阅读说明：本技术 一种高拉伸强度高密度纤维板及其绿色制备方法 (A kind of high tensile high density fiberboard and its environment-friendly preparation method thereof ) 是由 高文花 贺礼龙 王胜丹 陈克复 王斌 曾劲松 徐峻 于 2019-07-29 设计创作，主要内容包括：本发明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。(The invention discloses a kind of high tensile high density fiberboard and its environment-friendly preparation method thereofs, belong to Fibreboard Production technical field.This method is carried out dehydrating to obtain wet base the specific process steps are as follows: nano-cellulose is placed in cold press, then dewatered wet base is carried out hot-pressing drying, and high tensile high density fiberboard is made.High tensile high density fiberboard disclosed by the invention is environmentally protective, light weight and degradable, is based on these characteristics, is with a wide range of applications in aerospace, building decoration, communications and transportation etc. using ultra light composite field；And it needs to consume big work to break in fracture, and elasticity modulus is high, is expected to as a kind of novel light bullet resistant material.)

一种高拉伸强度高密度纤维板及其绿色制备方法

技术领域

本发明涉及纤维板生产技术领域，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。

背景技术

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100 nm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。

发明内容

本发明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。

本发明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1-5 wt%，酶解处理时的pH为4.5-6，温度为35-60℃，时间为2-5 h。

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1-2 wt%。

优选的，步骤（2）中，所述纳米化机械研磨处理时，压力为0-20 MPa，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0-40 MPa，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10-14 wt%，定量为0.39-0.65 g/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0-0.4 MPa，时间为3-6 h。

优选的，所述干燥的压力为0.05-0.1 MPa，干燥的温度为60-70 ℃，干燥的时间为24-36 h。

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1-5 wt%，酶解处理时的pH为4.5-6，温度为35-60℃，时间为2-5 h；

（2）将步骤（1）酶解后的浆料稀释至1-2 wt%进行机械研磨处理，压力为0-20 MPa，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1-2 wt%进行机械研磨处理，压力为0-40 MPa，研磨次数40-50 次，得到纳米纤维素；

（5）将257-360 g浓度为10-14 wt%、定量为0.39-0.65 g/cm²的纳米纤维素用400-600目的滤布包裹置于冷压机中，在0-0.4 MPa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3-6 h，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0.05-0.1 MPa，温度为60-70 ℃的条件下干燥24-36 h，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20 nm左右；该纤维板的密度为1.33-1.42 g/cm³。当板的平均厚度为2.3-2.4 mm时，板的拉伸强度为36.73-45.62 MPa，弹性模量为1.93-3.87 GPa，断裂功为24.54-54.91 kJ/m²。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

（1）本发明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）本发明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

以下结合实例对本发明的具体实施作进一步的具体说明，但本发明的实施方式不限于此。

本发明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180 PFU/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2 wt%，酶用量为50 g/kg（相对于绝干浆），在pH为5.5，温度为40 ℃下酶处理3 h；

（2）将步骤（1）酶解后的浆料稀释至1 wt%，使用超微粒植物粉碎机进行机械研磨处理，压力为0-20 MPa，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1 wt%，使用超微粒植物粉碎机进行机械研磨处理，压力为0-40 MPa，研磨次数50 次，得到纳米纤维素，该纳米纤维素的直径为20 nm左右；

（5）将257 g浓度为14 wt%、定量为0.52 g/cm²的纳米纤维素用500 目的滤布包裹置于冷压机中，在0-0.4 MPa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 h，使其在0.4 MPa的压力下定型，将成型后的湿坯转移到烘箱中，在压力为0.05 MPa，温度为60 ℃的条件下干燥36 h，得到高拉伸强度高密度纤维板，该板的密度1.4 g/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2.3 mm时，板的拉伸强度为42.04 MPa，弹性模量为3.23 GPa，断裂功为50.75 kJ/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180 PFU/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3 wt%，酶用量为50 g/kg（相对于绝干浆），在pH为4.5，温度为50 ℃下酶处理4 h；

（2）将步骤（1）酶解后的浆料稀释至1.5 wt%，使用超微粒植物粉碎机进行机械研磨处理，压力为0-20 MPa，研磨次数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1.5 wt%，使用超微粒植物粉碎机进行机械研磨处理，压力为0-40 MPa，研磨次数40 次，得到纳米纤维素，该纳米纤维素的直径为20 nm左右；

（5）将360 g浓度为10 wt%、定量为0.39 g/cm²的纳米纤维素用500 目的滤布包裹置于冷压机中，在0-0.4 MPa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4 h，使其在0.4 MPa的压力下定型，将成型后的湿坯转移到烘箱中，在压力为0.07 MPa，温度为65 ℃的条件下干燥30 h，得到高拉伸强度高密度纤维板，该板的密度1.35 g/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2.4 mm时，板的拉伸强度为36.87 MPa，弹性模量为2.85 GPa，断裂功为26.66 kJ/m²。

实施例3

（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180 PFU/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4 wt%，酶用量为50 g/kg（相对于绝干浆），在pH为5.5，温度为50 ℃下酶处理2 h；

（2）将步骤（1）酶解后的浆料稀释至2 wt%，使用超微粒植物粉碎机进行机械研磨处理，压力为0-20 MPa，研磨次数20 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2 wt%，使用超微粒植物粉碎机进行机械研磨处理，压力为0-40 MPa，研磨次数45 次，得到纳米纤维素，该纳米纤维素的直径为20 nm左右；

（5）将300 g浓度为12 wt%、定量为0.39 g/cm²的纳米纤维素用500 目的滤布包裹置于冷压机中，在0-0.4 MPa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6 h，使其在0.4 MPa的压力下定型，将成型后的湿坯转移到烘箱中，在压力为0.08 MPa，温度为70 ℃的条件下干燥24 h，得到高拉伸强度高密度纤维板，该板的密度1.33 g/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2.4 mm时，板的拉伸强度为36.73 MPa，弹性模量为1.93 GPa，断裂功为24.54 kJ/m²。

实施例4

（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180 PFU/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5 wt%，酶用量为50 g/kg（相对于绝干浆），在pH为4.5，温度为35 ℃下酶处理5 h；

（2）将步骤（1）酶解后的浆料稀释至1.5 wt%，使用超微粒植物粉碎机进行机械研磨处理，压力为0-20 MPa，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1.5 wt%，使用超微粒植物粉碎机进行机械研磨处理，压力为0-40 MPa，研磨次数50 次，得到纳米纤维素，该纳米纤维素的直径为20 nm左右；

（5）将327 g浓度为11 wt%、定量为0.65 g/cm²的纳米纤维素用500 目的滤布包裹置于冷压机中，在0-0.4 MPa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5 h，使其在0.4 MPa的压力下定型，将成型后的湿坯转移到烘箱中，在压力为0.1 MPa，温度为65 ℃的条件下干燥30 h，得到高拉伸强度高密度纤维板，该板的密度1.42 g/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2.3 mm时，板的拉伸强度为45.62 MPa，弹性模量为3.87 GPa，断裂功为54.91 kJ/m²。

实施例5

（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180 PFU/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1 wt%，酶用量为50 g/kg（相对于绝干浆），在pH为6，温度为60 ℃下酶处理5 h；

（2）将步骤（1）酶解后的浆料稀释至1 wt%，使用超微粒植物粉碎机进行机械研磨处理，压力为0-20 MPa，研磨次数20 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 wt%，使用超微粒植物粉碎机进行机械研磨处理，压力为0-40 MPa，研磨次数45 次，得到纳米纤维素，该纳米纤维素的直径为20 nm左右；

（5）将276 g浓度为13 wt%、定量为0.39 g/cm²的纳米纤维素用500 目的滤布包裹置于冷压机中，在0-0.4 MPa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 h，使其在0.4 MPa的压力下定型，将成型后的湿坯转移到烘箱中，在压力为0.07 MPa，温度为60 ℃的条件下干燥36 h，得到高拉伸强度高密度纤维板，该板的密度1.37 g/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2.3 mm时，板的拉伸强度为37.68 MPa，弹性模量为2.19 GPa，断裂功为31.42 kJ/m²。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。