膨脹石墨-聚醚砜-農(nóng)作物秸稈復(fù)合人造板的制備方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
[0001]技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及農(nóng)作物秸桿資源化利用技術(shù)，特別涉及是一種秸桿復(fù)合人造板的制備方法。
[0002]【背景技術(shù)】當(dāng)前，中國(guó)森林覆蓋率占全球平均水平的2/3、人均森林面積不足世界人均占有量的1/4、人均森林蓄積量也僅占世界人均量的1/7，此外現(xiàn)有森林資源的供給量?jī)H占需求量的40%，這樣在一定程度上加劇了木材需求與供給之間的矛盾。木材資源短缺和供給緊張的現(xiàn)狀，給人造板加工企業(yè)帶來(lái)了較為嚴(yán)重的影響。人造板企業(yè)面臨的最大難題是原料供不應(yīng)求，生產(chǎn)所用木材原料緊缺，其價(jià)格不斷攀升，給企業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)巨大壓力。此外，近年來(lái)，造紙工業(yè)原料木漿比例呈逐年上升趨勢(shì)，繼而加劇了造紙企業(yè)和人造板加工企業(yè)之間的原料競(jìng)爭(zhēng)。因而，合理開(kāi)發(fā)木材替代產(chǎn)品、緩解木材供需矛盾迫在眉睫。與森林資源相比，農(nóng)作物秸桿資源十分豐富，其主要化學(xué)組成有纖維素、半纖維素、木素，此外，其還有少量的糖、油脂物、蠟、硅、單寧、有機(jī)氮化物等物質(zhì)。農(nóng)作物秸桿中許多化學(xué)成分含量與木材基本相似，且價(jià)廉易得，是替代木材制造秸桿人造板的適宜原材料。
[0003]農(nóng)作物秸桿是農(nóng)作物收獲后留下農(nóng)業(yè)生產(chǎn)副產(chǎn)品，其主要包括稻秸、麥秸、玉米秸等谷類(lèi)作物秸桿，大豆、綠豆等豆類(lèi)秸桿，甘薯藤、馬鈴薯藤、紅薯藤等薯類(lèi)秸桿，花生桿、油菜桿、芝麻桿等油科作物秸桿，以及棉花、甘蔗、麻類(lèi)秸桿等。目前，農(nóng)作物秸桿主要用作畜牧業(yè)飼料、還田肥料和有機(jī)肥料、造紙?jiān)?、壓塊固體燃料、食用菌栽培原料、熱解制秸桿氣原料、厭氧發(fā)酵制沼氣原料。此外，農(nóng)作物秸桿也可用以制作生物質(zhì)炭和吸水樹(shù)脂。但上述工序所用秸桿量依舊有限，致使相當(dāng)部分的農(nóng)作物秸桿被就地焚燒，造成了資源浪費(fèi)和空氣環(huán)境污染。此外，某些農(nóng)作物秸桿某些處置過(guò)程，如農(nóng)作物秸桿造紙對(duì)周邊土壤和環(huán)境水體存在較大的污染隱患。
[0004]目前，應(yīng)用農(nóng)作物秸桿制備的人造板主要有秸桿刨花板、秸桿定向板、秸桿纖維板和秸桿墻體板。以農(nóng)作物秸桿為原料，制備的人造板具有輕質(zhì)、保溫、隔音的顯著優(yōu)點(diǎn)，但其防火阻燃性差，繼而限制了其廣泛應(yīng)用。在秸桿人造板加工制作過(guò)程中，通常要進(jìn)行膠黏劑膠合和加熱擠壓成型，以提高其力學(xué)強(qiáng)度。但農(nóng)作物秸桿表面富含的蠟質(zhì)、硅和灰分組分，不利于其與脲醛樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂等膠粘劑膠合，致使秸桿人造板的力學(xué)強(qiáng)度低，這也是秸桿人造板得不到快速發(fā)展的原因之一。為提高秸桿與膠黏劑的膠合強(qiáng)度，通常對(duì)秸桿進(jìn)行機(jī)械粉碎、微波輻照、等離子體輻照、酸堿溶液浸泡等預(yù)處理，以降低農(nóng)作物秸桿表面的硅物質(zhì)和蠟狀物質(zhì)的含量。但上述秸桿預(yù)處理繁瑣，并且對(duì)環(huán)境存在污染。與傳統(tǒng)的酚醛、脲醛和三聚氰胺類(lèi)樹(shù)脂膠黏劑相比較，異氰酸酯類(lèi)膠黏劑可較好地與農(nóng)作物秸桿進(jìn)行膠合，并且異氰酸酯不含甲醛、其對(duì)秸桿含水率要求寬松，人造板加工工序?qū)Νh(huán)境污染較小。但異氰酸酯價(jià)格偏貴、且易于粘板，這在一定程度上制約了其在秸桿人造板生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用。此夕卜，生產(chǎn)過(guò)程中若吸入霧化后的異氰酸酯，會(huì)引起呼吸系統(tǒng)疾病。因此，積極革新農(nóng)作物秸桿人造板的生產(chǎn)工藝、提升其使用處置性能，擴(kuò)大其生產(chǎn)規(guī)模，是進(jìn)一步推進(jìn)農(nóng)作物秸桿資源化利用的重要舉措。
[0005]專(zhuān)利CN200710054824.7提及了一種農(nóng)作物秸桿與木材混合制造人造板的方法，首先將加工后木材與農(nóng)作物秸桿均勻混合，然后將木材與農(nóng)作物秸桿混合物用拌膠機(jī)施膠；然后對(duì)將施膠后的秸桿物料經(jīng)由鋪裝、預(yù)壓、預(yù)熱等工序，制得毛板，隨后對(duì)毛板進(jìn)行裁邊分割，得到秸桿與木材復(fù)合的人造板。采用該技術(shù)制備的人造板質(zhì)量好、力學(xué)強(qiáng)度高，但其仍然存在消耗森林木材的缺陷，并且其防火性能差。專(zhuān)利CN104070591A公開(kāi)了一種農(nóng)作物秸桿人造板的生產(chǎn)方法，其將秸桿切斷、粉碎，得到粗料和細(xì)料，然后以粗料為芯層、細(xì)料為表層，依次經(jīng)由施膠、鋪裝、預(yù)壓、熱壓以及后處理等工序過(guò)程，制得秸桿人造板。但該專(zhuān)利技術(shù)實(shí)施較為繁瑣、制備成本偏高，并且制備的人造板阻燃性能差。在專(zhuān)利CN102343641A技術(shù)中，申請(qǐng)人首先將農(nóng)作物秸桿切斷干燥、并將其粉碎成粉末，之后用PVC樹(shù)脂將粉末包裹造粒，最后經(jīng)發(fā)泡、冷卻定型制得農(nóng)作物秸桿塑料復(fù)合人造板。采用該工藝制備的復(fù)合人造板力學(xué)強(qiáng)度高，但其耐火性能差。此外，粉碎工序中粉塵產(chǎn)生量大，對(duì)人體健康存在危害。此外，也有研宄報(bào)道將農(nóng)作物秸桿壓制成低密度絕熱板，然后在其表面涂以水泥和石膏等阻燃無(wú)機(jī)物，制得秸桿墻體用人造板，其具有輕質(zhì)、解決、阻燃和保溫的優(yōu)點(diǎn)。但該類(lèi)秸桿墻體人造板的秸桿壓制層與水泥、石膏無(wú)機(jī)層結(jié)合強(qiáng)度較低，繼而使其工程處置應(yīng)用性能差。
[0006]
【發(fā)明內(nèi)容】
本發(fā)明的目的在于提供一種制備簡(jiǎn)便，具有高強(qiáng)輕質(zhì)、保溫阻燃、隔音降噪性能的膨脹石墨-聚醚砜-農(nóng)作物秸桿復(fù)合人造板制備方法。本發(fā)明主要是以膨脹石墨、聚醚砜和農(nóng)作物秸桿為原料，將膨脹石墨和聚醚砜浸涂于農(nóng)作物秸桿表面，通過(guò)烘干、壓制和熱處理工序，制備膨脹石墨-聚醚砜-農(nóng)作物秸桿復(fù)合人造板。
[0007]本發(fā)明的制備方法如下:
[0008]1、膨脹石墨和農(nóng)作物秸桿的預(yù)處理:
[0009](I)膨脹石墨的預(yù)處理:
[0010]將蠕蟲(chóng)狀膨脹石墨裁剪成長(zhǎng)度為0.5mm的細(xì)小絲狀碎末；
[0011](2)農(nóng)作物秸桿的預(yù)處理:
[0012]首先剪掉農(nóng)作物秸桿表面殘留的葉子，然后對(duì)秸桿進(jìn)行裁剪，使秸桿長(zhǎng)度介于35?45cm之間；再對(duì)裁剪后的秸桿進(jìn)行烘干處理，烘干溫度為70?80°C，烘干時(shí)間為4?6h ；
[0013]2、膨脹石墨-聚醚砜混合溶液的配制:
[0014](I)所用原料:
[0015]所用原料包括:N，N-二甲基乙酰胺、聚醚砜粉末和步驟I裁剪處理的膨脹石墨；所用聚醚砜的商品型號(hào)為E6020，其粉末粒徑為1.5 μπι;上述三種原料用量有如下質(zhì)量比例關(guān)系:N，N- 二甲基乙酰胺:聚醚砜:膨脹石墨=90?100:15?18:3?5 ;
[0016](2)配制過(guò)程:
[0017]首先將N，N- 二甲基乙酰胺溶劑倒入容器中，然后將聚醚砜粉末加入到N，N- 二甲基乙酰胺溶劑中，磁力攪拌并加熱使聚醚砜在N，N- 二甲基乙酰胺溶劑溶解，聚醚砜溶解的過(guò)程中控制混合溶液的溫度為70?80°C ;待聚醚砜充分溶解后，將膨脹石墨的細(xì)小絲狀碎末加入到聚醚砜-N，N- 二甲基乙酰胺混合溶液中，并將盛有混合溶液的容器置于超聲波處理器中進(jìn)行超聲波處理lOmin，超聲波頻率為40kHz，超聲波水浴的溫度為20?30°C ;之后將容器從超聲波處理器中取出，控制混合溶液的溫度為70?80°C，將混合溶液磁力攪拌2?3h，制得膨脹石墨-聚醚砜混合溶液；
[0018]3、膨化石墨-聚醚砜-農(nóng)作物秸桿復(fù)合人造板的制備:
[0019](I)首先將步驟I裁剪處理后的農(nóng)作物秸桿在步驟2制備的膨脹石墨-聚醚砜混合溶液浸泡30?60s，之后將其從混合溶液中取出，將其整齊地放置于表面潔凈的玻璃板上，并依據(jù)需要鋪裝成秸桿層，將鋪裝后的秸桿層連同玻璃板迅速浸入水凝膠浴溶液中，水凝膠溶液為體積分?jǐn)?shù)為I?3%的N，N-二甲基乙酰胺水溶液，水凝膠溶液溫度為40?50 0C ；
[0020](2)待秸桿層從玻璃板上自動(dòng)剝離后，將秸桿層從水凝膠浴溶液中取出，并瀝出秸桿層中殘留的水分，隨后將其置于烘箱中于80°C溫度下烘干處理4?6h ;之后將秸桿層從烘箱中取出，并迅速對(duì)秸桿層進(jìn)行壓制處理，壓制壓力為5?8MPa，秸桿層厚度縮減為未壓制前鋪裝厚度的35%?30% ;壓制溫度為室溫，壓制時(shí)間為5?1min ;秸桿層壓制處理后，將其置于烘箱中進(jìn)行熱處理，熱處理溫度為190?200°C，熱處理時(shí)間為5?1min ;之后將烘箱電源關(guān)閉，使其自然冷卻至室溫，再將壓制后的秸桿層從烘箱中取出，制得膨化石墨-聚醚砜-農(nóng)作物秸桿復(fù)合人造板；
[0021](3)膨化石墨-聚醚砜-農(nóng)作物秸桿復(fù)合人造板的儲(chǔ)存要求為:儲(chǔ)存溫度為室溫，室內(nèi)存放，忌日曬雨淋，儲(chǔ)存室應(yīng)安裝通風(fēng)換氣設(shè)備。
[0022]膨脹石墨是一種新型碳素材料，其由普通鱗片石墨膨化制備而成。膨脹石墨呈蠕蟲(chóng)狀、松散多孔，具有優(yōu)異的耐高低溫、抗輻射、抗腐蝕性能，其物理化學(xué)性能穩(wěn)定，保溫隔熱性能甚佳，是一種綜合性能優(yōu)良的保溫隔熱阻燃材料。聚醚砜是一種綜合性能優(yōu)良的熱塑性高分子材料，其機(jī)械強(qiáng)度高、韌性好、物理化學(xué)性能穩(wěn)定、抗化學(xué)試劑侵蝕、抗拉伸和彎曲、力學(xué)性能優(yōu)良，并且聚醚砜屬于不燃性物質(zhì)。
[0023]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0024]1、制備技術(shù)簡(jiǎn)便，成本相對(duì)低廉；
[0025]2、膨脹石墨和聚醚砜和農(nóng)作物秸桿結(jié)合強(qiáng)度好，膨脹石墨-聚醚砜-農(nóng)作物秸桿復(fù)合人造板的力學(xué)強(qiáng)度高，該復(fù)合人造板的工程應(yīng)用性能優(yōu)良；
[0026]3、石墨-聚醚砜-農(nóng)作物秸桿復(fù)合人造板具有高強(qiáng)輕質(zhì)、保溫阻燃、隔音降噪的顯著優(yōu)點(diǎn)；
[0027]4、有效節(jié)約了木材資源，積極推進(jìn)了農(nóng)作物秸桿的資源化利用。
【具體實(shí)施方式】
[0028]實(shí)施例1
[0029]首先對(duì)膨脹石墨和農(nóng)作物秸桿進(jìn)行預(yù)處理，將蠕蟲(chóng)狀膨脹石墨裁剪成長(zhǎng)度為0.5mm的細(xì)小絲狀碎末，剪掉水稻秸桿表面殘留的葉子，并對(duì)秸桿進(jìn)行裁剪，使秸桿長(zhǎng)度為35cm ;之后對(duì)裁剪后的秸桿進(jìn)行烘干處理，烘干溫度為70°C，烘干時(shí)間為4h ;
[0030]將90g的N，N-二甲基乙酰胺溶劑倒入容器中，然后將15g聚醚砜粉末加入到N, N-二甲基乙酰胺溶劑中，所用聚醚砜的商品型號(hào)為E6020，其粉末粒徑為1.5 μπι;磁力攪拌并加熱使聚醚砜在N，N- 二甲基乙酰胺溶劑溶解，聚醚砜溶解的過(guò)程中控制混合溶液的溫度為70°C ;待聚醚砜充分溶解后，將3g上述處理后的膨脹石墨的細(xì)小絲狀碎末加入到聚醚砜-N，N- 二甲基乙酰胺混合溶液中，并將盛有混合溶液的容器置于超聲波處理器中進(jìn)行超聲波處理1min，超聲波頻率為40kHz，超聲波水浴的溫度為20 °C ;之后將容器從超聲波處理器中取出，控制混合溶液的溫度為70°C，將混合溶液磁力攪拌2?3h，制得膨脹石墨-聚醚砜混合溶液；
[0031]將上述裁剪處理后的水稻秸桿在膨脹石墨-聚醚砜混合溶液浸泡30s后，將其從混合溶液中取出，將其整齊地放置于表面潔凈的玻璃板上，并依據(jù)需要鋪裝成厚度為40mm的秸桿層；將鋪裝后的秸桿層連同玻璃板迅速浸入水凝膠浴溶液中，水凝膠溶液為體積分?jǐn)?shù)為1%的N, N- 二甲基乙酰胺水溶液，水凝膠溶液溫度為40°C ;待秸桿層從玻璃板上自動(dòng)剝離后，將秸桿層從水凝膠浴溶液中取出，并瀝出秸桿層中殘留的水分，隨后將其置于烘箱中于80°C溫度下烘干處理4h ;之后將秸桿層從烘箱中取出，并迅速對(duì)秸桿層進(jìn)行壓制處理，壓制壓力為5MPa，壓制溫度為室溫，壓制時(shí)間為5min ;秸桿層壓制處理后，將其置于烘箱中進(jìn)行熱處理，熱處理溫度為