CN116038834A - 一种无醛阻燃重组竹复合板材的制备方法及制得的竹复合板材 - Google Patents

一种无醛阻燃重组竹复合板材的制备方法及制得的竹复合板材 Download PDF

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Abstract

本发明涉及复合板材生产领域，特别涉及一种无醛阻燃重组竹复合板材的制备方法及制得的竹复合板材。所述无醛阻燃重组竹复合板材的制备方法，包括以下步骤：(1)脱糖竹束的制备；(2)脱糖竹粉的制备；(3)无机胶的制备：将添加剂分散在水中，其中添加剂与水的摩尔比为8：(15～18)，得到无机胶；(4)浸胶竹束的制备；(5)浸胶竹粉的制备；(6)组坯铺装；(7)板坯冷压；(8)分板、养护、锯边。本发明制备的无醛阻燃重组竹复合板材强度高、尺寸稳定性好，同时还具有很强的环保性、良好的阻燃性能和防霉性能。

Description

一种无醛阻燃重组竹复合板材的制备方法及制得的竹复合板材
技术领域
本发明涉及复合板材生产领域，特别涉及一种无醛阻燃重组竹复合板材的制备方法及制得的竹复合板材。
背景技术
随着竹材加工工艺的创新，我国不断开发出多种以竹材为原料的高附加值新产品，竹材人造板成为发展最快的工业化产品之一。由于竹材生长速度快，在绿色、低碳、可持续方面具有得天独厚的优势，竹质人造板的开发不仅使竹材得到大规模的工业利用提高了竹材的使用价值，而且在一定程度上缓解了我国木材的供需矛盾。
目前竹材人造板生产主要使用脲醛、酚醛树脂、三聚氰胺等有机胶粘剂，有机胶与竹材之间的粘结性能良好，但是在生产和使用过程中，会造成甲醛释放的问题，影响人体健康，且防火性和耐久性比较差。而且传统的竹纤维板，在吸水厚度膨胀率、静曲强度、弹性模量等方面性能较差，这一系列问题限制了重组竹复合板材的适用范围，并且造成了一定的空气污染问题。
发明专利CN 111393130A公开了一种抗裂型竹结构用无机胶及制备方法及重组竹的制备方法，无机胶其组分包括：氧化镁，七水硫酸镁，硅灰，硅溶胶，硅酸锂，硅酸钠，柠檬酸，微晶纤维素，纳米纤维素晶须，氨基三亚甲基膦酸，水；其未说明竹丝的质量配比及重组竹名义密度，而板材密度直接影响到产品的强度，欠缺可操作性。专利号CN 112661478 A《一种耐火抗折竹纤维板及其制备方法》公开了一种耐火抗折竹纤维板及其制备方法，原料包含以下重量份：竹纤维30～40份，镁类化合物30～50份，铝类化合物10～15份，高岭土4～6份，胶黏剂15～25份，增强材料10～16份；其竹纤维含量占板材质量的百分比不高于50％，无机成分占比较大，难以体现竹质人造板的有机特性和质感。
发明内容
为了解决现有技术中竹复合板材存在的环保性低、阻燃性差、强度低、吸水厚度大等问题，本发明目的之一在于提供了一种无醛阻燃重组竹复合板材的制备方法。
具体技术方案如下：
一种无醛阻燃重组竹复合板材的制备方法，包括以下步骤：
(1)脱糖竹束的制备；
(2)脱糖竹粉的制备：将脱糖竹束进行研磨，得到粒度为20～100目的脱糖竹粉；
(3)无机胶的制备：将添加剂分散在水中，其中添加剂与水的摩尔比为8：(15～18)，得到无机胶；所述添加剂为氧化镁、氯化镁、硫酸钙、氯化钙、氟化钠和三乙醇胺中的一种或多种；
(4)浸胶竹束的制备：将脱糖竹束浸入无机胶中处理15～60min，得到浸胶竹束；
(5)浸胶竹粉的制备：将脱糖竹粉用无机胶润湿，得到浸胶竹粉；
(6)组坯铺装：将浸胶竹束按顺纹与浸胶竹粉分层交替铺装，上下两层均为浸胶竹粉，得到板坯；
(7)板坯冷压：将板坯加压至6MPa～20MPa进行冷压，加压速度为20～30mm/s，待板坯至目标厚度后，保压10～30h，得到冷压板坯；
上述技术方案中，板坯进行冷压的目的是使板坯中竹束、竹粉、无机胶三者紧密结合，胶料部分渗入竹束细胞中，为形成胶钉创造必要的条件，同时，水分分布更加均匀，减小板材应力。
(8)分板、养护、锯边：将冷压后的板坯进行解模分板后，进入半成品库静置养护7～14d，然后进行锯边处理，得到无醛阻燃重组竹复合板材。
作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，脱糖竹束的制备，具体包括如下步骤：
S1、先将竹材截成竹筒、沿着纵向剖分成弧形竹片，然后将竹片去青去黄，进行碾压疏解，疏解形成网状竹束；所述竹束宽为10～30mm，厚为2～5mm，初含水率为10％～12％；
S2、将竹束放入装有过氧化氢水溶液的高压容器内，然后控制压力在1～2.5MPa，温度在100～220℃的条件下，保持60～120min，取出沥干水分，得到预处理竹束；
S3、将预处理竹束放入炭化炉中炭化处理2～6h，得到脱糖竹束；
所述炭化的工艺参数：炭化炉内的压力为0.35～0.45MPa，温度为140～220℃。
上述技术方案中，由于竹材含有较高的糖分，对于溶胶凝固硬化产生不良影响，产生阻凝作用，因此，对其采用脱糖处理，同时可以提高产品防霉性能和尺寸稳定性。
作为上述技术方案的优选，步骤(6)在铺装过程中，以一层浸胶竹束和一层浸胶竹粉为一个竹单元计，每个竹单元中浸胶竹束与浸胶竹粉的质量比为1：(2～5)。
上述技术方案中，将每个竹单元中浸胶竹束与浸胶竹粉的质量比设置为1：2～1：5，目的在于：实现浸胶竹粉对浸胶竹束的有效充分包裹和填充。当二者的质量比小于1：2时，竹粉不能将竹束进行包裹，竹束裸露于板材表面，导致竹束膨胀不均，从而造成板材表面不平整、出现跳丝等缺陷；当竹粉过多，即高于1：5时，竹束对于板材的强度增强作用不明显，同时将竹束加工成竹粉能耗增大。
作为上述技术方案的优选，板坯冷压前还进行预压处理，具体工艺参数如下：板坯压缩量为1/2～1/3，预压压力为1.5～1.6MPa，预压时间为10～30s。预压的目的是使板坯结构密实，排除板坯中残留的气体，防止施加压力突然加大，造成板坯破裂。
作为上述技术方案的优选，所述浸胶竹束的浸胶量为10～30％，优选为15～25％。
作为上述技术方案的优选，所述浸胶竹粉的浸胶量为20～40％，优选为25～35％。
作为上述技术方案的优选，所述组坯过程中，根据设计的重组竹复合板材板坯的密度计算板坯质量，使得最终得到的板坯的密度为1.0～1.4g/cm3。
本发明技术方案中，竹束是将竹片经过多次疏解，呈现出纵向不断裂、横向由若干个维管束和基本组织组成纤维束交织的网状结构，在板材中发挥骨架作用。竹束不仅保留着植物纤维本身的强度，而且减少了植物纤维的比表面积，有利于生产大掺量非木材植物纤维人造板。因此，本发明中利用竹束作为板材的增强项，可以提高板材的静曲强度；将竹束和竹粉进行分层铺装，通过加压，竹粉进入竹束网状缝隙中，将竹束进行充分的包裹和填充，使得无机胶、竹束、竹粉三者有效结合。同时，竹粉中储存的无机胶，可以给与浸胶竹束提供有效的胶黏剂补充，避免竹束施胶不均而引起产品的开裂等情况。在大压力的作用下，竹束横向正应变增加，无机胶就能突破竹束表面，挤压进竹束内部，从而实现竹束之间的机械互锁和化学粘合。
本发明的另一目的在于，提供一种竹复合板材。
一种无醛阻燃重组竹复合板材，采用上述任一项方法制备而成。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)具有很强的环保性。加工过程未添加甲醛物质，甲醛释放量达到无醛级要求，解决了传统竹材人造板含有甲醛的问题，该无醛阻燃重组竹复合板材的总挥发物有机化合物(TVOC)低，达到GB/T 35601-2017《绿色产品评价人造板和木质地板》的质量要求，确保产品的环保安全。
(2)具有良好的阻燃性能。与传统人造板材相比，防火等级达到B1-B级以上，适用于工程装修等防火等级要求较高的场所。
(3)强度高且尺寸稳定性好。产品采用竹束和竹粉两种竹质单元分层铺装，以竹束作为增强项，解决了仅使用竹粉单元造成的产品强度不高的问题，在结构上十分致密，尺寸稳定，吸水膨胀率小。
(4)防霉性能良好。采用高温炭化方法，对竹单元进行脱糖处理，减少微生物的营养物质；同时加入的金属盐等无机化合物可以有效提高产品的抗菌防霉性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步描述。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，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的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
一种无醛阻燃重组竹复合板材的制备方法，包括以下步骤：
(1)脱糖竹束的制备：
S1、先将竹材截成竹筒、沿着纵向剖分成弧形竹片，然后将竹片去青去黄，进行碾压疏解，疏解形成网状竹束；所述竹束宽为10～30mm，厚为2～5mm，初含水率为10％～12％；
S2、将竹束放入装有过氧化氢水溶液的高压容器内，然后控制压力在1.5MPa，温度在160℃的条件下，保持90min，取出，沥干水分得到预处理竹束；
S3、将预处理竹束放入炭化炉中炭化处理4h，得到脱糖竹束；其中，炭化的工艺参数：炭化炉内的压力为0.40MPa，温度为180℃。
(2)脱糖竹粉的制备：将脱糖竹束进行研磨，得到粒度为60目的脱糖竹粉；
(3)无机胶的制备：将添加剂分散在水中，其中添加剂与水的摩尔比为8：17，得到无机胶；
所述添加剂为氧化镁、氯化镁和硫酸钙的混合物，其中氧化镁、氯化镁和硫酸钙的摩尔比为7：1：1。
(4)浸胶竹束的制备：将脱糖竹束浸入无机胶中处理40min，得到浸胶量为25％的浸胶竹束；
(5)浸胶竹粉的制备：将脱糖竹粉用无机胶润湿，得到浸胶量为25％的浸胶竹粉；
(6)组坯铺装：将浸胶竹束按顺纹与浸胶竹粉分层交替铺装，上下两层均为浸胶竹粉，以一层浸胶竹束和一层浸胶竹粉为一个竹单元计，每个竹单元中浸胶竹束与浸胶竹粉的质量比为1：3，得到板坯；
(7)板坯预压：将板坯进行预压，板坯压缩量为5/12，预压压力为1.55MPa，预压时间为20s，得到预压板坯；
(8)板坯冷压：将预压板坯加压至13MPa进行冷压，加压速度为25mm/s，待板坯至目标厚度后，保压20h，得到冷压板坯；
(9)分板、养护、锯边：将冷压后的板坯进行解模分板后，进入半成品库静置养护10d，然后进行锯边处理，得到无醛阻燃重组竹复合板材。
实施例2
一种无醛阻燃重组竹复合板材的制备方法，包括以下步骤：
(1)脱糖竹束的制备：
S1、先将竹材截成竹筒、沿着纵向剖分成弧形竹片，然后将竹片去青去黄，进行碾压疏解，疏解形成网状竹束；所述竹束宽为10～30mm，厚为2～5mm，初含水率为10％～12％；
S2、将竹束放入装有过氧化氢水溶液的高压容器内，然后控制压力在2.5MPa，温度在100℃的条件下，保持120min，取出，沥干水分得到预处理竹束；
S3、将预处理竹束放入炭化炉中炭化处理6h，得到脱糖竹束；其中，炭化的工艺参数：炭化炉内的压力为0.35MPa，温度为220℃。
(2)脱糖竹粉的制备：将脱糖竹束进行研磨，得到粒度为100目的脱糖竹粉；
(3)无机胶的制备：将添加剂分散在水中，其中添加剂与水的摩尔比为8：15，得到无机胶；
所述添加剂为氧化镁、氯化镁和氯化钙的混合物，其中氧化镁、氯化镁和氯化钙的摩尔比为9：1：1。
(4)浸胶竹束的制备：将脱糖竹束浸入无机胶中处理15min，得到浸胶量为15％的浸胶竹束；
(5)浸胶竹粉的制备：将脱糖竹粉用无机胶润湿，得到浸胶量为30％的浸胶竹粉；
(6)组坯铺装：将浸胶竹束按顺纹与浸胶竹粉分层交替铺装，上下两层均为浸胶竹粉，以一层浸胶竹束和一层浸胶竹粉为一个竹单元计，每个竹单元中浸胶竹束与浸胶竹粉的质量比为1：5，得到板坯；
(7)板坯预压：将板坯进行预压，板坯压缩量为1/3，预压压力为1.5MPa，预压时间为10s，得到预压板坯；
(8)板坯冷压：将预压板坯加压至20MPa进行冷压，加压速度为20mm/s，待板坯至目标厚度后，保压10h，得到冷压板坯；
(9)分板、养护、锯边：将冷压后的板坯进行解模分板后，进入半成品库静置养护14d，然后进行锯边处理，得到无醛阻燃重组竹复合板材。
实施例3
一种无醛阻燃重组竹复合板材的制备方法，包括以下步骤：
(1)脱糖竹束的制备：
S1、先将竹材截成竹筒、沿着纵向剖分成弧形竹片，然后将竹片去青去黄，进行碾压疏解，疏解形成网状竹束；所述竹束宽为10～30mm，厚为2～5mm，初含水率为10％～12％；
S2、将竹束放入装有过氧化氢水溶液的高压容器内，然后控制压力在1MPa，温度在220℃的条件下，保持60min，取出，沥干水分得到预处理竹束；
S3、将预处理竹束放入炭化炉中炭化处理2h，得到脱糖竹束；其中，炭化的工艺参数：炭化炉内的压力为0.45MPa，温度为140℃。
(2)脱糖竹粉的制备：将脱糖竹束进行研磨，得到粒度为20目的脱糖竹粉；
(3)无机胶的制备：将添加剂分散在水中，其中添加剂与水的摩尔比为4：9，得到无机胶；
所述添加剂为氧化镁、氯化镁和氟化钠的混合物，其中氧化镁、氯化镁和氟化钠的摩尔比为6：1：1。
(4)浸胶竹束的制备：将脱糖竹束浸入无机胶中处理60min，得到浸胶量为20％的浸胶竹束；
(5)浸胶竹粉的制备：将脱糖竹粉用无机胶润湿，得到浸胶量为35％的浸胶竹粉；
(6)组坯铺装：将浸胶竹束按顺纹与浸胶竹粉分层交替铺装，上下两层均为浸胶竹粉，以一层浸胶竹束和一层浸胶竹粉为一个竹单元计，每个竹单元中浸胶竹束与浸胶竹粉的质量比为1：2，得到板坯；
(7)板坯预压：将板坯进行预压，板坯压缩量为1/2，预压压力为1.6MPa，预压时间为30s，得到预压板坯；
(8)板坯冷压：将预压板坯加压至6MPa进行冷压，加压速度为30mm/s，待板坯至目标厚度后，保压30h，得到冷压板坯；
(9)分板、养护、锯边：将冷压后的板坯进行解模分板后，进入半成品库静置养护7d，然后进行锯边处理，得到无醛阻燃重组竹复合板材。
实施例4
一种无醛阻燃重组竹复合板材的制备方法，包括以下步骤：
(1)脱糖竹束的制备：
S1、先将竹材截成竹筒、沿着纵向剖分成弧形竹片，然后将竹片去青去黄，进行碾压疏解，疏解形成网状竹束；所述竹束宽为10～30mm，厚为2～5mm，初含水率为10％～12％；
S2、将竹束放入装有过氧化氢水溶液的高压容器内，然后控制压力在2.0MPa，温度在200℃的条件下，保持90min，取出，沥干水分得到预处理竹束；
S3、将预处理竹束放入炭化炉中炭化处理5h，得到脱糖竹束；其中，炭化的工艺参数：炭化炉内的压力为0.40MPa，温度为210℃。
(2)脱糖竹粉的制备：将脱糖竹束进行研磨，得到粒度为80目的脱糖竹粉；
(3)无机胶的制备：将添加剂分散在水中，其中添加剂与水的摩尔比为2：1，得到无机胶；
所述添加剂为氧化镁、氯化镁和三乙醇胺的混合物，其中氧化镁、氯化镁和三乙醇胺的摩尔比为8：1：1。
(4)浸胶竹束的制备：将脱糖竹束浸入无机胶中处理45min，得到浸胶量为10％的浸胶竹束；
(5)浸胶竹粉的制备：将脱糖竹粉用无机胶润湿，得到浸胶量为40％的浸胶竹粉；
(6)组坯铺装：将浸胶竹束按顺纹与浸胶竹粉分层交替铺装，上下两层均为浸胶竹粉，以一层浸胶竹束和一层浸胶竹粉为一个竹单元计，每个竹单元中浸胶竹束与浸胶竹粉的质量比为1：4，得到板坯；
(7)板坯冷压：将板坯加压至15MPa进行冷压，加压速度为25mm/s，待板坯至目标厚度后，保压24h，得到冷压板坯；
(8)分板、养护、锯边：将冷压后的板坯进行解模分板后，进入半成品库静置养护14d，然后进行锯边处理，得到无醛阻燃重组竹复合板材。
对比例1
与实施例1基本相同，区别仅在于：
以一层浸胶竹束和一层浸胶竹粉为一个竹单元计，每个竹单元中浸胶竹束与浸胶竹粉的质量比为1：1。
对比例2
与实施例1基本相同，区别仅在于：
以一层浸胶竹束和一层浸胶竹粉为一个竹单元计，每个竹单元中浸胶竹束与浸胶竹粉的质量比为1：6。
对比例3
市售的传统工艺生产的普通竹纤维板。采用脲醛树脂为胶黏剂，主要工艺为：纤维分离：经水浸泡后的竹片和石蜡块投入热磨机中，先在预热蒸汽压力为0.3～1.0MPa的条件下，预热时间10～15min，研磨时间3～5min进行纤维分离，然后采用干燥机进行干燥，使纤维的含水率控制在6％～10％。施胶：采用特种脲醛树脂(NSQ一82树脂)或酚醛树脂胶均匀地喷撤到纤维上，施胶量为6％～12％。热压：热压温度150℃～200℃，热压时间以每毫米板厚为0.5～1.0min，热压压力为2.5～5.5MPa。
对上述各实施例和对比例制得的无醛阻燃重组竹复合板材进行性能测试，具体如下：
1、理化性能测试方法：
根据GB/T 17657-2013《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》测试板材的理化性能；具体地，密度参考4.2、甲醛释放量参考4.60(1m3气候箱法)、静曲强度和弹性模量参考4.7、内结合强度参考4.11、2h沸水煮后内结合强度参考4.12、吸水厚度膨胀率参考4.4。试验结果见表1。
Figure BDA0004111887250000081
2、其他性能测试方法：
根据GB/T 35601-2017《绿色产品评价人造板和木质地板》进行了总挥发性有机化合物(TVOC)测定；根据GB 8624-2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》进行防火等级测定；根据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》进行防霉性能测定。
试验结果见表2。
Figure BDA0004111887250000082
Figure BDA0004111887250000091
上述试验结果可知，本发明实施例制得的无醛阻燃重组竹复合板材的密度为1.02～1.35g/cm3，甲醛释放量为未检出～0.009mg/m3，静曲强度为66.8～72.3MPa，弹性模量为5780～7420MPa，内结合强度为2.24～3.00MPa，2h沸水煮后内结合强度为1.11～1.45MPa，吸水厚度膨胀率为3％以下。防火等级达到GB 8624-2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》为B1-B级以上，为难燃材料(制品)；防霉试验等级达到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》0级；总挥发物有机化合物(TVOC)达到GB/T 35601-2017《绿色产品评价人造板和木质地板》的质量要求。
以上描述了本发明的具体实施例，但是，本发明的范围并不局限于上述具体实施例，在不偏离本发明实质的基础上，可以对本发明技术方案进行各种变型、组合或替换，但这些变型、组合或替换均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种无醛阻燃重组竹复合板材的制备方法，包括以下步骤：
(1)脱糖竹束的制备；
(2)脱糖竹粉的制备：将脱糖竹束进行研磨，得到粒度为20～100目的脱糖竹粉；
(3)无机胶的制备：将添加剂分散在水中，其中添加剂与水的摩尔比为8：(15～18)，得到无机胶；
(4)浸胶竹束的制备：将脱糖竹束浸入无机胶中处理15～60min，得到浸胶竹束；
(5)浸胶竹粉的制备：将脱糖竹粉用无机胶润湿，得到浸胶竹粉；
(6)组坯铺装：将浸胶竹束按顺纹与浸胶竹粉分层交替铺装，上下两层均为浸胶竹粉，得到板坯；
(7)板坯冷压：将板坯加压至6MPa～20MPa进行冷压，加压速度为20～30mm/s，待板坯至目标厚度后，保压10～30h，得到冷压板坯；
(8)分板、养护、锯边：将冷压后的板坯进行解模分板后，进入半成品库静置养护7～14d，然后进行锯边处理，得到无醛阻燃重组竹复合板材。
2.根据权利要求1所述的一种无醛阻燃重组竹复合板材的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，脱糖竹束的制备，具体包括如下步骤：
S1、先将竹材截成竹筒、沿着纵向剖分成弧形竹片，然后将竹片去青去黄，进行碾压疏解，疏解形成网状竹束；所述竹束宽为10～30mm，厚为2～5mm，初含水率为10％～12％；
S2、将竹束放入装有过氧化氢水溶液的高压容器内，然后控制压力在1～2.5MPa，温度在100～220℃的条件下，保持60～120min，取出沥干水分，得到预处理竹束；
S3、将预处理竹束放入炭化炉中炭化处理2～6h，得到脱糖竹束。
3.根据权利要求2所述的一种无醛阻燃重组竹复合板材的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述炭化的工艺参数：炭化炉内的压力为0.35～0.45MPa，温度为140～220℃。
4.根据权利要求1所述的一种无醛阻燃重组竹复合板材的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述添加剂为氧化镁、氯化镁、三氯化磷、硫酸钙、氯化钙、氟化钠和三乙醇胺中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种无醛阻燃重组竹复合板材的制备方法，其特征在于，步骤(6)在铺装过程中，以一层浸胶竹束和一层浸胶竹粉为一个竹单元计，每个竹单元中浸胶竹束与浸胶竹粉的质量比为1：(2～5)。
6.根据权利要求1所述的一种无醛阻燃重组竹复合板材的制备方法，其特征在于，板坯冷压前还进行预压处理，具体工艺参数如下：板坯压缩量为1/2～1/3，预压压力为1.5～1.6MPa，预压时间为10～30s。
7.根据权利要求1所述的一种无醛阻燃重组竹复合板材的制备方法，其特征在于，所述浸胶竹束的浸胶量为10～30％。
8.根据权利要求1所述的一种无醛阻燃重组竹复合板材的制备方法，其特征在于，所述浸胶竹粉的浸胶量为20～40％。
9.根据权利要求1所述的一种无醛阻燃重组竹复合板材的制备方法，其特征在于，所述组坯过程中，根据设计的重组竹复合板材板坯的密度计算板坯质量，使得最终得到的板坯的密度为1.0～1.4g/cm3。
10.一种无醛阻燃重组竹复合板材，采用权利要求1～9中任一项所述方法制备而成。
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