CN107443518A - 一种低温油热改性竹材的加工方法 - Google Patents

一种低温油热改性竹材的加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低温油热改性竹材的加工方法，该方法可以使竹材的力学性能改善、防水效果更好，提升防腐耐久性，以拓宽竹材的应用领域。所述方法包括以下步骤：(1)竹材干燥；(2)油中加入偶联剂，配制油溶液；(3)油溶液加热；(4)将竹材浸入恒温热油中处理；(5)表面处理；(6)封端处理。根据本发明方法处理后的竹材尺寸稳定性得到改善，提高了产品的防腐防霉性、防水性，而且力学性能并未下降。竹材横截面封端处理后，可有效减少改性剂的流失，防护效果更持久。

Description

一种低温油热改性竹材的加工方法
技术领域
本发明属于生物质材料加工技术领域，具体涉及竹材的热处理和浸渍处理方法，尤其是一种以油为介质的热处理和浸渍处理方法。
背景技术
竹材作为我国的优势资源，而且竹材生产速度快、产量高、良好的力学性能等优势，被广泛应用于各种领域，如建筑材料、运输材料、工程材料等。竹材的各向异性和竹材中的营养成分使其在应用过程中因温度、湿度的变化出现开裂霉变等问题，其主要原因在于竹材的含水量较高。因此，竹材改性处理之前需要控制合理的含水率。
热处理是材料改性处理中较为成熟的一种技术，具体是将竹材或木材放入部分或完全隔绝氧气的条件下，以高温过热蒸汽、氮气、油为传热介质，对竹材进行一定时间高温热处理的一种物理改性方法。高温可以使竹材内部的营养物质如糖分、淀粉、蛋白质等以及半纤维素进行分解，提高材料的防霉性能和稳定性。以油为介质，在高温处理过程中，油分子浸入竹材内，可改善竹材防霉抗菌性，提高竹材防水效果。但此技术处理周期长、对竹材物理力学性能有一定的影响。
发明内容
鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种低温油热改性竹材的加工方法，该方法可以使竹材的力学性能改善、防水效果更好，提升防腐耐久性，以拓宽竹材的应用领域。
根据本发明的一个方面，所述方法包括以下步骤：
(1)竹材干燥：干燥竹材至含水率为5-12％；
(2)配制溶液：在30-150℃温度环境下，油中加入偶联剂，充分搅拌直至完全混合；
(3)溶液加热：将已配制的油混合溶液加热，加热至100-180℃；
(4)处理阶段：将竹材完全浸没于恒温热油中，加热处理0.5-3h；
(5)表面处理：取出竹材，并将表面多余油溶液擦拭干净，然后在自然环境下冷却干燥；
(6)封端处理：已充分干燥的竹材，对其横截面进行炭化处理。
优选地，根据本发明的所述方法，步骤(1)中所述竹材原料可以为圆竹、竹丝、竹篾、竹条以及竹基复合材料，所述竹材原料的竹种选自毛竹、紫竹、刚竹、桂竹或方竹等竹种，优选为毛竹。
优选地，根据本发明的所述方法，步骤(2)中所述油可以选自植物油或矿物油，如大豆油、桐油、棕榈油、亚麻籽油、松焦油、硅油、木蜡油等油种，优选为桐油。
优选地，根据本发明的所述方法，步骤(2)中所述偶联剂可以选自马来酸酐、硅烷偶联剂(KH550)、钛酸酯，优选马来酸酐。通过油热处理竹材，油分子进入竹材中可有效增加竹材的尺寸稳定性和防水性能，但是在竹材使用过程中油分子与竹材结合不够稳定。偶联剂被称作"分子桥"，借助偶联剂可增强竹材与油之间的结合强度。相对于100重量份的油，所述偶联剂的用量为1重量份至5重量份。
优选地，根据本发明的所述方法，步骤(6)中所述炭化处理为常规的炭化处理。
有益效果
竹材在进行油热处理之前先进行干燥处理，有助于油的快速浸入，提高工作效率。在油介质环境下，对竹材进行热处理，热解竹材营养成分的同时改性剂进入竹材内部，多个工序一步完成。处理后的竹材尺寸稳定性得到改善，提高了产品的防腐防霉性、防水性，而且力学性能并未下降。竹材横截面封端处理后，可有效减少改性剂的流失，防护效果更持久。
附图说明
图1是根据实施例1至3和对比实施例1至4得到的样品的弹性模量柱形图；
图2是根据实施例1至3和对比实施例1至4得到的样品的抗弯强度柱形图；
图3是根据实施例1和对比实施例4处理后样品防水示意图；
图4是根据实施例1至3和对比实施例1至4得到的样品的吸水率柱形图。
具体实施方式
以下，将详细地描述本发明。在进行描述之前，应当理解的是，在本说明书和所附的权利要求书中使用的术语不应解释为限制于一般含义和字典含义，而应当在允许发明人适当定义术语以进行最佳解释的原则的基础上，根据与本发明的技术方面相应的含义和概念进行解释。因此，这里提出的描述仅仅是出于举例说明目的的优选实例，并非意图限制本发明的范围，从而应当理解的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以由其获得其他等价方式或改进方式。
以下实施例仅是作为本发明的实施方案的例子列举，并不对本发明构成任何限制，本领域技术人员可以理解在不偏离本发明的实质和构思的范围内的修改均落入本发明的保护范围。除非特别说明，以下实施例中使用的试剂和仪器均为市售可得产品。
实施例1
(1)竹材干燥：以毛竹为例，首先加工成厚度为6mm的竹条，干燥竹材至含水率为12％；
(2)配制溶液：在70℃温度环境下，向桐油中加入马来酸酐，桐油与马来酸酐质量配比为1:20，开动搅拌器，充分搅拌，直至完全混合；
(3)溶液加热：将已配制的油混合溶液加热，加热至140℃；
(4)处理阶段：将竹材浸入恒温热油中，加热处理1h；
(5)表面处理：取出竹材，并将表面多余油溶液擦拭干净，然后在自然环境下冷却干燥；
(6)封端处理：已充分干燥的竹材，对其横切面进行炭化处理。
实施例2
(1)竹材干燥：以毛竹为例，首先加工成厚度为6mm的竹条，干燥竹材至含水率为12％；
(2)配制溶液：在70℃温度环境下，向大豆油中加入马来酸酐，大豆油与马来酸酐质量配比为1:10，开动搅拌器，充分搅拌，直至完全混合；
(3)溶液加热：将已配制的油混合溶液加热，加热至140℃；
(4)处理阶段：将竹材浸入恒温热油中，加热处理1h；
(5)表面处理：取出竹材，并将表面多余油溶液擦拭干净，然后在自然环境下冷却干燥；
(6)封端处理：已充分干燥的竹材，对其横切面进行炭化处理。
实施例3
(1)竹材干燥：以毛竹为例，首先加工成厚度为6mm的竹条，干燥竹材至含水率为12％；
(2)配制溶液：在70℃温度环境下，向桐油中加入马来酸酐，桐油与马来酸酐质量配比为1:20，开动搅拌器，充分搅拌，直至完全混合；
(3)溶液加热：将已配制的油混合溶液加热，加热至140℃；
(4)处理阶段：将竹材浸入恒温热油中，加热处理0.5h；
(5)表面处理：取出竹材，并将表面多余油溶液擦拭干净，然后在自然环境下冷却干燥；
(6)封端处理：已充分干燥的竹材，对其横切面进行炭化处理。
对比实施例1
(1)竹材干燥：以毛竹为例，首先加工成厚度为6mm的竹条，干燥竹材至含水率为12％；
(2)溶液加热：将桐油加热至140℃；
(4)处理阶段：将竹材浸入恒温热油中，加热处理1h；
(5)表面处理：取出竹材，并将表面多余油溶液擦拭干净，然后在自然环境下冷却干燥；
(6)封端处理：已充分干燥的竹材，对其横切面进行炭化处理。
对比实施例2
(1)竹材干燥：以毛竹为例，首先加工成厚度为6mm的竹条，干燥竹材至含水率为12％；
(2)溶液加热：将桐油加热至140℃；
(4)处理阶段：将竹材浸入恒温热油中，加热处理0.5h；
(5)表面处理：取出竹材，并将表面多余油溶液擦拭干净，然后在自然环境下冷却干燥；
(6)封端处理：已充分干燥的竹材，对其横切面进行炭化处理。
对比实施例3
采用常见涂刷桐油的方法处理竹材，所述的涂刷方法主要包括：
(1)竹材干燥：以毛竹为例，首先加工成厚度为6mm的竹条，干燥竹材至含水率为12％；
(2)表面清理：竹材用400#砂纸打磨平整后，将表面除去灰尘；
(3)涂刷桐油：用布蘸取桐油，然后均匀的擦涂在竹材上；
(4)在自然环境下干燥；
(5)封端处理：已充分干燥的竹材，对其横切面进行炭化处理。
对比实施例4
对竹材的处理仅限于干燥处理，以毛竹为例，首先加工成厚度为6mm的竹条，然后干燥至含水率为12％。
所述对比实施例3中的涂刷方法，桐油在竹材表面形成保护层，在使用中表面层桐油的流失造成防护层的破损。涂刷方法在材料表面形成保护层，并未改变竹材内部成分，防腐防霉效果不佳。
测试实施例1：弹性模量的检测
根据竹材物理力学性质试验方法GB/T 15780-1995检测，根据实施例1至3和对比实施例1至4得到的样品的弹性模量，具体结果见图1，从图中可以看出实施例1的竹材燥的样品力学性能明显改善。图1是根据实施例1至3和对比实施例1至4得到的样品的弹性模量柱形图。
测试实施例2：抗弯强度的检测
根据竹材物理力学性质试验方法GB/T 15780-1995检测，根据实施例1至3和对比实施例1至4得到的样品的抗弯强度，具体结果见图2，从图中可以看出油介质热处理后的竹材抗弯弹性模量增加。图2是根据实施例1至3和对比实施例1至4得到的样品的抗弯强度柱形图。
测试实施例3：防水性能的检测
根据在样品表面滴约8uL纯净水，自水滴落在样品表面开始计时，至60s检测水滴在样品表面的形态。根据实施例1和对比实施例4得到的样品的防水性能，具体结果见图3，从图中可以看出，在纯净水滴在试样表面1min后对比实施例4的横切面和弦切面表面的水滴已渗透到竹材内，在实施例1表面仍形成稳固水滴。图3是根据实施例1和对比实施例4得到样品防水性能示意图。
测试实施例4：吸水率的检测
根据ASTM D1037检测根据实施例1至3和对比实施例1至4得到的样品的吸水率，具体结果见图4，从图中可以看出油介质热处理后的竹材的吸水率降低，实施案例1的吸水率明显降低。图4是根据实施例1至3和对比实施例1至4得到的样品的吸水率柱形图。
测试实施例5：轴向、径向和弦向吸水膨胀率的检测
根据ASTM D1037检测根据实施例1至3和对比实施例1至4得到的样品的轴向、径向和弦向吸水膨胀率，结果列于下表1中。
表1是根据实施例和对比实施例处理后样品的轴向、径向和弦向吸水膨胀率。
实施例 径向(％) 弦向(％) 轴向(％)
实施例1 2.55 2.23 0.22
实施例2 2.83 2.74 0.23
实施例3 3.25 3.08 0.26
对比实施例1 3.68 3.56 0.25
对比实施例2 3.72 3.61 0.28
对比实施例3 4.35 4.17 0.31
对比实施例4 5.66 4.56 0.31
从上表可知，实施例1与其他实施例相比，样品在三个尺度方向的吸水膨胀率最小，样品的尺寸稳定性最佳。

Claims (5)

1.一种低温油热改性竹材的加工方法，所述方法包括以下步骤：
(1)竹材干燥：干燥竹材至含水率为5-12％；
(2)配制溶液：在30-150℃温度环境下，油中加入偶联剂，充分搅拌直至完全混合；
(3)溶液加热：将已配制的油混合溶液加热，加热至100-180℃；
(4)处理阶段：将竹材完全浸没于恒温热油中，加热处理0.5-3h；
(5)表面处理：取出竹材，并将表面多余油溶液擦拭干净，然后在自然环境下冷却干燥；
(6)封端处理：已充分干燥的竹材，对其横截面进行炭化处理。
2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，步骤(1)中所述竹材原料为圆竹、竹丝、竹篾、竹条以及竹基复合材料，所述竹材原料的竹种选自毛竹、紫竹、刚竹、桂竹或方竹等竹种，优选为毛竹。
3.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，步骤(2)中所述油选自植物油或矿物油，如大豆油、桐油、棕榈油、亚麻籽油、松焦油、硅油、木蜡油等油种，优选为桐油。
4.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，步骤(2)中所述偶联剂选自马来酸酐、硅烷偶联剂(KH550)、钛酸酯，优选马来酸酐；相对于100重量份的油，所述偶联剂的用量为1重量份至5重量份。
5.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，步骤(6)中所述炭化处理为常规的炭化处理。
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