CN109304782B - 一种重组竹或木碳化的加工工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种重组竹或木碳化的加工工艺，依次包括碳化处理、干燥、浸胶、陈放、组坯、热压和陈化，具体地在碳化处理中将竹束放入含有0.2‑1份的碳化剂和0.05‑0.2份的催化剂的处理罐内浸渍碳化，浸渍温度为25‑80℃，浸渍时间为2‑6小时；本发明不仅具有较好的防霉性能和尺寸稳定性，而且还具有工艺简单、成本低廉、无排放、零污染、可操作性强、药剂性能稳定、可循环利用、吸收性好的特点，可代替珍贵木材，节约珍贵木材资源。

Description

一种重组竹或木碳化的加工工艺
技术领域
本发明涉及一种重组竹或重组木的加工工艺，特别涉及一种重组竹或重组木碳化的加工工艺，涉及木地板制造领域。
背景技术
碳化重组竹是一种将竹材碳化后重新组织并加以强化成型的新型竹质复合材料，具有强度大、韧性好、硬度高、耐霉腐等特点，广泛应用于室内外地板、家具、结构建筑材料、装饰材料等。但是目前碳化重组竹大多采用高温热处理加工工艺，能耗大，周期长，生产效率低，质量损失率高达10％-20％左右，且热处理过程中排放大量废气和废液，污染环境。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种重组竹或木碳化的加工工艺。本发明不仅具有较好的防霉性能和尺寸稳定性，而且还具有工艺简单、成本低廉、无排放、零污染、可操作性强、药剂性能稳定、可循环利用、吸收性好的特点，可代替珍贵木材，节约珍贵木材资源。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：一种重组竹或木碳化的加工工艺，该工艺是先将竹束置于包括水、碳化剂和助色剂的混合药剂中浸渍碳化，再进行干燥、浸胶、陈放、组坯、热压和成型，从而实现重组竹的碳化加工。
上述的重组竹或木碳化的加工工艺中，所述的混合药剂按重量份每100份水包括0.2-4份的碳化剂和0.05-0.2份的助色剂。
前述的重组竹或木碳化的加工工艺中，所述的混合药剂按重量份每100份水包括0.2-1份的碳化剂和0.08-0.12份的助色剂。
前述的重组竹或木碳化的加工工艺中，所述的碳化剂为氯化锌、氯化铜、氯化铁、硫酸铝、氯化镁、氯化钙、柠檬酸、醋酸、浓盐酸、浓硫酸、磷酸、硼酸和/或马来酸酐中的一种或多种的组合。
前述的重组竹或木碳化的加工工艺中，所述的助色剂为单宁、硫酸亚铁和/或苯酚中的一种或多种的组合。
前述的重组竹或木碳化的加工工艺中，所述的碳化剂为盐酸，所述的助色剂为硫酸亚铁。
前述的重组竹或木碳化的加工工艺中，所述的混合药剂按重量份每100份水还包括0.05-0.1份分子筛催化剂，所述的分子筛催化剂为钠Y型分子筛催化剂和/或钙Y型分子筛催化剂。
前述的重组竹或木碳化的加工工艺中，具体包括以下步骤：
a、碳化处理：将竹束置于包括水、碳化剂和助色剂的处理罐内浸渍碳化，浸渍温度为25-80℃，浸渍时间为2-12小时；
b、干燥：将竹束在50-80℃温度下干燥，干燥至竹束的含水率为10-18％；
c、浸胶：取固含量为25-45％的酚醛树脂胶，将竹束在酚醛树脂胶中浸泡10-24分钟；
d、陈放：浸胶后的竹束陈放3-7天；
e、组坯：将竹束按顺纤维方向排列，放入模具中；
f、热压：将板坯放入热压机中进行热压，热压压力为1.5-2MPa，热压温度为130-180℃，热压1h后冷却至45-80℃；
g、陈化：热压完成后冷却定型得到成品。
前述的重组竹或木碳化的加工工艺中，具体包括以下步骤：
a、碳化处理：将竹束放入包括水、碳化剂、助色剂和分子筛催化剂的处理罐内浸渍碳化，浸渍温度为50-65℃，浸渍时间为4-10 小时；
b、干燥：将竹束在50-70℃温度下干燥，干燥至含水率为10-18％；
c、浸胶：取固含量为25-45％的酚醛树脂胶，将竹束在酚醛树脂胶中浸泡5-15分钟；
d、陈放：浸胶后的竹束陈放3-4天；
e、组坯：将竹束按顺纤维方向排列，放入模具中；
f、热压：将板坯放入热压机中进行热压，热压压力为1.5-2MPa，热压温度为140-160℃，热压0.5-1.5h后冷却至60-70℃；
g、陈化：热压完成后冷却定型得到成品。
前述的重组竹或木碳化的加工工艺中，具体包括以下步骤：
a、碳化处理：将竹束放入含有100份水、1份盐酸、1份硫酸亚铁和0.08份钠Y型分子筛催化剂的处理罐内浸渍碳化，浸渍温度为60℃，浸渍时间为8小时；
b、干燥：将竹束在60℃温度下干燥，干燥至竹束的含水率在15％；
c、浸胶：取固含量为32％的酚醛树脂胶，将竹束在酚醛树脂胶中浸泡10分钟；
d、陈放：浸胶后的竹束陈放3天；
e、组坯：将竹束按顺纤维方向排列，放入模具中；
f、热压：将板坯放入热压机中进行热压，热压压力为1.7MPa，热压温度为145℃，热压1h后冷却至65℃；
g、陈化：热压完成后冷却定型得到成品。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明摒弃了目前常用的高温热处理进行碳化的技术手段，高温热处理的碳化技术在热处理过程中排放大量废气和废液，污染环境，而且竹材在高温下容易变脆，导致竹材质量损失率达10％～20％，导致出材率降低。而本发明采用碳化剂和催化剂进行药剂碳化，有效地解决了现有的技术问题，具有无毒环保，所选药剂均为小分子化合物，易渗透，可以在竹材中均匀吸收。这些小分子化合物在碳化竹材的同时还能增强竹材的防水、抗菌和阻燃等性能药效持久。由于工艺中是将碳化剂和催化剂吸收进入竹材内部起作用，而非利用药剂将竹材中的成分溶出，药剂使用中会因吸收到竹材中而减少，可按同等比例添加药剂、循环和持续利用，无需排放。药剂使竹材内部发生了化学反应，达到碳化变色的目的，因此抗流失和抗降解性强。
2、本发明处理工艺简单，成本低，可操作性强，无需投入大型设备，与目前的技术方案相比，本发明的生产成本可以降低15％以上，适合工业化生产。
3、本发明中制备的碳化重组竹板材还具有非常优越的防霉效果和尺寸稳定性。附图1是普通重组竹的显微结构，附图2是本发明的重组竹的显微结构，从附图1可以看出普通重组竹内含众多的淀粉粒，而淀粉粒又是导致发霉的重要成因，因此普通重组竹的防霉效果并不理想。而附图2是本发明重组竹的显微结构，从附图2可以看出本发明重组竹的纤维内淀粉粒成分极少，这是因为在碳化剂和催化剂的药剂碳化作用下，淀粉粒成分被大量分解，因此本发明重组竹的防霉效果非常优越。附图3是普通重组竹和本发明的重组竹室外防霉效率对照图，图3中线条a为本发明的重组竹室外防霉效率图，线条b 为普通重组竹室外防霉效率图，从图3可以看出，在室外放置7天-10 天之间，本发明的防霉效率未衰减，而普通重组竹在7天后防霉效率下降明显；在室外放置30后天，本发明的防霉效率仍具有63％，而普通重组竹在室外放置18天后的防霉效率已接近为零，由此可以看出，本发明的重竹组相比普通重组竹在防霉效果上具有非常巨大的有益效果。附图4为普通重组竹和本发明的重组竹室外尺寸稳定性变化对照图，从图4中可以明显看出，本发明相比现有的普通重组竹，无论在吸水宽度膨胀率上，还是在吸水厚度膨胀率上均更为优越。
4、本发明中制备的碳化重组竹板材，颜色丰富，自然饱满，具有高级木材的纹理。图7是碳化剂和助色剂不同配比下的成品的颜色对比，从图7可以看出，不同的碳化剂和助色剂的配比制得的重组竹板材，颜色丰富，且具有高级木材的纹理。
附图说明
图1是普通重组竹的显微结构；
图2是本发明的重组竹的显微结构；
图3是普通重组竹和本发明的重组竹室外防霉效率对照图；
图4是普通重组竹和本发明的重组竹室外尺寸稳定性变化对照图；
图5是不同浸渍时间对室外用重组竹板材吸水厚度膨胀率的对比图；
图6是实施例4试验方法步骤2中试件中心点标记的结构示意图；
图7是碳化剂和助色剂在不同配比下的重组竹板材颜色变化图。
具体实施方式
实施例1：重组竹或木碳化的加工工艺，具体包括以下步骤：
a、碳化处理：将竹束放入含有100份水、1份的氯化铁和0.2 份的单宁的处理罐内浸渍碳化，浸渍温度为30℃，浸渍时间为8小时；
b、干燥：将竹束在78℃温度下干燥，确保干燥后竹束含水率在 12％；
c、浸胶：取固含量为31％的酚醛树脂胶，将竹束在酚醛树脂胶中浸泡15分钟；
d、陈放：浸胶后的竹束陈放4天；
e、组坯：将竹束按顺纤维方向排列，放入模具中；
f、热压：将板坯放入热压机中进行热压，热压压力为1.8MPa，热压温度为160℃，热压1h后冷却至70℃；
g、陈化：热压完成后冷却定型得到成品。
实施例2：重组竹或木碳化的加工工艺，具体包括以下步骤：
a、碳化处理：将竹束放入含有100份水、5份的氯化钙和0.1 份苯酚的处理罐内浸渍碳化，浸渍温度为45-55℃，浸渍时间为8小时；
b、干燥：将竹束在60℃温度下干燥，干燥至竹束的含水率在10％；
c、浸胶：取固含量为32％的酚醛树脂胶，将竹束在酚醛树脂胶中浸泡10分钟；
d、陈放：浸胶后的竹束陈放3-4天；
e、组坯：将竹束按顺纤维方向排列，放入模具中；
f、热压：将板坯放入热压机中进行热压，热压压力为1.7MPa，热压温度为145℃，热压1h后冷却至65℃；
g、陈化：热压完成后冷却定型得到成品。
实施例3：重组竹或木碳化的加工工艺，具体包括以下步骤：
取100份水、1份盐酸、1份硫酸亚铁和0.08份钠Y型分子筛催化剂置入混合处理罐中，升温至60℃，将竹束放置于内，浸渍时间8 小时后；再将竹束在60℃的温度下干燥，干燥至竹束的含水率在10％；然后将竹束浸于固含量为32％的酚醛树脂胶中10分钟，拿出竹束常温下陈放3天，将浸胶后的竹束按顺纤维方向排列组坯，热压，热压压力为1.7MPa，热压温度为145℃，热压时间1小时，热压1h后冷却至65℃，热压后冷却定型得到成品。
将实施例3制造的重组竹板材按照国家标准GB/T 30364-2013 《重组竹地板》中室外用重组竹尺寸稳定性要求，与普通重组竹进行吸水宽度膨胀率和吸水厚度膨胀率的测试，测试结果如表1。
表1室外用板材尺寸稳定性
Figure BDA0001723693120000081
按照国家标准要求，室外用重组竹地板吸水宽度膨胀率合格品要求≤4.0％，优等品要求≤3.0％，吸水厚度膨胀率合格品要求≤10.0％，优等品要求≤5.0％，由表1可知，该碳化重组竹板材的吸水宽度膨胀率远小于3.0％，吸水厚度膨胀率小于5.0％，属于优等品级别。
试验结果表明，半纤维素是无定形的物质，由两种或多种糖基组成，其结构具有分支，主链和侧链上含有亲水性基团，因而是板材中吸湿性最大的组分。本发明的碳化处理技术中,半纤维素中的某些多糖容易裂解为糠醛和某些糖类的裂解产物，在热量的作用下，这些物质又能发生聚合作用生成不溶于水的聚合物，从而降低木质材料的吸湿性。同时，纤维素的羟基减少，结构发生变化，也可降低吸湿性。
将本实施例3生产的重组竹板材按照国家标准GB/T 30364-2013，与高温碳化重组竹进行吸水宽度膨胀率和吸水厚度膨胀率的测试，测试结果如表2。
表2室外用板材尺寸稳定性
Figure BDA0001723693120000091
将本实施例3生产的重组竹板材按照国家标准GB/T 30364-2013，与实施例1和2生产重组竹进行吸水宽度膨胀率和吸水厚度膨胀率的测试，测试结果如表3。
从表2可以看出与实施例3的重组竹与普通的高温碳化重组竹相比，在尺寸稳定性上吸水宽度膨胀率从1.57％降低到0.62％，吸水厚度膨胀率从9.29％降低到2.97％，尺寸稳定性效果提升非常明显。
表3室外用板材尺寸稳定性
Figure BDA0001723693120000092
从表3可以看出，一方面实施例3优选了工艺参数和药剂配比，另一方面提高了浸渍温度(深碳)，使得实施例3的碳化重组竹相比实施例1和实施例2的碳化重组竹的尺寸稳定性的效果更加优秀，产生了预料不到的技术效果。
实施例4：包括碳化剂和助色剂的混合药剂的浸渍时间进行了试验：
1、取7组试验板材作为试验组，采用本发明的碳化加工工艺进行加工，唯一的区别是混合药剂的浸渍时间不同，这7组试验板材的浸渍时间分别为2小时、4小时、8小时、12小时、16小时、20小时、24小时。再取不采用混合药剂浸渍的普通重组竹板材作为对照组。
2、试验方法
(1)把7组试验地板和对照组一并放在(20±2)℃，相对湿度 (65±5)％条件下静置至质量恒定。相隔24小时两次称重不大于试件质量的0.1％视为恒定，称重精确到0.01g。
(2)试件如图6所示，做好中心点标记，按GB/T17657中有关试件尺寸测量中厚度的规定测量其厚度h1，精确至0.01mm。
(3)将试件浸于pH值为7±1，温度为(100±2)℃沸水中泡4h，取出后直接将试件分开平放在(63±3)℃的鼓风干燥箱中干燥20h，再浸入(100±2)℃沸水中泡4h，取出后擦去试件表面附着的水，在室温下冷却10min进行测量。在原测量点测其厚度h2，精确至0.01mm。测量工作应在10min完成。煮试件时应将试件全部浸入(100±2)℃沸水中。每次试验应更换水。
试件的吸水厚度膨胀率Th按下式计算，精确至0.1％。
Figure BDA0001723693120000111
式中：
Th——试件的吸水厚度膨胀率，％；
h1——浸水前试件的厚度，单位为毫米(mm)；
h1——浸水后试件的厚度，单位为毫米(mm)。
试件的吸水厚度膨胀率为算术平均值，精确至0.1％。
试件准备、测量和试验方法等均按照国家标准GB/T 30364-2013 《重组竹地板》的相关规定进行。
测试结果如附5所示，对照组普通重组竹板材的吸水厚度膨胀率达到了20％以上，膨胀率过大，说明普通重组竹板材的尺寸稳定性和吸水膨胀率并不理想。浸渍时间分别为2小时、20小时和24小时的试验板材的吸水厚度膨胀率均大于5％且小于10％，说明采用本发明的加工工艺的重组竹板材的尺寸稳定性和吸水厚度膨胀率明显优于普通重组竹地板，但效果并没有达到最优。浸渍时间分别为4小时、8 小时、12小时和16小时的试验板材的吸水厚度膨胀率均小于5％，效果更为优越，且从图5中可以看出，浸渍时间为8小时的试件，吸水厚度膨胀率最小，效果最为优越。

Claims (1)

1.一种重组竹或木碳化的加工工艺，其特征在于：该工艺是先将竹束置于包括水、碳化剂和助色剂的混合药剂中浸渍碳化，再进行干燥、浸胶、陈放、组坯、热压和成型，从而实现重组竹的碳化加工；所述的加工工艺具体包括以下步骤：
a、碳化处理：将竹束放入含有100份水、1份盐酸、1份硫酸亚铁和0.08份钠Y型分子筛催化剂的处理罐内浸渍碳化，浸渍温度为60℃，浸渍时间为8小时；
b、干燥：将竹束在60℃温度下干燥，干燥至竹束的含水率在15％；
c、浸胶：取固含量为32％的酚醛树脂胶，将竹束在酚醛树脂胶中浸泡10分钟；
d、陈放：浸胶后的竹束陈放3天；
e、组坯：将竹束按顺纤维方向排列，放入模具中；
f、热压：将板坯放入热压机中进行热压，热压压力为1.7MPa，热压温度为145℃，热压1h后冷却至65℃；
g、陈化：热压完成后冷却定型得到成品。
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