CN105171888B - 一种重组竹型材的制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种重组竹型材的制备方法，包括施胶步骤、干燥步骤、冷压步骤、油浸处理步骤、自动吸油步骤等工序；具有一种工作效率高、设备投入少、处理效果均匀的特点，所制得的重组竹型材力学性能佳、尺寸稳定性佳、耐腐防霉性好。

Description

一种重组竹型材的制备方法

技术领域

本发明涉及一种经重组、热处理和浸渍处理工艺改良的重组竹型材的制备方法，属于竹制品生产工艺技术。

背景技术

我国是竹子大国，竹子产量大，且拥有悠久的竹材利用历史。竹材具有韧性好、强度大的优点，在市场上被制作成重组竹材料，广泛的用作室内地板、户外地板和家具等的原材料。然而竹材内含有大量的糖分、蛋白质，内含物丰富，因此极易受到竹腐真菌的侵害与腐蚀；木质素、半纤维素和纤维素的存在，使重组竹材料的尺寸稳定性差；并且在重组过程中需要大量的使用胶黏剂，因此带来甲醛释放量大的问题；上述问题都对重组竹在户外的应用提出了严峻的考验。

现有技术为解决上述问题，在发明专利CN201110169193.X中披露了一种对竹丝进行干馏（即热处理）技术，即在重组前对竹丝进行热处理，提高竹丝的稳定性、防霉性能，再经过施胶、干燥、热压重组的工序；该技术在一定程度上提高的产品的性能，但是由于竹丝经过热处理后部分炭化，降低了竹丝胶合性能，因此施胶量较大；且处理过程为了保护竹丝的力学强度，热处理的程度较轻，因此产品的防霉处理不透彻，在使用过程中，仍存在着极大的霉变风险。

在发明专利CN201410029098.3中披露了一种碳化炉和木材的高温物理碳化方法，该技术普遍用于目前竹材的碳化处理（热处理）中，将竹/木材置于碳化反应炉中，升温至80℃~90℃，保温至少1小时，对竹/木材进行预热处理；升温至160℃~180℃，保温至少4小时，对竹/木材进行浅度碳化；进一步升温至210~240℃，保温至少4小时，对竹/木材进行深度碳化。该技术可对竹/木材内部的营养物质、半纤维素等物质进行分解，提高材料的防霉性能和稳定性，但该技术处理时间长，除了生产周期长、生产效率低，还对竹材的力学性能有极大的损失，使产品质量等级下降，影响了产品在承重部件的使用。

在发明专利CN201410026572.7中披露了一种防腐重组复合竹材的加工工艺，方法是将竹束在高压下浸渍纳米氧化锌和竹霉净的混合水溶液，再通过高温热固化处理对重组复合材进行高温热处理，达到防霉、改善稳定性的效果。该技术浸渍过程需要高压环境，再抽真空，浸渍工序复杂，对设备要求高；再在模具内对复合材进行高温热处理，热压处理效果不均匀，可处理的材料的尺寸（特别是厚度）有一定的局限；两道工序间的装卸，使得生产效率低下。

在发明专利CN201110008771.1中披露了一种采用油棕油热改性木材的方法，利用油棕油对木材进行油浴处理，方法是将加热到150℃~180℃的油棕油注入木材处理罐中，待木材内部温度达到150℃时，以30℃/h的速度升温至200℃~215℃，处理时间为0.5~3h。该技术是针对木材的油浴热处理技术，改善了木材的吸湿性，同时高温保护介质由惰性气体、过热蒸汽改为油棕油后，处理木材的力学性能损失减少，保护了木材的力学强度。但是该技术需要分阶段、缓慢升温，冷却时需要在处理罐中冷却至一定温度后才能取出，才能保证材料在油浴过程中不开裂、不变形，处理时间较长，因此生产效率低。同时该技术对于木材改性处理仅停留在热处理，而竹材的导管结构更为发达，直接应用在竹材时，处理后的竹材任会与外界水分发生交换，在使用过程中改变产品的尺寸，影响正常使用。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种工作效率高、设备投入少、处理效果均匀、力学性能佳、尺寸稳定性佳、耐腐防霉性好的重组竹型材的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：一种重组竹型材的制备方法，包括下列步骤：

（1）施胶步骤：将竹丝与热固型或热固型改性树脂胶黏剂混合获得施胶竹丝；

（2）干燥步骤：将所述施胶竹丝干燥至竹丝含水率2-30%，获得干燥竹丝；

（3）冷压热固步骤：将所述干燥竹丝冷压热固成型；

（4）油浸处理步骤：加热油介质至100-300℃，再将冷压成型后的型材置入热油介质中，处理1-10h；

（5）自动吸油步骤。

本发明中，通过冷压替代热压，简化组坯工艺。通过油浴浸渍处理使胶黏剂固化、重新缩聚，从而达到提高胶合强度、减少施胶量的效果；使竹材内的糖分、蛋白质、内含物等营养物质充分汽化、挥发，从而达到耐腐、防霉的效果，产品检测防霉被害值达到0；使竹材的内水分充分汽化、挥发，半纤维素降解、聚合，从而达到提高型材尺寸稳定性、减少吸湿性的效果；油介质的浸渍填充导管、其他毛细结构和并与纤维素发生类似乙酰化的反应，进一步巩固了产品的稳定性能、减少产品的吸湿性，同时保护产品力学性能不受损失、反而增加力学性能的效果；处理时间短，因此产品的外观颜色得到了极大的保护。上述效果均在油浸处理一个步骤中完成，中间无需更换设备、多次装卸载、更换处理介质、多次升降温；油浸处理步骤不分阶段升温、保温，油介质无需降温直接卸载；大大简化了重组竹材改性的工艺步骤，提高了生产效率，降低了生产过程中的设备、劳动力投入。油介质是均匀受热介质，整个处理材料的处理效果均匀一致。通过自动吸油步骤，实现了对型材的包裹，从而达到了减少、甚至消除甲醛释放的效果，提高了产品的环保性。整个处理过程无化学药剂的添加，挥发物中无毒、害物质，施胶量小，因此产品的生产过程安全环保。

本发明技术方案所得重组竹型材的各项物理力学性能参数为：密度1.2g/cm³，含水率1-3%，吸水宽度膨胀率1-3%，吸水厚度膨胀率2-4.5%，甲醛释放量≤0.4mg/L，防霉防变色性能（霉菌）被害值为0，含油率2-10%，胶层剪切强度达12MPa以上。

作为优选，所述施胶步骤，使用的热固型树脂胶黏剂为酚醛树脂、脲醛树脂或三聚氰胺甲醛树脂的一种或多种。

作为优选，所述施胶步骤使用浸胶工艺，胶黏剂固含量为30-45%，施胶量为竹丝质量的10-25%。

作为进一步的优选，冷压步骤后还有固化步骤，所述固化步骤是将冷压步骤中制成的型材送入隧道（连续热压机的组成设备之一）进行热固化，再将热固化后的型材从模具中取出，所述固化步骤中的热固化温度为120-150℃。在此固化步骤中，胶黏剂还未完全固化，将半固化（即固化不完全）的型材进行油浸步骤后，胶黏剂实现完全固化（即未固化部分发生固化），提高了胶合性能。

热固型胶黏剂防水性能好，广泛的用于户外竹木材料的胶合中，本发明先将热固型胶黏剂在冷压工序中成型，再通过油热浸渍工序，将胶黏剂固化、重新聚合，利于胶黏剂的充分固化，减少了胶黏剂的使用，降低了成本；提高了产品的环保性能，产品作为户外用材，环保性能达E₀级；同时冷压工序较热压工序更为安全、节能。

作为优选，冷压固定成型的型材的厚度为0-40mm。本发明的技术方案，重组竹地板的厚度范围大，几乎可覆盖各种使用场合对地板厚度的需求。

作为优选，所述油浸处理步骤，使用的油介质为矿物质油、植物油、烷基联苯型导热油、烷基联苯醚型导热油、联苯和联苯醚低熔混合物型导热油或烷基萘型导热油的一种或多种。油介质热稳定好，仅与竹材发生物理的浸渍和类似于乙酰化的化学反应，在高温作用下分解少、挥发物中无毒害物质，生产加工过程安全环保。

作为优选，所述油浸处理步骤分为以下阶段：

（1）胶黏剂固化阶段；

（2）热处理阶段，将竹材含水率降至0-3%；

（3）浸渍处理阶段，浸渍药剂为使用的油介质，浸渍深度为0-20mm，所述浸渍深度是指油介质在重组竹型材导管和其他毛细结构中浸渍和渗透的深度，数值表示为厚度方向上自表面至中心的深度；

上述三个阶段在油浸步骤中一次完成。

在本发明中，重组竹型材初始含水率高，导管和其他毛细管中存在大量水分，经高温形成水蒸汽，通过重组竹型材两端排出；同时在高温环境下，对重组竹型材进行了高温热处理，处理后重组竹型材内部的糖分、蛋白质等营养物质得到了分解。因而，在重组竹型材内部形成外高内低的内部压力梯度，在压力梯度驱动下，油介质进入重组竹型材内部，在完成高温热处理之后，自动实现常压高温浸渍。在高温状态下，随着易分解的半纤维素的分解，难分解的纤维素所占比例上升，纤维素发生了类似于乙酰化的反应，形成酯基，酯基具有增容作用，羟基减少和酯基的充胀作用，进一步提高了竹材的防水性能，使重组竹型材的尺寸稳定性提高，后者作用更显著。高温热处理将热固型树脂胶黏剂重新聚合反应，糖、蛋白质等营养物质和水分汽化，提高了重组竹型材的胶合强度、防霉性能、降低了竹材的吸水性；又经浸渍和类似于乙酰化的反应巩固了上述效果，并强化了重组竹型材的力学性能。

上述效果均在油浴浸渍处理一个步骤中完成，同一设备、同一处理介质，无需重复装卸载、无需重复对介质进行升温和冷却；整个油浴浸渍处理步骤一次完成升温，不分阶段升温、保温，简化了重组竹材改性的工艺步骤，提高了生产效率，大幅度降低了设备与劳动力投入，降低了生产成本，提高了产品质量。

作为优选，所述油浸处理的油介质温度为170-220℃，处理时间为2~6h。

作为优选，所述油浸步骤，是加热油介质温度至120-260℃，处理时间为1-7h。

作为进一步优选，所述的油浸步骤，是加热油介质至160-240℃，处理时间为1-5h。

作为进一步优选，所述的油浸步骤，是加热油介质至160-220℃，处理时间为1-4h。

作为进一步优选，处理温度为100-180℃、处理时间为0.5-2h时，处理后型材明度（L*）=65-55、色差（E*）=4-15；处理温度为180-240℃、处理时间为2-5h时，处理后型材明度（L*）=55-40、色差（E*）=20-30；处理温度为240-300℃、处理时间为5-10h时，处理后型材明度（L*）=40-30、色差（E*）=40-45。

本技术方案中，以明度（L*）和色差（E*）来表征型材的材色。

现有的户外重组竹型材，只能根据原料的材色来决定型材的材色，仅碳化色和深碳化色，选择十分局限。在本发明中，不同温度、时间的油浸处理，所得到的型材的材色各不相同，可以根据客户的喜好，通过控制温度、时间，获得不同材色的产品；处理时间短，产品的明度保护较好，市场竞争力强。

处理温度与处理时间对处理后型材的材色的影响是交互作用的，例如处理温度为160-180℃、处理时间为4-5h的工艺，与处理温度为200-220℃、处理时间为1-2h的工艺，带来的对型材材色改变的效果是接近的。发明人为简化工艺，在优选方案中，选择上述三种最具代表性的技术参数。

作为优选，所述油浸处理步骤中，将冷压成型后的型材竖向浸渍，所述竖向浸渍具体是按照使油热蒸汽方向与冷压成型后的型材的维管束方向相平行的方式进行浸渍。

本发明所述维管束是指竹材导管和厚壁纤维。发明人经过长期研究发现，竹材油浸处理时的浸渍方向非常重要，不仅影响处理中的安全性，还影响竹材处理的均匀性。如果采用横向浸渍，油热蒸汽向上传输时，与竹材维管束垂直，油热蒸汽和竹材维管束中的水汽不容易排出，容易引发炸裂。采用本发明方法可以避免竹材材料出现炸裂的质量问题，以提高处理过程的安全性和竹材油浸成色的均匀性。

作为优选，所述自动吸油步骤，是将型材从油介质中直接取出，常温静置2~10min，使表面附油自动吸入型材导管或其他毛细管结构的步骤。

作为优选，所述自动吸油步骤还包括冷却步骤，所述冷却步骤是将处理后的竹材堆置于温度为0-30℃、相对湿度为50-70%的环境中，自然冷却。

取出的型材内部，未排出的蒸汽和膨胀的空气冷却收缩，型材外部压力大于内部压力，形成负压，将型材表面的附油压入板坯内部，形成自动吸入的效果。通过自动吸油步骤，实现了对型材的包裹，从而达到了减少、甚至消除甲醛释放的效果，提高了产品的环保性。

一般，竹材经高温热处理后或经浸渍处理和高温热处理后，还需在冷却后将竹材的含水率回调至10%左右，以适应使用环境；在本发明中，油浸处理后的竹材的含水率为0~3%，并且经浸渍和类似于乙酰化的化学反应后，竹材不再吸收水分，因此无需含水率的回调和养生工序，进一步的提高了本发明的生产效率。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、工作效率高

不同于传统的对竹材进行热处理、或分工序的浸渍和热处理，本发明的技术方案，对竹材进行了热处理、浸渍处理和类似于乙酰化的化学反应，且三个处理效果在一个工序中完成，避免了竹材的重复装、卸载，避免了设备、药剂的重复升、降温，因此工作效率高。

2、产品性能优于现有产品

本发明的技术方案对竹材进行了三种有效的改性处理，改善了型材的防霉性能、尺寸稳定性、型材材色，提高了竹材的密度、力学性能和胶层的胶合强度。相较于经过现有技术处理的重组竹型材的密度和力学性能的损失，本技术方案的产品性能优良。

3、处理效果均匀

热处理的保护介质和导热为高温热油，油是热的良导体，受热均匀，因此热处理效果均匀；处理竹材的初始含水率较高，在热处理时形成较大的蒸汽压力，浸渍处理充分，因此油介质填充效果均匀；产品各个方向剖面上密度、力学性能、含油量等物理化学性能均匀一致。

4、设备投入少、成本低

本发明的技术方案仅涉及冷压设备和热浸设备，且油浸处理工艺步骤简单，对油浸的设备要求不高；生产成本仅为高温热油损耗、竹材物料。

5、材色更丰富、自然

型材处理后的材色根据油浸处理的温度和时间的不同而不同，较现有产品仅碳化色和深碳化色，本发明的技术方案所提供的产品材色更为丰富；热处理的保护介质和导热为高温热油，相较于真空热处理和以水蒸气为保护的热处理，受热更均匀，处理后材色具有自然光泽。

6、加工过程及产品环保

生产过程中，油循环利用，除木材自身营养物质、水分、半纤维素降解物质的挥发外，无任何其他排放；使用的油介质无毒、害，所以生产过程中环保性能优，产品的环保等级优。

具体实施方式

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

实施例1：

以重组竹型材为例，首先将竹丝与热固性酚醛胶粘剂以拌胶的方式混合，胶黏剂固含量为30%，施胶量为竹丝质量的10%；再将混合后的竹丝干燥至含水率2-5%，经冷压热固后成22mm厚度的型材；然后在容器中注入烷基联苯型导热油，并加热至100℃，保温；再将重组竹型材码垛，并用钢带固定使型材的维管束与油热蒸汽方向平行，以此形式进行浸渍，使导热油表面高于重组竹端面，使重组竹型材浸没，保持10h；最后，取出重组竹型材，静置10min，待表面附油自动吸入型材内部后，再置于温度为30℃、相对湿度为70%的环境中，进行冷却。所得到的改性重组竹产品，明度（L*）=55、色差（E*）=4，含水率为3.5%，导热油浸渍深度为11mm，产品各断面结构与性能均匀一致。

实施例2：

以重组竹型材为例，首先将竹丝与热固性酚醛胶粘剂以浸胶的方式混合，胶黏剂固含量为45%，施胶量为竹丝质量的25%；再将混合后的竹丝干燥至含水率25-30%，经冷压热固后成20mm厚度的型材；然后在容器中注入烷基萘型导热油，并加热至300℃，保温；再将重组竹型材码垛，并用钢带固定使型材的维管束与油热蒸汽方向平行，以此形式进行浸渍，使导热油表面高于重组竹端面，使重组竹型材浸没，并保持1h；最后，取出重组竹型材静置2min，待表面附油自动吸入型材内部后，再置于温度为30℃、相对湿度为50%的环境中，自然冷却。所得到的改性重组竹产品，明度（L*）=45、色差（E*）=42，含水率为1.6%，导热油浸渍深度为10mm。

实施例3：

以重组竹型材为例，首先将竹丝与热固性三聚氰胺胶粘剂以浸胶的方式混合，胶黏剂固含量为35%，施胶量为竹丝质量的20%；再将混合后的竹丝干燥至含水率12-17%，经冷压热固后成30mm厚度的型材；然后植物油加热至180℃；再将重组竹型材码垛，并用钢带固定使型材的维管束与油热蒸汽方向平行，以此形式进行浸渍，使导热油表面高于重组竹端面，使重组竹型材浸没，并保持5h；最后，取出重组竹型材静止6min，待表面附油自动吸入型材内部后，再置于温度为20℃、相对湿度为60%的环境中，自然冷却。所得到的改性重组竹产品，明度（L*）=53、色差（E*）=24，含水率为2.5%，导热油浸渍深度为15mm。

实施例4：

以重组竹型材为例，先将竹丝与热固性三聚氰胺胶粘剂以浸胶的方式混合，胶黏剂固含量为32%，施胶量为竹丝质量的20%；再将混合后的竹丝干燥至含水率10-13%，经冷压固定后成30mm厚度的型材，再将型材送入连续压机的隧道中，控制隧道温度（即热固化温度）为130℃；在容器内注入植物油，升温至180℃、保温；将型材的维管束与油热蒸汽方向平行，以此形式进行浸渍，并使油液表面浸没型材，保持5h；取出型材后，静置6min，表面附油自动吸入型材内部后，将型材置于温度为20℃、相对湿度60%的环境中，自然冷却。

对比实施例1：

以重组竹型材为例，首先将竹丝与热固性三聚氰胺胶粘剂以浸胶的方式混合，胶黏剂固含量为35%，施胶量为竹丝质量的20%；再将混合后的竹丝干燥至含水率12-17%，经冷压热固后成20mm厚度的型材；然后植物油加热至70℃；再将重组竹型材码垛，并用钢带固定使型材的维管束与油热蒸汽方向平行，以此形式进行浸渍，使导热油表面高于重组竹端面，使重组竹型材浸没，并保持10h；最后，取出重组竹型材静止10min，表面附油无自动吸入动作，擦去表面附油后，再置于温度为20℃、相对湿度为60%的环境中，自然冷却。所得到的改性重组竹产品，明度（L*）=75、色差（E*）=4，含水率为13.3%，导热油浸渍深度为0mm。

对比实施例2：

以重组竹型材为例，首先将竹丝与热固性酚醛树脂胶粘剂以浸胶的方式混合，胶黏剂固含量为35%，施胶量为竹丝质量的20%；再将混合后的竹丝干燥至含水率12-15%，经冷压热固后成20mm厚度的型材；然后植物油加热至240℃；再将重组竹型材码垛，并用钢带固定使型材的维管束与油热蒸汽方向垂直，即型材长度方向与油介质页面平行，使导热油表面高于重组竹端面，使重组竹型材浸没，并保持2h；处理后的型材出现了明显的开裂、炸裂等质量问题，无法使用。

对比实施例3：

以重组竹型材为例，根据现有竹材热处理技术，对竹丝进行220℃、处理时间为6h的热处理，通过浸胶方式施以热固型酚醛树脂胶黏剂，干燥至含水率13-15%；再进行热压固化处理，热压温度为140℃，保压时间45min；最后经过冷却和养生制成重组竹木材。

附表1和2分别是对各实施例的处理成本和产品性能的对比表。

表-1 一种竹材油热浸渍处理技术生产加工成本对比表

对比实施例3是现有技术在加工改性重组竹时耗费的生产成本，由表1可知，本发明的技术方案的三种实施方式，其生产成本均低于现有技术，因此，本技术方案可有效降低改性重组竹的成本。

表-2 一种竹材油热浸渍型材产品检测物理化学性能对比表

从上表可以可知：

1.4个实施例中产品性能均远优于对比实施例1、3以及国家标准；

2.与对比实施例1相比，可知本发明的技术方案是最优技术方案，只有依照此技术方案内的工艺参数，才能获得性能优良的产品；

3.与对比实施例2相比，重组竹型材的装载方向在其维管束与油热蒸汽平行的效果最佳，此装载方法，可使处理效果均匀、处理过程安全；

4.与对比实施例3、即现有工艺相比，产品的各项物理化学性能均优于现有工艺，更增加了产品的胶合强度。

Claims (5)

1.一种重组竹型材的制备方法，其特征在于，它包括下列步骤：

(1)施胶步骤：将竹丝与热固型或热固型改性树脂胶黏剂混合获得施胶竹丝，所述施胶步骤使用浸胶工艺，胶黏剂固含量为30-45%，施胶量为竹丝质量的10-25%；

(2)干燥步骤：将所述施胶竹丝干燥至竹丝含水率2-30%，获得干燥竹丝；

(3)冷压热固步骤：将所述干燥竹丝冷压并热固成型；

(4)油浸处理步骤：加热油介质至170-220℃，再将冷压热固成型后的型材置入热油介质中，处理2-6h；

(5)自动吸油步骤；

所述油浸处理步骤中，将冷压成型后的型材竖向浸渍，所述竖向浸渍具体是以使油热蒸汽方向与冷压成型后型材的维管束方向相平行的方式进行浸渍；

所述自动吸油步骤，是将型材从油介质中直接取出，常温静置2~10min，使表面附油自动吸入型材导管或其他毛细管结构的步骤；所述自动吸油步骤还包括冷却步骤，所述冷却步骤是将处理后的竹材堆置于温度为0-30℃、相对湿度为50-70%的环境中，自然冷却。

2.根据权利要求1所述的一种重组竹型材的制备方法，其特征在于：所述施胶步骤中，使用的热固型树脂胶黏剂为酚醛树脂、脲醛树脂或三聚氰胺甲醛树脂的一种或多种。

3.根据权利要求1或2所述的一种重组竹型材的制备方法，其特征在于：冷压固定成型后型材的厚度为0-40mm。

4.根据权利要求1所述的一种重组竹型材的制备方法，其特征在于：所述油浸处理步骤，使用的油介质为矿物质油、植物油、烷基联苯型导热油、烷基联苯醚型导热油、联苯和联苯醚低熔混合物型导热油或烷基萘型导热油中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的一种重组竹型材的制备方法，其特征在于：所述油浸处理步骤分为以下阶段：

胶黏剂固化阶段；

热处理阶段，将竹材含水率降至0-3%；

浸渍处理阶段，浸渍药剂为使用的油介质，浸渍深度为0-20mm；所述浸渍深度是指油介质在重组竹型材导管和其他毛细结构中浸渍和渗透的深度，数值表示为厚度方向上自表面至中心的深度；

上述三个阶段在油浸步骤中一次完成。