本發(fā)明屬于人造板，具體涉及一種無(wú)膠膠合板及其制備方法，尤其涉及基于纖維預(yù)處理的無(wú)膠膠合板及其制備方法。
背景技術(shù)：
1、我國(guó)是人造板生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)，其中，膠合板是人造板第一大板，纖維板是人造板第二大板。人造板的生產(chǎn)多使用脲醛樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂和三聚氰胺樹(shù)脂為膠黏劑，均為含甲醛膠黏劑。尤其是纖維板，其生產(chǎn)90％使用脲醛樹(shù)脂膠黏劑，甲醛污染成為消費(fèi)者最關(guān)心的問(wèn)題。近幾年，無(wú)醛人造板成為重要的發(fā)展方向，包括生物質(zhì)膠黏劑、聚異氰酸酯樹(shù)脂(mdi)膠黏劑等替代醛類膠黏劑。但是普遍存在吸濕性大，尺寸穩(wěn)定性差，成本高等問(wèn)題，而且，以豆粕膠黏劑為主的生物質(zhì)膠黏劑存在易發(fā)霉問(wèn)題，而mdi膠黏劑脆性大，所以，無(wú)醛纖維板的市場(chǎng)占有率很低。因此，發(fā)展新的無(wú)醛甚至無(wú)膠纖維板，成為纖維板產(chǎn)業(yè)綠色生產(chǎn)和提質(zhì)增效的迫切需求。
2、纖維板的主要原料為木竹纖維，而木竹纖維中含有纖維素、木質(zhì)素和半纖維素等成分，熱壓過(guò)程中木質(zhì)素和半纖維素在濕熱力的作用下降解，降解產(chǎn)物自膠合，形成無(wú)膠膠合纖維板。但是，由于纖維素表面含有大量的羥基，這些羥基在膠合中并沒(méi)有起到提升性能的作用，而且由于羥基的吸濕性，形成板材后，很容易吸水膨脹，導(dǎo)致板材性能不佳。因此，無(wú)膠膠合板產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要提升其性能的穩(wěn)定性。
3、纖維預(yù)處理能顯著提升自膠合效率，但是，一般的預(yù)處理手段都是為提升木質(zhì)素和半纖維素降解效率，使降解產(chǎn)物起到膠黏劑作用。但是，纖維素未能參與自膠合過(guò)程，是影響自膠合性能的重要原因。因此，有效的纖維預(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、本發(fā)明鑒于以上問(wèn)題進(jìn)行了研發(fā)，目的在于提供一種基于纖維預(yù)處理的制備方法以及由此制備的力學(xué)性能、耐水性優(yōu)異的無(wú)膠膠合纖維板。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種無(wú)膠纖維板的制備方法，其包括：將木質(zhì)纖維浸沒(méi)于質(zhì)量濃度為0.8％～1.5％的naoh水溶液中，在85℃～95℃溫度下進(jìn)行疏解處理2h～4h后，過(guò)濾得到疏解纖維；將疏解纖維浸沒(méi)于質(zhì)量比為(5～9):12:(79～83)的naoh/尿素/水溶液中，在-18℃～-5℃溫度下進(jìn)行纖維溶解處理4h～8h后，在室溫下加入一定量的低濃度酸進(jìn)行纖毛再生處理，過(guò)濾得到纖毛再生纖維；將纖毛再生纖維用水沖洗直至ph為中性，過(guò)濾后在50℃～70℃溫度下進(jìn)行干燥處理至纖維含水率為8％～15％，得到預(yù)處理纖維；將預(yù)處理纖維打散鋪裝后熱壓成型得到所述無(wú)膠纖維板，其中熱壓溫度為180℃～200℃，熱壓壓力為5mpa～9mpa。
3、進(jìn)一步地，木質(zhì)纖維與naoh水溶液的料液比為1g:(50～100)ml。另外，疏解纖維與naoh/尿素/水溶液的料液比為1g:(50～100)ml，由于疏解過(guò)程中木質(zhì)纖維質(zhì)量變化可以忽視，作為一替代例也可采用木質(zhì)纖維與naoh/尿素/水溶液的料液比為(50～100)ml。更進(jìn)一步地，木質(zhì)纖維與naoh水溶液的料液比為1g:70ml。疏解纖維與naoh/尿素/水溶液的料液比為1g:70ml。
4、進(jìn)一步地，naoh水溶液的質(zhì)量濃度為1％，疏解處理溫度為90℃，處理時(shí)間為3h；naoh/尿素/水溶液的質(zhì)量比為7:12:81，纖維溶解處理溫度為-12℃，處理時(shí)間為6h。
5、進(jìn)一步地，干燥處理溫度為55℃～65℃，更進(jìn)一步地，干燥處理溫度為60℃。
6、木質(zhì)纖維與naoh水溶液的料液比勢(shì)向過(guò)低，難以完全浸潤(rùn)纖維，疏解效果不佳，過(guò)高會(huì)造成堿溶液浪費(fèi)；疏解時(shí)間過(guò)短，木質(zhì)素和半纖維素解聚不足，影響低溫下對(duì)纖維素的溶解再生；而溫度過(guò)高，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致木質(zhì)素和半纖維素降解過(guò)多，木質(zhì)素成小分子流失，影響膠合性能。
7、疏解纖維與naoh水溶液的料液比勢(shì)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。溶解處理時(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。
8、處理后的纖維用于無(wú)膠膠合纖維板的制作，因此，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。
9、通過(guò)保證纖維有8％～15％含水率，熱壓制備無(wú)膠纖維板過(guò)程中，水分子起到塑化作用，可以降低木質(zhì)素降解產(chǎn)物的玻璃轉(zhuǎn)化溫度，促進(jìn)木質(zhì)素流動(dòng)，提高半纖維素和木質(zhì)素降解產(chǎn)物的自膠合效率；此外，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。
10、優(yōu)選保證干燥處理至纖維含水率為12％～15％，可以更好保證在熱壓過(guò)程中水在固態(tài)的再生纖毛之間作為介質(zhì)實(shí)現(xiàn)固液交換，交換過(guò)程中水分子引入一個(gè)羥基，在離開(kāi)過(guò)程中和另外一個(gè)羥基形成氫鍵，實(shí)現(xiàn)纖維自膠合。
11、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。
12、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。
13、進(jìn)一步地，熱壓溫度為185℃～195℃，熱壓壓力為6mpa～8mpa，更進(jìn)一步地，熱壓成型的熱壓溫度為190℃，熱壓壓力為7mpa。
14、其中，低濃度酸的h+含量與naoh/尿素/水溶液中naoh的oh-含量的摩爾比為(0.5～1):1，低濃度酸的h+離子濃度為0.8mol/l～1.3mol/l。
15、其中低濃度酸可以為鹽酸溶液或硫酸溶液。
16、作為具體一例，低濃度酸為質(zhì)量濃度4％～6％的硫酸溶液，進(jìn)一步地，硫酸溶液質(zhì)量濃度為5％。
17、作為另一具體例，低濃度酸為摩爾濃度0.43mol/l～0.64mol/l的硫酸溶液，進(jìn)一步地，硫酸溶液摩爾濃度為0.54mol/l。
18、進(jìn)一步地，低濃度酸加入后可以保持0.1h～1h的處理時(shí)間。
19、低濃度酸可以對(duì)應(yīng)具體naoh/尿素/水溶液的添加量設(shè)定，一旦有低濃度酸加入將中和naoh，很快使得纖維再生，因此處理時(shí)間在此可以不做限定。
20、具體地，木質(zhì)纖維可以為桉木纖維、楊木纖維、杉木纖維、馬尾松纖維、雜木纖維、竹纖維中的一種或多種。
21、具體地，干燥處理在恒溫恒濕環(huán)境下進(jìn)行，相對(duì)濕度為60％～80％。
22、作為進(jìn)一步具體例，恒溫恒濕環(huán)境采用恒溫恒濕烘箱，干燥溫度為60℃，相對(duì)濕度為70％。
23、具體地，預(yù)處理纖維的鋪裝厚度為2mm～12mm，密度為0.8～1.2g/cm3，熱壓成型時(shí)間為2～4mm/min。更具體地，鋪裝厚度為8mm～10mm，密度為0.8～1.0g/cm3。
24、本發(fā)明還提供一種由上述任意制備方案制備的無(wú)膠纖維板。
25、根據(jù)本發(fā)明人的研究，纖維自膠合性能提升靠?jī)煞矫娴囊蛩?，其一，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。
26、經(jīng)過(guò)堿溶液高溫處理，纖維表面的半纖維素和木質(zhì)素部分降解，暴露更多的纖維素于纖維表面，而堿/尿素低溫處理，可以促使纖維素溶解，并在酸作用下再生，在纖維表面形成纖維素纖絲，提升了表面羥基活性，大大提升了自膠合界面的面積。經(jīng)過(guò)高低溫預(yù)處理，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，堿溶液高溫處理時(shí)間、溫度、濃度為重要的影響因素，堿/尿素低溫處理濃度、溫度、時(shí)間是纖維素溶解再生最重要的影響因素。高溫處理不足，導(dǎo)致纖維素被包裹，難以再后續(xù)高溫過(guò)程中溶解再生，高溫處理過(guò)量，會(huì)導(dǎo)致木質(zhì)素降解損失，影響木質(zhì)素降解產(chǎn)物自膠合。低溫處理過(guò)程不足，纖維素難以溶解，而低溫處理時(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。