一种无甲醛阻燃型纤维板的制备方法

摘要

本发明涉及淀粉和纤维废弃物资源化利用技术领域，具体地说是一种无甲醛阻燃型纤维板的制备方法。该方法是将淀粉、高碘酸钠、镁盐在球磨机中进行固相活化制备双醛淀粉，然后用双醛淀粉与制胶助剂混合制备双醛淀粉胶粘剂，将双醛淀粉胶粘剂与纤维废弃物混合，在平板硫化机中压制得到无甲醛阻燃型纤维板，本发明采用固相同步机械活化氧化反应制备双醛淀粉，高碘酸钠用量少、氧化反应效率高，双醛淀粉的醛基高达1.15‑2.45，溶解度高达40‑50 g/100g水，制备的双醛淀粉胶粘剂成本低、分散性好、粘度低、粘接强度大，制备的纤维板无甲醛释放，安全环保，同时具有良好的阻燃性能。

权利要求

1.一种无甲醛阻燃型纤维板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）固相活化制备双醛淀粉：将淀粉和0.1-1.0%淀粉质量的高碘酸钠加入球磨机中进行球磨，球磨锆球用量为淀粉体积的1-3倍，球磨过程中添加0.1-10%淀粉质量的镁盐，球磨的温度为20-80℃，转速为200-600 r/min，时间为10-30 min，球磨完成后得到双醛淀粉；

（2）制备双醛淀粉胶粘剂：将双醛淀粉溶于1-3倍双醛淀粉质量的水中，滴加氢氧化钠溶液调节pH值为8-10，加入0.03-0.08倍双醛淀粉质量的制胶助剂，在70-90℃、200-500 rpm的转速下搅拌10-30 min进行加成反应，然后滴加盐酸溶液调节pH值为4-6，再加入

0.01-0.05倍双醛淀粉质量的制胶助剂，在70-90℃、200-500 rpm的转速下搅拌5-20 min进行缩合反应，得到双醛淀粉胶粘剂；

（3）制备无甲醛阻燃型纤维板：将双醛淀粉胶粘剂与40-80目的纤维废弃物按照0.3-1:

1的质量比混合，于烘箱中50-80℃干燥至含水量为10-15%，然后取出混合物料置于模具中，在平板硫化机中热压成型，热压压力2-10 MPa，热压温度60-180℃，热压时间5-20 min，得无甲醛阻燃型纤维板。

2.根据权利要求1所述的无甲醛阻燃型纤维板的制备方法，其特征在于，所述的淀粉在使用前干燥至含水量为3-7%。

3.根据权利要求2所述的无甲醛阻燃型纤维板的制备方法，其特征在于，所述的淀粉为木薯淀粉、马铃薯淀粉、玉米淀粉中的任一种。

4.根据权利要求1所述的无甲醛阻燃型纤维板的制备方法，其特征在于，所述的高碘酸钠其添加量为淀粉质量的0.5%。

5.根据权利要求1所述的无甲醛阻燃型纤维板的制备方法，其特征在于，所述的镁盐其添加量为淀粉质量的0.25%。

6.根据权利要求5所述的无甲醛阻燃型纤维板的制备方法，其特征在于，所述的镁盐为氯化镁、硝酸镁、硫酸镁、碳酸镁、磷酸镁中的任一种。

7.根据权利要求1所述的无甲醛阻燃型纤维板的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述的双醛淀粉与所述的制胶助剂总质量比为1:0.1。

8.根据权利要求7所述的无甲醛阻燃型纤维板的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述的制胶助剂为尿素、苯酚、三聚氰胺中的任一种。

9.根据权利要求1所述的无甲醛阻燃型纤维板的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述的双醛淀粉胶粘剂与纤维废弃物按照0.75:1的质量比混合。

10.根据权利要求9所述的无甲醛阻燃型纤维板的制备方法，其特征在于，所述的纤维废弃物为木粉、秸秆粉、甘蔗渣、木薯渣、花生壳的一种或一种以上的组合物。

说明书

一种无甲醛阻燃型纤维板的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及淀粉和纤维废弃物资源化利用技术领域，具体地说是一种无甲醛阻燃型纤维板的制备方法。

背景技术

[0002] 目前人造板工业使用的胶粘剂主要是脲醛树脂胶（UF）、酚醛树脂胶（PF）、三聚氰胺甲醛树脂胶（MF），它们在广泛应用的同时也存在显著的缺点，即存在甲醛释放所造成的毒害危险。上述胶粘剂原料基本都来源于石油产品，随着石油资源的日益匮乏，寻求环保、安全、可再生的替代品是胶粘剂发展的方向。此外，随着现代建筑对防火要求的提高，阻燃型人造板的市场需求越来越大。

[0003] 淀粉基胶粘剂是胶粘剂“绿色化学”的一个重要发展方向。作为天然胶粘剂，淀粉胶具有悠久的应用历史。其具有原料易得、价格低廉、无腐蚀、无污染、环保安全、使用方便等优点，广泛应用于瓦楞纸箱、纸张、商标、信封等的粘合。双醛淀粉作为淀粉胶粘剂的一种，具有糊化温度低、透明性、渗透性和抗凝沉性好、易成膜、粘结性能好等优点，可增强与纸纤维的粘合力，还能增加胶液的稳定性和流动性，并具有一定的防霉防腐能力。众多研究学者均已对双醛淀粉的制备进行了探讨，但采用传统水相方法制备的双醛淀粉仍普遍存在高碘酸盐用量过高、价格昂贵、废水污染严重、双醛含量低等缺点，而采用这种双醛含量低的淀粉制备的淀粉胶粘剂贮存期短、初粘力差、固含量低、水分高、干燥速度慢、胶合强度低、粘度大、易出现凝胶现象。中国专利201610190087.2（申请号）公开了一种双醛淀粉及其制备方法，该方法是将氧化剂和酸解剂加入到去离子水中进行混合，然后加入淀粉搅拌配成淀粉乳，得到的淀粉乳转移至反应釜中进行酸解氧化反应，反应完后得到的物料经洗涤至中性后再干燥，即得所述双醛淀粉，氧化剂为高碘酸钠或高碘酸，酸解剂为36.5wt%的盐酸或98wt%的硫酸中的一种或两种，淀粉为玉米淀粉、马铃薯淀粉或大米淀粉，氧化剂150-257份，酸解剂10-300份，淀粉162份，去离子水648-3888份，即高碘酸钠或高碘酸用量为淀粉用量的92.6-159%，成本高昂，且物料洗涤时会产生大量的酸性废水。

[0004] 纤维板要求所用胶粘剂必须是分散性好、粘度低、固含量高、粘接强度大，同时还要求所制备成本低，这对于一般淀粉胶粘剂而言较难实现，目前尚未有工业化的淀粉胶粘剂产品生产。综上所述，开发一种生产成本低、工艺简单、胶强度大、固含量高、粘度低、环保安全、无污染的淀粉胶粘剂来制备纤维板，既能代替安全隐患严重的含甲醛纤维板，同时具有良好的市场竞争力和经济效益。

发明内容

[0005] 本发明的目的是克服现有含甲醛纤维板的安全隐患，同时解决淀粉胶粘剂成本高、性能差的缺陷，提供一种无甲醛阻燃型纤维板的制备方法。

[0006] 本发明的方案是通过这样实现的：

[0007] 一种无甲醛阻燃型纤维板的制备方法，包括以下步骤：

[0008] （1）固相活化制备双醛淀粉：将淀粉和0.1-1.0%淀粉质量的高碘酸钠加入球磨机中进行球磨，锆球用量为淀粉体积的1-3倍，球磨过程中添加0.1-10%淀粉质量的镁盐，球磨的温度为20-80℃，转速为200-600 r/min，时间为10-30 min，球磨完成后得到双醛淀粉；

[0009] （2）制备双醛淀粉胶粘剂：将双醛淀粉溶于1-3倍双醛淀粉质量的水中，滴加氢氧化钠溶液调节pH值为8-10，加入0.03-0.08倍双醛淀粉质量的制胶助剂，在70-90℃、200-500 rpm的转速下搅拌10-30 min进行加成反应，然后滴加盐酸溶液调节pH值为4-6，再加入
0.01-0.05倍双醛淀粉质量的制胶助剂，在70-90℃、200-500 rpm的转速下搅拌5-20 min进行缩合反应，得到双醛淀粉胶粘剂；

[0010] （3）制备无甲醛阻燃型纤维板：将双醛淀粉胶粘剂与40-80目的纤维废弃物按照0.3-1:1的质量比混合，于烘箱中50-80℃干燥至含水量为10-15%，然后取出混合物料置于模具中，在平板硫化机中热压成型，热压压力2-10 MPa，热压温度60-180℃，热压时间5-20 min，得无甲醛阻燃型纤维板。

[0011] 优选的，所述的淀粉在使用前干燥至含水量为3-7%。

[0012] 优选的，所述的淀粉为木薯淀粉、马铃薯淀粉、玉米淀粉中的任一种。

[0013] 优选的，所述的高碘酸钠其添加量为淀粉质量的0.5%。

[0014] 优选的，所述的镁盐其添加量为淀粉质量的0.25%。

[0015] 优选的，所述的镁盐为氯化镁、硝酸镁、硫酸镁、碳酸镁、磷酸镁中的任一种。

[0016] 优选的，步骤（2）中，所述的双醛淀粉与所述的制胶助剂总质量比为1:0.1。

[0017] 优选的，步骤（2）中，所述的制胶助剂为尿素、苯酚、三聚氰胺中的任一种。

[0018] 优选的，步骤（3）中，所述的双醛淀粉胶粘剂与纤维废弃物按照0.75:1的质量比混合。

[0019] 优选的，所述的纤维废弃物为木粉、秸秆粉、甘蔗渣、木薯渣、花生壳的一种或一种以上的组合物。

[0020] 在以上优选条件下，本发明制备的无甲醛阻燃型纤维板弯曲强度可达14 MPa，弯曲弹性模量1400 MPa，氧指数≥30，阻燃性能达到GB8624-2006《建筑材料及制品燃烧性能分级》B级标准及GB/T8625-2005《建筑材料难燃性试验方法》难燃性材料的要求。

[0021] 本发明实现的技术原理是：首先，采用同步机械活化氧化反应，即淀粉、高碘酸钠固相共混进入机械活化装置进行固相反应，机械活化是通过机械力的作用，使淀粉本身产生晶格缺陷，结晶结构被破坏，淀粉分子链变短，反应空间障碍减小，使高碘酸钠更易进入淀粉分子内部，同时部分机械能转化为分子的内能，底物反应活化能降低，高碘酸钠更容易将淀粉氧化，从而提高化学反应速率、缩短反应时间、增加淀粉的双醛含量；其次，镁盐的添加，可产生熔盐作用，促进机械活化过程中淀粉结晶结构的破坏，有助于高碘酸盐的氧化作用，从而在高碘酸盐用量较少的情况下，获得较高醛基含量的双醛淀粉，该双醛淀粉粘度低、易溶于水，可配置成固体含量40-50%的淀粉胶粘剂；再次，机械活化作用下可使镁盐微细化，形成具有一定晶须功能的无机盐物质，从而在纤维板制备时产生明显的阻燃性。

[0022] 本发明具备以下良好效果：

[0023] （1）本发明采用固相同步机械活化氧化反应制备双醛淀粉，高碘酸钠用量少、氧化反应效率高，双醛淀粉的醛基高达1.15-2.45，溶解度高达40-50 g/100g水。

[0024] （2）本发明的双醛淀粉粘度低、易溶于水，十分利于制备淀粉胶粘剂。

[0025] （3）本发明的脲醛淀粉胶粘剂成本低、分散性好、粘度低、固含量高可达40-50%、粘接强度大。

[0026] （4）本发明的纤维板无甲醛释放，安全环保，同时具有良好的阻燃性能。

[0027] （5）本发明的纤维板力学性能较佳，弯曲强度2-14MPa，弹性模量400-1400MPa，氧指数≥30，阻燃性能达到GB8624-2006《建筑材料及制品燃烧性能分级》B级标准及GB/T8625-2005《建筑材料难燃性试验方法》难燃性材料的要求，适合建筑板材强度和防火性能需求。

[0028] （6）本发明采用廉价淀粉和纤维废弃物为原料，生产成本低，工艺简单，无废水废气产生，十分适合工业化生产。

具体实施方式

[0029] 以下结合实施例和描述本发明一种无甲醛阻燃型纤维板的制备方法，这些描述并不是对本发明内容作进一步的限定。

[0030] 实施例1

[0031] 一种无甲醛阻燃型纤维板的制备方法，包括以下步骤：

[0032] （1）固相活化制备双醛淀粉：将木薯淀粉干燥至含水量为5%，然后与0.5%木薯淀粉质量的高碘酸钠加入球磨机中进行球磨，锆球用量为木薯淀粉体积的2倍，球磨过程中添加0.25%木薯淀粉质量的硫酸镁，球磨的温度为40℃，转速为300 r/min，时间为30 min，球磨完成后得到双醛淀粉；

[0033] （2）制备双醛淀粉胶粘剂：将双醛淀粉溶于1.5倍双醛淀粉质量的水中，滴加氢氧化钠溶液调节pH值为8.5，加入0.07倍双醛淀粉质量的尿素，在85℃、400 rpm的转速下搅拌25 min进行加成反应，然后滴加盐酸溶液调节pH值为5.0，再加入0.03倍双醛淀粉质量的尿素，在85℃、400 rpm的转速下搅拌20 min进行缩合反应，得到双醛淀粉胶粘剂；

[0034] （3）制备无甲醛阻燃型纤维板：将双醛淀粉胶粘剂与60目的木粉、甘蔗渣、木薯渣按照0.75:1的质量比混合，于烘箱中60℃干燥至含水量为12%，然后取出混合物料置于模具中，在平板硫化机中热压成型，热压压力6 MPa，热压温度140℃，热压时间10 min，得无甲醛阻燃型纤维板，其弯曲强度14.2MPa，弹性模量14000MPa，氧指数≥30。

[0035] 实施例2

[0036] 一种无甲醛阻燃型纤维板的制备方法，包括以下步骤：

[0037] （1）固相活化制备双醛淀粉：将玉米淀粉干燥至含水量为7%，然后与1.0%玉米淀粉质量的高碘酸钠加入球磨机中进行球磨，锆球用量为玉米淀粉体积的1倍，球磨过程中添加1%玉米淀粉质量的氯化镁，球磨的温度为60℃，转速为600 r/min，时间为10 min，球磨完成后得到双醛淀粉；

[0038] （2）制备双醛淀粉胶粘剂：将双醛淀粉溶于1倍双醛淀粉质量的水中，滴加氢氧化钠溶液调节pH值为9.5，加入0.08倍双醛淀粉质量的尿素，在70℃、500 rpm的转速下搅拌20 min进行加成反应，然后滴加盐酸溶液调节pH值为4，再加入0.05倍双醛淀粉质量的尿素，在70℃、500 rpm的转速下搅拌5 min进行缩合反应，得到双醛淀粉胶粘剂；

[0039] （3）制备无甲醛阻燃型纤维板：将双醛淀粉胶粘剂与40目的木粉、秸秆粉、甘蔗渣、木薯渣、花生壳按照0.5:1的质量比混合，于烘箱中80℃干燥至含水量为10%，然后取出混合物料置于模具中，在平板硫化机中热压成型，热压压力10 MPa，热压温度120℃，热压时间10 min，得无甲醛阻燃型纤维板，其弯曲强度12.5MPa，弹性模量1230MPa，氧指数≥30。

[0040] 实施例3

[0041] 一种无甲醛阻燃型纤维板的制备方法，包括以下步骤：

[0042] （1）固相活化制备双醛淀粉：将马铃薯淀粉干燥至含水量为3%，然后与0.5%马铃薯淀粉质量的高碘酸钠加入球磨机中进行球磨，锆球用量为马铃薯淀粉体积的3倍，球磨过程中添加3%马铃薯淀粉质量的硝酸镁，球磨的温度为60℃，转速为300 r/min，时间为20 min，球磨完成后得到双醛淀粉；

[0043] （2）制备双醛淀粉胶粘剂：将双醛淀粉溶于2倍双醛淀粉质量的水中，滴加氢氧化钠溶液调节pH值为10，加入0.03倍双醛淀粉质量的苯酚，在80℃、300 rpm的转速下搅拌30 min进行加成反应，然后滴加盐酸溶液调节pH值为4，再加入0.02倍双醛淀粉质量的苯酚，在80℃、300 rpm的转速下搅拌5 min进行缩合反应，得到双醛淀粉胶粘剂；

[0044] （3）制备无甲醛阻燃型纤维板：将双醛淀粉胶粘剂与80目的秸秆粉、甘蔗渣、花生壳按照0.3:1的质量比混合，于烘箱中50℃干燥至含水量为15%，然后取出混合物料置于模具中，在平板硫化机中热压成型，热压压力4 MPa，热压温度90℃，热压时间15 min，得无甲醛阻燃型纤维板，其弯曲强度8.4MPa，弹性模量1020MPa，氧指数≥30。

[0045] 实施例4

[0046] 一种无甲醛阻燃型纤维板的制备方法，包括以下步骤：

[0047] （1）固相活化制备双醛淀粉：将木薯淀粉干燥至含水量为7%，然后与0.1%木薯淀粉质量的高碘酸钠加入球磨机中进行球磨，锆球用量为木薯淀粉体积的3倍，球磨过程中添加10%木薯淀粉淀粉质量的碳酸镁，球磨的温度为20℃，转速为600 r/min，时间为10 min，球磨完成后得到双醛淀粉；

[0048] （2）制备双醛淀粉胶粘剂：将双醛淀粉溶于3倍双醛淀粉质量的水中，滴加氢氧化钠溶液调节pH值为8，加入0.08倍双醛淀粉质量的三聚氰胺，在90℃、200 rpm的转速下搅拌10 min进行加成反应，然后滴加盐酸溶液调节pH值为6，再加入0.01倍双醛淀粉质量的三聚氰胺，在90℃、200 rpm的转速下搅拌10 min进行缩合反应，得到双醛淀粉胶粘剂；

[0049] （3）制备无甲醛阻燃型纤维板：将双醛淀粉胶粘剂与40目的木粉、秸秆粉、甘蔗渣按照1:1的质量比混合，于烘箱中80℃干燥至含水量为10%，然后取出混合物料置于模具中，在平板硫化机中热压成型，热压压力2 MPa，热压温度60℃，热压时间20 min，得无甲醛阻燃型纤维板，其弯曲强度2.3MPa，弹性模量400MPa，氧指数≥30。

[0050] 实施例5

[0051] 一种无甲醛阻燃型纤维板的制备方法，包括以下步骤：

[0052] （1）固相活化制备双醛淀粉：将木玉米淀粉干燥至含水量为6%，然后与0.3玉米淀粉质量的高碘酸钠加入球磨机中进行球磨，锆球用量为玉米淀粉体积的2倍，球磨过程中添加10%玉米淀粉质量的磷酸镁，球磨的温度为50℃，转速为500 r/min，时间为25 min，球磨完成后得到双醛淀粉；

[0053] （2）制备双醛淀粉胶粘剂：将双醛淀粉溶于2倍双醛淀粉质量的水中，滴加氢氧化钠溶液调节pH值为8，加入0.05倍双醛淀粉质量的尿素5，在75℃、300 rpm的转速下搅拌30 min进行加成反应，然后滴加盐酸溶液调节pH值为4，再加入0.05倍双醛淀粉质量的尿素三聚氰胺，在75℃、300 rpm的转速下搅拌10 min进行缩合反应，得到双醛淀粉胶粘剂；

[0054] （3）制备无甲醛阻燃型纤维板：将双醛淀粉胶粘剂与80目的木粉按照0.8:1的质量比混合，于烘箱中60℃干燥至含水量为10%，然后取出混合物料置于模具中，在平板硫化机中热压成型，热压压力6 MPa，热压温度150℃，热压时间15 min，得无甲醛阻燃型纤维板，其弯曲强度6.8MPa，弹性模量960MPa，氧指数≥30。