一种可降解秸秆板材及其制备方法、应用 |
|||||||
| 申请号 | CN201710583404.1 | 申请日 | 2017-07-18 | 公开(公告)号 | CN107386013A | 公开(公告)日 | 2017-11-24 |
| 申请人 | 安徽农业大学; | 发明人 | 黄莉莉; 王秀仑; 翁炎; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种可降解秸秆板材的制备方法，包括如下步骤：将 农作物 秸秆 粉碎 成秸秆段；将秸秆段置于 水 中浸泡；将浸泡后的秸秆段进行打浆得到秸秆 浆液 ；将秸秆浆液进行加热，保温得到预处理料；将预处理料置于模具中进行 热压 得到可降解秸秆板材。本发明通过采用农作物秸秆生产 生物 质 板材，方法可行，工艺简单，成本低廉，易于大规模生产；而且生产过程无胶黏剂，所得生物质材料可完全降解，适用于 建筑材料 、 包装 材料和农业生产用 地膜 等领域。本发明所得板材 密度 为0.93～1.12g/cm3，抗弯强度为34～52MPa， 抗拉强度 为19～29MPa，达到了JIS标准的30号硬质板水平。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种可降解秸秆板材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤： |
||||||
| 说明书全文 | 一种可降解秸秆板材及其制备方法、应用技术领域背景技术[0002] 中国人均森林面积占有量仅为0.1公顷左右，约为世界人均占有水平的20％，人均占有森林蓄积量约为9立方米，属于世界上木材资源少的国家。与此相对应的，中国又是世界上木质板材消耗量较大的国家之一，国内原木产量与木材的工业需求存在的缺口在日益增长。 [0003] 中国是个农业大国，全年农作物总播种面积超过16万千公顷，粮食总产量为6亿吨左右，大约生产出10亿吨左右的农作物秸秆废弃物。农作物秸秆的主要化学成分含量(即纤维素、半纤维素和木质素)与木材相似，完全可以用来替代木材制造人造板。在石油资源日益枯竭及秸秆治理日趋迫切的大环境下，使用农作物秸秆为原料生产可降解板材是一件有益无弊的事。 发明内容[0004] 基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种可降解秸秆板材及其制备方法、应用，通过采用农作物秸秆生产生物质板材，方法可行，工艺简单，成本低廉，易于大规模生产；而且生产过程无胶黏剂，所得生物质材料可完全降解，适用于建筑材料、包装材料和农业生产用地膜等领域。 [0005] 本发明提出的一种可降解秸秆板材的制备方法，包括如下步骤： [0006] S1、将秸秆粉碎成秸秆段； [0007] S2、将秸秆段置于水中浸泡；浸泡的过程使得纤维软化并且润胀，产生润胀的纤维不容易被切断；而纤维润胀的原因是由于纤维素和半纤维素分子结构中所含极性羟基与水分子产生极性吸引，水分子进入纤维素的无定形区，使纤维素分子链之间距离增大，从而引起纤维变形； [0008] S3、将浸泡后的秸秆段采用磨浆机进行打浆得到秸秆浆液；机械磨浆法分离纤维均匀、分离度较高；由于制造生物质板材非常重要一步是要进行纤维分离，秸秆经过磨解分离出大量的细纤维、微纤维，帚化后纤维的外比表面积大大增加，便于纤维之间的结合交织； [0009] S4、将秸秆浆液进行加热，保温得到预处理料；消潜后纤维伸展开，压制板材时增大接触面积，有利于纤维的结合； [0010] S5、将预处理料置于模具中进行热压得到可降解秸秆板材；热压挤出纤维间的水分，使得纤维交织结合，最终形成具有一定的机械强度的板材。 [0011] 优选地，S1中，秸秆采用油菜秸秆。 [0012] 优选地，S1中，秸秆段的平均长度为0.5-1.5cm。 [0014] 优选地，S2中，浸泡时间为70-74h。 [0015] 优选地，S4中，将秸秆浆液进行加热至85-95℃，保温28-32min得到预处理料。 [0016] 优选地，S5中，热压温度为108-112℃，热压压强为2-8Mpa。 [0017] 本发明还提出的一种可降解秸秆板材，采用上述可降解秸秆板材的制备方法制得。 [0018] 本发明还提出的上述可降解秸秆板材作为建筑材料、包装材料或农业生产用地膜的应用。 [0019] 本发明采用农作物秸秆生产生物质板材，方法可行，工艺简单，成本低廉，易于大规模生产；而且生产过程无胶黏剂，所得生物质材料可完全降解，适用于建筑材料、包装材料和农业生产用地膜等领域。 [0021] 图1为本发明实施例4所得可降解秸秆板材。 [0023] 图3为本发明实施例4进行力学性能测试中，弯曲测试试验片尺寸示意图。 [0024] 图4为本发明实施例4进行力学性能测试中，拉伸测试试验片尺寸示意图。 [0025] 图5为本发明实施例4所得可降解秸秆板材的抗压强度与热压压强的关系图。 [0026] 图6为本发明实施例4所得可降解秸秆板材的抗拉强度与热压压强的关系图。 具体实施方式[0027] 下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。 [0028] 实施例1 [0029] 本发明提出的一种可降解秸秆板材的制备方法，包括如下步骤： [0030] S1、将秸秆粉碎成秸秆段； [0031] S2、将秸秆段置于水中浸泡； [0032] S3、将浸泡后的秸秆段采用磨浆机进行打浆得到秸秆浆液； [0033] S4、将秸秆浆液进行加热，保温得到预处理料； [0034] S5、将预处理料置于模具中进行热压得到可降解秸秆板材。 [0035] 实施例2 [0036] 本发明提出的一种可降解秸秆板材的制备方法，包括如下步骤： [0037] S1、将玉米秸秆粉碎成平均长度为0.5-1.5cm的秸秆段； [0038] S2、将秸秆段置于室温水中浸泡70h； [0039] S3、将浸泡后的秸秆段采用磨浆机进行打浆得到秸秆浆液； [0040] S4、将秸秆浆液进行加热至95℃，保温28min得到预处理料； [0041] S5、将预处理料置于模具中进行热压，热压温度为112℃，热压压强为2Mpa，得到可降解秸秆板材。 [0042] 实施例3 [0043] 本发明提出的一种可降解秸秆板材的制备方法，包括如下步骤： [0044] S1、将水稻秸秆粉碎成平均长度为0.5-1.5cm的秸秆段； [0045] S2、将秸秆段置于室温水中浸泡74h； [0046] S3、将浸泡后的秸秆段采用磨浆机进行打浆得到秸秆浆液； [0047] S4、将秸秆浆液进行加热至85℃，保温32min得到预处理料； [0048] S5、将预处理料置于模具中进行热压，热压温度为108℃，热压压强为8Mpa，得到可降解秸秆板材。 [0049] 实施例4 [0050] 本发明提出的一种可降解秸秆板材的制备方法，包括如下步骤： [0051] S1、将油菜秸秆粉碎成平均长度为1cm的秸秆段； [0052] S2、将秸秆段置于室温水中浸泡72h；浸泡的过程使得纤维软化并且润胀，产生润胀的纤维不容易被切断；而纤维润胀的原因是由于纤维素和半纤维素分子结构中所含极性羟基与水分子产生极性吸引，水分子进入纤维素的无定形区，使纤维素分子链之间距离增大，从而引起纤维变形； [0053] S3、将浸泡后的秸秆段采用磨浆机进行打浆得到秸秆浆液；机械磨浆法分离纤维均匀、分离度较高；由于制造生物质板材非常重要一步是要进行纤维分离，秸秆经过磨解分离出大量的细纤维、微纤维，帚化后纤维的外比表面积大大增加，便于纤维之间的结合交织； [0054] S4、将秸秆浆液进行加热至90℃，保温30min得到预处理料；使消潜后纤维伸展开，压制板材时增大接触面积，有利于纤维的结合； [0055] S5、将500mL预处理料置于模具中进行热压，挤出纤维间的水分，使得纤维交织结合，热压温度为110℃，热压压强为5Mpa，得到可降解秸秆板材，如图1所示。 [0056] 其中热压工具如图2所示，包括模具和辅助工具；模具为不锈钢材料，长100mm，宽100mm，深40mm；辅助工具包括：一个铜制压块(100×100×25mm)、一个铝片(100×100mm)和两片金属纱网(100×100mm)，预处理料置于两片纱网中间。为了蒸发水分，模具、铜压块和铝片均带有直径为2mm，间隔为7×7mm的若干小孔。 [0057] 将本发明实施例4所得可降解秸秆板材进行力学性能试验，拉伸与弯曲试验使用电子万能力学试验机(ETM103A，万测，中国)检测，弯曲试验片和拉伸试验片尺寸分别如图3和图4所示(单位mm)。试验方法和标准如下表所示： [0058] [0059] 弯曲试验的计算按照公式(1)， [0060] [0062] 拉伸试验的计算按照公式(2)， [0063] [0064] σ为抗拉强度，P为施加载荷，A为试件的面积。 [0065] 本发明实施例4所得可降解秸秆板材的测试数据如下： [0066] [0067] 通过上述试验可以看出，本发明实施例4所得可降解秸秆板材的抗弯强度为34～52MPa，抗拉强度为19～29MPa，满足JIS标准的30号板材的要求。本发明所得生物质板材的抗弯强度和抗拉强度随热压压强的增加而增加(热压压强为6.5MPa时略有下降)。 [0068] 本发明采用农作物秸秆生产生物质板材，方法可行，工艺简单，成本低廉，易于大规模生产；而且生产过程无胶黏剂，所得生物质材料可完全降解，适用于建筑材料、包装材料和农业生产用地膜等领域。 [0069] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈