本發(fā)明屬于竹材加工與利用，具體涉及一種高性能竹纖維無膠成型環(huán)保材料的制備方法。

背景技術(shù)：

1、人造纖維板由于其質(zhì)輕、強(qiáng)度高、易加工和低成本等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于家具、建筑、室內(nèi)裝飾等領(lǐng)域，目前人造纖維板如中密度纖維板等在制備過程中多采用膠黏劑來粘合纖維原料，其中以脲醛樹脂膠黏劑和酚醛樹脂膠黏劑為主，長(zhǎng)期使用會(huì)存在甲醛釋放的問題，對(duì)環(huán)境和人體造成危害。近年來隨著綠色環(huán)保材料的市場(chǎng)需求日益增長(zhǎng)，無膠黏劑的環(huán)保型纖維材料的制備成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，但是無膠纖維板由于其自身起粘合作用的成分結(jié)合力較弱，所以目前無膠纖維板的性能普遍存在不足，難以滿足更高性能材料的需求。以竹材為原料，制備具有優(yōu)異綜合性能的竹纖維板材是解決上述問題的有效方法之一。

2、liese?w,tang?t?k?h,properties?of?the?bamboo?culm,bamboo:the?plant?andits?uses,2015:229公開了竹材由約50％的薄壁細(xì)胞、40％的纖維(厚壁細(xì)胞)和10％的導(dǎo)管等組成，結(jié)構(gòu)如圖1。cn?106914967?a公開了一種無膠重組竹材的制備方法，通過將竹片或竹屑進(jìn)行蒸煮軟化處理再熱磨成纖維束，然后對(duì)纖維束進(jìn)行加熱壓縮處理并轉(zhuǎn)入成型模具中，對(duì)成型模具進(jìn)行加熱使其中的纖維束黏合成型，從而一次成型為所述的無膠重組竹材；cn?114393667a公開了一種無膠成型竹纖維板的制備方法，將竹材加工后熱壓成型，在不用預(yù)處理和不添加膠黏劑的條件下制備出無膠成型竹纖維板材，但以上兩種方法得到的材料都存在內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度低、性能不足的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高性能竹纖維無膠成型環(huán)保材料的制備方法，本發(fā)明以竹材為原料，獲得具有優(yōu)異綜合性能的竹纖維自結(jié)合成型環(huán)保材料，制備工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高、材料快速成型，且不使用膠黏劑，有望替代傳統(tǒng)纖維板作為高性能家具用板材的基材。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

3、一種高性能竹纖維無膠成型環(huán)保材料的制備方法，包括以下步驟：

4、s1、竹材處理：將春夏季節(jié)采伐的竹筒沿著順紋方向劈開，加工成塊狀，然后粉碎至粒度為60～120目，得到竹粉；將竹材剩余物粉碎至粒度為60～120目，得到竹材粉碎物；再將竹粉或/和竹材粉碎物加水混合攪拌后，靜置5～15min，分別收集上層的漂浮物質(zhì)和下層的沉淀物質(zhì)，干燥，上層的漂浮物質(zhì)干燥后得到粉末a，為薄壁細(xì)胞，下層的沉淀物質(zhì)干燥后得到粉末b，為竹纖維；

5、s2、薄壁細(xì)胞蒸汽爆破處理：將s1得到的粉末a與水混合，進(jìn)行蒸汽爆破處理，得到漿料c；

6、s3、竹纖維酶處理：將纖維素酶、s1得到的粉末b與乙酸鈉緩沖溶液混合，進(jìn)行酶處理反應(yīng)，獲得混合物d；

7、s4、熱壓成型：將s2得到的漿料c和s3得到的混合物d混合均勻，進(jìn)行熱壓處理，得到高性能竹纖維無膠成型環(huán)保材料。

8、優(yōu)選地，s1所述粉末a和粉末b的含水量為8～12％。

9、優(yōu)選地，s2所述粉末a與水的質(zhì)量比為1:(1～5)。

10、優(yōu)選地，s2所述蒸汽爆破處理的爆破壓力為1.0～2.0mpa，保壓時(shí)間2～9min。

11、優(yōu)選地，s3所述纖維素酶、粉末b與乙酸鈉緩沖溶液的質(zhì)量比為(0.5～6):100:(150～300)。

12、優(yōu)選地，s3所述酶處理反應(yīng)條件為：在溫度為40～60℃的條件下攪拌0.5～8h，攪拌的速率為30～60r/min，然后將溫度升高至70～100℃并保持10～30min。

13、優(yōu)選地，s4所述漿料c和混合物d的質(zhì)量比為1:(0.5～2)。

14、優(yōu)選地，s4所述熱壓模具的上下表面設(shè)計(jì)均勻分布的排氣孔，排氣孔呈網(wǎng)格狀排列，排氣孔間距為5～20mm，排氣孔孔徑為0.05～1mm，導(dǎo)氣速度為10～50ml/min。

15、優(yōu)選地，s4所述熱壓處理的溫度為160～220℃，壓力為15～25mpa，熱壓時(shí)間為2～15min/mm。

16、本發(fā)明還提供了一種用上述方法制備的高性能竹纖維無膠成型環(huán)保材料。

17、本發(fā)明具有以下顯著的技術(shù)效果：

18、1、本發(fā)明以竹材為原料，采用自結(jié)合工藝獲得具有優(yōu)異綜合性能的竹纖維無膠成型環(huán)保材料，其靜曲強(qiáng)度達(dá)到38.0mpa，彈性模量達(dá)到4.9gpa，內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度達(dá)到1.8mpa，吸水厚度膨脹率為5.0％。本發(fā)明的高性能竹纖維無膠成型環(huán)保材料制備方法簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高、材料快速成型，且不使用膠黏劑，解決了常規(guī)纖維板甲醛釋放和無膠纖維板性能不足的問題，有望替代傳統(tǒng)纖維板作為高性能家具用板材的基材。

19、2、蒸汽爆破處理使得竹材薄壁細(xì)胞的半纖維素含量降低、木質(zhì)素含量大幅增加，薄壁細(xì)胞中的半纖維素在蒸汽爆破處理過程中分解多糖，并進(jìn)一步形成糠醛、乙酸等物質(zhì)，在熱壓過程中，糠醛樹脂化對(duì)竹纖維產(chǎn)生粘合作用，還與竹纖維中的木質(zhì)素發(fā)生縮合反應(yīng)形成酚醛類樹脂，實(shí)現(xiàn)對(duì)竹纖維的粘合。同時(shí)，糠醛還可以經(jīng)氫化作用生成糠醇，糠醇與木質(zhì)素反應(yīng)生成酚-呋喃樹脂，促進(jìn)竹纖維的自結(jié)合。

20、3、酶處理能夠使得竹纖維表面形成豐富的亞纖維分支，更容易形成纏繞和橋接結(jié)構(gòu)，形成更穩(wěn)定的框架結(jié)構(gòu)，提高材料的強(qiáng)度；此外，通過酶處理讓竹纖維中釋放更多的醛基和活性羥基的數(shù)量，有利于竹纖維間氫鍵的結(jié)合，這種氫鍵網(wǎng)絡(luò)使得竹纖維在熱壓過程中形成更強(qiáng)的結(jié)合力。

21、下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

技術(shù)特征：

1.一種高性能竹纖維無膠成型環(huán)保材料的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，s1所述粉末a和粉末b的含水量為8～12％。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，s2所述粉末a與水的質(zhì)量比為1:(1～5)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，s2所述蒸汽爆破處理的爆破壓力為1.0～2.0mpa，保壓時(shí)間2～9min。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，s3所述纖維素酶、粉末b與乙酸鈉緩沖溶液的質(zhì)量比為(0.5～6):100:(150～300)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，s3所述酶處理反應(yīng)條件為：在溫度為40～60℃的條件下攪拌0.5～8h，攪拌的速率為30～60r/min，然后將溫度升高至70～100℃并保持10～30min。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，s4所述漿料c和混合物d的質(zhì)量比為1:(0.5～2)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，s4所述熱壓模具的上下表面設(shè)計(jì)均勻分布的排氣孔，排氣孔呈網(wǎng)格狀排列，排氣孔間距為5～20mm，排氣孔孔徑為0.05～1mm，導(dǎo)氣速度為10～50ml/min。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，s4所述熱壓處理的溫度為160～220℃，壓力為15～25mpa，熱壓時(shí)間為2～15min/mm。

10.一種用權(quán)利要求1～9任一權(quán)利要求所述方法制備的高性能竹纖維無膠成型環(huán)保材料。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種高性能竹纖維無膠成型環(huán)保材料的制備方法，以竹材為原料分離出薄壁細(xì)胞和竹纖維，然后將薄壁細(xì)胞進(jìn)行蒸汽爆破處理，竹纖維進(jìn)行酶處理，再將處理后的薄壁細(xì)胞和竹纖維進(jìn)行熱壓，得到高性能竹纖維無膠成型環(huán)保材料，其靜曲強(qiáng)度達(dá)到38.0MPa，彈性模量達(dá)到4.9GPa，內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度達(dá)到1.8MPa，吸水厚度膨脹率為5.0％。本發(fā)明的制備方法簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高、材料快速成型，且不使用膠黏劑，解決了常規(guī)纖維板甲醛釋放和無膠纖維板性能不足的問題，有望替代傳統(tǒng)纖維板作為高性能家具用板材的基材。

技術(shù)研發(fā)人員：陳紅,程鵬,鐘土華,楊麗
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京林業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2