CN110039633A - 重组竹材的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种重组竹材的制备方法，在竹材分纤前先置于强碱弱酸盐溶液中浸泡。采用盐溶液预浸渍竹材，可有效降低竹材的酸性，加快酚醛树脂的固化，提高固化速度，很好的改善界面胶合问题。

Description

重组竹材的制备方法
技术领域
本发明涉及一种竹材的制备方法，尤其是一种重组竹材的制备方法。
背景技术
重组竹材是一种将竹材疏解成一定长度、保持纤维原有排列方式并相互交联的疏松状竹束,再经干燥、施胶、顺纹方向组坯热压而成的一种强度高、规格大、具有天然结构的新型竹质材料,该产品现已开发应用于户外地板、墙板、建筑结构材，得到欧美、澳大利亚等国国民的喜爱，也成为竹产品中增长速度最快、需求量最大的产品。由于竹材中富含淀粉等较多的营养物质，极易被霉菌等微生物侵害，而传统的防霉处理方法主要是采用防霉剂处理竹材，后期使用过程较易产生药剂流失现象，进而对环境造成一定的危害；此外，淀粉的存在不仅为霉菌生长提供了营养基质，而且也会在一定程度上阻碍了防霉剂等药剂的渗透，从而影响防霉效果。
为了提高重组竹材在户外使用性能，目前主要采用的是高温热处理技术对竹束进行热处理，但高温热处理必须超过180℃才能对材料的防腐性能起到一定的作用，防霉效果则不尽如人意；同时，由于高温热处理竹材的“三大素”均发生不同程度的降解，实质物质减少，材料损失率增加；与此同时，材料力学性能下降高达40％，材料变脆，在后期竹材分解成竹束的过程中，材料在顺纹方向上很容易发生脆断，导致原材料竹束强度的下降。而重组竹材的长期市场主要是建筑结构用材，如此高的力学性能损失，必然需要增加竹材的浸胶量和热压压力来对力学性能进行补偿，不但增加了生产成本，在一定程度上也限制了重组竹材在建筑结构领域的应用。此外，竹材的Ph值在6以下，呈现出酸性，高温热处理过程中会形成大量的乙酸，继而增加竹材的酸性，会对碱固化酚醛树脂的固化起阻碍作用，更加不利于胶合，只能通过提高温度、增加压力、延长热压时间来改善胶合性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种重组竹材的制备方法，制得的重组竹材可以获得优良的力学性能和防霉防腐性能。
本发明的技术方案为：一种重组竹材的制备方法，其特征在于：竹材分纤前先置于强碱弱酸盐溶液中浸泡。
优选的，所述强碱弱酸盐为K2CO3。
优选的，所述K2CO3盐溶液的浓度为4-6％wt，室温下浸泡25-35天；
优选的，具体步骤为：
a、竹材预处理：竹材置于强碱弱酸盐溶液中浸泡；
b、竹材分纤：对竹材进行碾压分纤，得到竹束；
c、竹束蒸煮及漂洗：将分纤后的竹束在强碱弱酸盐溶液中蒸煮，使得竹材细胞壁中粘附的淀粉分子溶解溶出，漂洗竹束以去除其中的盐离子，为后续的胶合提供较好的胶合界面，利于胶合；
d、胶合：将步骤c的得到的竹束放入浸胶池浸渍一段时间，顺纹方向组坯，热压成型。
优选的，所述步骤a和c中的强碱弱酸盐为K2CO3。
优选的，所述步骤a中K2CO3盐溶液的浓度为4-6％wt，室温下浸泡25-35天，步骤c中K2CO3盐溶液的浓度为8-10％wt，65-75℃蒸煮10-12h。
优选的，步骤b中竹材进入压辊直径为60-200mm的碾压分纤机中，进料前竹材宽2-6cm，加载压力0.6-0.75MPa，进料速度35-40mm/s。
优选的，步骤d中上胶量为5-15％重量比，热压温度135-150℃，热压时间1.3-1.5min/mm，热压压力4-7Mpa。热压时间单位min/mm,其含义是：根据被热压板材的厚度(mm)，确定热压时间(min)。
本发明的有益效果如下：
1、采用强碱弱酸盐预浸渍竹材，与以往的使用氢氧化钠处理竹材来提高竹材防霉性能而言，氢氧化钠是强碱，排放水体污染严重；竹材在强碱环境下易发生碱性水解，可显著降低竹材的力学性能。碳酸钾是草木灰的主要成分，水体污染小，适度排放，其中的钾元素可促使植物生长，在一定程度上增强其抗病虫与自然灾害的能力；其次，可有效调节竹材的酸性，加快酚醛树脂的固化，提高固化率，很好的改善界面胶合问题。
2、竹材“三大素”中的木质素主要存在于竹材细胞壁中，起着将细胞连接起来强化细胞组织的作用。碱性盐溶液可以在一定程度上溶解竹材中的木质素，对多糖类物质如纤维素和半纤维素的影响较小。由于木质素与半纤维之间有着较为牢固的联接即木质素-碳水化合物复合体，因此，经过强碱弱酸盐的处理后，木质素大分子结构发生溶解，作为粘结物质的木质素结构破坏，在某种程度上木质素-碳水化合物复合体键结合强度下降，竹材更易在外力作用下碾压分纤。同时，半纤维素因为木质素大分子结构的变化也相应发生一定程度的降解，促使半纤维素非结晶区的羟基数量减少，尺寸稳定性提高。
3、在没有外力的作用下，淀粉的糊化主要依赖于含水量和温度条件。在加热初期，随温度从20℃升高到60℃，水分子和淀粉分子形成复合物，从而降低了彼此的流动性。由于范德华力和氢键作用，淀粉的颗粒结构仍然保持稳定，但淀粉与水的混合物加热到糊化温度以上，氢键相互作用被打乱，水分子与淀粉分子的羟基发生溶剂化作用，导致淀粉颗粒迅速溶胀，结晶被溶解。在无外力的情况下，淀粉完全糊化需要充足的水，当含水量为55％时，淀粉的糊化温度为50-80℃，淀粉的结晶结构会由于淀粉颗粒的膨胀而完全解离。结合竹材后续的碾压分纤处理，通过剪切场的机械破坏，淀粉糊化后残留在竹材细胞腔和细胞壁中线性聚合物会随外力作用挤出，淀粉溶解挤出越充分，竹材的防霉效果越好。传统方法很难将竹材中淀粉完全排出，在水溶液的作用下，淀粉颗粒中的直链淀粉和支链淀粉部分解离，但大部分直链淀粉仍然包裹于支链淀粉中，很难完全溶解，影响竹材的防霉效果。本申请中，浸泡在盐溶液中的竹材大量吸水，待含水量上升至饱水状态后，淀粉颗粒中的直链和支链淀粉由于不相容而相互解离，经后续碾压分纤处理，通过外力挤压作用又会使解离过程得到加强，部分直链淀粉从中游离出来，分纤处理后的竹束经盐溶液蒸煮处理，可使得竹材细胞壁中粘附的淀粉分子充分溶解溶出，有效提高竹材的防霉性能。
附图说明
图1为未经强碱弱酸盐处理的重组竹材的电镜图。
图2为本发明的经强碱弱酸盐处理的重组竹材的电镜图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面用具体实例来详细说明本发明的技术方案，但是本发明并不局限于此。
实施例1-3
本重组竹材的制备方法，步骤包括
a、竹材预处理：竹材置于K2CO3溶液中浸泡；
b、竹材分纤：对竹材进行碾压分纤，得到竹束；
c、竹束蒸煮及漂洗：将分纤后的竹束在K2CO3溶液中蒸煮，使得竹材细胞壁中粘附的淀粉分子溶解溶出，漂洗竹束以去除竹材表面多余的盐离子，为后续的胶合提供较好的胶合界面，利于胶合；
d、胶合：将步骤c的得到的竹束放入浸胶池浸渍一段时间，顺纹方向组坯，热压成型。
其中详细的试验条件见表1。
放置于恒温恒湿箱中25℃、RH65％环境中平衡后，测量制得的重组竹材的力学性能，结果见表2。
参考ASTM E24-06将制得的重组竹材放置于30℃、相对湿度(RH)95％环境中进行霉变实验，时间一个月，按照霉菌在板材表面的生长覆盖率来对其霉变性进行评价，结果见表3。
对比例1
直接选取竹材，放置于恒温恒湿箱中25℃、RH65％环境中平衡后，测量其力学性能，结果见表2。
放置于30℃、RH95％环境中进行霉变实验，时间一个月，霉菌在板材表面的生长覆盖率结果见表3。
对比例2
选取竹材，水煮后放置于恒温恒湿箱中25℃、RH65％环境中平衡，然后测量其力学性能，结果见表2。，
放置于30℃、RH95％环境中进行霉变实验，时间一个月，霉菌在板材表面的生长覆盖率结果见表3。
对比例3
选取竹材，置于5％wt的K2CO3溶液中浸泡30天，置于9％wt的K2CO3溶液中蒸煮9h。放置于恒温恒湿箱中25℃、RH65％环境中平衡后测量其力学性能，结果见表2。
放置于30℃、RH95％环境中进行霉变实验，时间一个月，霉菌在板材表面的生长覆盖率，结果见表3。
对比例4
本重组竹材的制备方法，步骤包括
竹材分纤：对竹材进行碾压分纤，得到竹束；
胶合:将得到的竹束放入浸胶池浸渍一段时间使上胶量达到10％，顺纹方向组坯，热压成型，热压时间为150℃，热压时间1.4min/mm，热压压力5Mpa。
放置于恒温恒湿箱中25℃、RH65％环境中平衡后，测量其力学性能，结果见表2。
放置于30℃、RH95％环境中进行霉变实验，时间一个月，霉菌在板材表面的生长覆盖率结果见表3。
表1实施例1-3的试验条件
表2实施例1-3和对比例1-4的力学性能
弹性模量(Mpa) 静曲强度(Mpa) 内结合强度(Mpa)
实施例1 16064.26 148.32 2.74
实施例2 14705.67 131.47 2.28
实施例3 17124.78 171.91 2.81
对比例1 5738.93 67.91
对比例2 5752.44 66.83
对比例3 5148.15 64.88
对比例4 16874.24 160.27 2.52
表3实施例1-3和对比例1-4的霉菌菌落数
霉菌最初出现的时间(天) 霉菌生长覆盖率(％)
实施例1 25 10
实施例2 20 15
实施例3 28 5
对比例1 2 100
对比例2 5 100
对比例3 15 20
对比例4 18 15

Claims (8)

1.一种重组竹材的制备方法，其特征在于：竹材分纤前先置于强碱弱酸盐溶液中浸泡。
2.根据权利要求1所述的重组竹材的制备方法，所述强碱弱酸盐为K2CO3。
3.根据权利要求1或2所述的重组竹材的制备方法，其特征在于：所述强碱弱酸盐溶液的浓度为4-6％wt，室温下浸泡25-35天。
4.根据权利要求1所述的重组竹材的制备方法，其特征在于：具体步骤为：
a、竹材预处理：竹材置于强碱弱酸盐溶液中浸泡；
b、竹材分纤：对竹材进行碾压分纤，得到竹束；
c、将分纤后的竹束在强碱弱酸盐溶液中蒸煮，使得竹材细胞壁中粘附的淀粉分子溶解溶出，漂洗竹束以去除其中的盐离子；
d、胶合、将步骤c的得到的竹束放入浸胶池浸渍一段时间，顺纹方向组坯，热压成型。
5.根据权利要求4所述的重组竹材的制备方法，其特征在于：所述步骤a和c中的强碱弱酸盐为K2CO3。
6.根据权利要求5所述的重组竹材的制备方法，其特征在于：所述步骤a中K2CO3溶液的浓度为4-6％wt，室温下浸泡25-35天，步骤c中K2CO3溶液的浓度为8-10％wt，65-75℃蒸煮10-12h。
7.根据权利要求6所述的重组竹材的制备方法，其特征在于：步骤b中竹材进入压辊直径为60-200mm的碾压分纤机中，进料前竹材宽2-6cm，加载压力0.6-0.75MPa，进料速度35-40mm/s。
8.根据权利要求7所述的重组竹材的制备方法，其特征在于：步骤d中上胶量为5-15％重量比，热压温度135-150℃，热压时间1.3-1.5min/mm，热压压力4-7Mpa。
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