CN104493941B - 一种用于竹木集成型材的酚醛树脂胶制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种竹木集成型材的制造方法，包括步骤：将清除了竹青、竹黄和竹节的竹片压碎成网纱状；将纱网状的竹片放入加盖容器中进行煮，所述加盖容器中含有双氧水溶液；将煮后的纱网状的竹片放入炭化炉内进行碳化；对碳化后的纱网状的竹片进行干燥处理；在干燥处理后的纱网状竹片上沾上酚醛树脂胶；将沾上酚醛树脂胶的纱网状竹片进行烘干；将烘干后的纱网状竹片装入模具内进行压制成型，然后保持在150℃-200℃进行热固化得到竹木集成型材；将所述竹木集成型材冷却后脱模。使用本竹木集成型材作为户外材料，不浸水、不膨胀、不开裂、不变形、不霉烂和不虫蛀，能够达到半瓷化的效果。

Description

一种用于竹木集成型材的酚醛树脂胶制造方法
【技术领域】
本发明涉及竹木集成型材胶水领域，具体涉及一种用于竹木集成型材的酚醛树脂胶制造方法。
【背景技术】
随着社会的发展和进步，人们生活水平的不断提高，人们对户内居住装修越来越讲究，一般人家多会采用天然绿色环保材料进行装饰，富裕人家不但室内装修用材讲究，对居住户外园林景观建设也越来越讲究。但是目前全球名贵上等木材禁伐、奇缺，而我国乃至全球对户外建筑天然木材的需求量越来越大，户外装饰木材只能使用经不起四季气候腐蚀的人造防腐木、以及经不起几年使用的低档木材代替，导致了户外装饰建筑物一年新，二年旧，三年五年就倒塌的状况。
现在所使用的户外建筑材料，除石材外，如需生态竹木材建造景观，因能耐候的上等名贵木材奇缺，只能使用无法耐气候的低档次木材，象松木，杉木等，如建竹艺术景观，大多是用原木原竹来搭建，如果处于室外，原木原竹一般一两年就开裂发霉腐烂。目前也有利用防腐处理后的木材的室外装饰，虽然不会马上开裂，但最多也就是三五年就霉变腐烂。现在户外地板名目繁多，例：塑木地板、重竹地板和防腐木地板等等，但多经不起气候变化和日晒雨淋，少则一两年多则三五年就基本上报废。
目前虽然存在众多竹木重新组合集成型材制备方法，但是制得的产品用于室外的情况下，会出现容易开裂、发霉和腐烂等情况。
【发明内容】
经过深入研究发现，现有的竹木原材在集成前加工过程中没有经过严格的二次脱脂脱糖处理，如作为户外露天材料使用很难保证不霉变虫蛀；浸胶所使用的胶合液效果并不好，经不起热晒雨淋和寒冷天气变化的考验，竹木集成型材的强度无法持久，容易开裂变形、膨胀变形、腐烂散架；因现在竹木集成所使用的液压机压力，多在800～1000kg/10mm2左右，压制形成的型材密度为800kg/m3一1050kg/m3之间，远远无法抵挡雨水的浸透，雨水长年累月的浸透，势必造成型材的湿膨胀和干收缩的变化，型材经受不了几年就也同样完全报废；现竹木集成型材一般釆用热压热固化和冷压热固化两种，固化最高温度多设置在130℃，最高也不会超过150℃以上。
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种竹木集成型材的制造方法，以使竹木制得的集成型材不容易开裂、发霉和腐烂。
一种竹木集成型材的制造方法，包括如下步骤：
1)将清除了竹青、竹黄和竹节的竹片压碎成网纱状；
2)将纱网状的竹片放入加盖容器中进行煮，所述加盖容器中含有双氧水溶液；
3)将煮后的纱网状的竹片放入炭化炉内进行碳化；
4)对碳化后的纱网状的竹片进行干燥处理；
5)在干燥处理后的纱网状竹片上沾上酚醛树脂胶；
6)将沾上酚醛树脂胶的纱网状竹片进行烘干；
7)将烘干后的纱网状竹片装入模具内进行压制成型，然后保持在150℃-200℃进行热固化得到竹木集成型材；
8)将所述竹木集成型材冷却后脱模；
其中，所述酚醛树脂胶通过如下方法制造：
步骤一，将质量份数为40～60份的甲醛、30～50份的苯酚、5～8份的氢氧化钠、1～5份的二乙二醇和0.5～5份的二氧化铁进行搅拌混合形成混合物，通过增加氢氧化钠调节所述混合物的PH值为7～8，然后升温至65～85℃进行反应；其中，所述氢氧化钠需要兑质量比为1:1.5～3的水，所述二氧化铁需要兑质量比为1:20～50的水；
步骤二，往步骤一中的反应产物里加入质量份数为20～40份的甲醛、20～30份的苯酚、0.5～5份的二氧化铁和0.3～3份的三氧化二铝，进行搅拌后升温至85～97℃进行反应；其中步骤二中的二氧化铁需要兑质量比为1:20～50的水，步骤二中的三氧化二铝需要兑质量比为1:20～50的水。
在一个实施例中，所述步骤1)中包括如下步骤：
1.1)将竹木断为设定长度的竹木段，然后将所述竹木段分成设定数量的竹木片；
1.2)将所述竹木片外层的竹青、内壁的竹黄和竹节去除；
1.3)将所述竹木片压碎成纱网状。
在一个实施例中，在所述步骤2)中，双氧水溶液的浓度为0.5％。
在一个实施例中，在所述步骤3)中，炭化炉内的气压设置压力在4.5～5.4/kp之间，炭化炉内的最高温度设置在140℃～160℃之间。
在一个实施例中，在所述步骤4)中，经过干燥处理后的纱网状的竹片的含水率低于8％。
在一个实施例中，
在所述步骤7)中，所述竹木集成型材的密度为1100kg-1300kg/m3。
在一个实施例中，在所述步骤7)中，所述热固化温度在150℃-200℃之间。
在一个实施例中，在所述步骤6)和步骤7)之间，将烘干后的纱网状竹片拼接成6m的纱网状竹片。
在一个实施例中，在所述酚醛树脂胶的制造方法中，在所述步骤一中，当温度升温至65～85℃后保温50～90min进行反应；在步骤二中，升温至85～97℃后保温45～100min进行反应，向反应产物中加入氢氧化钠溶液调节反应产物的PH值为7～9；
在步骤一和步骤二之间，将步骤一的反应温度下降到45～60℃；
在步骤二后还包括：
步骤三，将反应温度降至45～60℃。
步骤四，向所述步骤二中的反应产物中加入氢氧化钠溶液调节反应产物的粘度，将反应温度控制在55～95℃；
步骤五，将所述步骤四中的反应产物控制在80～95℃，加入质量份数为1～7份的木质素磺酸盐进行搅拌。
在一个实施例中，在步骤四中，反应温度降至45～60℃后，进一步将反应产物温度降至20～35℃进行采样并测试反应产物的粘度。
本发明的有益效果是：使用本竹木集成型材作为户外材料，在任何气候条件下几乎可以达到以下性能：不浸水、不膨胀、不开裂、不变形、不霉烂和不虫蛀，并且型材的密度超高，经久耐用，竹木集成型材能够达到半瓷化的效果。本发明所谓的半瓷化，是指竹木集成型材具有类似陶瓷的一些性能，如不浸水、不腐烂等。
【具体实施方式】
以下对发明的较佳实施例作进一步详细说明。
一种实施例的用于竹木集成型材的酚醛树脂胶制造方法，包括如下步骤：
(1)取甲醛40～60份(质量份数，下同)、苯酚30～50份、氢氧化钠(液碱或片碱)5～8份(兑水1:1.5～3)、二乙二醇1～5份和二氧化铁0.5～5份(兑水1:20～50，即二氧化铁:水为1:20～50(质量份数比))，然后将上述混合物加入反应釜内搅拌均匀后再通过添加液碱或片碱调节混合物的PH值为7～8，然后升温至65～85℃，然后保温反应50～90min，保温时温度也控制在65～85℃范围内。
(2)保温50～90min后，温度降到45～60℃后，测试液胶粘度是否达到所需标准要求。再往步骤(1)中的反应产物里加入甲醛20～40份、苯酚20～30份、二氧化铁0.5～5份、三氧化二铝0.3～3份(二氧化铁和三氧化二铝各兑水1:20～50)，搅拌均匀后升温至85～97℃，保温反应45～100min，保温期间温度控制在85～97℃。
如果在步骤(1)中额外加入步骤(2)中的甲醛和二氧化铁，由于步骤(1)中的反应温度小于步骤(2)，会导致步骤(1)形成的反应产物老化、结块。因此，需要在步骤(1)中的甲醛和二氧化铁充分反应后，再在步骤(2)中加入相应的成份和配比。
(3)保温45～100min反应完成后，降温至45～60℃。取反应得到的液样降温至20～35℃后，进行测试液胶粘度是否达到所需标准要求，通过向反应产物中加入液碱或片碱调节反应产物的PH值为7～9。取液样测试液胶粘度如果达不到所需标准要求，需往反应产物中添加液碱或兑水后的片碱液体，搅拌均匀后将温度升至55～95℃，再取样降温到25～35℃再测试液胶粘度，直到粘度达到所需标准要求为止。
(4)测试液胶粘度达到所需标准要求后，反应釜内保持温度还控制在80～95℃时，再放入1～7份的木质素磺酸盐搅拌均匀。
(5)测试液胶粘度达到所需标准要求，降温到45℃以下即得到用于竹木集成型材的酚醛树脂胶，可以称之为“瓷化一号酚醛树脂胶”，“瓷化一号酚醛树脂胶”呈透明粉红色，无味，不无刺鼻不刺眼。
一种实施例的竹木集成型材的制造方法，包括如下步骤：
(1)按照竹子竹筒直径大小，以最省材的原则把竹子分段锯成1m、2m和3m这三种不同的长度规格，根据竹筒直径大小，把竹筒进行对开或四开六开的竹条片。
(2)把开成条的竹片外层的竹青、内壁的竹节和竹黄去除。
(3)把经过步骤2)后的竹片压破碎成网纱状，碎而不断保持竹纤维网仍然相连。
(4)把网纱状竹片放入加盖容器内的沸水中煮，沸水内加入(质量或摩尔)浓度为0.5％的“双氧水”。由于本步骤中，竹片在加盖容器内煮，煮竹片的过程与普通的电饭煲的煮饭过程相同，因而，与现有的利用不加盖的露天容器内进行煮竹片(时间往往很长如10小时)的方法相比，本方法既节省能源又节省时间，在一些实施例中，本方法可以节约50％以上的燃烧能源，又缩短了50％的蒸煮时间。且现有不加盖的露天容器煮竹片，其脱糖杀菌的效果也非常有限。并且本方法更彻底地清除竹片体内的糖分、蛋白质、淀粉等容易腐败或引起长虫的有机物，并彻底杀死了竹片内的所有的虫卵和有害病菌，可有效保证竹木集成材半瓷化使用的效果。
(5)把用沸水蒸煮后的竹片直接进入高温高压的炭化炉内进行碳化。目前的室内竹木集成型材的碳化气压设置压力在3～3.5/kp，最高温度设置在110℃～130℃。而本步骤中，炭化炉内的气压在4.5～5.4/kp，最高温度设置在140℃～160℃。这对竹木丕料的二次彻底脱糖脱蛋白和淀粉等起到重大作用，并对丕料内的杀菌杀虫卵更彻底。这对制成的竹木集成型材的户外使用又起到了一个关键性作用。
(6)把炭化后的竹片用太阳晒干燥，或用大型烘干设备机械化流水线烘干，烘干后的竹片含水率都不得超出8～10％。
(7)对烘干后的竹片进行施胶，即沾上上述实施例的酚醛树脂胶。现在全部采用用浸胶，浸泡胶最大优点是方便快捷，而最大缺点是布胶不均匀，特别前面浸泡的竹片胶水相对浓度较高，由于一部分胶水被前面浸泡的竹片吸附，如果不及时补充胶水，后面放入的竹片吸附的胶水浓度就很低，这样对制造得到的竹木集成型材的质量绝对是个致命的缺陷，例如，不同部位的集成型材的强度不同，因此无法使用在户外。
(8)目前压制的竹木集成型材长度都只能在1.8～2米，其因长度限制无法成为标准化建筑材料，对竹木集成型材的深入使用形成了瓶颈。
将施胶后的竹片进行烘干。在压制前先把施胶烘干后的竹片接长到建筑标准用材的4～6米，使被接长的竹片之间无差异对接，并且不会脱节，所接被高压集成的竹木型材密度均匀，接头处无脱离和达到无缝完全对接的效果，凭眼睛无法找到那个部位是接头处，而且直向拉力和抗弯强度与自然整条纤维集成的接近甚至相同。
(9)把对接后的竹片，装入液压机模件内进行压制成型得到竹木集成型材。压制可以采用热压直接热固化成型或冷压热固化成型两种方法。
(10)为使上述竹木集成型材更加适合作为建筑材料，并达到更好的半瓷化效果，需要增加集成材的密度。目前的木胶板、中密度板和高密度板的成品板密度一般多在600kg～800kg/m3，竹木集成材密度在900kg～1050kg/m3。而本竹木集成型材压制后的密度达到1100kg～1300kg/m3，大大增加了强度和硬度，因而更适用于室外建筑。
(11)对高压后的竹木集成型材进行固化。现在最高固化温度多保持在130℃左右。而本步骤中，酚醛树脂胶固化温度需达到150℃～200℃。
由于酚醛树脂胶的配方内加入了二乙二醇，在高温反应固化时能快速使所述酚醛树脂胶的各种成份更加分散均匀，并更加有效地渗入到每个细微的竹木纤维层面上，从而使竹木纤维之间粘连更加有效均匀。
由于酚醛树脂胶的配方内加入二氧化铁，在高温固化成型的过程中，二氧化铁能大大增加竹木纤维集成的强度和硬度，使形成的竹木集成型材内的纤维之间很难剥离，增强了竹木集成型材的粘接度，而且成倍增加了防水性能。同时，因二氧化铁和竹木纤维有效结合，竹木集成型材更增强了耐候性能。
由于酚醛树脂胶的配方内添加了三氧化二铝，竹木纤维内结合了三氧化二铝，同样能够增强竹木集成型材的耐磨、抗冲击和抗腐特性，并对竹木集成型材达到耐候起到了重要作用。
酚醛树脂胶的配方内添加了木质素磺酸盐，能增强竹木集成型材的产品硬度、减水、粘胶性能，防止竹木集成型材开裂变形。
(12)对固化后的竹木集成型材冷却后脱模后，取出竹木集成型材。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种竹木集成型材的制造方法，其特征是，包括如下步骤：
1)将清除了竹青、竹黄和竹节的竹片压碎成纱网状；
2)将纱网状的竹片放入加盖容器中进行煮，所述加盖容器中含有双氧水溶液；
3)将煮后的纱网状的竹片放入炭化炉内进行碳化；
4)对碳化后的纱网状的竹片进行干燥处理；
5)在干燥处理后的纱网状竹片上沾上酚醛树脂胶；
6)将沾上酚醛树脂胶的纱网状竹片进行烘干；
7)将烘干后的纱网状竹片装入模具内进行压制成型，然后保持在150℃-200℃进行热固化得到竹木集成型材；
8)将所述竹木集成型材冷却后脱模；
其中，所述酚醛树脂胶通过如下方法制造：
步骤一，将质量份数为40～60份的甲醛、30～50份的苯酚、5～8份的氢氧化钠、1～5份的二乙二醇和0.5～5份的二氧化铁进行搅拌混合形成混合物，通过增加氢氧化钠调节所述混合物的PH值为7～8，然后升温至65～85℃进行反应；其中，所述氢氧化钠需要兑质量比为1:1.5～3的水，所述二氧化铁需要兑质量比为1:20～50的水；
步骤二，往步骤一中的反应产物里加入质量份数为20～40份的甲醛、20～30份的苯酚、0.5～5份的二氧化铁和0.3～3份的三氧化二铝，进行搅拌后升温至85～97℃进行反应；其中步骤二中的二氧化铁需要兑质量比为1:20～50的水，步骤二中的三氧化二铝需要兑质量比为1:20～50的水。
2.如权利要求1所述的竹木集成型材的制造方法，其特征是，所述步骤1)中包括如下步骤：
1.1)将竹木断为设定长度的竹木段，然后将所述竹木段分成设定数量的竹木片；
1.2)将所述竹木片外层的竹青、内壁的竹黄和竹节去除；
1.3)将所述竹木片压碎成纱网状。
3.如权利要求1所述的竹木集成型材的制造方法，其特征是，
在所述步骤2)中，双氧水溶液的质量或摩尔浓度为0.5％。
4.如权利要求1所述的竹木集成型材的制造方法，其特征是，在所述步骤3)中，炭化炉内的气压设置压力在4.5kpa～5.4kpa之间，炭化炉内的最高温度设置在140℃～160℃之间。
5.如权利要求1所述的竹木集成型材的制造方法，其特征是，在所述步骤4)中，经过干燥处理后的纱网状的竹片的含水率低于8％。
6.如权利要求1所述的竹木集成型材的制造方法，其特征是，在所述步骤7)中，所述竹木集成型材的密度为1100kg/m3-1300kg/m3。
7.如权利要求1所述的竹木集成型材的制造方法，其特征是，在所述步骤7)中，所述热固化温度在150℃-200℃之间。
8.如权利要求1所述的竹木集成型材的制造方法，其特征是，在所述步骤6)和步骤7)之间，将烘干后的纱网状竹片拼接成6m的纱网状竹片。
9.如权利要求1所述的竹木集成型材的制造方法，其特征是，在所述酚醛树脂胶的制造方法中，在所述步骤一中，当温度升温至65～85℃后保温50～90min进行反应；在步骤二中，升温至85～97℃后保温45～100min进行反应，向反应产物中加入氢氧化钠溶液调节反应产物的PH值为7～9；
在步骤一和步骤二之间，将步骤一的反应温度下降到45～60℃；
在步骤二后还包括：
步骤三，将反应温度降至45～60℃；
步骤四，向所述步骤二中的反应产物中加入氢氧化钠溶液调节反应产物的粘度，将反应温度控制在55～95℃；
步骤五，将所述步骤四中的反应产物控制在80～95℃，加入质量份数为1～7份的木质素磺酸盐进行搅拌。
10.如权利要求9所述的竹木集成型材的制造方法，其特征是，在步骤四中，反应温度降至45℃～60℃后，进一步将反应产物温度降至20℃～35℃进行采样并测试反应产物的粘度。
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