CN110802709A - 一种芳香养生人造纤维板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种芳香养生人造纤维板及其制备方法，该纤维板包括以下重量份的原料：木质纤维100～110份、香料20～25份、丙烯酸20～25份、水20～25份。其制备方法包括以下步骤：首先将丙烯酸与水按照质量比1：1混合制成胶黏剂，然后将干燥后的木质纤维和干燥粉碎后的香料混合，进行施胶、铺装成型、预压和热压，冷却后即为芳香养生人造纤维板。本发明通过加入特定比例的香料，不仅使木质人造纤维板具有了保健、净化空气的功能，还缩短了胶黏剂的固化时间，同时还进一步的提高了人造纤维板的物理力学性能，取得了意料不到的技术效果。并且，本发明的制备方法简单，设备和原料成本低，适于占市场主要比例的中产消费者。

Description

一种芳香养生人造纤维板及其制备方法
技术领域
本发明涉及板材技术领域，特别涉及一种芳香养生人造纤维板及其制备方法。
背景技术
随着人们消费的倾向趋于回归自然、生态，人们在生活的方方面面也更加青睐天然制品。板材除原生料加工而成的制品外，更多的是以人造板材的面貌走进建筑、家居及消费者的日常生活。原生木材所具有的特殊的纹理、品类以及木质芳香等特质是其受众人所追求的品质，其中，木质芳香因为能够抑制细菌、驱赶蚊虫、净化居室空气尤其受消费者喜爱，而对于后期加工而成的人造板材而言，则缺乏了原生木材优越的材料品质，因此，在人造板材的生产过程中，如何通过特定的处理、加工和生产技术使其具有类似于原生木材的品质是此类板材与原生板材的竞争热点。
20世纪80年代出现了由微胶囊法、共混纺丝法和复合纺丝法等加工、生产技术制成的芳香纤维制品，目前，市场上存在运用芳香纤维纺织品与原生木材(如紫檀木、红木、鸡翅木等高昂的木材)复合生产具有一定功效的人造板材，但由于生产技术复杂、原材料价格高昂等因素，导致其成本过高。而人造纤维板材的应用与发展，能够节约原生木材的消耗和高昂的成本，具有生产价格低廉又具有一定功效的人造纤维板的可能性。
因此，如何在木质纤维板中加入具有特殊养生功效的香料制成价格低廉、性能优异的芳香型纤维板是本领域相关人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种芳香养生人造纤维板，本发明以中草药植物为芳香配料，与木质纤维混合、热压制成新型芳香养生人造纤维板，为人体保健提供药理养生功效，同时为家居建材的发展探索新的契机。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种芳香养生人造纤维板，包括以下重量份的原料：木质纤维100～110份、香料20～25份、丙烯酸20～25份、水20～25份。
优选的，包括以下重量份的原料：木质纤维100份、香料20份、丙烯酸20份、水20份。
优选的，所述香料为艾草、薰衣草、柑橘、薄荷中的任意一种或几种。
本发明还公开了一种芳香养生人造纤维板的制备方法，包括以下步骤：首先将丙烯酸与水按照质量比1：1混合制成胶黏剂，然后将干燥后的木质纤维和干燥粉碎后的香料混合，进行施胶、铺装成型、预压和热压，冷却后即为芳香养生人造纤维板。
优选的，施胶量为木质纤维质量的35～45％。
优选的，所述热压温度为125～130℃，热压压力为2.5～3.0Mpa，针对香料的添加，热压温度和热压压力与现有技术(热压温度180～190℃，热压压力4.0～5.0Mpa)相比发生了较大的改变，热压温度和热压压力对压制成型后板材的密度和香料的气味挥发有一定影响。并且本发明的热压温度更易升温、热压压力更易掌握与控制。
优选的，热压后芳香养生人造纤维板密度为0.7g/cm3。
相对于现有技术，本发明通过加入特定比例的香料，不仅使木质人造纤维板具有了保健、净化空气的功能，还缩短了胶黏剂(水性丙烯酸)的固化时间，同时还进一步的提高了人造纤维板的物理力学性能，取得了意料不到的技术效果。并且，本发明的制备方法简单，设备和原料成本低，适于占市场主要比例的中产消费者。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为不同香料添加比对胶黏剂固化性能的影响
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一、实验原料
本发明实施例采用的原料均为市购，其中木质纤维来源于灵寿县俊轶矿产品加工厂纤维板车间，含水率≤5％，木质纤维长度为0.5mm-1.0mm，耐高温阻燃温度为850℃，灰分含量≤10％，堆积密度约为25-29g/cm3；艾草由济南众生艾草制品科技有限公司提供；薰衣草由新疆伊犁霍城县六十五团香之韵薰衣草加工厂提供。
薰衣草和艾草的基本化学参数和物理属性见下表1。
表1薰衣草和艾草的基本化学参数和物理
项目 艾草原料提取物 薰衣草原料提取物
主要成分 樟脑、龙脑 乙酸芳樟酯、芳樟醇
PH值 5.3 5.6
黏度(cp.20℃) 11.3 11.8
气味特征 中药味、浓烈 浓烈
香料作用 药膳、提神、织物染料、驱虫 入药、助眠、安神
二、实验设备及条件
板材设备：电热鼓风干燥箱：型号OHG-101-2B，绍兴市上虞区沪越仪器设备厂制造；平板硫化机：250KN，湖州市顺力橡胶机器制造有限公司制造；多功能搅拌机：型号BH-25，大庆天臻饮食机械有限公司制造；电子天平：型号JN-B-5，广州予华仪表有限公司制造；板材模具：型号50mm*50mm*300mm，南京林业大学人造板实验室制造；微机控制电子万能测试机：20KN，深圳三思科技有限公司制造。
脑电波测试仪：型号EK，徐州中马诊疗器具有限公司制造。
蒸馏设备：电子天平：型号JN-B-5，广州予华仪表有限公司制造；数显恒温水浴锅，型号HH系列-1，青岛聚创环保设备有限公司制造。
提取物成分检测采用Agilent公司生产的GC(6890N，USA)和GC-MS(S6890/5973N，USA)色相-质谱仪：
色谱条件：汽化室温度：250℃；柱型：Supelco18275-06A PTE-5Capillary柱(30m×0.25mm×0.25μm)；进样量：0.2μL；载气为氮气，流速为0.9mL/min,分流比为70：1；设定起始温度为80℃，持续15分钟，以2℃/min升高温度达到190℃，继续持续15分钟，再以15℃/min提高到300℃，并持续15分钟。
质谱条件：柱型：Agilent Db-5MS(50m×0.25mm×0.25μm)，流量：1.1mL/min；倍增管电压：1623V；扫描范围：45-450AMU；电离方式：EI；离子电压：70eV；离子源温度：230℃；接口温度：290℃；四极杆温度160℃；全程采用SCAN扫描。
实施例1
一种芳香养生人造纤维板，包括以下重量份的原料：木质纤维100份、艾草20份(艾草加入量为木质纤维的20％)、丙烯酸20份、水20份。
制备方法包括以下步骤：首先将丙烯酸与水按照质量比1：1混合制成胶黏剂，然后将干燥后的木质纤维和干燥粉碎后的艾草混合，进行施胶(施胶量为木质纤维质量的40％)、铺装成型、预压和热压，热压温度为125℃，热压压力2.5Mpa，冷却后即为芳香养生人造纤维板。
实施例2
一种芳香养生人造纤维板，包括以下重量份的原料：木质纤维100份、薰衣草20份(薰衣草加入量为木质纤维的20％)、丙烯酸20份、水20份。
制备方法包括以下步骤：首先将丙烯酸与水按照质量比1：1混合制成胶黏剂，然后将干燥后的木质纤维和干燥粉碎后的薰衣草混合，进行施胶(施胶量为木质纤维质量的40％)、铺装成型、预压和热压，热压温度为125℃，热压压力2.5Mpa，冷却后即为芳香养生人造纤维板。
实施例3
一种芳香养生人造纤维板，包括以下重量份的原料：木质纤维110份、薄荷25份、水性丙烯酸50份、水25份。
制备方法包括以下步骤：首先将丙烯酸与水按照质量比1：1混合制成胶黏剂，然后将干燥后的木质纤维和干燥粉碎后的薄荷混合，进行施胶(施胶量为木质纤维质量的45％)、铺装成型、预压和热压，热压温度为130℃，热压压力3.0Mpa，冷却后即为芳香养生人造纤维板。
实施例4
一种芳香养生人造纤维板，包括以下重量份的原料：木质纤维105份、柑橘22份、水性丙烯酸45份、水22份。
制备方法包括以下步骤：首先将丙烯酸与水按照质量比1：1混合制成胶黏剂，然后将干燥后的木质纤维和干燥粉碎后的薄荷混合，进行施胶(施胶量为木质纤维质量的35％)、铺装成型、预压和热压，热压温度为128℃，热压压力2.8Mpa，冷却后即为芳香养生人造纤维板。
对比例1-3
将实施例1中艾草的重量份依次修改为5份、10份、15份(艾草加入量依次为木质纤维的5％、10％、15％)，其余同实施例1。
对比例4-6
将实施例2中薰衣草的重量份依次修改为5份、10份、15份(薰衣草加入量依次为木质纤维的5％、10％、15％)，其余同实施例1。
空白对照试验
将实施例中艾草的重量份修改为0份，其余同实施例1。
试验例1
吸嗅香料比例测试
通过征集70位实验志愿者，进行不同比例的香料喜好程度的试验。
表2吸嗅香料添加比接受程度表
Figure BDA0002272133400000061
结果得出试验对象对20％比例的香料添加比例接收程度最高。接受20％艾草添加比的实验对象约占总试验者的48％，接受20％薰衣草添加比的约占总试验者的46％。也就是实施例1-2的气味接收程度要优于对比例1-6。
试验例2
气味吸嗅脑电波测试
实验目的在于比较芳香型纤维板与普通纤维板散发的气味，在人体吸嗅后对大脑的刺激和生理的影响，为实现室内木质建材的生态、健康、更好地为生活服务的设计追求。
1.香料成分分析
蒸馏提取：检测物采用蒸馏法提取。去除干粒中的杂质与硬枝，分别称重100g的原料放入1000mL的玻璃烧瓶中，两端连接好水汽发生装置和冷凝管，并将冷凝管与水油分离器连接，进行精油提取实验，于7小时后结束实验，分别收集提取液。进行5次实验，将其与NaSO4混合后去除水分，计算得率，并对精油冷藏保存以待进一步色谱、质谱分析。
表3艾草提取物主要成分
保留时间(min) 化合物(中文) 化合物(英文) 相对含量(％)
13.23 α-蒎烯 α-Pinene 0.95
16.25 β-蒎烯 β-Pinene 0.45
18.26 莰烯 Camphene 1.12
21.33 β-月桂烯 β-Myrcene 1.29
24.12 γ-松油烯 γ-terpinene 1.61
25.33 1，8-桉叶油素 1，8-Cineole 15.36
26.15 蒿酮 Artemisia ketone 1.13
29.38 蒿酮 Artemisia alcohol 2.31
34.26 芳樟醇 Linalool 0.91
39.71 2-环乙烯-1-醇 2-cyclohexen-1-o1 1.62
40.12 龙脑 Borneol 2.89
43.12 樟脑 Camphor 13.21
44.02 4-松油醇 Terpineol-4 5.26
45.08 反式-石竹烯 Trans-caryoophyllene 4.81
48.71 大根香叶烯-D Germacrene-d 1.56
51.22 反式-香芹醇 Trans-carveol 2.74
51.31 丁香酚 Eugenol 1.12
53.26 斯巴醇 Spathulenol 3.25
54.13 甘橘环 Azulene 4.35
艾草提取物共由32种成分组成，包括15.36％1，8-桉叶油素，13.21％樟脑，4-松油醇5.26％，4.35％甘菊环等。主要成分见下表7，其中超过1.00％的成分有莰烯1.12％、β-月桂烯1.29％、γ-松油烯1.61％、蒿酮(Artemisia ketone)1.13％、蒿酮(Artemisiaalcohol)2.31％、2-环乙烯-1-醇1.62％、龙脑2.89％、反式-石竹烯2.74％、大根香叶烯-D1.56％、反式-香芹醇2.74％、丁香酚1.12％、斯巴醇3.25％。
表4薰衣草提取物主要成分
保留时间(min) 化合物(中文) 化合物(英文) 相对含量(％)
15.23 α-蒎烯 α-Pinene 0.23
18.66 β-蒎烯 β-Pinene 0.08
19.56 莰烯 Camphene 0.35
22.39 β-月桂烯 β-Myrcene 0.41
25.36 柠檬烯 Limonene 0.26
26.36 1，8-桉叶油素 1，8-Cineole 1.35
27.58 顺式罗勒烯 cis-Ocinmene 2.51
31.22 α-松油烯 α-Terpinene 0.22
36.56 乙酸辛烯-1-酯 Octen-1-o1 acetate 2.94
38.45 丁酸乙酯 Butanoic acid，hexylester 0.41
40.35 1-辛烯-3-醇 1-Octen-3-o1 0.27
42.12 橙花醇氧化物 Nerol oxide 0.41
43.22 樟脑 Camphor 0.44
45.65 芳樟醇 Linalool 20.56
46.12 乙酸芳樟酯 Linalyl acetate 24.61
49.35 α-檀香萜 α-Santalene 1.85
53.22 乙酸龙脑酯 Bomyl acetate 0.82
53.45 乙酸薰衣草酯 Lavandulyl acetate 15.51
51.55 龙脑 Borneol 2.31
57.54 薰衣草醇 Lavandulol 4.35
57.72 α-松油醇 α-Terpineol 1.92
58.65 乙酸橙花酯 Neryl acetate 1.52
58.92 β-红没药烯 β-Bisabolene 0.15
60.33 乙酸香叶酯 Geranyl acetate 1.91
61.52 枯茗醇 Cuminaldehyde 0.81
62.11 橙花醇 Nerol 0.83
63.56 香叶醇 Geraniol 2.35
64.44 环氧石竹烯 Caryophyllene oxide 5.89
70.23 苯甲酸 Benzoic acid 2.13
71.39 α-杜松醇 α-Cadinol 0.94
薰衣草提取物共由42种成分组成，包括乙酸薰衣草酯15.51％，20.56％芳樟醇，24.61％乙酸芳樟酯等。主要成分见下表8，其中相对含量在1.00％以上的成分有1，8-桉叶油素1.35％、顺式罗勒烯2.51％、乙酸橙花酯1.52％、乙酸辛烯-1-酯2.94％、α-檀香萜1.85％、龙脑2.31％、薰衣草醇4.35％、α-松油醇1.92％、乙酸香叶酯1.91％、环氧石竹烯5.89％、苯甲酸2.13％、香叶醇2.35％。
检测显示，艾草和薰衣草的提取物大量以单萜烯和单萜醇存在，氧化物含量较少，此类物质具有舒缓情绪、降低疲劳感、镇静、抑制病菌等药理功效。
2.脑电波测试方法和结果
(1)实验指定70位成年受试者进行气味吸嗅脑电波测试，在进入测试间前，需对每位受试志愿者进行实验室安全操作规范方面的指导，并填写相关个人健康素质表格。
(2)每位志愿者均在南京林业大学人造板材实验室测试间进行气味吸嗅脑电波仪测试。测试时，被试者应保持自由舒适坐姿，当大脑信号发出后，由电极引出，经过傅里叶转变，大脑的电波以功率和频率关系在显示器屏幕上呈现α、β、δ和θ四种电波曲线。此次实验采用18导式脑电波测试仪，受试时需志愿者保持平静、放松的状态，这样有利于脑电波数据的准确显示、记录。
(3)脑波测试：实验中考虑到香料的挥发性，针对艾草和薰衣草设置密度板空白对照组，并选取香料配比为20％的芳香型纤维板进行吸嗅脑电波测试。实验时，将每块规格为50mm*50mm*10mm的芳香型纤维板分别装入容积相同的密封袋中，并遮住香料配料比。实验保持受试者在自然状态下，采取每间隔6min更换一组，每7天为一个周期的方式，对同样的受试者进行为期两个月的吸嗅脑波测试。
表5脑电波测试结果
实验对象 香料配比/％ a波/％ β波/％ δ波/％ θ波/％
空白对照 0 45.51±6.10 25.55±3.33 15.52±3.10 17.23±2.60
艾草 20 45.64±6.75 26.44±3.27 14.74±2.75 17.51±2.89
薰衣草 20 46.75±6.56 26.56±3.68 14.54±2.81 17.79±2.85
测试结果如表3所示，加入艾草后受试者的α波所占比为45.64％±6.75％，β波占比为26.44％±3.27％，与空白组相较有所提高。加入薰衣草后的α波和β波占比与空白组相比有所增加。加入艾草和加入薰衣草的6波占比分别为14.74％±2.75％和14.54％±2.81％，与空白对照组相比均呈下降趋势；加入艾草和加入薰衣草的θ波占比为17.51％±2.89％和17.79％±2.85％，与空白对照组相比在一定程度上有所提高。
通过上述为期两个月的吸嗅脑波测试结果表明，通过吸嗅，人体的脑波频率有明显增加(α波代表人体提高记忆与集中注意力的脑波频率、β波代表人体集中注意力与认知行为的脑波频率、δ波代表人体安静熟睡的脑波频率、θ波代表人体安静时的脑波频率)，加入薰衣草的芳香型纤维板使人体的脑波增加频率更快。通过实验者的吸嗅测试，脑波频率产生差异，可以说明芳香养生人造纤维板中香料的加入对人体大脑的刺激在一定程度上具有积极的影响。
试验例3
胶黏剂性能测试
此次实验目的是为了解加入香料后对胶黏剂性能的影响大小。实验共分为四组重复试验，每组对采用香料配比为5％、10％、15％、20％和空白对照组的纤维板进行检测。
图1为不同香料添加比对胶黏剂固化性能的影响
图1显示，虽然加入的艾草和薰衣草的比例不同，但对胶黏剂(水性丙烯酸)的固化时间的影响较小，甚至接近。并且，加入20％的艾草和薰衣草后，由于水性丙烯酸呈弱酸性质，其固化时间呈下降趋势，更容易固化。
试验例4
芳香养生人造纤维板物理力学性能分析
鉴于上述胶黏剂固化性能的实验，在进行芳香型纤维板相关力学性能测试时，由于胶黏剂固化程度与所加入的一定比例的香料关系较小，考虑到热压过程分析芳香型纤维板中的香料暴露在空气中，具有一定的挥发性，确定选用香料含量为20％的芳香养生人造纤维板来进行检测。通过精密电子天平称重，与胶黏剂和木质纤维热压后，其检测结果如下表6-9所示。
表6测试结果-静曲强度
实验组别 空白对照 20％艾草 20％薰衣草
组1 19.23 20.12 19.35
组2 19.11 20.08 19.95
组3 20.01 19.98 20.05
组4 19.12 20.31 20.16
平均静曲强度(MPa) 19.37 20.12 19.88
表7测试结果-内结合强度
实验组别 空白对照 20％艾草 20％薰衣草
组1 0.55 0.59 0.61
组2 0.49 0.51 0.63
组3 0.51 0.59 0.62
组4 0.52 0.57 0.63
平均内结合强度(MPa) 0.52 0.57 0.62
表8测试结果-弹性模量
实验组别 空白对照 20％艾草 20％薰衣草
组1 2208.25 2209.11 2219.32
组2 2209.56 2308.91 2228.99
组3 2009.31 2218.36 2289.16
组4 2018.21 2309.55 2301.36
平均弹性模量(MPa) 2111.33 2261.48 2259.71
表9测试结果-吸水厚度膨胀率
实验组别 空白对照 20％艾草 20％薰衣草
组1 11.78 12.38 11.21
组2 10.37 12.98 10.39
组3 11.54 12.12 11.56
组4 12.11 12.31 11.93
平均吸水厚度膨胀率(％) 11.45 12.45 11.27
结果显示，加入20％香料后的芳香养生人造纤维板的内结合强度相对于无添加香料的而言，强度提高。加入艾草后的芳香养生人造纤维板平均内结合强度为0.57MPa，加入薰衣草后的平均内结合强度超过0.6MPa，两者相比，薰衣草更高。薰衣草的加入一定程度上增加了芳香型纤维板的静曲强度，艾草的加入，对芳香养生人造纤维板的弹性模量和平均吸水厚度膨胀率均有所提高。针对薰衣草，就呈下降趋势，但据上述实验总体可知，一定比例香料的加入对纤维板负面的影响较小，总体呈现积极效果。
综上所述，通过本发明的技术方案，不仅使木质人造纤维板具有了保健、净化空气的功能，还缩短了胶黏剂(水性丙烯酸)的固化时间，同时还进一步的提高了人造纤维板的物理力学性能，取得了意料不到的技术效果。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种芳香养生人造纤维板，其特征在于，包括以下重量份的原料：木质纤维100～110份、香料20～25份、丙烯酸20～25份、水20～25份。
2.根据权利要求1所述的一种芳香养生人造纤维板，其特征在于，包括以下重量份的原料：木质纤维100份、香料20份、丙烯酸20份、水20份。
3.根据权利要求1-2所述的一种芳香养生人造纤维板，其特征在于，所述香料为艾草、薰衣草、柑橘、薄荷中的任意一种或几种。
4.根据权利要求1-3所述的一种芳香养生人造纤维板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：首先将丙烯酸与水按照质量比1：1混合制成胶黏剂，然后将干燥后的木质纤维和干燥粉碎后的香料混合，进行施胶、铺装成型、预压和热压，冷却后即为芳香养生人造纤维板。
5.根据权利要求4所述的一种芳香养生人造纤维板的制备方法，其特征在于，所述热压温度为125～130℃，热压压力为2.5～3.0Mpa。
6.根据权利要求5所述的一种芳香养生人造纤维板的制备方法，其特征在于，施胶量为木质纤维质量的35～45％。
7.根据权利要求6所述的一种芳香养生人造纤维板的制备方法，其特征在于，热压后芳香养生人造纤维板密度为0.7g/cm3。
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Denomination of invention: The invention relates to an aromatic health preserving man-made fiberboard and a preparation method thereof

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