一种低能耗生物酶纤维分离的纤维板制备方法转让专利
申请号 : CN201310597420.8
文献号 : CN103600405B
文献日 : 2015-05-20
发明人 : 杜官本 , 李晓平 , 李文均
申请人 : 西南林业大学
摘要 :
本发明公开了一种低能耗生物酶纤维分离的纤维板制备方法。将木质原料、农作物秸秆或竹材制成木片或碎料，利用生物酶在一定的条件下进行预处理：生物酶溶解在温度20~60℃的水中，生物酶的浓度为0.05%~50%，木片或碎料与生物酶溶液的比例为10%~50%，处理时间为5min~120min。后利用盘磨机进一步将木片、碎料或竹片分离成纤维，以取代传统的纤维板制备过程中的热磨法分离纤维用于纤维板的制备。本发明首创性地利用生物酶可以降解纤维胞间层中果胶质和木质素的原理，来分离纤维，与热磨法相比具有清洁环保、能耗低、成本低的特点。有助于降低纤维板生产过程中的能耗、生产成本，具有良好的社会效益和经济效益。
权利要求 :
1.一种低能耗生物酶纤维分离的纤维板制备方法，其特征在于包括原料前处理、生物酶预处理、纤维分离、脱水干燥、预压、热压、后处理步骤，具体包括:A、原料前处理：调节原料木材、农作物秸秆或竹材含水率至30~50%，破碎成长度
1~2cm，宽度2~3cm，厚度3~5mm的木片、竹片或农作物秸秆碎料备用；
B、生物酶预处理：采用生物酶两段法预处理，将果胶酶溶解在温度20~60℃的水中，果胶酶溶液浓度为0.05~50%，木片、竹片或农作物秸秆碎料与溶液的比例为10~50:100，处理
5~120min后再利用木质素酶进行处理，处理方式为将木质素酶溶解在20~60℃的水中，木质素酶溶液浓度为0.05~50%，木片、竹片或农作物秸秆碎料与溶液的比例为10~50:100，处理时间为5~120min；或者采用生物酶一段法预处理，将果胶酶和木质素酶一起溶解在温度
20~60℃的水中，果胶酶和木质素酶溶液浓度为0.05~50%，木片、竹片或农作物秸秆碎料与溶液的比例为10~50:100，处理时间为5~120min；
C、纤维分离：将生物酶预处理后的木片、竹片或农作物秸秆碎料利用盘磨机进行纤维分离；
D、脱水干燥：将分离好的纤维进行脱水，施胶，干燥至含水率为8~10%得到施胶后的纤维；
E、预压：将施胶后的纤维进行铺装得到板坯，并用0.2~1.0MPa的压力对板坯进行预压；
F、热压：在温度180~220℃、压力2.5~5.0MPa条件下对预压后的板坯热压20~40s/mm，3
设定板材密度为0.45~0.85g/cm；
G、后处理：将完成热压的板材置于温度20~30℃、湿度50~70%条件下恒温恒湿
36~60h，得到目标物纤维板。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的果胶酶为原果胶酶、果胶甲酯水解酶或果胶酸酶。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的木质素酶为木质素过氧化酶、锰过氧化酶或漆酶。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于D步骤所述的施胶量为纤维重量的
6~14%。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于G步骤所述的后处理是将完成热压的板材置于温度25℃，湿度60%条件下恒温恒湿48h，得到目标物纤维板。
说明书 :
一种低能耗生物酶纤维分离的纤维板制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于材料技术领域，进一步属于人造板加工技术领域，具体涉及一种低能耗生物酶纤维分离的纤维板制备方法。
背景技术
[0002] 木质材料所具有的优异特性是其他任何材料都不可比拟的，但我国现有的森林资源远不能够满足人们的生活需求；人造板是重要的节约木材的利用途径，因此人造板在我国得到了快速迅猛的发展，到2005年我国已经是世界上人造板产量最大的国家。纤维板是一种重要的人造板品种，其产量每年以40%的速度递增，是产量增长速度最快的人造板板3
种，目前产量达到3400多万m/年。热磨法分离纤维是纤维板制备的关键环节，有蒸煮和热磨两个工段，所消耗的能量占纤维板生产总能量的40%左右。
种，目前产量达到3400多万m/年。热磨法分离纤维是纤维板制备的关键环节，有蒸煮和热磨两个工段，所消耗的能量占纤维板生产总能量的40%左右。
[0003] 若能在纤维板的制备过程中实现生物酶法分离纤维，以取代纤维制备过程中的热3
磨法分离纤维；可降低纤维板制备过程中30-35%以上的能耗。按生产1m纤维板需要消耗
0.3吨煤和350度电进行计算，在纤维板制备过程中实现生物酶或微生物法分离纤维后，可
3
降低30%的能耗，以我国现有的每年生产3400万m纤维板的生产量计算，每年可以节约煤
297万吨，节约电34.65亿度。可见，在纤维板生产中实现生物酶分离纤维后可产生巨大的经济效益并可节约大量的电能和煤。因此，开发一种生物酶分离纤维制备纤维板的方法是非常必要的。
磨法分离纤维；可降低纤维板制备过程中30-35%以上的能耗。按生产1m纤维板需要消耗
0.3吨煤和350度电进行计算，在纤维板制备过程中实现生物酶或微生物法分离纤维后，可
3
降低30%的能耗，以我国现有的每年生产3400万m纤维板的生产量计算，每年可以节约煤
297万吨，节约电34.65亿度。可见，在纤维板生产中实现生物酶分离纤维后可产生巨大的经济效益并可节约大量的电能和煤。因此，开发一种生物酶分离纤维制备纤维板的方法是非常必要的。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于提供一种低能耗生物酶纤维分离的纤维板制备方法。
[0005] 本发明的目的是这样实现的，包括原料前处理、生物酶预处理、纤维分离、脱水干燥、预压、热压、后处理步骤，具体包括:
[0006] A、原料前处理：调节原料木材、农作物秸秆或竹材含水率至30~50%，破碎成长度1~2cm，宽度2~3cm，厚度3~5mm的木片、竹片或农作物秸秆碎料备用；
[0007] B、生物酶预处理：采用生物酶两段法预处理，将果胶酶溶解在温度20~60℃的水中，果胶酶溶液浓度为0.05~50%，木片、竹片或农作物秸秆碎料与溶液的比例为10~50:100，处理时间为5~120min后再利用木质素酶进行处理，处理方式为将木质素酶溶解在20~60℃的水中，木质素酶溶液浓度为0.05~50%，木片、竹片或农作物秸秆碎料与溶液的比例为10~50:100，处理时间为5~120min；或者采用生物酶一段法预处理，将果胶酶和木质素酶一起溶解在温度20~60℃的水中，果胶酶和木质素酶溶液浓度为0.05~50%，木片、竹片或农作物秸秆碎料与溶液的比例为10~50:100，处理时间为5~120min；
[0008] C、纤维分离：将生物酶预处理后的木片、竹片或农作物秸秆碎料利用盘磨机进行纤维分离；
[0009] D、脱水干燥：将分离好的纤维进行脱水，施胶，干燥至含水率为8~10%得到施胶后的纤维；
[0010] E、预压：将施胶后的纤维进行铺装得到板坯，并用0.2~1.0MPa的压力对板坯进行预压；
[0011] F、热压：在温度180~220℃、压力2.5~5.0MPa条件下对预压后的板坯热压3
20~40s/mm，设定板材密度为0.45~0.85g/cm；
20~40s/mm，设定板材密度为0.45~0.85g/cm；
[0012] G、后处理：将完成热压的板材置于温度20~30℃、湿度50~70%条件下恒温恒湿36~60h，得到目标物纤维板。
[0013] 本发明利用生物酶对加工好的木片、农作物秸秆碎料或竹片进行预处理，后再利用盘磨机进行纤维制备，以替代纤维板现有制备工艺过程中的热磨法，与热磨法相比可以显著的降低纤维制备过程中的能耗，产品的生产成本；生物酶处理液可循环利用，以进一步降低生产成本。该技术的实施不仅能显著节约纤维板的生产能耗，降低纤维板的生产成本，还可以促进低碳经济的快速发展，是一种节能环保的新技术。
附图说明
[0014] 图1为本发明工艺流程图。
具体实施方式
[0015] 下面结合附图对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。
[0016] 本发明所述的低能耗生物酶纤维分离的纤维板制备方法，包括原料前处理、生物酶预处理、纤维分离、脱水干燥、预压、热压、后处理步骤，具体包括：
[0017] A、原料前处理：调节原料木材、农作物秸秆或竹材含水率至30~50%，破碎成长度1~2cm，宽度2~3cm，厚度3~5mm的木片、竹片或农作物秸秆碎料备用；
[0018] B、生物酶预处理：将前处理后的原料中加入固液比10~50倍的生物酶溶液处理5~120min后，再加入10~50倍的木质素酶处理5~120min；
[0019] C、纤维分离：将生物酶预处理后的木片、竹片或农作物秸秆碎料利用盘磨机进行纤维分离；
[0020] D、脱水干燥：将分离好的纤维进行脱水，施胶，干燥至含水率为8~10%得到施胶后的纤维；
[0021] E、预压：将施胶后的纤维进行铺装得到板坯，并用0.2~1.0MPa的压力对板坯进行预压；
[0022] F、热压：在温度180~220℃、压力2.5~5.0MPa条件下对预压后的板坯热压3
20~40s/mm，设定板材密度为0.45~0.85g/cm；
20~40s/mm，设定板材密度为0.45~0.85g/cm；
[0023] G、后处理：将完成热压的板材置于温度20~30℃、湿度50~70%条件下恒温恒湿36~60h，得到目标物纤维板。
[0024] B步骤所述的生物酶溶液浓度为0.05~50%。
[0025] 所述的生物酶为果胶酶和木质素酶。
[0026] 所述的果胶酶为原果胶酶、果胶甲酯水解酶或果胶酸酶。
[0027] 所述的木质素酶为木质素过氧化酶、锰过氧化酶或漆酶。
[0028] B步骤所述的生物酶预处理为生物酶两段法预处理或生物酶一段法预处理中的一种。
[0029] 所述的生物酶两段法预处理为首先将果胶酶溶解在温度20~60℃的水中，果胶酶溶液浓度为0.05~50%，木片、竹片或农作物秸秆碎料与溶液的比例为10~50%，处理时间为5~120min后再利用木质素酶进行处理，处理方式为将木质素酶溶解在20~60℃的水中，木质素酶溶液浓度为0.05~50%，木片、竹片或农作物秸秆碎料与溶液的比例为10~50%，处理时间为5~120min。
[0030] 所述的生物酶一段法预处理是将果胶酶和木质素酶一起溶解在温度20~60℃的水中，果胶酶和木质素酶的溶液浓度为0.05~50%，木片、竹片或农作物秸秆碎料与溶液的比例为10~50%，处理时间为5~120min。
[0031] 所述的生物酶溶液可以循环利用，以减少纤维分离成本。
[0032] D步骤所述的施胶量为纤维重量的6~14%。
[0033] G步骤所述的后处理是将完成热压的板材置于温度25℃、湿度60%条件下恒温恒湿48h，得到目标物纤维板。
[0034] 下面以实施例对本发明作进一步说明：
[0035] 实施例1 ——生物酶法分离纤维制备桉树纤维板
[0036] 以桉树作为板材原料。经测定，桉树原料含水率为8～10%，对原料进行增湿处理，控制其含水率为40%。用削片机将原料制成长度为1～2cm，宽度2～3cm，厚度3～5mm的木片的，将木片置于温度为60℃生物酶（果胶酶和木质素酶）溶液中，生物酶的浓度为10%，木片与溶液的比例为30%，处理时间30min; 将处理过后的木片或碎料利用盘磨机进行纤维分离；对分离好的纤维进行脱水，后施胶，施胶量为纤维重量的12%，同时添加1%的石蜡乳液，后将纤维干燥至含水率为8-10%。将施胶后的纤维进行铺装，并用0.2～1.0MPa的压力对板坯进行预压；在热压温度180～220℃，热压压力2.5～5.0MPa条件下利用连续式3
热压机对预压后的板坯热压20s/mm，设定板材密度为 0.65g/cm；将板材冷却至室温，利用纵横锯机进行锯截，制成尺寸为2440mmX1220mm的板材，将锯制好的板材置于温度25℃，湿度60%的条件下进行调质处理，处理时间为48h，即得到所需的中密度纤维板。对成品板材进行砂光定厚并按饰面人造板的标准来进行测定；测试结果见表1所示。
热压机对预压后的板坯热压20s/mm，设定板材密度为 0.65g/cm；将板材冷却至室温，利用纵横锯机进行锯截，制成尺寸为2440mmX1220mm的板材，将锯制好的板材置于温度25℃，湿度60%的条件下进行调质处理，处理时间为48h，即得到所需的中密度纤维板。对成品板材进行砂光定厚并按饰面人造板的标准来进行测定；测试结果见表1所示。
[0037] 实施例2 ——生物酶法分离纤维制备桉树纤维板
[0038] 重复实施例1，有以下不同点：先利用温度为50℃、浓度为20%的果胶酶溶液处理10min，随后利用温度60℃、浓度为10%的木质素酶溶液处理10min，木片与溶液的比例为
50%，测试结果见表1所示。
50%，测试结果见表1所示。
[0039] 实施例3 ——生物酶法分离纤维制备桉树纤维板
[0040] 重复实施例1，有以下不同点：温度为60℃果胶酶和木质素酶溶液中，果胶酶和木质素酶的浓度为5%，木片与溶液的比例为30%，处理时间60min; 测试结果见表1所示。
[0041] 实施例4 ——生物酶法分离纤维制备竹材纤维板
[0042] 以竹材作为板材原料。经测定，竹材原料含水率为8～10%，对原料进行增湿处理，控制其含水率为50%。用削片机将原料制成长度为1～2cm，宽度2～3cm，厚度3～5mm的竹片，将竹片置于温度为60℃果胶酶和木质素酶溶液中，果胶酶和木质素酶的浓度为50%，竹片与溶液的比例为10%，处理时间20min; 将处理过后的竹片或碎料利用磨盘机进行纤维分离；对分离好的纤维进行脱水，后施胶，施胶量为纤维重量的12%，同时添加1%的石蜡乳液，后将纤维干燥至含水率为8-10%。将施胶后纤维进行铺装，并用0.2～1.0MPa的压力对板坯进行预压；在热压温度180～220℃，热压压力2.5～5.0MPa条件下利用连续式热3
压机对预压后的板坯热压20s/mm，设定板材密度为 0.65g/cm；将板材冷却至室温，利用纵横锯机进行锯截，制成尺寸为2440mmX1220mm的板材，将锯制好的板材置于温度25℃，湿度
60%的条件下进行调质处理，处理时间为48h，即得到所需的中密度纤维板。对成品板材进行砂光定厚并按饰面人造板的标准来进行测定；测试结果见表1所示。
压机对预压后的板坯热压20s/mm，设定板材密度为 0.65g/cm；将板材冷却至室温，利用纵横锯机进行锯截，制成尺寸为2440mmX1220mm的板材，将锯制好的板材置于温度25℃，湿度
60%的条件下进行调质处理，处理时间为48h，即得到所需的中密度纤维板。对成品板材进行砂光定厚并按饰面人造板的标准来进行测定；测试结果见表1所示。
[0043] 实施例5 ——生物酶法分离纤维制备麦秸纤维板
[0044] 以麦秸作为板材原料。经测定，麦秸原料含水率为8～10%，对原料进行增湿处理，控制其含水率为30%。用削片机将原料制成长度为1～2cm的碎料，将碎料置于温度为20℃果胶酶和木质素酶溶液中，果胶酶和木质素酶的浓度为0.05%，碎料与溶液的比例为10%，处理时间15min; 将处理过后的碎料利用盘磨机进行纤维分离； 对分离好的纤维进行脱水，后施胶，施胶量为纤维重量的12%，同时添加1%的石蜡乳液，后将纤维干燥至含水率为8-10%。将施胶后的纤维进行铺装，并用0.2～1.0MPa的压力对板坯进行预压；在热压温度
180～220℃，热压压力2.5～5.0MPa条件下利用连续式热压机对预压后的板坯热压20s/
3
mm，设定板材密度为 0.65g/cm；将板材冷却至室温，利用纵横锯机进行锯截，制成尺寸为
2440mm×1220mm的板材，将锯制好的板材置于温度25℃，湿度60%的条件下进行调质处理，处理时间为48h，即得到所需的中密度纤维板。对成品板材进行砂光定厚并按饰面人造板的标准来进行测定；测试结果见表1所示。
180～220℃，热压压力2.5～5.0MPa条件下利用连续式热压机对预压后的板坯热压20s/
3
mm，设定板材密度为 0.65g/cm；将板材冷却至室温，利用纵横锯机进行锯截，制成尺寸为
2440mm×1220mm的板材，将锯制好的板材置于温度25℃，湿度60%的条件下进行调质处理，处理时间为48h，即得到所需的中密度纤维板。对成品板材进行砂光定厚并按饰面人造板的标准来进行测定；测试结果见表1所示。
[0045] 表1
[0046]
[0047] 由表1可知，利用生物酶在不同的处理条件下可对木材、农作物秸秆和竹材进行纤维分离，利用分离出的纤维制备的纤维板，均可满足国家标准对纤维板各项物理力学性能的要求。
[0048] 本发明的特点：利用生物酶对加工好的木片、农作物秸秆碎料或竹片进行预处理，后再利用盘磨机进行纤维制备，以替代纤维板现有制备工艺过程中的热磨法，与热磨法相比可以显著的降低纤维制备过程中的能耗，产品的生产成本；生物酶处理液可循环利用，以进一步降低生产成本。该技术的实施不仅能显著节约纤维板的生产能耗，降低纤维板的生产成本，还可以促进低碳经济的快速发展，是一种节能环保的新技术。