CN108501153B - 一种高强度高韧性竹胶板的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度高韧性竹胶板的制备方法，属于竹胶板制备技术领域。无定型纤维从玻璃态转变为塑化态，使纤维初步软化，甚而为单糖、聚木糖，最终导致糠醛产生，接着将产生糠醛的竹帘和苯酚在碱性条件下发生缩合或缩聚（树脂化），最终形成聚合树脂连接在竹帘纤维之间，这些聚合树脂的存在大大增强了竹帘纤维的韧性，同样也能提高最终由竹帘热压制成的竹胶板的韧性，内聚力的提高也使竹胶板的物理机械强度得到提高；本发明通过碱浸酸析得到自制碱性木质素，将碱性木质素掺入酚醛树脂中得到自制酚醛胶这些化学键合力的产生同样使得竹帘纤维的内聚力得到大幅提高，直接提高了最终竹胶板的物理机械强度，具有广阔的应用前景。

Description

一种高强度高韧性竹胶板的制备方法
技术领域
本发明公开了一种高强度高韧性竹胶板的制备方法，属于竹胶板制备技术领域。
背景技术
竹胶板是以毛竹材料作为主要架构和填充材料，经高压成坯高温固化而成的板材。主要用途有：建筑模板、混凝土砌块生产用竹胶托板、汽车车箱箱体板和箱底板、火车车箱箱板和底板、集装箱板、冷冻船板、装饰用竹地板及其他各种相关需要用板材。但竹胶板往往在湿热的环境中会发霉，而抑制竹胶板发霉，一是要使竹材不能作为霉菌的营养基质，二是要使霉菌不具有生长繁殖的环境和条件。竹材作为一种工程材料，应用范围广泛，而外界环境复杂且没有规律性，所以通过实现改变霉菌的生长环境和条件来抑制竹材霉菌的生长有一定的难度。目前常见的竹胶板普遍存在整体性较弱，强度、韧性等性能方面相对较差，抗弯强度、抗冲击力强度不能满足这方面要求较高的场所，而且长期使用表层容易破裂。
因此，发明一种高强度高韧性竹胶板对竹胶板制备技术领域具有积极意义。
发明内容
本发明主要解决的技术问题，针对目前常见的竹胶板普遍存在整体性较弱，强度、韧性等性能方面相对较差，抗弯强度、抗冲击力强度不能满足这方面要求较高的场所，而且长期使用表层容易破裂的缺陷，提供了一种高强度高韧性竹胶板的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种高强度高韧性竹胶板的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）选取竹帘，将竹帘装入高压蒸煮锅中，向高压蒸煮锅中加入浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液，直至将竹帘完全浸没，密封高压蒸煮锅，提高高压蒸煮锅内压力至1.5～2.0MPa，加热煮沸处理6～8h，得到预处理竹帘；
（2）待上述加热煮沸处理结束后，立即取出预处理竹帘并放入带有进气口的高压釜中，再向高压釜中加入苯酚和水以及氢氧化钠，密封高压釜；
（3）通过进气口向上述密封后的高压釜中通入蒸汽，直至高压釜内压力达到1.0～1.2MPa，停止通入蒸汽并对升高高压釜温度至175～180℃，以200～300r/min的转速搅拌反应50～70min，反应结束后得到反应竹帘，将反应竹帘放入烘箱，干燥，即得改性竹帘，备用；
（4）将松木屑和质量分数为10%的氢氧化钠溶液混合后加热煮沸处理3～5h，煮沸处理结束后过滤分离得到滤液，用浓度为1mol/L盐酸调节滤液pH至5.0～5.5，静置陈化10～12h，过滤分离得到滤渣；
（5）将滤渣和酚醛树脂混合后得到自制酚醛胶，用水稀释自制酚醛胶的质量分数为28～29%，得到稀释胶液，将备用的改性竹帘浸入稀释胶液中浸胶，浸胶结束后取出置于通风环境中自然陈放干燥24～36h，得到浸胶竹帘；
（6）将上述浸胶竹帘5层交叉排列，将排列好的竹帘用热压机热压15～20min后自然固化，即得高强度高韧性竹胶板。
步骤（1）中所述的竹帘的尺寸为460 mm×460mm×2mm。
步骤（2）中所述的苯酚的加入量与预处理竹帘质量相同，水的加入量为竹帘质量的10～15倍，氢氧化钠的加入量为竹帘质量的5%。
步骤（3）中所述的干燥的温度为125～135℃，干燥的时间为1～2h。
步骤（4）中所述的松木屑和质量分数为10%的氢氧化钠溶液的质量比为1:10。
步骤（5）中所述的滤渣和酚醛树脂的质量比为1:10，浸胶时间为5～10min。
步骤（6）中所述的热压温度为140～145℃，热压压力为8.0～9.0MPa。
本发明的有益效果是：
（1）本发明首先将竹帘和碱液共混蒸煮，通过碱煮去除竹纤维中碱溶性的杂质，并通过蒸煮使竹纤维吸收热能，其分子链发生较强的活动，在一个较窄的温度范围内，分子间的联接破裂，分子间相互位移加剧，聚合物特性有所变化，无定型纤维从玻璃态转变为塑化态，使纤维初步软化，之后在水热作用下水解，水解作用可促使平行的、后继的，甚至交叉的化学作用的发生，并可促使高聚糖降解为低聚糖，甚而为单糖、聚木糖，最终导致糠醛产生，接着将产生糠醛的竹帘和苯酚在碱性条件下发生缩合或缩聚（树脂化），最终形成聚合树脂连接在竹帘纤维之间，这些聚合树脂的存在大大增强了竹帘纤维的韧性，同样也能提高最终由竹帘热压制成的竹胶板的韧性，另外，在水解导致糠醛产生的过程中，纤维表面会增加大量的活性基团，这些活性基团的增加，使得竹帘纤维之间的化学键合力得以增大，从而提高了竹帘纤维的内聚力，内聚力的提高也使竹胶板的物理机械强度得到提高；
（2）本发明通过碱浸酸析得到自制碱性木质素，将碱性木质素掺入酚醛树脂中得到自制酚醛胶，以自制酚醛胶作为粘结剂，将改性竹帘热压粘结得到竹胶板，在热压的高温以及高压作用下，由于碱性木质素分子上会含有甲氧基、羟基(酚羟基和醇羟基)、不饱和双键、磺酸盐基和醚键等官能团，因此碱性木质素会和竹帘纤维表面的羟基发生氢键结合以及其他化学键合力，这些化学键合力的产生同样使得竹帘纤维的内聚力得到大幅提高，直接提高了最终竹胶板的物理机械强度，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
选取尺寸为460 mm×460mm×2mm的竹帘，将竹帘装入高压蒸煮锅中，向高压蒸煮锅中加入浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液，直至将竹帘完全浸没，密封高压蒸煮锅，提高高压蒸煮锅内压力至1.5～2.0MPa，加热煮沸处理6～8h，得到预处理竹帘；待上述加热煮沸处理结束后，立即取出预处理竹帘并放入带有进气口的高压釜中，再向高压釜中加入预处理竹帘等质量的苯酚和竹帘质量10～15倍的水以及竹帘质量5%的氢氧化钠，密封高压釜；通过进气口向上述密封后的高压釜中通入蒸汽，直至高压釜内压力达到1.0～1.2MPa，停止通入蒸汽并对升高高压釜温度至175～180℃，以200～300r/min的转速搅拌反应50～70min，反应结束后得到反应竹帘，将反应竹帘放入烘箱，在125～135℃下干燥1～2h，即得改性竹帘，备用；按质量比为1:10将松木屑和质量分数为10%的氢氧化钠溶液混合后加热煮沸处理3～5h，煮沸处理结束后过滤分离得到滤液，用浓度为1mol/L盐酸调节滤液pH至5.0～5.5，静置陈化10～12h，过滤分离得到滤渣；将滤渣和酚醛树脂按质量比为1:10混合后得到自制酚醛胶，用水稀释自制酚醛胶的质量分数为28～29%，得到稀释胶液，将备用的改性竹帘浸入稀释胶液中浸胶5～10min，浸胶结束后取出置于通风环境中自然陈放干燥24～36h，得到浸胶竹帘；将上述浸胶竹帘5层交叉排列，将排列好的竹帘用热压机在热压温度为140～145℃，热压压力为8.0～9.0MPa的条件下热压15～20min后自然固化，即得高强度高韧性竹胶板。
实例1
选取尺寸为460 mm×460mm×2mm的竹帘，将竹帘装入高压蒸煮锅中，向高压蒸煮锅中加入浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液，直至将竹帘完全浸没，密封高压蒸煮锅，提高高压蒸煮锅内压力至1.5MPa，加热煮沸处理6h，得到预处理竹帘；待上述加热煮沸处理结束后，立即取出预处理竹帘并放入带有进气口的高压釜中，再向高压釜中加入预处理竹帘等质量的苯酚和竹帘质量10倍的水以及竹帘质量5%的氢氧化钠，密封高压釜；通过进气口向上述密封后的高压釜中通入蒸汽，直至高压釜内压力达到1.0MPa，停止通入蒸汽并对升高高压釜温度至175℃，以200r/min的转速搅拌反应50min，反应结束后得到反应竹帘，将反应竹帘放入烘箱，在125℃下干燥1h，即得改性竹帘，备用；按质量比为1:10将松木屑和质量分数为10%的氢氧化钠溶液混合后加热煮沸处理3h，煮沸处理结束后过滤分离得到滤液，用浓度为1mol/L盐酸调节滤液pH至5.0，静置陈化10h，过滤分离得到滤渣；将滤渣和酚醛树脂按质量比为1:10混合后得到自制酚醛胶，用水稀释自制酚醛胶的质量分数为28%，得到稀释胶液，将备用的改性竹帘浸入稀释胶液中浸胶5min，浸胶结束后取出置于通风环境中自然陈放干燥24h，得到浸胶竹帘；将上述浸胶竹帘5层交叉排列，将排列好的竹帘用热压机在热压温度为140℃，热压压力为8.0MPa的条件下热压15min后自然固化，即得高强度高韧性竹胶板。
实例2
选取尺寸为460 mm×460mm×2mm的竹帘，将竹帘装入高压蒸煮锅中，向高压蒸煮锅中加入浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液，直至将竹帘完全浸没，密封高压蒸煮锅，提高高压蒸煮锅内压力至1.7MPa，加热煮沸处理7h，得到预处理竹帘；待上述加热煮沸处理结束后，立即取出预处理竹帘并放入带有进气口的高压釜中，再向高压釜中加入预处理竹帘等质量的苯酚和竹帘质量12倍的水以及竹帘质量5%的氢氧化钠，密封高压釜；通过进气口向上述密封后的高压釜中通入蒸汽，直至高压釜内压力达到1.1MPa，停止通入蒸汽并对升高高压釜温度至177℃，以250r/min的转速搅拌反应60min，反应结束后得到反应竹帘，将反应竹帘放入烘箱，在130℃下干燥1.5h，即得改性竹帘，备用；按质量比为1:10将松木屑和质量分数为10%的氢氧化钠溶液混合后加热煮沸处理4h，煮沸处理结束后过滤分离得到滤液，用浓度为1mol/L盐酸调节滤液pH至5.2，静置陈化11h，过滤分离得到滤渣；将滤渣和酚醛树脂按质量比为1:10混合后得到自制酚醛胶，用水稀释自制酚醛胶的质量分数为28%，得到稀释胶液，将备用的改性竹帘浸入稀释胶液中浸胶7min，浸胶结束后取出置于通风环境中自然陈放干燥28h，得到浸胶竹帘；将上述浸胶竹帘5层交叉排列，将排列好的竹帘用热压机在热压温度为142℃，热压压力为8.5MPa的条件下热压17min后自然固化，即得高强度高韧性竹胶板。
实例3
选取尺寸为460 mm×460mm×2mm的竹帘，将竹帘装入高压蒸煮锅中，向高压蒸煮锅中加入浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液，直至将竹帘完全浸没，密封高压蒸煮锅，提高高压蒸煮锅内压力至2.0MPa，加热煮沸处理8h，得到预处理竹帘；待上述加热煮沸处理结束后，立即取出预处理竹帘并放入带有进气口的高压釜中，再向高压釜中加入预处理竹帘等质量的苯酚和竹帘质量15倍的水以及竹帘质量5%的氢氧化钠，密封高压釜；通过进气口向上述密封后的高压釜中通入蒸汽，直至高压釜内压力达到1.2MPa，停止通入蒸汽并对升高高压釜温度至180℃，以300r/min的转速搅拌反应70min，反应结束后得到反应竹帘，将反应竹帘放入烘箱，在135℃下干燥2h，即得改性竹帘，备用；按质量比为1:10将松木屑和质量分数为10%的氢氧化钠溶液混合后加热煮沸处理5h，煮沸处理结束后过滤分离得到滤液，用浓度为1mol/L盐酸调节滤液pH至5.5，静置陈化12h，过滤分离得到滤渣；将滤渣和酚醛树脂按质量比为1:10混合后得到自制酚醛胶，用水稀释自制酚醛胶的质量分数为29%，得到稀释胶液，将备用的改性竹帘浸入稀释胶液中浸胶10min，浸胶结束后取出置于通风环境中自然陈放干燥36h，得到浸胶竹帘；将上述浸胶竹帘5层交叉排列，将排列好的竹帘用热压机在热压温度为145℃，热压压力为9.0MPa的条件下热压20min后自然固化，即得高强度高韧性竹胶板。
对比例
以安徽某公司生产的高强度高韧性竹胶板作为对比例 对本发明制得的高强度高韧性竹胶板和对比例中的高强度高韧性竹胶板进行性能检测，检测结果如表1所示：
测试方法：
静曲强度和弹性模量测试：将实例1～3和对比例中的竹胶板在室内放置48h后检测，按LY/T1574－2000《混凝土模板用竹材胶合板》标准检测竹胶板的静曲强度及其弹性模量。
抗冲击性测试方法：取尺寸形状相同的实例1～3和对比例中的竹胶板试样待用，将其朝上平放在铁砧上，准备一个固定质量的重锤待用，重锤借控制装置固定在滑筒的某一高度，按压控制钮，重锤即自由地落于竹胶板上，提起重锤，每个竹胶板各重复3个高度，记录重锤落于试样上的高度。
表1 竹胶板性能测定结果
根据上述中数据可知本发明制得的高强度高韧性竹胶板具有极佳的机械强度和良好的韧性，抗弯强度和抗冲击强度高，不易变形破裂，具有广阔的应用前景。

Claims (7)

1.一种高强度高韧性竹胶板的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）选取竹帘，将竹帘装入高压蒸煮锅中，向高压蒸煮锅中加入浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液，直至将竹帘完全浸没，密封高压蒸煮锅，提高高压蒸煮锅内压力至1.5～2.0MPa，加热煮沸处理6～8h，得到预处理竹帘；
（2）待上述加热煮沸处理结束后，立即取出预处理竹帘并放入带有进气口的高压釜中，再向高压釜中加入苯酚和水以及氢氧化钠，密封高压釜；
（3）通过进气口向上述密封后的高压釜中通入蒸汽，直至高压釜内压力达到1.0～1.2MPa，停止通入蒸汽并对升高高压釜温度至175～180℃，以200～300r/min的转速搅拌反应50～70min，反应结束后得到反应竹帘，将反应竹帘放入烘箱，干燥，即得改性竹帘，备用；
（4）将松木屑和质量分数为10%的氢氧化钠溶液混合后加热煮沸处理3～5h，煮沸处理结束后过滤分离得到滤液，用浓度为1mol/L盐酸调节滤液pH至5.0～5.5，静置陈化10～12h，过滤分离得到滤渣；
（5）将滤渣和酚醛树脂混合后得到自制酚醛胶，用水稀释自制酚醛胶得到质量分数为28～29%的自制酚醛胶稀释胶液，将备用的改性竹帘浸入稀释胶液中浸胶，浸胶结束后取出置于通风环境中自然陈放干燥24～36h，得到浸胶竹帘；
（6）将上述浸胶竹帘5层交叉排列，将排列好的竹帘用热压机热压15～20min后自然固化，即得高强度高韧性竹胶板。
2.根据权利要求1所述的一种高强度高韧性竹胶板的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的竹帘的尺寸为460 mm×460mm×2mm。
3.根据权利要求1所述的一种高强度高韧性竹胶板的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的苯酚的加入量与预处理竹帘质量相同，水的加入量为竹帘质量的10～15倍，氢氧化钠的加入量为竹帘质量的5%。
4.根据权利要求1所述的一种高强度高韧性竹胶板的制备方法，其特征在于：步骤（3）中所述的干燥的温度为125～135℃，干燥的时间为1～2h。
5.根据权利要求1所述的一种高强度高韧性竹胶板的制备方法，其特征在于：步骤（4）中所述的松木屑和质量分数为10%的氢氧化钠溶液的质量比为1:10。
6.根据权利要求1所述的一种高强度高韧性竹胶板的制备方法，其特征在于：步骤（5）中所述的滤渣和酚醛树脂的质量比为1:10，浸胶时间为5～10min。
7.根据权利要求1所述的一种高强度高韧性竹胶板的制备方法，其特征在于：步骤（6）中所述的热压温度为140～145℃，热压压力为8.0～9.0MPa。
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