CN115368748B - 一种一次成型饰面无醛生物质复合板材 - Google Patents

一种一次成型饰面无醛生物质复合板材 Download PDF

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Abstract

本发明涉及复合板材技术领域，具体涉及一种一次成型饰面无醛生物质复合板材，以桉木屑和秸秆为主要的生物质原料，以竹纤维为增强作用物质，用偶联剂处理填料以增加填料与生物质原料的相容性和连接能力，与无醛胶粘剂混合均匀后，涂布到碳纤维布两侧，再经过多级辊压，得到芯材，在芯材表面喷涂上生物质复合膜基液，经过热压定型后，制得的一次成型饰面无醛生物质复合板材，芯材整体连接牢固，表面平整，板材能够一次成型，且不释放醛类挥发物质，具有一定的防水功能，整个生产过程简单，板材一次成型，具有较高的生产价值。

Description

一种一次成型饰面无醛生物质复合板材
技术领域
本发明涉及复合板材技术领域，具体涉及一种一次成型饰面无醛生物质复合板材。
背景技术
各类板材在现代建筑和家装行业被广泛应用，其中，家装行业中偏爱天然板材或由天然物质加工制作成的板材。我国在天然木材方面属于资源贫乏型，没有足够的天然木材切割成板材用于家装，多数使用以农林业废弃物为原料经过深加工制作成纤维板、刨花板或者复合板，以满足市场中对家装用板材的需要。然而，目前多使用的林业废弃物仍然不能满足市场对板材数量的要求，将农业废弃物与林业废弃物配合使用是接下来必须发展的方向，农业废弃物与林业废弃物配合有效的配合，扩大木质板材或复合板材的原料来源方面的研究和实际应用仍然较少，需要进一步的发展。
此外，随着广大人民群众环保意识的增强和对健康的重视，要求家具、地板等中无有害气体释放，尤其是对醛类气体的释放有着极其高的要求，然而，传统人造板在生产过程中会用到大量含有醛类物质的胶粘剂，在实际使用过程中会释放出甲醛气体，长时间危害人体健康。现代人要求，家装用复合板、人造板中不含可挥发性醛类物质，传统用于人造板的胶粘剂需要被新型的非醛类胶粘剂代替。
为此，需要进一步探索和发展有利于农林废弃物资源化利用的人造板材，扩大板材原料来源范围，发展无醛胶粘剂，简化板材加工过程，综合考虑原料和生产各环节情况，降低生产成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种一次成型饰面无醛生物质复合板材，制得的一次成型饰面无醛生物质复合板材，芯材整体连接牢固，表面平整，板材能够一次成型，且不释放醛类挥发物质，具有一定的防水功能，整个生产过程简单，板材一次成型，具有较高的生产价值。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种一次成型饰面无醛生物质复合板材，包括以下质量份数的原料：桉木屑20～40份，竹纤维10～30份，秸秆60～80份，碳纤维布6～10份，偶联剂1～3份，填料15～35份，无醛胶粘剂30～50份，生物质复合膜基液10～25份，无水乙醇20～30份；
复合板材的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：取质量份数桉木屑与秸秆混合，干燥后，破碎过20～60目筛，加入质量份数的竹纤维，加入0.1mol/L的氢氧化钠水溶液浸泡24～36h，干燥后得到生物质基料；
步骤二：取质量份数的偶联剂，加入质量份数的无水乙醇，分散均匀后，均匀喷洒到填料上，得到改性填料；
步骤三：将步骤一得到的生物质基料、步骤二得到的改性填料和质量份数的无醛胶粘剂混合，之后均匀涂布到质量份数的碳纤维布两面，预压，得到芯材；
步骤四：在步骤三中得到的芯材两面喷涂上质量份数的生物质复合膜基液，热压，定型，得到一次成型饰面无醛生物质复合板材。
优选，桉木屑和秸秆为农林业废弃物，竹纤维为竹原纤维。
优选，碳纤维布为厚度为0.10mm～0.16mm。
优选，偶联剂为氨基硅烷偶联剂、酞酸酯偶联剂中的一种。
优选，填料为轻质碳酸钙、纳米氧化锌、氧化石墨烯中的一种或多种。
优选，无醛胶粘剂为改性聚乙烯亚胺与改性蛋白质按照质量比为1：1～2混合，后加入1～2倍改性聚乙烯亚胺质量的去离子水混合而成，其中改性聚乙烯亚胺为支化聚乙烯亚胺和尿素经过脱氨缩聚反应得到，改性蛋白质为生物乙醇木质素接枝大豆蛋白共聚改性得到，为：
优选，生物质复合膜基液为木质素悬浊液与聚乳酸溶液质量比是3～5：100的混合液，其中木质素悬浊液为木质素和质量分数为5％的氢氧化钠水溶液，氢氧化钠水溶液质量为木质素质量的6～10倍，搅拌2～3小时，静置12小时，得到；聚乳酸溶液为聚乳酸溶解在二氯甲烷中得到，其中聚乳酸与二氯甲烷的质量比为1～1.5：40。
优选，复合板材的制备方法步骤三中，预压方式为多级辊压，多级辊压的辊轮间距根据每下一对辊轮比每上一对辊轮间距依次减小1mm，辊压的同时加热，加热温度为70～90℃，辊压前先烘干使水分含量为40～50％，为增加芯材厚度，可以进行多次涂布和多次辊压。
优选，复合板材的制备方法步骤四中，热压的温度为70～90℃，压力为0.8～1.2Mpa，热压时间为30～60s。
优选，生物质复合膜基液在热压下，液态挥发，在板材表面形成聚乳酸膜，木质素与板材表面的纤维素通过氢键和偶极-偶极相互作用相结合，木质素与聚乳酸的非极性基团之间通过范德华力相结合，为：
本发明的有益效果：
1、以桉木屑和秸秆为主要的生物质原料，以竹纤维为增强作用物质，用偶联剂处理填料以增加填料与生物质原料的相容性和连接能力，与无醛胶粘剂混合均匀后，涂布到碳纤维布两侧，再经过多级辊压，得到芯材，在芯材表面喷涂上生物质复合膜基液，经过热压定型后，得到一次成型饰面无醛生物质复合板材，整个生产过程简单，板材一次成型，具有较高的生产价值。将秸秆与桉木屑掺杂用于复合板材的生产，在保证复合板性能的基础上，扩大了原材料的来源，为秸秆的资源化利用提供了途径，无醛胶粘剂和竹纤维配合碳纤维布的使用，将原料辊压在碳纤维布上，使形成的芯材整体连接牢固，表面平整，有利于生物质复合膜基液喷涂后形成光滑的表面，板材能够一次成型，且不释放醛类挥发物质。
2、桉木屑和秸秆在干燥、破碎、过筛后被碱液浸泡，在桉木屑和秸秆表面增加了羟基基团，有利于桉木屑和秸秆在后续的与胶粘剂或生物质复合膜基液相连接，桉木屑和秸秆的配合使用，既保留桉木屑部分的硬度，又引入较柔软的秸秆纤维，增强复合板材的韧性，扩大生物质复合板材原料的来源；竹纤维为竹原纤维，由竹子提取得到，为长丝状，参与到生物质复合板的制造中，有利于原料间的连接，进一步保障了生物质复合板材整体结构，和机械性能。
3、碳纤维布为基础承载体，将无醛胶粘剂与生物质基料和改性填料混合均匀后，涂布到碳纤维布上，再经过辊压，得到芯材，通过多次涂布多次辊压增加芯材的厚度，芯材厚度可以依据需要调节，碳纤维布的使用，使得生物质基料和改性填料能在无醛胶粘剂的作用下附着在承载体上，方便后续的辊压等操作，且碳纤维布厚度薄、具有孔洞结构、强度高，在一定程度上能够与生物质基料配合，增强板材的强度。
4、填料使用轻质碳酸钙、纳米氧化锌、氧化石墨烯中的一种或几种，具有轻质、颗粒细小的特点，填充在其他材料的间隙中，一方面能够充当类似骨架的作用以增强板材的机械强度，另一方面，填料的使用，在一定程度上减少生物质基料的使用，减少对天然木材或木屑的消耗，填料在使用前使用偶联剂改性，偶联剂为两性物质，在填料表面架起“桥梁”与生物质基料相连接，有利于填料与板材中其他材料的相容性和连接性能，使得在制作的复合板材整体结构稳固。
5、无醛胶粘剂使用改性聚乙烯亚胺与改性蛋白质的混合物，其中使用尿素对改性聚乙烯亚胺改性，得到的改性聚乙烯亚胺具有脲基，有良好的胶粘性能，不会释放出醛类物质，改性蛋白质为生物乙醇木质素与大豆蛋白接枝共聚得到的网状结构，具有裸漏的羧基、羟基、氨基等，有利于与生物质材料表面的官能团形成化学键，具有较好的胶粘性能，改性聚乙烯亚胺与改性蛋白质的配合使用，使得无醛胶粘剂具有一定的初粘性能和长效的胶粘性能，能够代替传统人造板胶粘剂使用，减少醛类挥发物质的释放。
6、生物质复合膜基液在热压的过程中，在芯材表面形成生物质膜，生物质复合膜基液与芯材表面的纤维物质通过氢键和偶极-偶极相互作用相结合，附着紧密牢固，形成的生物质膜以聚乳酸膜为主要成分，具有生物降解性，生物质膜一方面有利于板材表面的光滑和平整，另一方面生物质膜使得复合板材具有一定的防水功能。
具体实施方式
下面将对本发明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作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。
实施例1
一种一次成型饰面无醛生物质复合板材，包括以下质量份数的原料：桉木屑20份，竹纤维10份，秸秆60份，碳纤维布6份，偶联剂1份，填料15份，无醛胶粘剂30份，生物质复合膜基液10份，无水乙醇20份；
碳纤维布为厚度为0.10mm；偶联剂为氨基硅烷偶联剂；填料为轻质碳酸钙；
所述复合板材的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：取质量份数桉木屑与秸秆混合，干燥后，破碎过20目筛，加入质量份数的竹纤维，加入0.1mol/L的氢氧化钠水溶液浸泡24h，干燥后得到生物质基料；
步骤二：取质量份数的偶联剂，加入质量份数的无水乙醇，分散均匀后，均匀喷洒到填料上，得到改性填料；
步骤三：将步骤一得到的生物质基料、步骤二得到的改性填料和质量份数的无醛胶粘剂混合，之后均匀涂布到质量份数的碳纤维布两面，预压，得到芯材；
步骤四：在步骤三中得到的芯材两面喷涂上质量份数的生物质复合膜基液，热压，定型，得到一次成型饰面无醛生物质复合板材。
实施例2
一种一次成型饰面无醛生物质复合板材，包括以下质量份数的原料：桉木屑40份，竹纤维30份，秸秆80份，碳纤维布10份，偶联剂3份，填料35份，无醛胶粘剂50份，生物质复合膜基液25份，无水乙醇30份；
碳纤维布为厚度为0.16mm；偶联剂为酞酸酯偶联剂；填料为纳米氧化锌、氧化石墨烯质量比1：1混合；
所述复合板材的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：取质量份数桉木屑与秸秆混合，干燥后，破碎过60目筛，加入质量份数的竹纤维，加入0.1mol/L的氢氧化钠水溶液浸泡36h，干燥后得到生物质基料；
步骤二：取质量份数的偶联剂，加入质量份数的无水乙醇，分散均匀后，均匀喷洒到填料上，得到改性填料；
步骤三：将步骤一得到的生物质基料、步骤二得到的改性填料和质量份数的无醛胶粘剂混合，之后均匀涂布到质量份数的碳纤维布两面，预压，得到芯材；
步骤四：在步骤三中得到的芯材两面喷涂上质量份数的生物质复合膜基液，热压，定型，得到一次成型饰面无醛生物质复合板材。
实施例3
一种一次成型饰面无醛生物质复合板材，包括以下质量份数的原料：桉木屑30份，竹纤维20份，秸秆70份，碳纤维布8份，偶联剂2份，填料25份，无醛胶粘剂40份，生物质复合膜基液15份，无水乙醇25份；
碳纤维布为厚度为0.13mm；偶联剂为氨基硅烷偶联剂；填料为轻质碳酸钙、纳米氧化锌、氧化石墨烯质量比1：1：1混合；
所述复合板材的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：取质量份数桉木屑与秸秆混合，干燥后，破碎过40目筛，加入质量份数的竹纤维，加入0.1mol/L的氢氧化钠水溶液浸泡32h，干燥后得到生物质基料；
步骤二：取质量份数的偶联剂，加入质量份数的无水乙醇，分散均匀后，均匀喷洒到填料上，得到改性填料；
步骤三：将步骤一得到的生物质基料、步骤二得到的改性填料和质量份数的无醛胶粘剂混合，之后均匀涂布到质量份数的碳纤维布两面，预压，得到芯材；
步骤四：在步骤三中得到的芯材两面喷涂上质量份数的生物质复合膜基液，热压，定型，得到一次成型饰面无醛生物质复合板材。
实施例制备的一次成型饰面无醛生物质复合板材中甲醛释放量按照标准GB18580-2017《室内装饰装修材料人造板及其制品中甲醛释放限量》中方法进行检测，物理性能按照GB/T 11818-2021《中密度纤维板》中方法进行检测，对于对公称厚度为9～12mm的板材的物理力学性能检测标准为，内结合强度≥0.60MPa，静曲强度≥22MPa，弹性模量≥2500MPa，2h吸水厚度膨胀率≤12％，得到的结果如表所示，
实施例1 实施例2 实施例3
密度(g/cm3) 0.57 0.61 0.58
弹性模量(MPa) 3056 3468 3227
静曲强度(MPa) 26.47 28.62 27.59
内结合强度(MPa) 1.05 1.26 1.13
2小时吸水膨胀率(％) 4.8 3.6 4.1
甲醛释放量(mg/100g) 未检出 未检出 未检出
由上表所示，本发明方法所制备的一次成型饰面无醛生物质复合板材弹性模量大、静曲强度大、内结合强度大、2小时吸水膨胀率小、甲醛释放量未检出，性能远远优于标准规定的要求，能够满足标准和实际使用需求。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种一次成型饰面无醛生物质复合板材，其特征在于，包括以下质量份数的原料：桉木屑20～40份，竹纤维10～30份，秸秆60～80份，碳纤维布6～10份，偶联剂1～3份，填料15～35份，无醛胶粘剂30～50份，生物质复合膜基液10～25份，无水乙醇20～30份；
所述碳纤维布为厚度为0.10mm～0.16mm；
所述无醛胶粘剂为改性聚乙烯亚胺与改性蛋白质按照质量比为1：1～2混合，后加入1～2倍改性聚乙烯亚胺质量的去离子水混合而成，其中改性聚乙烯亚胺为支化聚乙烯亚胺和尿素经过脱氨缩聚反应得到，改性蛋白质为生物乙醇木质素接枝大豆蛋白共聚改性得到；
所述生物质复合膜基液为木质素悬浊液与聚乳酸溶液质量比是3～5：100的混合液，其中木质素悬浊液为木质素和质量份数为5％的氢氧化钠水溶液，氢氧化钠水溶液质量为木质素质量的6～10倍，搅拌2～3小时，静置12小时，得到；聚乳酸溶液为聚乳酸溶解在二氯甲烷中得到，其中聚乳酸与二氯甲烷的质量比为1～1.5：40；
所述生物质复合膜基液在热压下，液态挥发，在板材表面形成聚乳酸膜，木质素与板材表面的纤维素通过氢键和偶极-偶极相互作用相结合，木质素与聚乳酸的非极性基团之间通过范德华力相结合；
所述复合板材的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：取桉木屑与秸秆混合，干燥后，破碎过20～60目筛，加入竹纤维，加入0.1mol/L的氢氧化钠水溶液浸泡24～36h，干燥后得到生物质基料；
步骤二：取偶联剂，加入无水乙醇，分散均匀后，均匀喷洒到填料上，得到改性填料；
步骤三：将步骤一得到的生物质基料、步骤二得到的改性填料和无醛胶粘剂混合，之后均匀涂布到碳纤维布两面，预压，得到芯材；预压方式为多级辊压，多级辊压的辊轮间距根据每下一对辊轮比每上一对辊轮间距依次减小1mm，辊压的同时加热，加热温度为70～90℃，辊压前先烘干使水分含量为40～50％，为增加芯材厚度，可以进行多次涂布和多次辊压；
步骤四：在步骤三中得到的芯材两面喷涂上生物质复合膜基液，热压，热压的温度为70～90℃，压力为0.8～1.2Mpa，热压时间为30～60s，定型，得到一次成型饰面无醛生物质复合板材。
2.根据权利要求1所述的一种一次成型饰面无醛生物质复合板材，其特征在于：所述偶联剂为氨基硅烷偶联剂、酞酸酯偶联剂中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种一次成型饰面无醛生物质复合板材，其特征在于：所述填料为轻质碳酸钙、纳米氧化锌、氧化石墨烯中的一种或多种。
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