CN111452178A - 一种竹木复合材料的制备方法及竹木复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提出了一种竹木复合材料的制备方法及竹木复合材料。本发明实施例的竹木复合材料的制备方法，工艺简单，无需复杂的设备和苛刻的条件即可生产，利于规模化产业运用。制备得到的材料力学性能优良，竹木复合板材的静曲强度可以达到14MPa，弹性模量2225MPa，内结合强度0.88MPa，吸水厚度膨胀率4％。满足相关的标准要求。本发明实施例的制备方法，可以充分利用竹木资源中的次小薪材，同时还可以根据需要添加防霉剂，使制备得到的复合材料具有显著的抑菌效果，抗细菌率≥90％，防霉菌等级为0级。

Description

一种竹木复合材料的制备方法及竹木复合材料
技术领域
本发明属于人造木材制造领域，具体涉及一种竹木复合材料的制备方法及竹木复合材料。
背景技术
木材作为一种优质的天然材料，自古以来就被广泛应用到家具制造以及室内装饰、装修等领域。但是随着人口增长，市场对木材需求的日益增大，天然林的木材产出已经无法满足市场需求。充分利用林业“剩余物”、次小薪材和人工林速生商品材的人造板成为了市场主流。
人造板的原材料本身含有挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds，简称VOCs)，木材主要释放萜烯类挥发物和有机酸，不同树种释放的VOCs种类略有差异。阔叶材释放的VOCs以乙酸等有机酸为主，萜烯类物质较少。而针叶材释放的萜烯类挥发物较多，有机酸较少。一般而言，针叶材的总挥发性有机化合物大于阔叶材。
除了木材本身释放挥发性有机化合物外，人造板材料中添加的防腐剂、胶粘剂、防霉触、防水剂等化学材料，以及木材饰面用的PVC、三聚氰胺浸渍胶膜纸、油漆等装饰材料也会释放出大量的VOCs。市场上使用的胶粘剂以尿醛树脂胶和酚醛树脂胶为主，这两种胶粘剂会释放出较多的醛类挥发物和酚类挥发物。防腐剂、油漆、PVC等会释放出大量的苯系物、醇类以及酯类物质。不同种类的人造板释放的挥发性有机化合物的种类和浓度略有不同，主要分为烷烃类、烯烃类、芳香烃类、醛类、醇类、酮类以及之类，释放的单体主要有壬烷、十一烷、环己烯、苯乙烯、苯、甲苯、二甲苯和苯甲醛等。
上述人造板释放出的VOCs均会影响身体健康和环境环保。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种竹木复合材料的制备方法及竹木复合材料。
根据本发明第一方面实施例的一种竹木复合材料的制备方法，所述制备方法以竹材粉和木材粉为制备原料，添加竹醋处理后热压成型。
本发明技术方案的发明核心点之一是：竹醋液中的水分子与纤维素的氢键结合，使得板材具有良好的结合力。竹醋液中的酸性成分与酚类物质结合生成稳定的具有胶粘效果的新聚合物，木质素在热压过程中软化变粘，具有一定的胶粘力，增强了竹纤维之间的内部结合。
本试验中，竹粉和木粉的混合物经过竹醋液处理，竹醋液中含有大量的酸性成分(如乙酸)与竹粉木粉发生化学反应，生成具有胶粘效果的新聚合物，起到胶粘剂的作用。
本发明技术方案的发明核心点之一是：竹醋液的作用除了胶粘，还起到防霉的作用。
根据本发明实施例的竹木复合材料的制备方法，至少具有如下技术效果：
本发明实施例的竹木复合材料的制备方法，制备原料中不含甲醛胶粘剂和其它可能产生VOCs的物质，对人体无害，绿色环保。
本发明实施例的制备方法，工艺简单，无需复杂的设备和苛刻的条件即可生产，利于规模化产业运用。
本发明实施例的制备方法，制备得到的材料力学性能优良，满足相关的标准要求。
本发明实施例的制备方法，可以充分利用竹木资源中的次小薪材，同时还可以根据需要添加防霉剂，使制备得到的复合材料具有显著的抑菌效果。
根据本发明的一些实施例，所述制备原料还包括防霉剂。
根据本发明的一些实施例，所述防霉剂包括竹炭和二氧化钛中的至少一种。
在本发明的实施例中，竹炭的作用是吸收、平衡空气中的水分，有利于防止竹木复合材料发生霉变。
在本发明的实施例中，二氧化钛可以在材料表面形成薄膜，提升竹木复合材料的颜色稳定性和防霉性能。
竹炭和二氧化钛可以吸附竹醋液中的酸味，使产品符合气味评价的要求。
竹醋液本身味道很大，刺鼻烟熏味道浓郁，如何有效降低竹醋液的刺鼻气味，是本发明实施方案的技术关键点之一。
根据本发明的一些实施例，所述制备原料中，竹材粉和木材粉的质量比为(8～12)：(75～95)。
竹材粉和木材粉相比，木材粉的价格更低，增加木材粉的用量可以进一步降低成本。
根据本发明的一些实施例，所述制备原料中，竹材粉、木材粉、竹炭和二氧化钛的质量比为(8～12)：(75～95)：(4～8)：(2～6)。
根据本发明的一些实施例，所述制备原料中，竹材粉、木材粉、竹炭和二氧化钛的质量比为10：80：6：4。该比例为优选比例，可以使竹木复合材料在具备良好力学性能的同时具有较好的颜色稳定性和防霉性能。
根据本发明的一些实施例，竹粉粒径为60-80目，木粉60-80目，竹炭粉100目，二氧化钛100目。
根据本发明的一些实施例，包括以下步骤：
S1：将所述制备原料混匀后，用竹醋液浸泡，得到预制料；
S2：将步骤S1的预制料干燥后热压成型，即得所述的竹木复合材料。
根据本发明的一些实施例，步骤S1中，竹醋液浸泡的时间为10～20min。优选浸泡15min。
根据本发明的一些实施例，步骤S2中，热压成型的温度为160～170℃，热压成型的压力为3.0～5.0MPa，热压成型的时间为10～20min。优选的，热压成型的温度为165℃，热压成型的压力为4.0MPa，热压成型的时间为15min。
竹醋液pH优选3.0。
上述制备方法制备得到的竹木复合材料。
根据本发明实施例的竹木复合材料，至少具有如下技术效果：
竹木复合板材的静曲强度可以达到14MPa，弹性模量2225MPa，内结合强度0.88MPa，吸水厚度膨胀率4％。
本发明实施例的竹木复合材料在整个制作过程中未添加胶粘剂，不会释放挥发性有机化合物，而且具有良好的抑菌性能。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，并结合实施例对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
本例提供了一种竹木复合材料的制备方法，该制备方法以竹材粉和木材粉为制备原料，添加竹醋液处理后热压成型。
其中，制备原料还可以根据需要添加防霉剂。防霉剂包括竹炭和二氧化钛中的至少一种。
竹炭的作用是吸收、平衡空气中的水分，有利于防止竹木复合材料发生霉变。二氧化钛可以在材料表面形成薄膜，提升竹木复合材料的颜色稳定性和防霉性能。
上述制备原料中，竹材粉、木材粉、竹炭和二氧化钛的质量比为(8～12)：(75～95)：(4～8)：(2～6)，优选10：80：6：4。
具体包括以下步骤：
S1：将所述制备原料混匀后，用竹醋液浸泡，得到预制料；
S2：将步骤S1的预制料干燥后热压成型，即得所述的竹木复合材料。
其中，步骤S1中，竹醋液浸泡的时间为10～20min。优选浸泡15min。步骤S2中，热压成型的温度为160～170℃，热压成型的压力为3.0～5.0MPa，热压成型的时间为10～20min。优选的，热压成型的温度为165℃，热压成型的压力为4.0MPa，热压成型的时间为15min。
实施例2
本例采用实施例1的制备方法，制备了一种竹木复合材料，该材料为板材。
制备原料中，竹材粉、木材粉、竹炭和二氧化钛的质量比为10：80：6：4。
具体包括以下步骤：
S1：将所述制备原料混匀后，用竹醋液浸泡，得到预制料；
S2：将步骤S1的预制料干燥后热压成型，即得所述的竹木复合材料。
其中，步骤S1中，竹醋液浸泡的时间为15min。步骤S2中，热压成型的温度为165℃，热压成型的压力为4.0MPa，热压成型的时间为15min。
对比例1(本例考察竹材粉含量相对较少的情况)
本例采用实施例1的制备方法，制备了一种竹木复合材料，该材料为板材。与实施例2的区别在于，制备原料中，竹材粉含量相对较少，竹材粉、木材粉、竹炭和二氧化钛的质量比为6：84：6：4。具体步骤和工艺参数与实施例2相同。
对比例2(本例考察木材粉含量相对较少的情况)
本例采用实施例1的制备方法，制备了一种竹木复合材料，该材料为板材。与实施例2的区别在于，制备原料中，木材粉含量相对较少，竹材粉、木材粉、竹炭和二氧化钛的质量比为25：65：6：4。具体步骤和工艺参数与实施例2相同。
对比例3(本例考察不含竹炭粉的情况)
本例采用实施例1的制备方法，制备了一种竹木复合材料，该材料为板材。与实施例2的区别在于，制备原料中，不含竹炭，竹材粉、木材粉和二氧化钛的质量比为10：80：10。具体步骤和工艺参数与实施例2相同。
对比例4(本例考察不含二氧化钛的情况)
本例采用实施例1的制备方法，制备了一种竹木复合材料，该材料为板材。与实施例2的区别在于，制备原料中，不含二氧化钛，竹材粉、木材粉和竹炭的质量比为10：80：10。具体步骤和工艺参数与实施例2相同。
检测例1
本例先对板材的气味进行了评价，评价方法参考GB/T1.1-2009和Q/SFYTJ15-2015。
试验装置：(1)广口玻璃瓶，容积为2.5L，在室温、40℃和65℃以下均无味，应有合适的盖子，且盖子易于启闭。(2)玻璃缸或干燥器，容积为40L，在室温下无味，应有合适的盖子，且盖子易于启闭。(3)检测室环境：具有空气循环系统，温度波动不大于±2℃。检测室无气味，气味在检测室中可自由散发。
试样准备：板材的试样规格25mm×25mm，试件总重量为(200±1)g；试验前，试样在实验室环境中调节24h，测试温度为65±2℃。
试验步骤如下：
试验前需清理测试用广口玻璃瓶、玻璃缸或干燥器，先用热水冲洗，然后用适量的实验室清洁剂进行清洗，再用冷水冲洗、干燥，以保持洁净。将试样及标准物质放于广口玻璃瓶、玻璃缸或干燥器中，盖上盖子。对于需要进行加热试验的，放入已调节到试验温度的烘箱或恒温恒湿箱中，加热对应的加热时2h±6min，取出测试广口玻璃瓶或干燥器，冷却1h后进行气味评价，在1h内完成评价。对于在常温下试验的，保持密封，在常温下放置24h±6min,在1h内完成评价。
评价员持有培训合格证上岗，无吸烟史、无特殊气味喜好、无嗅觉缺陷，无抽烟、无过敏体质；无慢性鼻炎无使用重香味化妆品及嚼口香糖等嗜好。在进行气味评价前3h，小组成员不应进食带有较强气味的食物，伤风鼻塞者不宜参加气味评价。
每组5人，共10个小组，共计50人。首先由第一组气味评价小组对样品气味进行评定，打开广口玻璃瓶、玻璃缸或干燥器盖子，用手扇动，引导空气从鼻子处慢慢吸入，盖子离开广口玻璃瓶、玻璃缸或干燥器的时间不可超过5s。按照等级，记录合适的级别，气味评价应在保持气味不受污染的环境中进行。
对多个试样进行气味评价时，间隔2min，再对其他试样样品进行评价。对所有评价人员的评定等级，求算术平均值，保留一位小数，作为试样的最终气味等级。当第一评价小组的成员评定结果存在二级或以上的差距时，由第二评定小组对样品气味进行评定，如两个气味评定小组的评定最终气味等级均存在二级或以上的差距，则需重新取样进行气味检测。气味评价等级含义如表1所示。
表1气味评价等级
等级 描述
1级 无气味
2级 稍有气味
3级 有味道，但不刺激
4级 有刺激性气味,或而刺激性的味道，但味道大
5级 强烈的刺激性味道
6级 无法忍受的味道
竹质复合材和挥发物减量后的竹质复合材的气味，依据板材的气味等级要求标准，合格标准为低于3级。
本例还根据GB/T 4897对实施例2和对比例1～4制备得到的板材的力学性能进行了测试，测试结果一并列于表2。
表2板材力学性能测试结果
静曲强度 弹性模量 内结合强度 吸水厚度膨胀率 气味评价等级
实施例2 14MPa 2225MPa 0.88MPa 4 2
对比例1 14.3 2261 0.89 3.9 2
对比例2 13.1 2109 0.81 4.2 2
对比例3 14MPa 2225MPa 0.88MPa 4 4
对比例4 14MPa 2225MPa 0.88MPa 4 4
从表2可以看出，实施例2和对比例1、2的酸味烟熏味道显著降低，原因是竹炭和二氧化钛的协同作用。其中，竹炭微孔面积大，能够吸附复合材中的大部分挥发物，可以促使竹炭吸附的化合物向TiO2转移，提高吸附效率，而TiO2具有光催化降解特性，能够有效地将气味分子分解。
从表1的力学性能测试结果可以看出，当制备原料中，竹材粉、木材粉、竹炭和二氧化钛的质量比为10：80：6：4时，材料的力学性能最优。
检测例2
本例根据JC/T 2039对实施例2和对比例1～4制备得到的板材的抑菌性能进行了测试，结果如表2所示。
表3抗菌防霉性能测试结果
抗细菌率/(≥90％) 防霉菌等级
实施例2 合格 0级
对比例1 合格 0级
对比例2 合格 0级
对比例3 不合格 3级
对比例4 不合格 4级
本发明实施例的竹木复合材料的制备方法，工艺简单，无需复杂的设备和苛刻的条件即可生产，利于规模化产业运用。制备得到的材料力学性能优良，竹木复合板材的静曲强度可以达到14MPa，弹性模量2225MPa，内结合强度0.88MPa，吸水厚度膨胀率4％。满足相关的标准要求。本发明实施例的制备方法，可以充分利用竹木资源中的次小薪材，同时还可以根据需要添加防霉剂，使制备得到的复合材料具有显著的抑菌效果，抗细菌率≥90％，防霉菌等级为0级。

Claims (10)

1.一种竹木复合材料的制备方法，其特征在于，以竹材粉和木材粉为制备原料，添加竹醋液处理后热压成型。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备原料还包括防霉剂。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述防霉剂包括竹炭和二氧化钛中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备原料中，竹材粉和木材粉的质量比为(8～12)：(75～95)。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述制备原料中，竹材粉、木材粉、竹炭和二氧化钛的质量比为10：80：6：4。
6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将所述制备原料混匀后，用竹醋液浸泡，得到预制料；
S2：将步骤S1的预制料干燥后热压成型，即得所述的竹木复合材料。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，竹醋液浸泡的时间为10～20min。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，热压成型的温度为160～170℃，热压成型的压力为3.0～5.0MPa，热压成型的时间为10～20min。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法中不添加胶粘剂。
10.根据权利要求1～9任一项所述的制备方法制备得到的竹木复合材料。
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