[发明专利]一种农作物豆秸秆纤维复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于农作物废弃再利用技术领域，涉及秸秆表面处理，尤其涉及一种农作物豆秸秆纤维复合材料的制备方法。

背景技术

我国是一个森林资源贫乏的国家，据统计结果显示，虽然全国森林面积居世界第5位，森林覆盖率和森林蓄积量居世界第7位，人工林面积居世界首位，但是，全国人均占有森林面积只相当于世界人均的21.3%，人均森林蓄积量只占世界平均水平的1/8，森林覆盖率相当于世界的61.3%。据有关资料报道，我国年人均木材消耗量只有0.22m³，而世界平均为0.65 m³，发达国家平均为1.16m³，发展中国家平均则有0.47m³，我国在2000年木材供应缺口达6000万m³，我国人造板产量在1997年全国工业普查统计为1648.40万m³，并且是以消耗大量木材资源、生态环境遭到破坏为代价，1998年长江流域的特大洪灾后，国家制定了系列限伐、禁伐的政策，并启动了天然林保护工程，因此木材产量调减，使得我国板材市场的供需矛盾更加突出，节约木材，发展木材替代品是我国林业产业长期发展的方向。

我国是一个农业大国，可提供纤维的植物种类多、分布广、生长快、产量大。大豆是我国四大农作物之一，每年全国种植面积约1亿余亩，主要产区在东北、黄淮流域、长江流域、长江以南等地区。每年豆秸产量达800余万吨，除部分作为燃料外大部分未得到利用。由于我国森林资源短缺，木材的供应日趋紧张，木材人造板的生产已受到一定程度的影响，寻找新的人造板代用原料已势在必行，如豆秸能在刨花板生产中得到充分的利用，既可缓解木材供需矛盾，同时又为刨花板工业拓宽了原料来源。

豆秆的化学成分很接近木材，但其结构疏松、纤维细胞含量低于木材、溶液抽提物含量较高、灰分大、表面活性较木材纤维低，其本身强度低于木材，在胶接过程中易引起胶接不良，因此，从改变豆秆表面活性入手，对豆秆表面进行处理，并采用化学接枝方法将具有反应活性官能团或极性基团引入豆秆纤维表面，以提高其表面活性，为豆秆的工业化应用奠定基础。

相关的研究主要有如下文献：农业工程学报，2009，25(7)：180-184，针对西部地区产量较高的4种秸秆：棉秆、豆秆、烟秆和辣椒秆，研究其组织结构、纤维形态及化学组成等原料特性，并利用脲醛胶压制了4种秸秆的重组材，但该法对豆秆等表面没有进行实质性处理，对后期胶接强度会有影响。

木材工业，1997，11(4)：15-17，分析了整株豆秸的化学成分，研究了用豆秸制造刨花板的工艺，并分析了不同工艺条件对刨花板性能的影响，认为豆秸是制造刨花板适用的原料。但该工艺未对豆秆表面进行处理，豆秸的pH值和碱缓冲能力均高于木材。由于pH值和碱缓冲能力直接影响胶合程度，所以在豆秸刨花板的生产中施胶时易产生结团现象，而且需要加大固化剂的用量或延长热压时间，才能保证产品质量。

发明内容

解决的技术问题：针对现有技术的不足，本发明提供了一种农作物豆秸秆纤维复合材料的制备方法，去除豆秸秆表面的硅质和高碱缓冲能力，消除不利于胶合的影响，增强豆秸秆对水的浸润性能。

技术方案：本发明提供的农作物豆秸秆纤维复合材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）将豆秸秆用水洗净，置于烧杯中，然后加入质量分数为0.2~5%的盐酸和磷酸（盐酸和磷酸的质量比为1:0.1~9）的混合酸液，于20~80℃蒸煮10~100min，混合酸液的用量为豆秸秆质量的80~600%；

（2）取出豆秸秆，用水冲洗至pH测试呈中性，90℃烘箱烘干，置于粉碎机（功率为1000~2000W、转速为1500~3000r/min）下粉碎10~40min，磨成豆秸秆粉；

（3）取步骤（2）所制得的豆秸秆粉，加入硅烷偶联剂和丙烯酸的混合接枝改性剂（硅烷偶联剂和丙烯酸的质量比为1:0.1~9）、乙醇和水的混合溶液，搅拌均匀后反应10~100min，混合接枝改性剂用量为豆秸秆粉质量的1~15%，乙醇的用量为豆秸秆粉质量的20~100%，水的用量为豆秸秆粉质量的10~120%；然后在40~100℃烘箱中干燥10~70min，即可得到豆秸秆纤维复合材料。