后的纖維表面纖維素發(fā)生更多的氫鍵作用，同時(shí)，水分子在熱壓揮發(fā)過(guò)程中，起到界面過(guò)度作用，促進(jìn)固液穩(wěn)定界面向固固界面的形成。但是如果含水率過(guò)高，在較短的熱壓時(shí)間內(nèi)，水分很難排除，導(dǎo)致自膠合纖維板鼓泡，而含水率過(guò)低，則難以發(fā)揮水分子的作用。

16、本發(fā)明還提供了一種如上技術(shù)方案所述方法得到的預(yù)處理纖維。

17、本發(fā)明還提供了一種采用上述方案所述方法得到的預(yù)處理纖維或所述的預(yù)處理纖維在制備無(wú)膠膠合纖維板中的應(yīng)用。

18、進(jìn)一步的，所述應(yīng)用包括以下步驟：將預(yù)處理纖維打散鋪裝，熱壓成型。

19、優(yōu)選的，鋪裝厚度2mm～12mm，密度0.8～1.2g/cm3，熱壓溫度150℃～190℃，熱壓壓力4～8mpa，熱壓時(shí)間2～4mm/min。

20、更優(yōu)選的，熱壓溫度180℃，時(shí)間3mm/min。

21、上述優(yōu)選技術(shù)方案的效果是：纖維自膠合性能提升靠?jī)煞矫娴囊蛩兀湟?，纖維中木質(zhì)素和半纖維素在一定的溫度、濕度下降解，形成小分子，降解產(chǎn)物自膠合，其二，纖維素熔融再生在纖維表面形成纖絲，而表面纖絲化大大提升了纖維表面羥基及活性，羥基形成氫鍵，提升自膠合性能。

22、因此，熱壓溫度過(guò)低，木質(zhì)素和半纖維素難以降解，降解產(chǎn)物自膠性能下降，而熱壓溫度過(guò)高，容易導(dǎo)致纖維表面碳化，自膠合纖維板發(fā)黑。

23、同樣，熱壓壓力也是很重要的一個(gè)因素，熱壓壓力過(guò)低，纖絲化表面的羥基很難形成強(qiáng)氫鍵，而弱氫鍵形成的板材，很容易在高濕環(huán)境下，吸水、吸濕膨脹，影響自膠合板材性能。

24、經(jīng)由上述的技術(shù)方案可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明公開(kāi)提供了一種纖維預(yù)處理方法及處理后纖維在制備纖維板中的應(yīng)用，具有如下有益效果：

25、經(jīng)過(guò)licl/dmac溶液處理，纖維表面的半纖維素和木質(zhì)素疏解，纖維素溶解，水沖洗后纖維素再生，在纖維表面形成纖維素纖絲，大大提升了自膠合界面的面積，同時(shí)提升了表面羥基活性。纖維在無(wú)膠膠合過(guò)程中，不僅半纖維素和木質(zhì)素的降解產(chǎn)物自膠合，纖維素纖絲在氫鍵作用下形成自膠合，纖維中三大素組分各自發(fā)揮自膠合作用，顯著提升無(wú)膠膠合板材的性能。其中，licl/dmac溶液處理時(shí)間、溫度、濃度為重要的影響因素，濃度過(guò)低、溫度過(guò)低、時(shí)間過(guò)短，纖維素難以溶解，濃度過(guò)高、溫度過(guò)高、時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，纖維素溶解太多，會(huì)破壞纖維素的結(jié)晶結(jié)果，導(dǎo)致纖維力學(xué)強(qiáng)度降低。

技術(shù)特征：

1.一種纖維預(yù)處理方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種纖維預(yù)處理方法，其特征在于，步驟(1)中所述纖維包括桉木纖維、楊木纖維、杉木纖維、馬尾松纖維、雜木纖維、竹纖維中的一種或幾種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種纖維預(yù)處理方法，其特征在于，步驟(1)中纖維與二甲基乙酰胺的料液比1g：10ml～1g:100ml，疏解時(shí)間2h～12h。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種纖維預(yù)處理方法，其特征在于，步驟(2)中氯化鋰在二甲基乙酰胺中質(zhì)量分?jǐn)?shù)5％～8％。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種纖維預(yù)處理方法，其特征在于，步驟(3)中疏解纖維和溶液的料液比1g：10ml～1g:100ml，處理過(guò)程為先在80℃～90℃下處理1h～2h，再降至室溫處理12～18h。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種纖維預(yù)處理方法，其特征在于，步驟(4)中干燥采用晾曬或40℃～60℃烘干，干燥至含水率8％～12％。

7.一種權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述方法得到的預(yù)處理纖維。

8.一種權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述方法得到的預(yù)處理纖維或權(quán)利要求7所述的預(yù)處理纖維在制備無(wú)膠膠合纖維板中的應(yīng)用。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的應(yīng)用，其特征在于，包括以下步驟：將預(yù)處理纖維打散鋪裝，熱壓成型。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的應(yīng)用，其特征在于，鋪裝厚度2mm～12mm，密度0.8～1.2g/cm3，熱壓溫度150℃～190℃，熱壓壓力4～8mpa，熱壓時(shí)間2～4mm/min。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種纖維預(yù)處理方法及處理后纖維的應(yīng)用，將纖維置于二甲基乙酰胺中室溫疏解，得到疏解纖維；然后將疏解纖維放置在LiCl/DMAc溶液溶液中處理，最后擠壓去除試劑后水洗過(guò)濾，干燥后得到預(yù)處理纖維，將預(yù)處理后的纖維應(yīng)用于無(wú)膠膠合纖維板的制備。經(jīng)過(guò)LiCl/DMAc溶液處理，大大提升了纖維自膠合界面的面積，同時(shí)提升了表面羥基活性。纖維在無(wú)膠膠合過(guò)程中，不僅半纖維素和木質(zhì)素的降解產(chǎn)物自膠合，纖維素熔融再生形成纖絲，在氫鍵作用下形成自膠合，顯著提升無(wú)膠膠合板材的性能。

技術(shù)研發(fā)人員：陳媛,李改云,范東斌,晏婷婷,楊昇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院木材工業(yè)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10