秸杆纤维加工方法技术

一种由谷物秸秆制造板或面板的方法，包括以下步骤：在可以超过８巴（８００ｋＰａ）的高压下利用蒸汽对秸秆进行处理，并机械地提炼秸秆。然后，可以在没有添加粘结剂的情况下，将由此产生的纤维挤压成板或面板，或者将这些纤维与尿素甲醛或三聚氰胺尿素甲醛粘结剂混合。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及加工秸秆以获得用于生产板或面板产品例如中等密度纤维板(“MDF”)和刨花板的纤维的方法。
技术介绍
以尿素甲醛(UF)，包括三聚氰胺尿素甲醛(“MUF”)，为基础的粘结剂与谷物秸秆不相容，使用这些材料制造面板在商业上存在冒险性。所有常规现有技术硬纸板的工厂使用甲基二苯异氰酸酯(“MDI”)作为制作刨花板和MDF的粘结剂。虽然MDI是极好的粘结剂，可以使面板具有上好特性，但是MDI也有一些固有的缺点，其用于制造非木材非结构性的面板时，成本太高。一个明显的缺点是，在挤压过程中，MDI容易粘到挤压板上。可以利用多种释放技术来克服MDI粘结到挤压板上的问题，例如释放剂和释放纸。但是，当与UF基树脂相比较时，使用内部和外部释放剂和释放纸代价很高，并增加了最终产品的成本。MDI的另一个通常不会为人所注意的缺点是，当MDI与谷物秸秆结合时，缺乏使秸秆缠结的粘性(mat tack)，这在制备秸秆基非结构性面板过程中是很关键的问题。较低的粘结剂成本、较低的加工成本、增加实施的容易度和更好的使秸秆缠结的完整性(mat integrity)都促使人们使用UF基粘结剂将秸秆粘结成面板。障碍是不能将UF粘结剂与秸秆粘结到超过最小商业标准。关于UF为什么不能与秸秆粘结构成复合面板的问题，人们已经提出了许多理论。在秸秆的蜡状上表皮层和水基树脂之间的不相容性，秸秆硅含量和秸秆化学反应性，分离或结合地，都被认为是UF基树脂不能有效地用于秸秆的原因。但是根据公开的报告，秸秆UF粘结的学问是相当有限的。俄勒冈州大学(Groner和Barbour，1971，1972，1973)经过一系列研究发现，MDI是粘结秸秆的最有效的粘结剂，粘结剂的效力可以通过以化学方法从秸秆去除蜡而得到提高。但是，这样增加粘结能力是以增加厚度为代价的。商业秸秆面板工厂随后进行了小规模试验，证明在实践中，MDI在性能上优于UF。这进一步加强了UF-秸秆不相容的思想。这个思想如此广泛地影响着人们，以至于目前没有人冒险使用UF树脂来制造商业秸秆面板。华盛顿州大学研究表明，加压提炼秸秆可以增加UF树脂在锤磨秸秆上的粘结能力(Sauter，1995)。但是，结果还是处于商业标准以下。值得注意的是，当加压提炼秸秆时，秸秆的缓冲能力改变到更加接近木材的缓冲能力。秸秆缓冲能力这样减少被假设为UF粘结力提高的最可能的原因。引起缓冲能力这样改变的机理被认为是在提炼过程中进行弱酸处理。WO99/02318(Nakos)中公开了一种化学-热机械处理方法，由此可以将酸(或碱)洗涤剂应用于秸秆。要声明的是，要通过结合化学和机械作用，从秸秆中去除蜡和硅，由此促进UF粘结过程的进行。结果再次显示，粘结力只是提高了，但并没有产生意想不到的粘结性能，也没有产生充分的粘结性来满足商业标准。在U.S.专利5,656,129中公开了一种制造秸秆纤维的方法，该方法利用了蒸汽接触和蒸汽加压提炼的措施。公开的蒸汽压力达到100psig(6.89巴)，同时压力最好为40-75psig(2.76至5.17巴)。在现有技术中，没有公开超过大约6巴的压力，这有两个原因。首先，纤维发黑使最终产品不适合用于装饰行业。其次，已知当蒸汽提炼压力增加时，秸秆纤维长度减少，这一点不是人们所想要的结果。因此，由于使用UF和MUF树脂具有潜在的优点，所以现有技术需要对加工谷物秸秆的方法进行改进，以使用UF和MUF树脂来构成面板。
技术实现思路
本申请人先前就发现，对锤磨过并用空气法(atmospherically)提炼过的秸秆进行酸处理，可以提高UF和MUF粘结力。在没有限制到一个理论的情况下，我们相信，酸的角色最象化学改性剂，而不是蜡/硅的去除剂(stripper)。本专利技术是基于这样一个意外发现，即对秸秆纤维进行高压蒸汽提炼，使秸秆纤维可以与UF或MUF粘结剂粘结起来，并可以将秸秆纤维用于无粘接剂的面板。虽然现有技术中也提出了秸秆的加压提炼方法，但是，先前没有发现这样的有益效果，即以本专利技术中提出的非常高的压力获得的有益效果。因此，本专利技术提出了使用UF和MUF树脂，或者不使用粘结剂，来加工秸秆以获得可用于制造板或面板产品例如但不仅限于中等密度纤维板(“MDF”)和刨花板的纤维的替换方法。特别的是，本专利技术可以包括一种加工秸秆的方法，该方法包括在高压下与蒸汽接触的步骤，接着，对秸秆进行加压机械提炼。然后，将由此产生的秸秆纤维与UF或MUF树脂混合，或者不使用粘结剂，将秸秆混合在一起，并且将秸秆压制成板或面板。在一个方面，本专利技术包括一种制造板或面板的方法，该板或面板包括谷物秸秆，所述方法包括以下步骤(a)锤磨秸秆到，优选但不是必须地，小于大约50mm的长度，更优选的是，小于大约25mm的长度；(b)在高压下利用蒸汽对秸秆进行处理；(c)在蒸汽加压提炼器中机械地提炼秸秆；(d)将秸秆纤维与一种UF或MUF树脂混合；和(e)将秸秆纤维/树脂混合物压制成板或面板。优选的是，蒸汽压力高于大约6.0巴，更优选的是，高于大约8.0巴，最优选的是，高于大约10.0巴。可以机械地提炼秸秆，每吨烘干秸秆消耗的能量小于大约500kWh，优选的是，每吨烘干秸秆消耗的能量小于大约300kWh。在一个实施例中，该方法还可以包括在提炼秸秆之后，并在将秸秆纤维与树脂混合之前，将酸添加到所述秸秆纤维中的步骤。在另一个方面，本专利技术可以包括一种制造秸秆纤维的方法，秸秆纤维可以用于制造板或面板，该方法包括，蒸煮和/或在高蒸汽压力下提炼秸秆，直到秸秆pH达到大约5.5以下，优选的是达到大约5.0以下。在另一个方面，本专利技术包括一种制造无粘接剂板或面板的方法，该无粘接剂板或面板包括谷物秸秆，所述方法包括以下步骤(a)锤磨秸秆到，优选但不是必须地，小于大约50mm的长度，更优选的是，小于大约25mm的长度；(b)在高压下利用蒸汽对秸秆进行处理；(c)在蒸汽加压提炼器中机械地提炼秸秆，以制造秸秆纤维；和(d)将秸秆纤维压制成板或面板。压力提炼器中的蒸汽压力可以大于大约8.0巴，优选的是，大于大约9.0巴，更优选的是，大于大约10.0巴。在另一个方面，本专利技术可以包括由本专利技术方法制造的无粘接剂板。附图简述附附图说明图1是一个条线图，显示了作为提炼压力和保持时间的函数的平均秸秆纤维长度。附图2是一个条线图，显示了作为提炼压力和保持时间的函数的纤维长度分布。具体实施例方式本专利技术提供了一种加工谷类秸秆以生产与UF和MUF树脂一起使用或在一种无粘结剂工艺中使用的秸秆纤维的方法。当描述本专利技术时，在此没有定义的术语具有它们通常在技术上得以公认的意思。谷类秸秆包括从谷类作物中收集到的秸秆，这些秸秆包括但不仅限于小麦、燕麦、大麦、水稻和黑麦。词语“大约”指的是一个在确定值上加或减10％的范围。本专利技术的方法包括一个在蒸煮和提炼秸秆中一个或两个阶段的期间使秸秆与加压蒸汽接触的步骤。由此产生的纤维适合结合UF基树脂，包括UF和三聚氰胺尿素甲醛(MUF)来使用，或者适合用于无粘结剂板或面板中。秸秆最好采用锤磨机锤磨，以将秸秆减少至合适的长度，优选的是小于大约50mm和大于12mm。优选长度小于25mm，甚至更优选的是小于大约20mm或更少。理想的是，秸秆长度落在大约12mm至大约25mm之间。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造板或面板的方法，该板或面板包括谷物秸秆，所述方法包括以下步骤：（ａ）锤磨秸秆；（ｂ）在高压下利用蒸汽对秸秆进行处理；（ｃ）在蒸汽加压提炼器中机械地提炼秸秆；（ｄ）将秸秆纤维与一种ＵＦ或ＭＵＦ树脂混合； 和（ｅ）将秸秆纤维／树脂混合物压制成板或面板。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：韦恩瓦西尔西，
申请(专利权)人：艾伯塔研究委员会公司，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]