一种高拉伸强度高密度纤维板及其绿色制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高拉伸强度高密度纤维板及其绿色制备方法，属于纤维板生产技术领域。该方法具体工艺步骤如下：将纳米纤维素置于冷压机中进行脱水处理得到湿坯，再将脱水后的湿坯进行热压干燥，制成高拉伸强度高密度纤维板。本发明专利技术公开的高拉伸强度高密度纤维板绿色环保、质量轻并且可降解，基于这些特性，在航空航天、建筑装饰、交通运输等应用超轻复合材料领域具有广泛的应用前景；而且其在断裂时需要消耗大的断裂功，且弹性模量高，有望作为一种新型轻质防弹材料。

A high tensile strength and high density fiberboard and its green preparation method

The invention discloses a high tensile strength high density fiberboard and a green preparation method thereof, belonging to the technical field of fiberboard production. The specific process steps of the method are as follows: the nano cellulose is placed in a cold press to dehydrate to obtain a wet slab, and then the dehydrated wet slab is hot pressed to dry to make a high tensile strength and high density fiberboard. The high tensile strength and high density fiberboard disclosed by the invention is green, environment-friendly, light in weight and degradable. Based on these characteristics, it has a wide application prospect in the fields of aerospace, architectural decoration, transportation and other applications of ultra light composite materials; moreover, it needs a large amount of fracture work when breaking, and has high modulus of elasticity, which is expected to be a new type of light bullet proof material.

【技术实现步骤摘要】
一种高拉伸强度高密度纤维板及其绿色制备方法
本专利技术涉及纤维板生产
，特别涉及一种高拉伸强度高密度纤维板及其绿色制备方法。
技术介绍
纤维素是自然界中最丰富的天然高分子聚合物之一，而纳米纤维素是指直径小于100nm的超微细纤维，也是纤维素的最小物理结构单元，其具有许多优良特性，如高结晶度、高纯度、高杨氏模量、高强度、高亲水性、超精细结构和高透明性等，加之具有天然纤维素轻质、可降解、生物相容及可再生等特性，其在造纸、建筑、汽车、食品、化妆品、电子产品、医学等领域有巨大的潜在应用前景。纳米纤维素由于具有极大的比表面积和丰富的表面羟基，其自密化能力及自结合能力强。由纳米纤维素制备的高拉伸强度纤维板不仅绿色环保无甲醛排放，而且其物理机械性能高于其它一些传统的木基复合材料，质量轻易降解，基于这些特性，在航空航天、建筑装饰、交通运输等应用超轻复合材料领域具有广泛的应用前景；而且其在断裂时需要消耗大的断裂功，且弹性模量高，可以大幅减少子弹的动能对人体的伤害，有望作为一种新型轻质防弹材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有纤维板材性能的不足，提供一种高拉伸强度的高密度纤维板及其绿色制备方法。本专利技术的目的通过以下技术方案实现。一种高拉伸强度高密度纤维板的绿色制备方法，该方法包括以下步骤：（1）将植物纤维浆料进行酶解处理；（2）将步骤（1）酶解后的浆料进行机械研磨处理；（3）将步骤（2）机械研磨处理后的浆料进行酶解处理；（4）将步骤（3）酶解后的浆料进行机械研磨处理得到纳米纤维素；（5）将所得纳米纤维素用滤布包裹置于冷压机中进行脱水处理得到湿坯；（6）将所得湿坯冷压处理放置，使湿坯定型，成型后将湿坯进行热压干燥，制成高拉伸强度高密度纤维板。优选的，步骤（1）（3）中，所述酶解处理时浆料浓度为1-5wt%，酶解处理时的pH为4.5-6，温度为35-60℃，时间为2-5h。优选的，步骤（1）（3）中，所述酶解的酶是能够使纤维结构松散的酶。进一步优选的，所述酶解的酶为纤维素复合酶、打浆酶或内切酶。最优选为内切酶。优选的，步骤（2）（4）中，所述纳米化机械研磨处理时浆料浓度为1-2wt%。优选的，步骤（2）中，所述纳米化机械研磨处理时，压力为0-20MPa，研磨次数15-25次。优选的，步骤（4）中，所述纳米化机械研磨处理时，压力为0-40MPa，研磨次数40-50次。优选的，步骤（2）（4）中，所述纳米化机械研磨的设备为能使植物纤维解离为微纳米纤丝的设备。优选的，步骤（5）中，所述纳米纤维素的浓度为10-14wt%，定量为0.39-0.65g/cm2。优选的，步骤（5）中，所述滤布的目数为400-600目；所述脱水的压力为0-0.4MPa。优选的，步骤（6）中，所述定型的压力为0-0.4MPa，时间为3-6h。优选的，所述干燥的压力为0.05-0.1MPa，干燥的温度为60-70℃，干燥的时间为24-36h。优选的，该方法的具体步骤如下：（1）使用内切酶将植物纤维浆料进行酶解处理，浆料浓度为1-5wt%，酶解处理时的pH为4.5-6，温度为35-60℃，时间为2-5h；（2）将步骤（1）酶解后的浆料稀释至1-2wt%进行机械研磨处理，压力为0-20MPa，研磨次数15-25次；（3）使用内切酶将步骤（2）机械研磨处理后的浆料进行酶解处理，处理条件与步骤（1）相同；（4）将步骤（3）酶解后的浆料稀释至1-2wt%进行机械研磨处理，压力为0-40MPa，研磨次数40-50次，得到纳米纤维素；（5）将257-360g浓度为10-14wt%、定量为0.39-0.65g/cm2的纳米纤维素用400-600目的滤布包裹置于冷压机中，在0-0.4MPa的压力下进行脱水处理，脱水完全后得到湿坯；（6）将湿坯冷压处理放置3-6h，使其在该压力下定型，将成型后的湿坯转移到烘箱中，在压力为0.05-0.1MPa，温度为60-70℃的条件下干燥24-36h，得到高拉伸强度高密度纤维板，将所得板置于恒温恒湿环境中平衡水分以备用。由以上所述制备方法制得的一种高拉伸强度高密度纤维板，该纤维板由纳米纤维素构成，所述纳米纤维素的直径为20nm左右；该纤维板的密度为1.33-1.42g/cm³。当板的平均厚度为2.3-2.4mm时，板的拉伸强度为36.73-45.62MPa，弹性模量为1.93-3.87GPa，断裂功为24.54-54.91kJ/m2。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：（1）本专利技术制备纳米纤维素方法为两段酶处理和机械相结合的方法，属于绿色节能环保制备工艺。（2）本专利技术公开的高拉伸强度高密度纤维板绿色环保、质量轻并且可降解，基于这些特性，在航空航天、建筑装饰、交通运输等应用超轻复合材料领域具有广泛的应用前景；而且其在断裂时需要消耗大的断裂功，且弹性模量高，有望作为一种新型轻质防弹材料。具体实施方式以下结合实例对本专利技术的具体实施作进一步的具体说明，但本专利技术的实施方式不限于此。本专利技术对所用木质纤维素原料的种类、来源并没有特殊的限制，下面以针叶木浆为例。实施例1（1）使用内切酶将植物纤维浆料进行酶解处理，先将酶（酶活力为180PFU/g）溶解于去离子水中，得酶解液；再用酶解液调节浆料浓度为2wt%，酶用量为50g/kg（相对于绝干浆），在pH为5.5，温度为40℃下酶处理3h；（2）将步骤（1）酶解后的浆料稀释至1wt%，使用超微粒植物粉碎机进行机械研磨处理，压力为0-20MPa，研磨次数15次；（3）使用内切酶将步骤（2）机械研磨处理后的浆料进行酶解处理，处理条件与步骤（1）相同；（4）将步骤（3）酶解后的浆料稀释至1wt%，使用超微粒植物粉碎机进行机械研磨处理，压力为0-40MPa，研磨次数50次，得到纳米纤维素，该纳米纤维素的直径为20nm左右；（5）将257g浓度为14wt%、定量为0.52g/cm2的纳米纤维素用500目的滤布包裹置于冷压机中，在0-0.4MPa的压力下进行脱水处理，脱水完全后得到湿坯；（6）将湿坯冷压处理放置3h，使其在0.4MPa的压力下定型，将成型后的湿坯转移到烘箱中，在压力为0.05MPa，温度为60℃的条件下干燥36h，得到高拉伸强度高密度纤维板，该板的密度1.4g/cm³。将所得板置于恒温恒湿环境中（23℃，50%RH）平衡水分以备用。检测板的性能，结果显示当板的平均厚度为2.3mm时，板的拉伸强度为42.04MPa，弹性模量为3.23GPa，断裂功为50.75kJ/m2。实施例2（1）使用内切酶将植物纤维浆料进行酶解处理，先将酶（酶活力为180PFU/g）溶解于去离子水中，得酶解液；再用酶解液调节浆料浓度为3wt%，酶用量为50g/kg（相对于绝干浆），在pH为4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高拉伸强度高密度纤维板的绿色制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n（1）将植物纤维浆料进行酶解处理；/n（2）将步骤（1）酶解后的浆料进行机械研磨处理；/n（3）将步骤（2）机械研磨处理后的浆料进行酶解处理；/n（4）将步骤（3）酶解后的浆料进行机械研磨处理得到纳米纤维素；/n（5）将步骤（4）所得纳米纤维素用滤布包裹置于冷压机中进行脱水处理得到湿坯；/n（6）将步骤（5）所得湿坯冷压处理放置，使湿坯定型，成型后将湿坯进行热压干燥，制成高拉伸强度高密度纤维板。/n

【技术特征摘要】
1.一种高拉伸强度高密度纤维板的绿色制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将植物纤维浆料进行酶解处理；
（2）将步骤（1）酶解后的浆料进行机械研磨处理；
（3）将步骤（2）机械研磨处理后的浆料进行酶解处理；
（4）将步骤（3）酶解后的浆料进行机械研磨处理得到纳米纤维素；
（5）将步骤（4）所得纳米纤维素用滤布包裹置于冷压机中进行脱水处理得到湿坯；
（6）将步骤（5）所得湿坯冷压处理放置，使湿坯定型，成型后将湿坯进行热压干燥，制成高拉伸强度高密度纤维板。


2.根据权利要求1所述的一种高拉伸强度高密度纤维板的绿色制备方法，其特征在于，步骤（1）（3）中，所述酶解处理时浆料浓度为1-5wt%，酶解处理时的pH为4.5-6，温度为35-60℃，时间为2-5h；所述酶解的酶是能够使纤维结构松散的酶。


3.根据权利要求1所述的一种高拉伸强度高密度纤维板的绿色制备方法，其特征在于，所述酶解的酶为纤维素复合酶、打浆酶或内切酶。


4.根据权利要求1所述的一种高拉伸强度高密度纤维板的绿色制备方法，其特征在于，步骤（2）（4）中，所述机...

【专利技术属性】
技术研发人员：高文花，贺礼龙，王胜丹，陈克复，王斌，曾劲松，徐峻，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44