CN118144055A - 一种无醛高性能胶合木的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无醛高性能胶合木的制备方法，包括：S1、软木的填充化学浸渍处理；S2、对经过浸渍处理的软木进行硬化热处理，使软木表面表面获得更紧密、更坚硬的纤维结构；采用木质素衍生物溶液以及的纤维素衍生物溶液浸渍，以提高软木表面的木质素和纤维素含量；采用热固性树脂溶液浸渍，以增加软木的耐磨性和抗压性，促进软木的纤维结构的紧密并提高软木的坚硬度S3、将经过硬化热处理的软木与硬木进行层叠和胶合处理；S4、对胶合后的软木和硬木进行热压，形成无醛高性能胶合木。本发明通过木质素衍生物溶液以及的纤维素衍生物溶液浸渍处理软木，实现了软木表面的纤维结构密度和硬度，增强了软硬木构成胶合木的胶合强度。
Description
技术领域
本发明涉及一种胶合木技术领域，尤其涉及一种无醛高性能胶合木的制备方法。
背景技术
胶合木是一种由多块木材通过胶合剂粘合在一起形成的木材制品，由于多层薄木板互相交错叠加，胶合木的强度和稳定性通常比实木材料更好，可以减少变形、开裂等问题。这种工艺可以提高木材的强度和稳定性，同时也能够利用小块木材来制造大尺寸的木材制品，减少浪费。
现有技术的研究发现，木材的解剖特征中，尤其是孔隙分布，对粘合性能有重要影响，因此硬木的粘合强度比软木高，但是由于硬木价格较高，因此胶合木往往采用硬木与软木结合的方式制造。相较于硬木，软木具有较好的弹性和韧性，能够吸收和分散外力，增加胶合木的抗冲击性能，同时软木密度相对较低，使得软硬木结合的胶合木材料相对较轻，便于搬运和加工。
硬木通常具有较高的密度和硬度，纤维结构紧密；而软木则相对较轻软，纤维结构较为松散，意味着在承载重量较大或受外部力作用的情况下，容易发生粘接处剥离或开裂，从而造成结构的破坏或倒塌，存在安全隐患。
因此，有必要对现有技术中的胶合木进行改进，以解决上述问题。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种无醛高性能胶合木的制备方法。为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种无醛高性能胶合木的制备方法，包括如下步骤；
S1、软木的填充化学浸渍处理；
S2、对经过浸渍处理的软木进行硬化热处理，使软木表面表面获得更紧密、更坚硬的纤维结构；
S3、将经过硬化热处理的软木与硬木进行层叠和胶合处理；
S4、对胶合后的软木和硬木进行热压，形成无醛高性能胶合木。
本发明一个较佳实施例中，在所述S3中，将软木与硬木进行层叠和胶合处理的具体步骤为：
S31、将经过填充化学浸渍和硬化处理的软木与硬木按照每一层的纤维方向与相邻层垂直的顺序交替堆叠，并且软木和硬木的排列顺序在中心对称点两侧是镜像对称的；
S32、在胶合处理过程中，确保软木和硬木之间完全贴合，胶水均匀涂覆。
本发明一个较佳实施例中，所述木质素衍生物为：木质素磺酸钠、木质素醇、木质素酮、木质素醚、木质素酯以及木质素胺的一种或者多种混合物；所述纤维素衍生物为：纤维素醚、纤维素酯、纤维素醇以及纤维素硝酸酯的一种或者多种混合物。
本发明一个较佳实施例中，在所述S12中，所述木质素衍生物溶液中木质素的含量为15％-30％，所述纤维素衍生物溶液中纤维素的含量为5％-10％。
本发明一个较佳实施例中，在所述S2中，热处理温度为120℃-180℃，处理时间为1h-4h。
本发明一个较佳实施例中，所述硬木是胶合木的外层材料，所述软木是胶合木的内层材料。
本发明一个较佳实施例中，在所述S3中，对所述经过硬化热处理的软木和硬木施胶时施胶压力为90～115N。
本发明一个较佳实施例中，在所述S31中，堆叠层数为奇数，同一层的木材规格一致。
本发明一个较佳实施例中，在所述S4中，在对人造板进行热压时，热压压力为0.65～0.89MPa，热压温度为167～185℃，热压时间为20～600s。
本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：
(1)本发明提供了一种无醛高性能胶合木的制备方法，通过使用木质素衍生物溶液和纤维素衍生物溶液浸渍软木，可以有效提高软木表面的木质素和纤维素含量，相较于软木与硬木直接胶合，，使其获得更加紧密的纤维结构，有助于增强软木表面的机械性能和稳定性，提高软木的胶合强度。
(2)本发明采用热固性树脂溶液浸渍软木，可以在软木表面形成一层坚硬的涂层，再通过热处理硬化确保木材中的树脂充分固化，增强木材的硬度和稳定性，最终促进软木提高表面的硬度和耐磨性，从而增加软木的抗压性，进一步有助于使软木表面模拟硬木的特征，使软木获得更加坚硬的纤维结构。
(3)本发明在进行填充化学浸渍时，每次浸渍前都进行真空干燥，可以有效去除前一步浸渍残留的溶液，防止不同溶液之间发生交叉污染，保持后续浸渍的纯净度和一致性，且真空干燥有利于溶液充分渗透和吸收，最大限度地发挥填充化学浸渍的效果。
(4)本发明在使用化学溶液浸渍软木以及胶合剂时，均采用无醛的化学剂，有助于减少对环境和人体健康的危害，符合环保要求，对操作人员和使用者的健康影响较小，降低了职业健康风险，提高了工作环境的安全性。
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中记载的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图；
图1是本发明的优选实施例的流程图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
一种无醛高性能胶合木的制备方法，包括如下步骤；
S1、软木的填充化学浸渍处理；
S11、将软木材料进行切割和干燥处理，将软木干燥至相对含水率为8％-12％，软木的厚度为35–50mm；
S12、采用木质素衍生物溶液以及的纤维素衍生物溶液浸渍，以提高软木表面的木质素和纤维素含量；木质素衍生物为木质素磺酸钠、木质素醇、木质素酮、木质素醚、木质素酯以及木质素胺的一种或者多种混合物；纤维素衍生物为纤维素醚、纤维素酯、纤维素醇以及纤维素硝酸酯的一种或者多种混合物；优选的，木质素衍生物为体积比1：0.4-0.5：0.6-0.9的木质素磺酸钠、木质素醇以及木质素酯混合物，纤维素衍生物为体积比0.7-0.9：1的纤维素醚和纤维素醇的混合物。
室温下，利用去离子水溶解木质素衍生物和纤维素衍生物，其中，木质素衍生物溶液中木质素的含量为15％-30％；纤维素衍生物溶液的纤维素的含量为5％-10％；
木质素由多种苯环和侧链组成，其结构复杂且致密，因此软木的木质素衍生物溶液浸渍时间为6h-48h，浸渍温度为20℃-60℃，较高的温度有助于加快木质素的渗透和反应速度；木质素衍生物溶液中的木质素通过渗透作用进入软木的木质素的细胞壁中，与软木的原有木质素进行结合或者替代，从而调整软木的木质素组成，增加软木的木质素含量。
木质素衍生物溶液浸渍后需要对软木进行干燥处理，使得相对含水率为8％-12％。
软木的纤维素衍生物溶液浸渍时间为1h-10h，浸渍温度为室温-40℃，软木细胞吸收纤维素衍生物溶液的纤维素并沉积在细胞壁中，从而增加软木的纤维素含量，有助于增强软木的机械性能和稳定性。
再对软木进行干燥处理。
S13、采用热固性树脂溶液浸渍，以增加软木的耐磨性和抗压性，促进软木的纤维结构的紧密并提高软木的坚硬度；热固性树脂为聚氨酯树脂、聚酯树脂、环氧树脂、聚丙烯树脂中的一种；热固性树脂溶液的热固性树脂含量为5％-20％，浸渍时间为6h-24h，浸渍温度为20℃-100℃。热固性树脂可以在软木表面形成一层坚硬的涂层，提高表面的硬度和耐磨性，但它们并不直接增加木质素和纤维素的含量。
S12的填充化学浸渍用于改变软木的木质素和纤维素含量，从而改变软木的密度和纤维结构；S13的填充化学浸渍用于提高软木表面的硬度，从而得到表面模拟硬木纤维结构以及表面含有高木质素和纤维素的软木。
S2、对经过浸渍处理的软木进行硬化热处理，使软木表面表面获得更紧密、更坚硬的纤维结构；将软木放置在真空热处理设备中，真空区间为10-1 -10-5Pa，热处理温度为120℃-180℃，处理时间为1h-4h，使热固性树脂充分固化并提高木材的硬度。
S3、将经过硬化热处理的软木与硬木进行层叠和胶合处理；
S31、把硬木作为胶合木的表层材料，将经过填充化学浸渍和硬化处理的软木与硬木按照每一层的纤维方向与相邻层垂直的顺序交替堆叠，并且硬木和软木层的排列顺序在中心对称点两侧是镜像对称的；堆叠层数为奇数，同一层的木材规格一致；
S32、在胶合处理过程中，确保软木和硬木之间完全贴合，胶水均匀涂覆；对软木和硬木施胶时施胶压力为90～115N，施胶温度为100℃-120℃，确保胶水与木材充分结合。
S4、对胶合后的软木和硬木进行热压，形成无醛高性能胶合木；在对胶合木进行热压时，热压压力为0.65～0.89MPa，热压温度为167～185℃，热压时间为20～600s。
本发明利用木质素衍生物溶液以及的纤维素衍生物溶液浸渍，以提高软木表面的木质素和纤维素含量，采用热固性树脂溶液浸渍，以增加软木的耐磨性和抗压性，通过硬化热处理，最终使得软木表面获得更紧密、更坚硬的纤维结构，木质素和纤维素含量提升，从而使得软木表面模拟了硬木的特征，进而提高软木的胶合强度。
实施例一
一种无醛高性能胶合木的制备方法，其特征在于，包括如下步骤；
S1、软木的填充化学浸渍处理；将软木材料进行切割和处理，将软木干燥至相对含水率为10％，软木的厚度为40mm，长度为2m；室温下，利用水溶解木质素衍生物-体积比为1：0.4：0.6的木质素磺酸钠、木质素醇以及木质素酯混合物、体积比0.7：1的纤维素醚和纤维素醇的混合物、以及热固性树脂-聚氨酯树脂，其中，木质素衍生物溶液中木质素的含量为20％；纤维素衍生物溶液的纤维素的含量为8％；热固性树脂溶液的聚氨酯树脂含量为13％；
在40℃下，将软木浸渍在木质素衍生物溶液中12h，然后取出软木利用真空干燥；
在25℃下，将软木浸渍在纤维素衍生物溶液中5h，然后取出软木利用真空干燥；
在80℃下，将软木浸渍在热固性树脂溶液中12h；
S2、对经过浸渍处理的软木进行硬化热处理，将软木放置在真空热处理设备中，真空区间为10-1Pa，热处理温度为150℃，处理时间为3h，使热固性树脂充分固化并提高木材的硬度。
S3、将经过硬化热处理的软木与硬木进行层叠和胶合处理，将硬木处理为相对含水率为10％，厚度为40mm，长度为2m的材料；硬木作为外层材料，软木作为内层材料，将经过填充化学浸渍和硬化处理的软木与硬木按照每一层的纤维方向与相邻层垂直的顺序交替堆叠，并且硬木和软木层的排列顺序在中心对称点两侧是镜像对称的；堆叠层数为奇数，同一层的木材规格一致；在施胶压力为100N，施胶温度为105℃下进行胶合，所用胶水为无醛的酚醛树脂，确保胶水与木材充分结合。
S4、对胶合后的软木和硬木进行热压，热压压力为0.75MPa，热压温度为175℃，热压时间为300s，最终形成无醛高性能胶合木。
实施例二
一种无醛高性能胶合木的制备方法，与实施例一的相同之处不再赘述，本实施例与实施例一的区别在于；
在S1中，纤维素衍生物溶液的纤维素的含量为7％。
实施例三
一种无醛高性能胶合木的制备方法，与实施例一的相同之处不再赘述，本实施例与实施例一的区别在于；
在S1中，纤维素衍生物溶液的纤维素的含量为9％。
实施例四
一种无醛高性能胶合木的制备方法，与实施例一的相同之处不再赘述，本实施例与实施例一的区别在于；
在S1中，木质素衍生物溶液中木质素的含量为17％。
实施例五
一种无醛高性能胶合木的制备方法，与实施例四的相同之处不再赘述，本实施例与实施例四的区别在于；
在S1中，纤维素衍生物溶液的纤维素的含量为7％。
实施例六
一种无醛高性能胶合木的制备方法，与实施例四的相同之处不再赘述，本实施例与实施例四的区别在于；
在S1中，纤维素衍生物溶液的纤维素的含量为9％。
实施例七
一种无醛高性能胶合木的制备方法，与实施例一的相同之处不再赘述，本实施例与实施例一的区别在于；
在S1中，木质素衍生物溶液中木质素的含量为23％。
实施例八
一种无醛高性能胶合木的制备方法，与实施例七的相同之处不再赘述，本实施例与实施例七的区别在于；
在S1中，纤维素衍生物溶液的纤维素的含量为7％。
实施例九
一种无醛高性能胶合木的制备方法，与实施例七的相同之处不再赘述，本实施例与实施例七的区别在于；
在S1中，纤维素衍生物溶液的纤维素的含量为9％。
实施例十
一种无醛高性能胶合木的制备方法，与实施例一的相同之处不再赘述，本实施例与实施例一的区别在于；
在S1中，热固性树脂溶液的聚氨酯树脂含量为11％。
实施例十一
一种无醛高性能胶合木的制备方法，与实施例一的相同之处不再赘述，本实施例与实施例一的区别在于；
在S1中，热固性树脂溶液的聚氨酯树脂含量为15％。
对比例一
本对比例提供了一种甲醛高效催化分解人造板的制备方法，与实施例一的相同之处不再赘述，本对比例与实施例一的区别在于：
本对比例取消对软木进行填充化学浸渍处理以及硬化热处理，直接将切割干燥好的软木与硬木胶合热压形成无醛高性能胶合木。
试验例一
本试验例选取实施例一至实施例九以及对比例一制备的胶合板，进行理化性能测试，获得不同木质素衍生物溶液和纤维素衍生物溶液浸渍后制备的胶合木的剪切强度、气干密度、弯曲强度以及弹性模量等胶合木参数，本实验例的胶合木的胶合强度通过剪切强度测试来进行评估，通过将胶合木材料的接合部分施加剪切力，以确定接合部位的抗拉强度来衡量胶合强度，剪切强度越大，胶合强度越大；气干密度通过测量单位体积内的质量来计算；弯曲强度通过弯曲试验来测量，弹性模量通过弹性变形和应力之间的关系来计算。
表1实施例一至实施例九以及对比例一胶合木的理化性能
分析上述数据可知，实施例组与对比例组在理化性能存在显著差异，实施例一至实施例九理化性能参数均高于对比例一，因此木质素衍生物溶液以及纤维素衍生物溶液对胶合板的切强度、气干密度、弯曲强度以及弹性模量等胶合木参数存在提升作用；
然而木质素和纤维素含量并不是越高越好，由表1可知，木质素含量为20％的木质素衍生物溶和纤维素含量为8％的纤维素衍生物溶液效果较好；从分子角度来看，当木质素和纤维素以适当的比例存在时，它们可以形成稳定的微观结构，木质素是一种复杂的有机聚合物，它通过交联作用将纤维素纤维连接在一起，过量的木质素可能会导致交联过度，使得木材变得脆硬且易碎，纤维素含量过高会导致纤维之间的相互作用增强，反而降低了木材的整体性能；从宏观角度来看，当木质素和纤维素的含量适当时，木材的微观结构更加均匀和稳定，纤维之间的排列也更加有序，从而提高了其弯曲强度和弹性模量。因此表中木质素含量20％和纤维素含量8％时达到了一个最佳的平衡点，使得木材的微观结构最为稳定且有序，从而表现出了最佳的机械性能。
试验例二
本试验例选取实施例一、实施例十、实施例十一以及对比例一制备的不同热固性树脂含量溶液浸渍软木制备的胶合板，进行理化性能测试。
表2实施例一、实施例十、实施例十一以及对比例一胶合木的理化性能
分析上述数据可知，实施例组与对比例组在理化性能存在显著差异，实施例实施例一、实施例十、实施例十一理化性能参数均高于对比例一，表中可知，热固性树脂含量为13％时，增强效果较好；当热固性树脂含量适中时，它能够充分渗透到木材纤维中，并与纤维形成良好的结合；热固性树脂含量过高，会导致其在木材中的分布不均匀，过多的树脂在固化时产生内部应力，导致胶合木在受力时容易产生裂纹或变形。
综上，在本实验中，木质素含量为20％的木质素衍生物溶液、纤维素含量为8％的纤维素衍生物溶液以及热固性树脂含量为13％的热固性树脂溶液的组合，能够有效地提升胶合木的剪切强度、弯曲强度和弹性模量等参数，表现出较佳的理化性能。
因此通过木质素衍生物溶液以及纤维素衍生物溶液改变软木表面的结构和密度，形成稳定且坚固的微观结构，从而提高胶合木的力学性能和物理性质，通过热固性树脂溶液来提升表面硬度，增强木材纤维之间的连接和整体结构的稳定性，从而实现了软木表面硬木模拟，提高了胶合木的整体的机械性能和胶合强度。
以上依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。
Claims (10)
1.一种无醛高性能胶合木的制备方法，其特征在于，包括如下步骤；
S1、软木的填充化学浸渍处理；
S2、对经过浸渍处理的软木进行硬化热处理，使软木表面表面获得更紧密、更坚硬的纤维结构；
S3、将经过硬化热处理的软木与硬木进行层叠和胶合处理；
S4、对胶合后的软木和硬木进行热压，形成无醛高性能胶合木。
2.根据权利要求1所述的一种无醛高性能胶合木的制备方法，其特征在于：在所述S1中，对软木的填充化学浸渍处理的具体步骤为：
S11、将软木材料进行切割和处理，将软木干燥至相对含水率为8％-12％；
S12、采用木质素衍生物溶液以及的纤维素衍生物溶液浸渍；
S13、采用热固性树脂溶液浸渍，以增加软木的耐磨性和抗压性。
3.根据权利要求1所述的一种无醛高性能胶合木的制备方法，其特征在于：在所述S3中，将软木与硬木进行层叠和胶合处理的具体步骤为：
S31、将经过填充化学浸渍和硬化处理的软木与硬木按照每一层的纤维方向与相邻层垂直的顺序交替堆叠，并且软木和硬木的排列顺序在中心对称点两侧是镜像对称的；
S32、在胶合处理过程中，确保软木和硬木之间完全贴合，胶水均匀涂覆。
4.根据权利要求2所述的一种无醛高性能胶合木的制备方法，其特征在于：所述木质素衍生物为：木质素磺酸钠、木质素醇、木质素酮、木质素醚、木质素酯以及木质素胺的一种或者多种混合物；所述纤维素衍生物为：纤维素醚、纤维素酯、纤维素醇以及纤维素硝酸酯的一种或者多种混合物。
5.根据权利要求2所述的一种无醛高性能胶合木的制备方法，其特征在于：在所述S12中，所述木质素衍生物溶液中木质素的含量为15％-30％，所述纤维素衍生物溶液中纤维素的含量为5％-10％。
6.根据权利要求1所述的一种无醛高性能胶合木的制备方法，其特征在于：在所述S2中，热处理温度为120℃-180℃，处理时间为1h-4h。
7.根据权利要求3所述的一种无醛高性能胶合木的制备方法，其特征在于：所述硬木是胶合木的外层材料，所述软木是胶合木的内层材料。
8.根据权利要求1所述的一种无醛高性能胶合木的制备方法，其特征在于：在所述S3中，对所述经过硬化热处理的软木和硬木施胶时施胶压力为90～115N。
9.根据权利要求3所述的一种无醛高性能胶合木的制备方法，其特征在于：在所述S31中，堆叠层数为奇数，同一层的木材规格一致。
10.根据权利要求1所述的一种无醛高性能胶合木的制备方法，其特征在于：在所述S4中，在对人造板进行热压时，热压压力为0.65～0.89MPa，热压温度为167～185℃，热压时间为20～600s。
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