CN110509375A - 一种具有抗菌防霉性能的重组木及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有抗菌防霉性能的重组木及其制备方法。所述制备方法包括：木束的制备、木束的防霉处理、木束的施胶以及重组成型。本发明的重组木产品具有制备方法简单、防霉剂用量低且流失少、抗菌防霉好、效果持久、生产成本低且更加环保等优点。

Description

一种具有抗菌防霉性能的重组木及其制备方法
技术领域
本发明总体属于木基复合材料加工技术领域，具体涉及具有抗菌防霉性能的重组木及其制备方法。
背景技术
重组木最早是由澳大利亚联邦科学与工业研究院(CSIRO)的科学家John DouglasColeman于1973年设计和开发的类似天然木材的产品。重组木的特点在于不打乱原来的木质纤维排列方向，且能够保留木材的基本性能。新型重组木则通过将原木旋切成单板、疏解、浸胶、干燥、热压成型或冷压热固化等一系列加工过程后进行重新组合制成，所制成的重组木在显著提高原木材利用率的同时，也极大地改善了原木材的各项性能。因此，在木材供需矛盾日趋紧张且人工林木材品质普遍较低的前提下，开发新型重组木逐渐成为低质木材进行高效优质利用和缓解优质木材资源短缺的重要技术途径。
然而，由于木材本身含有丰富的蛋白质、淀粉等营养物质，即使经过热压法和冷压热固化法制备的重组木产品，在使用过程中在合适的温度和湿度环境下，也极易不同程度地发生霉变。尤其是当重组木作为户外材料使用时，在潮湿的环境下霉变将变得更为严重，影响其外观和使用价值，从而阻碍了重组木产品在室外的进一步推广应用。
当前的重组木防霉处理中，主要分为两种方式：一种方式是将木束浸渍防霉剂后，通过浸渍低分子量的水溶性胶黏剂进行处理，但是这种处理方式容易导致重组木制备过程中防霉剂的流失，降低、甚至无法达到有效的防霉效果；另一种方式是将制备好的重组木产品浸渍防霉剂进行防霉处理，但是表面浸渍防霉剂的重组木在户外环境下，极易降解和流失，且随着时间的流逝，防霉性能不断下降。
因此，通过减小防霉剂在重组木制备过程中的流失而减少防霉剂的使用量以及损耗、改善重组木产品的抗菌防霉能力、提高重组木的质量、进而延长重组木产品的使用寿命是当前迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种重组木的高效防霉处理方法，该方法能够显著地减少或避免防霉剂的流失，实现了重组木产品高效、持久的防霉。
根据本发明的一个方面，提供了一种抗菌防霉重组木的制备方法，包括以下步骤：
A.木束的制备：
(a)将原木制成单板，再裁剪成单板条；或者将废单板裁剪成单板条；
(b)将所述单板条疏解形成网状木束；
B.木束的干燥：
将步骤A制得的所述木束干燥至含水率为约5-15％，优选地约5-8％；
C.木束的防霉处理：
将步骤B制得的干燥木束浸入防霉剂中，所述防霉剂的载药量为木束绝干质量的约0.15-5.50％、优选地约0.35-4.5％或优选地约1.0-2.5％；将浸渍所述防霉剂后的木束再次干燥至含水率为约1-8％、优选地约1-4％或约1-3％；
D.木束的施胶处理：
所述重组木的上表层部和下表层部中的木束的涂胶：将步骤C制得的干燥木束双面涂施胶黏剂，陈放0.5-1小时，将涂胶后的木束干燥至含水率为约10-14％、优选地约12-14％，其中在后期重组成型时，将2-3层涂胶后的木束作为所述重组木的上表层部并且将2-3层涂胶后的木束作为所述重组木的下表层部；和
所述重组木的芯层部中的木束的浸胶：将步骤B制得的干燥木束浸渍在胶黏剂溶液中直至所需的施胶量，将浸胶后的木束干燥至含水率为约10-14％、优选地约12-14％，将浸胶后的木束置于上表层部和下表层部之间作为所述重组木的芯层部；
E.重组成型：
将步骤D中获得的所述重组木的上表层部中的木束、所述重组木的芯层部中的木束和所述重组木的下表层部中的木束压制成密度为约0.70-1.40g/cm3的所述重组木。
优选地，所述原木为桉树、杨木、杉木、松木等中的一种或多种。
优选地，所述防霉剂的浸渍方式可包括直接浸渍、负压浸渍、加压浸渍或真空加压浸渍。
具体地，木束绝干质量是指将木束在105℃烘干直至其质量恒定时的质量。
具体地，直接浸渍的操作步骤如下：将防霉剂倒入浸渍池或槽中，将疏解后的木束放置到槽中，一段时间后取出浸入防霉剂的木束；负压浸渍的操作步骤如下：将疏解后的木束置于浸渍处理真空罐中，密闭抽真空至真空罐内的压力为约-0.05至-0.1MPa，然后通入防霉剂，浸泡该木束一段时间，再打开真空罐，取出浸入防霉剂的木束；加压浸渍的操作步骤如下：将防霉剂和疏解后的木束置于浸渍处理罐中，密闭加压约0.2至0.8MPa，持续一段时间，然后泄压、打开处理罐，取出浸渍防霉剂后的木束；真空加压浸渍的操作步骤如下：将疏解后的木束置于浸渍处理真空罐中，密闭抽真空至罐内的压力为约-0.05至-0.1MPa，然后通入防霉剂，加压浸渍至约0.2至0.8MPa，持续一段时间后泄压，打开处理罐，取出浸渍防霉剂的木束。
优选地，所述防霉剂可为水溶性防霉剂。
优选地，所述防霉剂可为无机防霉剂或有机防霉剂。
优选地，所述防霉剂可还含有中草药成分，尤其是具有防腐抗菌、提神、抗疲劳、保健等作用的中草药成分。
优选地，所述胶黏剂可为酚醛树脂胶黏剂。
优选地，所述胶黏剂配制成固含量20-35％、优选地固含量25-30％进行涂胶，且涂胶量为木束绝干质量的8-20％。
优选地，所述胶黏剂配制成固含量6-18％的溶液进行浸胶且浸胶量为木束绝干质量的8-20％。
优选地，所述步骤A获得的网状木束的直径为约1mm-3mm。
优选地，所述干燥通过气干法或者使用干燥装置进行，所述干燥装置例如为网带式干燥机或者窑式干燥机。
优选地，所述胶黏剂的涂施通过双面辊涂机、淋涂机或其他常规的涂施装置进行。
优选地，所述胶黏剂的涂施包括喷施、淋洒、涂抹胶黏剂等。
优选地，所述压制通过热压法或冷压热固化法(固化温度为135-145℃)进行。
根据本发明的另一方面，提供了一种抗菌防霉的重组木，其由上表层部、芯层部和下表层部构成，所述重组木的密度为约0.70-1.40g/cm3，其中：所述上表层部由2-3层木束构成，并且所述下表层部由2-3层木束构成，并且所述上表层部和所述下表层部中的木束负载有防霉剂并且在所述木束的防霉剂上附着胶黏剂；所述芯层部由木束构成，所述芯层部中的木束负载有胶黏剂；所述上表层部、下表层部和芯层部中的所述木束为原木制成的单板条或废单板条经过疏解形成的网状木束，所述木束的直径为约1mm-3mm；并且所述上表层部和下表层部中的木束的防霉剂的量为木束绝干质量的约0.15-5.50％、优选地约0.35-4.50％或优选地约1.0-2.5％；和所述上表层部、下表层部和芯层部中的木束的胶黏剂的量为木束绝干质量的约8-20％。
优选地，涂胶量或浸胶量通过以下公式计算：
式中：G—涂胶量/浸胶量(％)；G1—涂胶前/浸胶前的材料的质量(g)；G2—涂胶后/浸胶后的材料质量(g)；P—胶粘剂配置的胶液的固体含量(％)；W—涂胶前/浸胶前材料的含水率(％)。
优选地，重组木中的防霉剂为水溶性防霉剂。
优选地，重组木中的防霉剂为无机防霉剂或有机防霉剂。
优选地，重组木中的防霉剂还含有中草药成分。
优选地，重组木中的胶黏剂为酚醛树脂胶黏剂。
根据本发明的又一方面，提供了本发明的重组木在制造室内外装饰材料、建筑物、地板、家具、玩具等中的用途。
本发明的有益效果包括：(1)防霉剂在重组木表层部的木束层中分布均匀、稳定性高等；(2)防霉剂仅处理表面部的2-3层木束，显著地降低防霉剂使用量进而降低了重组木的生产成本；(3)由于防霉剂被完全包覆在酚醛树脂胶黏剂和木束之间，因此有效地降低了重组木制备过程以及后期产品使用过程中防霉剂的流失；和(4)实现了室外高湿环境下长时间(如，长达6个月)的高效防霉，特别是在室外环境下。
附图说明
图1示出本发明的重组木的构造示意图；
图2示出本发明的木单板疏解后的木束的SEM图；
图3示出本发明的浸渍防霉剂后的木束的Micro-CT图；
图4示出根据本发明的方法浸渍防霉剂后的木束的EDS图(线扫)；
图5示出本发明的重组木的室内试验防霉效果图；和
图6示出本发明的重组木的室外试验防霉效果图。
具体实施方式
下面结合实施例，进一步阐述本发明。应理解，本发明的技术方案不限于以下所列举的具体实施方式，还包括各种具体实施方式的组合。
下述实施例中所使用的实验方法和装置如无特殊说明，均为常规方法和装置。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
本发明中的表述“约”指该具体的值以及在该值±5％范围内的合理延伸仍包含在本发明要求保护的范围内。如数值5％，指在(5-5*0.05)％-(5+5*0.05)％范围内的全部数值，包括两个端值。
实施例1：抗菌防霉重组木的制备
一种抗菌防霉重组木的制备方法，包括如下步骤：
1)木束的制备
将杨木原木旋切成2-8mm厚的单板，然后利用裁剪机裁剪成约120mm宽的单板条；将所述单板条在多功能疏解机中进行疏解分离成纵向不断、横向交织的网状木束结构，其中木束的直径为约1mm-3mm；
2)木束的干燥
将步骤1)中获得的网状木束采用气干法干燥至含水率为约8％；
3)木束的防霉处理
将步骤2)中获得的一部分木束浸入主要成分为IPBC、季铵盐和OIT的水溶性防霉剂AEM5700-O-30(购自广州佳尼斯防霉抗菌有限公司)中约30分钟至1小时，以促进防霉剂更好地向材料内部渗透，其中，防霉剂的载药量是木束绝干质量的约0.40％。浸渍防霉剂后的木束，采用网带式干燥机干燥至含水率为约2％，其中干燥温度为约105℃。
4)木束施胶
将步骤3)中获得的浸渍过防霉剂的木束，采用酚醛树脂胶黏剂利用双面辊涂机对木束进行双面涂胶。所采用的酚醛树脂胶黏剂商购自北京太尔胶黏剂有限公司的PF16L510，具体参数如下：固含量为44.92％；粘度cps/30℃为50；pH值为9.8；游离甲醛为0.084％；游离苯酚为2.51％。将酚醛树脂胶黏剂配成固含量为约32％，涂胶量为木束绝干质量的约18％，具体地，对木束双面涂胶，陈放0.5-1小时以使得胶液更易于向材料内部渗透，然后将涂胶后的木束干燥至含水率为约12％。这部分经过防霉剂处理和涂胶处理的木束在随后的重组成型中放置在重组木的上、下表面，各铺3层。
另外，重组木中除构成上、下表面层的经防霉处理和涂胶处理的木束外，其余的构成芯层的木束采用浸胶法施胶。所采用的酚醛树脂胶黏剂同涂胶过程采用的胶黏剂。具体地，将酚醛树脂胶黏剂配成固含量为约15％的溶液，将步骤2)中获得的一部分木束浸渍在该酚醛树脂溶液中约10min，浸胶量为木束绝干质量的约18％。浸胶后的木束，采用气干法将木束的含水率干燥至为约12％。这部分未经过防霉处理、浸胶后的木束在后期重组成型中放置在重组木的中间部分，构成重组木的芯层部。
5)重组成型
将4)中获得的涂胶木束和浸胶木束按顺纹组坯后，采用热压法制备成密度为约1.0g/cm3的重组木。
如图1所示本发明重组木的结构示意图，其中，防霉剂仅仅分布在重组木的上下两个表层部且被胶黏剂覆盖。
实施例2：防霉剂在木束中的分布测试
取经疏解后的木束以及防霉剂处理后的木束，分别采用扫描电子显微镜(SEM)、微型计算机断层扫描仪(Micro-CT)以及能谱分析技术(EDS)观察防霉剂在木束中的分布特征(如图2-4所示)。
结果发现：如图2中的横截面图(a)-(c)以及纵剖面图(d)-(f)所示，木单板经过疏解处理后，木材纤维细胞、导管和木射线被破坏，部分细胞裂解且细胞壁发生破裂，纤维细胞沿胞间层出现裂隙，从而大幅增加了木束的比表面积。当将木束浸渍在防霉剂溶液中时，防霉剂可以通过木束疏解的裂纹和缝隙进入到木材细胞的细胞腔和细胞壁中，从而提高了防霉剂在木束层中的分布均匀性。
在计算机断层扫描观察中，由于防霉剂中包括含有碘元素的IPBC，且X射线对不同的物质吸收率不同，防霉剂中的碘元素(I)在CT图像中颜色较亮。从图3可知，浸渍防霉剂后的木束中导管、纤维细胞、木射线处以及缝隙处都有亮点出现，说明防霉剂已经进入到木束的细胞腔、细胞壁以及细胞间裂隙中，且分布比较均匀。
采用能谱分析技术(EDS)对进行防霉剂处理后的木束进行扫描，如图4所示，由碘元素(I)的分布可知，防霉剂不仅分布在细胞腔中，同时还会残留在细胞壁上。
上述实验结果表明，防霉剂在经疏解后的木束层中均匀地分布。因此，由2-3层防霉剂处理的木束层构成重组木的表层部分，这有利于重组木实现均匀一致的防霉效果。
实施例3：木束的防霉性能测试
参照国家标准GB/T 18261-2013《防霉剂对木材霉菌及变色菌防治效力的试验方法》，将实施例1中获得的重组木作为研究对象在室内和室外条件(四川成都室外环境，放置时间为2018年9月至2019年3月)下进行测试，分析其对木材霉菌以及变色菌(可可球二孢，Botryodiplodia theobromae Pat.)的抗菌防霉效果，其中，采用未施用防霉剂的重组木作为对照。
结果显示，在室内测试4周后，本发明的重组木对可可球二孢的感染值为0-1；而未施用防霉剂的重组木4周后的感染值达到4(图5)。另外，在四川高湿室外环境条件下研究也发现，本发明的重组木的防霉效果可达6个月，而未施用防霉剂的重组木则在第10天左右开始出现霉变(图6)，这充分说明本发明的重组木出现霉变的时间显著晚于未施用防霉剂的重组木。
试验结果表明：经过本发明方法制备的重组木在相同的条件下比未使用防霉剂处理的重组木的防霉效果显著。原因是通过采用涂胶工艺，将防霉剂包覆在木束和酚醛树脂胶黏剂之间，对防霉剂的流失起到了一定的保护作用。因此，根据本发明的重组木制备工艺生产的重组木具有极佳的抗菌防霉效果，并且由于仅仅在重组木的表层部施用防霉剂，从而有效地降低了防霉重组木的生产成本。
以上所述仅仅是本发明的优选实施方式。应当指出的是，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，本领域技术人员可对本发明的细节进行各种修改、变更或替换。这些修改、变更或替换也应理解为包括在本发明要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种抗菌防霉重组木的制备方法，包括以下步骤：
A.木束的制备：
(a)将原木制成单板，再裁剪成单板条；或者将废单板裁剪成单板条；
(b)将所述单板条疏解形成网状木束；
B.木束的干燥：
将步骤A制得的所述木束干燥至含水率为约5-15％；
C.木束的防霉处理：
将步骤B制得的干燥木束浸入防霉剂中，所述防霉剂的载药量为木束绝干质量的约0.15-5.50％，将浸渍所述防霉剂后的木束再次干燥至含水率为约1-8％；
D.木束的施胶处理：
所述重组木的上表层部和下表层部中的木束的涂胶：将步骤C制得的干燥木束双面涂施胶黏剂，陈放0.5-1小时，将涂胶后的木束干燥至含水率为约10-14％，其中在后期重组成型时，将2-3层涂胶后的木束作为所述重组木的上表层部并且将2-3层涂胶后的木束作为所述重组木的下表层部；和
所述重组木的芯层部中的木束的浸胶：将步骤B制得的干燥木束浸渍在胶黏剂溶液中直至达到所需的施胶量，将浸胶后的木束干燥至含水率为约10-14％，其中在后期重组成型时，将浸胶后的木束置于所述重组木的上表层部和下表层部之间作为所述重组木的芯层部；
E.重组成型：
将步骤D中获得的所述重组木的上表层部中的木束、所述重组木的芯层部中的木束和所述重组木的下表层部中的木束压制成密度为约0.70-1.40g/cm3的所述重组木。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述防霉剂的浸渍方式为直接浸渍、负压浸渍、加压浸渍或真空加压浸渍。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述防霉剂为水溶性防霉剂。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述防霉剂为无机防霉剂或有机防霉剂。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，所述防霉剂含有中草药成分。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中，所述胶黏剂为酚醛树脂胶黏剂。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中，将所述胶黏剂配制成固含量约20-35％进行涂胶且涂胶量为木束绝干质量的约8-20％。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中，将所述胶黏剂配制成固含量约6-18％的溶液进行浸胶且浸胶量为木束绝干质量的约8-20％。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其中，所述步骤A获得的网状木束的直径为约1mm-3mm。
10.一种抗菌防霉的重组木，其通过根据权利要求1-9中任一项所述的方法制备。
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