基本信息
- 项目名称：
- 利用农林废弃物制备的绿色环保型人造板
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 现有人造板采用的胶粘剂（如脲醛树脂、酚醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂等）含有大量游离态甲醛，会不断释放至人类的生活与工作环境，极易引起气管炎、哮喘、皮炎甚至恶性肿瘤等疾病。此外，竹加工业产生大量加工剩余物，如被废弃既浪费宝贵资源又污染生态环境。 本作品针对以上问题，通过对大豆蛋白的改性获得生物质胶粘剂，与竹纤维、竹颗粒等竹业加工残余物制备一种环境友好型板材，实现无醛化生产，提升人造板产品的质量档次，促进生物质资源的可持续利用。
- 详细介绍：
- 本作品针对当前人造板，特别是纤维板和刨花板的生产实际和市场需要，通过对大豆蛋白的改性获得生物质胶粘剂，与竹纤维、竹颗粒等竹业加工残余物制备一种环境友好型板材，实现无醛化生产，提升人造板产品的质量档次，促进生物质资源的可持续利用。 作品制备步骤如下：配制改性试剂溶液→添加大豆分离蛋白→搅拌至均匀呈悬浮液→与竹纤维或竹刨花混合均匀→调节板坯含水率→铺装→热压成型。 作品特色：原料来自残余物、性能优越、制备过程无污染、成本低。 作品具有轻质高强、结构细密、质地均匀、表面平整光洁、隔音隔热和不易变形等优点，作为一种环境友好型板材，适合各种机械加工，还能进行各种方法的表面装饰，可被广泛地应用于建筑材料、家具制造、室内装修、电视机壳及音响设备制作，同时也是车、船装修的理想材料。作为一种高性能、多功能、低成本的材料，本作品也以其技术壁垒而具备更强的行业创新效应，相比于一般材料几倍的附加值而言，本作品将具有更高的附加值和更广泛的应用前景。 在国内，有关大豆蛋白改性作为胶粘剂的研究报道较少。未见除本作品项目组之外的有关基于改性大豆蛋白胶粘剂制备绿色环保、无甲醛释放的竹人造板的文献报道。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 发明目的：现有人造板用胶粘剂含有大量游离态甲醛，会不断释放至人类的生活与工作环境，易引起气管炎、哮喘、皮炎甚至恶性肿瘤等疾病。此外，竹加工业产生大量加工剩余物，如被废弃既浪费宝贵资源又污染环境。本作品针对以上问题，通过对大豆蛋白的改性获得生物质胶粘剂，与竹纤维、竹颗粒等竹业加工残余物制备一种环境友好型板材，实现无醛化生产，促进生物质资源的可持续利用。 基本思路： 1、研究不同浓度NaOH或SDS溶液对大豆蛋白胶粘剂剪切强度的影响，得到最佳的改性方法，为板材的制备提供依据。2、研究不同改性大豆蛋白胶粘剂与竹业加工剩余物的混合比例对板材力学性能的影响，确定胶粘剂的最佳用量。3、选择不同的板坯含水率、热压温度、热压时间，进行二次回归通用旋转设计，研究板材物理力学性能变化规律，获得较佳热压工艺参数。 创新点：本作品以林业加工废弃物为原料，具有来源广泛的优势，能减低生产成本；使用改性大豆蛋白胶粘剂，不含甲醛，保证了所制板材绿色环保；制备过程基本上不存在废水污染等问题；废弃后的板材易降解，是一种环境友好型产品。国内未见相关报道。 技术关键：1、使用NaOH或SDS对大豆分离蛋白进行改性，保证制取的胶粘剂黏结强度达到使用要求。2、通过优化相关参数，保证胶粘剂和竹业加工剩余物能很好的结合，提高板材物理力学性能。 主要技术指标：板材主要性能指标达到GB4897-2003的相关标准要求，其中静曲强度≥16.0MPa，内结合强度≥0.40MPa，甲醛释放量≤30mg/100g。
科学性、先进性
- 大豆蛋白属于球状蛋白，分子结构紧密，运动阻力小，胶接性能差。经过改性的蛋白分子，结构疏松，棒状分子不对称增加，运动阻力相应增大，可在溶液中分散和伸展，粘接性能大为提高。同时蛋白改性也使蛋白分子表面结构发生变化，亲水基团相对减少，原来埋在分子内部的疏水侧基大量暴露到分子表面，从而增加其耐水性能。 热压是整个人造板生产工艺中的关键，对产品质量起着决定性的作用。热压的原理就是借助于热量和压力的联合作用，使板坯中的水分汽化蒸发、密度增加、胶粘剂固化、板坯中的各组分发生一系列物理化学质量变化，使原料间形成各种结合力，从而制成人造板。影响板材热压的因素有很多，主要包括施胶量、板坯含水率、热压温度、热压压力以及热压时间等。 本作品使用改性大豆蛋白胶粘剂制备人造板，与现有技术相比，大豆蛋白仅用NaOH或SDS溶液改性，不需添加含甲醛的试剂，胶粘剂黏结强度达到使用要求；采用干法制备的人造板变废为宝、绿色环保，性能良好,用途广泛。 综上所述，本作品具有突出的实质性技术特点和显著进步。
获奖情况及鉴定结果
- 本作品相关研究课题获得浙江省科技厅“新苗人才计划”项目资助（项目编号：2007G60G2010041，主持人：吕谷来）。经浙江省林产品质量检测站和浙江大学材料力学实验室鉴定，内结合强度达1.24 MPa，静曲强度达31.4 MPa，符合国家标准；甲醛释放量为0.3 mg/100g，符合国标E1标准，达到了国际标准JISA5908-1994中F☆☆☆☆标准。
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物、产品；图片；样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本作品是一种绿色清洁、环境友好的板材，且具有轻质高强、结构细密、质地均匀、表面平整光洁、隔音隔热和不易变形等优点，适合机械加工，还能进行表面装饰，可广泛应用于建筑材料、家具制造、室内装修、电视机壳及音响设备制作，同时也是车、船装修的理想材料，也可以作为食品包装材料。 本作品采用的原料是竹业加工剩余物，价格低廉且易于获得，与现有市场上板材售价1000～1600元/立方米比较，本作品生产大约350元/立方米，成本较低，在推出之始能具有价格上的竞争优势，具有较好的投资前景。同时，由于制备工艺无污染、简单，易于产业化，带动大豆蛋白的增值利用和竹业加工剩余物的资源化利用，十分符合我国建设资源节约型、环境友好型社会的要求。
同类课题研究水平概述
- 目前，已见有关利用改性大豆蛋白胶制备木质胶合板、木质刨花板、稻桔板及草纤维板的文献报道，较多有关采用淀粉基水性高分子—异氰酸酯、三聚氰胺—甲醛树脂、大分子聚合物的一种单组分胶粘剂、脲醛树脂及酚醛树脂胶粘剂用于制备竹人造板的文献报道。 洪一前（2006）以大豆蛋白和稻秸为研究对象，对大豆分离蛋白进行化学改性，以获得环境友好型的胶粘剂，并且将其与稻秸混合、热压成型制成环境友好型的稻秸板；张亚慧等（2008）利用碱对豆粉进行处理，使蛋白质水解成为低聚肽，低聚肽进一步与甲醛反应生成稳定的蛋白质，对改性豆基蛋白质胶黏剂压制杨木胶合板的生产工艺进行了探讨；刘玉环等（2007）由牛血粉、低温大豆粕、低温花生粕、牛奶酪蛋白、面筋蛋白、玉米谷朊蛋白中的一种或数种按照一定比例的混合物，经过一个两步法的蛋白变性过程制成动植物蛋白质基无甲醛纤维板适用型耐水性木材胶粘剂，并用于制造无甲醛草纤维板；王伟宏等（2006）利用石灰乳、NaOH、硅酸钠等化学试剂对大豆蛋白进行改性，加入酚醛树脂交联剂后对胶合板强度的提高。以上改性大豆蛋白胶粘剂的制备，需要添加甲醛、酚醛树脂等作为交联剂或改性步骤较多。 韩健（2007）以改性三聚氰胺-甲醛树脂为胶黏剂，选取热压温度、单位压力和时间为试验因素，研究了竹帘胶合板制造工艺；采用新研制的脲醛树脂胶粘剂在竹材碎料板中进行了应用。张齐生（1989）使用水溶性酚醛树脂胶作为胶粘剂，进行了竹材胶合板的研究，发现热压温度140℃，单位压力3.0 Mpa，热压时间1.1min/mm，竹片的含水率<10％时胶合板性能较佳。以上竹人造板使用胶粘剂以甲醛为原料之一，虽性能良好，但不符合绿色环保概念。 国内未见有关仅以NaOH或SDS溶液进行改性的大豆蛋白胶粘剂，与竹业加工残余物（竹纤维和竹颗粒）制备竹纤维板和竹刨花板的文献报道。
