CN115416115B - 一种环保型纤维增强复合人造板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种环保型纤维增强复合人造板，包括：压制板芯和包覆在压制板芯外侧的防水层；压制板芯包括：高压电场处理单板和功能纤维板，相邻两层高压电场处理单板之间夹有功能纤维板；防水层由防水树脂固化得到。高压电场处理单板由单板烘干后置于高压电场中处理得到；高压电场处理过程中纵向施压，压强为2‑4kPa，电压为80‑100kV，温度为80‑90℃，处理时间为2‑4h。功能纤维板为采用植物纤维进行预碱化处理，再与水解后硅烷偶联剂结合，使水解后硅烷偶联剂包覆在植物纤维表面，进一步再在其表面接枝纳米二氧化硅粒子得到。

Description

一种环保型纤维增强复合人造板及其制备方法
技术领域
本发明涉及人造板技术领域，尤其涉及一种环保型纤维增强复合人造板及其制备方法。
背景技术
人造板是以木材或其他非木材植物为原料，经一定机械加工分离成各种单元材料后，施加或不施加胶粘剂和其他添加剂胶合而成的板材或模压制品，其延伸产品和深加工产品达上百种。随着人造板行业规模的扩大，由此带来对生态环境污染问题日益突出。
我国生产的人造板产品绝大多数是用脲醛树脂胶制造的。由于制胶和制板工艺以及板材使用环境条件的原因，用脲醛树脂胶制造的人造板存在着游离甲醛释放问题，而且具有长期性、顽固性和反复性。为了保护人民群众的身体健康，世界各国都对人造板的甲醛释放做出了严格的限制和规定。
利用植物纤维制造无胶人造板既解决了农业废弃物出路问题，又缓解了木材资源供求矛盾，减少林业消耗，保护人类生态环境和维护广大群众身体健康，符合国家发展循环经济、创建资源节约型、环境友好型社会的产业政策，具有良好的生态效益。
但采用植物纤维的人造板，目前存在防水性能差，而且人造板在生产过程中，不能够保证人造板之间的牢固度，因此亟需研发一种防水能更佳，同时牢固度更佳的用于室内的人造板。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种环保型纤维增强复合人造板及其制备方法。
一种环保型纤维增强复合人造板，包括：压制板芯和包覆在压制板芯外侧的防水层；压制板芯包括：高压电场处理单板和功能纤维板，相邻两层高压电场处理单板之间夹有功能纤维板；防水层由防水树脂固化得到。
优选地，高压电场处理单板由单板烘干后置于高压电场中处理得到。
优选地，高压电场处理过程中纵向施压，压强为2-4kPa，电压为80-100kV，温度为80-90℃，处理时间为2-4h。
优选地，单板烘干温度为50-70℃，烘干压强为0.5-1Mpa。
对单板烘干后采用高压电场处理，激发态电子撞击水分子与氧气分子，并形成大量断裂化学键并聚集在单板表面，使单板的纤维表面产生丰富的游离电子和羟基、醛基等官能团。
优选地，功能纤维板为采用植物纤维进行预碱化处理，再与水解后硅烷偶联剂结合，使水解后硅烷偶联剂包覆在植物纤维表面，进一步再在其表面接枝纳米二氧化硅粒子得到。
优选地，功能纤维板的具体操作如下：将植物纤维浸泡于氢氧化钠溶液中，洗涤，40-50℃低温干燥，加入硅烷偶联剂、乙醇溶液搅拌，超声处理10-20min，超声频率为300-400W，调节体系pH值为5-5.5，加入纳米二氧化硅继续超声处理1-2h，过滤，200-230℃热压处理1-2min，热压压强为1-2MPa，得到功能纤维板。
将植物纤维经预碱化处理后，表面产生大量活性羟基，然后与硅烷偶联剂相结合，在冰醋酸的作用下，硅烷偶联剂水解形成Si-OH，与植物纤维表面的羟基结合并包覆植物纤维表面，不仅可降低植物纤维的亲水性能，提高疏水效果，进一步在表面结合纳米二氧化硅粒子，与包覆植物纤维亲和性高。
优选地，功能纤维板的厚度为1-3mm。
优选地，乙醇溶液的体积分数为30-50％。
优选地，氢氧化钠溶液浓度为0.1-0.2mol/L。
优选地，植物纤维、硅烷偶联剂、纳米二氧化硅的质量比为10-20：1-2：1-5。
优选地，植物纤维为玉米秸秆纤维、小麦秸秆纤维、椰壳纤维、棉纤维、亚麻纤维中至少一种。
优选地，硅烷偶联剂为N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷。
优选地，压制板芯采用如下工艺制得：将高压电场处理单板和功能层交替叠放，最高层和最底层均为高压电场处理单板，常温压制10-20min，压制压强为1-2MPa，接着80-100℃热压1-3min，热压压强为1.5-3MPa。
由于高压电场处理单板表面具有丰富的游离电子和羟基、醛基等官能团，不仅有效增加功能纤维板上活性二氧化硅对内部的渗透性，同时为与功能纤维板的交联反应提供更多的反应位点；功能纤维板与高压电场处理单板进行低压冷压，压制过程木材变形小，受力均匀，功能纤维素与高压电场处理单板的接触面充分结合，然后进行热压处理，在保证板坯平整度的基础上，接触面上的纳米二氧化硅粒子与高压电场处理单板上的活性基团进行反应，形成牢固的共价键，相互间结合强度高，所得压制板芯即使未添加胶黏剂进行粘合，其结合强度高，而且经过处理后的植物纤维亲水性降低。
优选地，高压电场处理单板的层数为2-6层。
上述环保型纤维增强复合人造板的制备方法，包括如下步骤：将压制板芯浸泡于液态防水树脂中，常温静置10-30min，取出，常温压制10-20min，压制压强为1-2MPa，接着80-100℃热压1-3min，热压压强为1.5-3MPa，得到环保型纤维增强复合人造板。
由于压制板芯具有低亲水性，将压制板芯浸泡于液态防水树脂中，接着再次进行压制，产品既具有优异的疏水性能，又能阻止湿气从人造板侧部进入，相较于普通的防潮板(普通的防潮板湿气容易从侧部进入)，达到防潮效果性能更好的效果，而且多层板材件牢固度更佳。
附图说明
图1为实施例5和对比例1-2所得环保型纤维增强复合人造板的胶合强度和静曲强度的对比图。
图2为实施例5和对比例1-2所得环保型纤维增强复合人造板的静态水接触角和含水率的对比图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
实施例1
一种环保型纤维增强复合人造板，包括：压制板芯和包覆在压制板芯外侧的防水层；压制板芯包括：高压电场处理单板和功能纤维板，相邻两层高压电场处理单板之间夹有功能纤维板；防水层由水性环氧树脂乳液固化得到。
高压电场处理单板的具体操作如下：取单板进行预压烘干处理1min，烘干温度为50℃，烘干压强为0.5MPa，修边，然后置于高压电场中处理2h，高压电场处理过程中纵向施压，压强为2kPa，电压为80kV，温度为80℃，得到高压电场处理单板。
功能纤维板的具体操作如下：将10kg棉纤维浸泡于浓度为0.1mol/L氢氧化钠溶液中，浸泡时间为1h，用水洗涤呈中性，40℃低温干燥，加入1kg N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、20kg体积分数为30％乙醇溶液，以100r/min的速度搅拌1h，超声处理10min，超声频率为300W，加入冰醋酸调节体系pH值为5-5.5，加入1kg纳米二氧化硅，继续超声处理1h，过滤，加入至热压机中，200℃热压处理1min，热压压强为1MPa，修边，得到厚度为1mm的功能纤维板。
压制板芯采用如下工艺制得：取2层高压电场处理单板依次叠压，在每两层高压电场处理单板之间放一层功能层，得到复合板坯，送入至冷压机中，常温压制10min，压制压强为1MPa，加入至热压机中，80℃热压1min，热压压强为1.5MPa，得到压制板芯。
上述环保型纤维增强复合人造板的制备方法，包括如下步骤：
将压制板芯浸泡于水性环氧树脂乳液中，常温静置10min，取出，再次加入至冷压机中，常温压制10min，压制压强为1MPa，加入至热压机中，80℃热压1min，热压压强为1.5MPa，得到环保型纤维增强复合人造板。
实施例2
一种环保型纤维增强复合人造板，包括：压制板芯和包覆在压制板芯外侧的防水层；压制板芯包括：高压电场处理单板和功能纤维板，相邻两层高压电场处理单板之间夹有功能纤维板；防水层由水性环氧树脂乳液固化得到。
高压电场处理单板的具体操作如下：取单板进行预压烘干处理2min，烘干温度为70℃，烘干压强为1MPa，修边，然后置于高压电场中处理4h，高压电场处理过程中纵向施压，压强为4kPa，电压为100kV，温度为90℃，得到高压电场处理单板。
功能纤维板的具体操作如下：将20kg棉纤维浸泡于浓度为0.2mol/L氢氧化钠溶液中，浸泡时间为2h，用水洗涤呈中性，50℃低温干燥，加入2kg N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、40kg体积分数为50％乙醇溶液，以200r/min的速度搅拌2h，超声处理20min，超声频率为400W，加入冰醋酸调节体系pH值为5-5.5，加入5kg纳米二氧化硅，继续超声处理2h，过滤，加入至热压机中，230℃热压处理2min，热压压强为2MPa，修边，得到厚度为1-3mm的功能纤维板。
压制板芯采用如下工艺制得：取6层高压电场处理单板依次叠压，在每两层高压电场处理单板之间放一层功能层，得到复合板坯，送入至冷压机中，常温压制20min，压制压强为2MPa，加入至热压机中，100℃热压3min，热压压强为3MPa，得到压制板芯。
上述环保型纤维增强复合人造板的制备方法，包括如下步骤：
将压制板芯浸泡于水性环氧树脂乳液中，常温静置30min，取出，再次加入至冷压机中，常温压制20min，压制压强为2MPa，加入至热压机中，100℃热压3min，热压压强为3MPa，得到环保型纤维增强复合人造板。
实施例3
一种环保型纤维增强复合人造板，包括：压制板芯和包覆在压制板芯外侧的防水层；压制板芯包括：高压电场处理单板和功能纤维板，相邻两层高压电场处理单板之间夹有功能纤维板；防水层由水性环氧树脂乳液固化得到。
高压电场处理单板的具体操作如下：取单板进行预压烘干处理1.3min，烘干温度为65℃，烘干压强为0.6MPa，修边，然后置于高压电场中处理3.5h，高压电场处理过程中纵向施压，压强为2.52kPa，电压为95kV，温度为82℃，得到高压电场处理单板。
功能纤维板的具体操作如下：将17kg玉米秸秆纤维浸泡于浓度为0.13mol/L氢氧化钠溶液中，浸泡时间为1.7h，用水洗涤呈中性，44℃低温干燥，加入1.7kg N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、25kg体积分数为45％乙醇溶液，以120r/min的速度搅拌1.7h，超声处理12min，超声频率为370W，加入冰醋酸调节体系pH值为5-5.5，加入2kg纳米二氧化硅，继续超声处理1.7h，过滤，加入至热压机中，205℃热压处理1.7min，热压压强为1.2MPa，修边，得到厚度为2.5mm的功能纤维板。
压制板芯采用如下工艺制得：取3层高压电场处理单板依次叠压，在每两层高压电场处理单板之间放一层功能层，得到复合板坯，送入至冷压机中，常温压制18min，压制压强为1.3MPa，加入至热压机中，95℃热压1.5min，热压压强为2.63MPa，得到压制板芯。
上述环保型纤维增强复合人造板的制备方法，包括如下步骤：
将压制板芯浸泡于水性环氧树脂乳液中，常温静置15min，取出，再次加入至冷压机中，常温压制17min，压制压强为1.2MPa，加入至热压机中，95℃热压1.5min，热压压强为2.8MPa，得到环保型纤维增强复合人造板。
实施例4
一种环保型纤维增强复合人造板，包括：压制板芯和包覆在压制板芯外侧的防水层；压制板芯包括：高压电场处理单板和功能纤维板，相邻两层高压电场处理单板之间夹有功能纤维板；防水层由水性环氧树脂乳液固化得到。
高压电场处理单板的具体操作如下：取单板进行预压烘干处理1.7min，烘干温度为55℃，烘干压强为0.9MPa，修边，然后置于高压电场中处理2.5h，高压电场处理过程中纵向施压，压强为3.46kPa，电压为85kV，温度为88℃，得到高压电场处理单板。
功能纤维板的具体操作如下：将13kg亚麻纤维浸泡于浓度为0.17mol/L氢氧化钠溶液中，浸泡时间为1.3h，用水洗涤呈中性，46℃低温干燥，加入1.3kg N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、35kg体积分数为35％乙醇溶液，以180r/min的速度搅拌1.3h，超声处理18min，超声频率为330W，加入冰醋酸调节体系pH值为5-5.5，加入4kg纳米二氧化硅，继续超声处理1.3h，过滤，加入至热压机中，215℃热压处理1.3min，热压压强为1.8MPa，修边，得到厚度为1.5mm的功能纤维板。
压制板芯采用如下工艺制得：取5层高压电场处理单板依次叠压，在每两层高压电场处理单板之间放一层功能层，得到复合板坯，送入至冷压机中，常温压制12min，压制压强为1.7MPa，加入至热压机中，85℃热压2.5min，热压压强为2MPa，得到压制板芯。
上述环保型纤维增强复合人造板的制备方法，包括如下步骤：
将压制板芯浸泡于水性环氧树脂乳液中，常温静置25min，取出，再次加入至冷压机中，常温压制13min，压制压强为1.8MPa，加入至热压机中，88℃热压2.5min，热压压强为2.2MPa，得到环保型纤维增强复合人造板。
实施例5
一种环保型纤维增强复合人造板，包括：压制板芯和包覆在压制板芯外侧的防水层；压制板芯包括：高压电场处理单板和功能纤维板，相邻两层高压电场处理单板之间夹有功能纤维板；防水层由水性环氧树脂乳液固化得到。
高压电场处理单板的具体操作如下：取单板进行预压烘干处理1.5min，烘干温度为60℃，烘干压强为0.8MPa，修边，然后置于高压电场中处理3h，高压电场处理过程中纵向施压，压强为3kPa，电压为90kV，温度为85℃，得到高压电场处理单板。
功能纤维板的具体操作如下：将15kg椰壳纤维浸泡于浓度为0.15mol/L氢氧化钠溶液中，浸泡时间为1.5h，用水洗涤呈中性，45℃低温干燥，加入1.5kgN-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、30kg体积分数为40％乙醇溶液，以150r/min的速度搅拌1.5h，超声处理15min，超声频率为350W，加入冰醋酸调节体系pH值为5-5.5，加入3kg纳米二氧化硅，继续超声处理1.5h，过滤，加入至热压机中，210℃热压处理1.5min，热压压强为1.5MPa，修边，得到厚度为2mm的功能纤维板。
压制板芯采用如下工艺制得：取4层高压电场处理单板依次叠压，在每两层高压电场处理单板之间放一层功能层，得到复合板坯，送入至冷压机中，常温压制15min，压制压强为1.5MPa，加入至热压机中，90℃热压2min，热压压强为2.4MPa，得到压制板芯。
上述环保型纤维增强复合人造板的制备方法，包括如下步骤：
将压制板芯浸泡于水性环氧树脂乳液中，常温静置20min，取出，再次加入至冷压机中，常温压制15min，压制压强为1.5MPa，加入至热压机中，90℃热压2min，热压压强为2.5MPa，得到环保型纤维增强复合人造板。
对比例1
一种环保型纤维增强复合人造板，包括：压制板芯和包覆在压制板芯外侧的防水层；压制板芯包括：高压电场处理单板和功能纤维板，相邻两层高压电场处理单板之间夹有功能纤维板；防水层由水性环氧树脂乳液固化得到。
高压电场处理单板的具体操作如下：取单板进行预压烘干处理1.5min，烘干温度为60℃，烘干压强为0.8MPa，修边，然后置于高压电场中处理3h，高压电场处理过程中纵向施压，压强为3kPa，电压为90kV，温度为85℃，得到高压电场处理单板。
功能纤维板的具体操作如下：将15kg椰壳纤维和3kg纳米二氧化硅加入30kg体积分数为40％乙醇溶液中共混，超声处理1.5h，超声频率为350W，过滤，加入至热压机中，210℃热压处理1.5min，热压压强为1.5MPa，修边，得到厚度为2mm的功能纤维板。
压制板芯采用如下工艺制得：取4层高压电场处理单板依次叠压，在每两层高压电场处理单板之间放一层功能层，得到复合板坯，送入至冷压机中，常温压制15min，压制压强为1.5MPa，加入至热压机中，90℃热压2min，热压压强为2.4MPa，得到压制板芯。
上述环保型纤维增强复合人造板的制备方法，包括如下步骤：
将压制板芯浸泡于水性环氧树脂乳液中，常温静置20min，取出，再次加入至冷压机中，常温压制15min，压制压强为1.5MPa，加入至热压机中，90℃热压2min，热压压强为2.5MPa，得到环保型纤维增强复合人造板。
对比例2
一种环保型纤维增强复合人造板，包括：压制板芯和包覆在压制板芯外侧的防水层；压制板芯包括：高压电场处理单板和功能纤维板，相邻两层高压电场处理单板之间夹有功能纤维板；防水层由水性环氧树脂乳液固化得到。
功能纤维板的具体操作如下：将15kg椰壳纤维浸泡于浓度为0.15mol/L氢氧化钠溶液中，浸泡时间为1.5h，用水洗涤呈中性，45℃低温干燥，加入1.5kgN-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、30kg体积分数为40％乙醇溶液，以150r/min的速度搅拌1.5h，超声处理15min，超声频率为350W，加入冰醋酸调节体系pH值为5-5.5，加入3kg纳米二氧化硅，继续超声处理1.5h，过滤，加入至热压机中，210℃热压处理1.5min，热压压强为1.5MPa，修边，得到厚度为2mm的功能纤维板。
压制板芯采用如下工艺制得：取4层单板依次叠压，在每两层高压电场处理单板之间放一层功能层，得到复合板坯，送入至冷压机中，常温压制15min，压制压强为1.5MPa，加入至热压机中，90℃热压2min，热压压强为2.4MPa，得到压制板芯。
上述环保型纤维增强复合人造板的制备方法，包括如下步骤：
将压制板芯浸泡于水性环氧树脂乳液中，常温静置20min，取出，再次加入至冷压机中，常温压制15min，压制压强为1.5MPa，加入至热压机中，90℃热压2min，热压压强为2.5MPa，得到环保型纤维增强复合人造板。
参照国标《GB/T 17657-2013人造板及饰面人造板理化性能实验方法》，对实施例5和对比例1-2所得环保型纤维增强复合人造板的静曲强度和胶合强度进行检测。
如图2所示，实施例5所得环保型纤维增强复合人造板的静曲强度和胶合强度均为最高。
本申请人认为：这是由于功能纤维板与高压电场处理单板进行低压冷压，压制过程木材变形小，受力均匀，功能纤维素与高压电场处理单板的接触面充分结合，然后进行热压处理，在保证板坯平整度的基础上，接触面上的纳米二氧化硅粒子与高压电场处理单板上的活性基团进行反应，形成牢固的共价键，相互间结合强度高，所得压制板芯即使未添加胶黏剂进行粘合，其结合强度高，从而有效提高本发明的胶合强度。
采用水接触角测试仪在室温环境中对实施例5和对比例1-2所得环保型纤维增强复合人造板表面上存在的静态水接触角(CA)进行测试。参照国标《GB/T 17657-2013人造板及饰面人造板理化性能实验方法》，对实施例5和对比例1-2所得环保型纤维增强复合人造板的含水率进行检测。
如图1所示，实施例5所得环保型纤维增强复合人造板的静态水接触角最大，而含水率又是最低，说明实施例5所得环保型纤维增强复合人造板的疏水效果优秀。
本申请人认为：这是由于功能纤维板中，植物纤维经预碱化处理后，表面产生大量活性羟基，然后与硅烷偶联剂相结合，在冰醋酸的作用下，硅烷偶联剂水解形成Si-OH，与植物纤维表面的羟基结合并包覆植物纤维表面，不仅可降低植物纤维的亲水性能，提高疏水效果。而由于压制板芯具有低亲水性，将压制板芯浸泡于液态防水树脂中，接着再次进行压制，产品既具有优异的疏水性能，又能阻止湿气从人造板侧部进入，相较于普通的防潮板(普通的防潮板湿气容易从侧部进入)，达到防潮效果性能更好的效果。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种环保型纤维增强复合人造板，其特征在于，包括：压制板芯和包覆在压制板芯外侧的防水层；压制板芯包括：高压电场处理单板和功能纤维板，相邻两层高压电场处理单板之间夹有功能纤维板；防水层由防水树脂固化得到；
高压电场处理单板由单板烘干后置于高压电场中处理得到；高压电场处理过程中纵向施压，压强为2-4kPa，电压为80-100kV，温度为80-90℃，处理时间为2-4h；
功能纤维板为采用植物纤维进行预碱化处理，再与水解后硅烷偶联剂结合，使水解后硅烷偶联剂包覆在植物纤维表面，进一步再在其表面接枝纳米二氧化硅粒子得到；所述纳米二氧化硅粒子与高压电场处理单板上的活性基团进行反应，形成牢固的共价键；
功能纤维板的具体操作如下：将植物纤维浸泡于氢氧化钠溶液中，洗涤，40-50℃低温干燥，加入硅烷偶联剂、乙醇溶液搅拌，超声处理10-20min，超声频率为300-400W，调节体系pH值为5-5.5，加入纳米二氧化硅继续超声处理1-2h，过滤，200-230℃热压处理1-2min，热压压强为1-2MPa，得到功能纤维板；植物纤维经预碱化处理后，表面产生大量活性羟基，然后与硅烷偶联剂相结合，在冰醋酸的作用下，硅烷偶联剂水解形成Si-OH，与植物纤维表面的羟基结合并包覆植物纤维表面；
植物纤维、硅烷偶联剂、纳米二氧化硅的质量比为10-20：1-2：1-5；
压制板芯采用如下工艺制得：将高压电场处理单板和功能层交替叠放，最高层和最底层均为高压电场处理单板，常温压制10-20min，压制压强为1-2MPa，接着80-100℃热压1-3min，热压压强为1.5-3MPa；
高压电场处理单板的层数为2-6层。
2.根据权利要求1所述环保型纤维增强复合人造板，其特征在于，单板烘干温度为50-70℃，烘干压强为0.5-1Mpa。
3.根据权利要求2所述环保型纤维增强复合人造板，其特征在于，功能纤维板的厚度为1-3mm。
4.一种如权利要求1-3任一项所述环保型纤维增强复合人造板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将压制板芯浸泡于液态防水树脂中，常温静置10-30min，取出，常温压制10-20min，压制压强为1-2MPa，接着80-100℃热压1-3min，热压压强为1.5-3MPa，得到环保型纤维增强复合人造板。
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