CN110587749B - 一种络合刨花、络合刨花板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种络合刨花、络合刨花板及其制造方法，属于人造板加工技术领域。所述络合刨花板由络合刨花和胶黏剂组成，在所述络合刨花引入了植物多酚金属盐络合物，将金属离子通过植物多酚固定在刨花表面、细胞壁、细胞腔和/或细胞间隙中，不仅有效地改变了刨花板的色泽，而且增加了刨花板的防水、反腐、防霉等性能。

Description

一种络合刨花、络合刨花板及其制造方法
技术领域
本发明涉及人造板加工技术领域，具体涉及一种络合刨花、络合刨花板及其制造方法。
背景技术
刨花板，又称碎料板，是由木材或其他木质材料制成刨花后，施加胶黏剂后在热力和压力作用下胶合而成木质复合材料。由于具有良好的物理力学性能、易加工等特点，在板式家具、建筑结构材、装潢装饰材领域得到了广发的应用。随着刨花板在家装领域的不断发展，以及人们对美好生活的不断追求。在装修时，对木制品的追求已经从实用性到个性化和功能化等方面发生了巨大转变，现有的刨花板加工技术，难以实现功能化和个性化的统一，如增加刨花板的色泽，需要对刨花板进行染色；增加刨花板的耐水性能主要是添加石蜡等防水剂；增加防腐性能需要增加防腐剂；增加防霉性能需要防霉剂；而且很难将上述的功能同时叠加在同一产品中或者同一工艺中。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种络合刨花、络合刨花板及其制造方法。本发明制备络合刨花板不仅有效地改变了刨花板的色泽，而且增加了刨花板的防水、反腐、防霉等性能等优点，可有效防止刨花板开裂。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一方面，本发明提供一种络合刨花，由刨花、植物多酚和金属盐制备而成；所述植物多酚和金属盐在所述刨花中以络合物形式存在，并分布在刨花表面、细胞壁、细胞腔和/或细胞间隙中。
进一步的，所述植物多酚为聚棓酸酯类和/或聚黄烷类植物多酚；所述棓酸酯类多酚包含至少有一个多元醇和多个酚羧酸，所述多元醇通过酯键与酚羧酸相连接；所述聚黄烷类多酚的分子量为500～3000，聚合物为2～10，单元之间以C～C键相连，分子骨架为C6·C3·C6结构，在两个酚香环(A环、B环)之间以一个三碳链(C～2，C～3，C～4)相连，其中一个碳原子与A环8a位置上的氧原子连接成吡喃环(C环)。
另一方面，本发明还提供一种上述络合刨花的制备方法，包括
步骤1：准备适量刨花；
步骤2：把植物多酚导入刨花，得到多酚刨花；
步骤3：在多酚刨花中导入金属盐，得到多酚金属盐刨花；
步骤4：干燥上述刨花，得到络合刨花。
进一步的，所述步骤2为：
21)将植物多酚溶解在水中，搅拌均匀后，形成植物多酚水溶液；
22)把上述刨花浸渍于植物多酚水溶液中；
23)干燥已浸渍植物多酚水溶液的刨花。
优选的，所述植物多酚水溶液的浓度为1g/L～25.0g/L，平均分子量为170～50000，为1～40聚合体；所述刨花在植物多酚水溶液中的浸渍时间为10min-48h，浸渍温度为0-80℃，浸渍方法为常压或加压；
所述植物多酚为栲胶、单宁、单宁酸、末食子酸、焦性末食子酸的一种或多种混合。
将刨花浸泡在多酚溶液中，在水的作用下刨花细胞壁逐渐溶胀，所述植物多酚被逐渐地导入到刨花表面、细胞壁、细胞腔和/或细胞间隙，直至达到预设定的浸渍量；将所述刨花取出，放置在干燥窑或空气中，使刨花中水分逐渐蒸发，所述细胞内植物多酚浓度增加，达到等电点时，开始沉淀，并在氢键和/或疏水键作用下，将所述植物多酚被固化刨花内，形成多酚刨花。
进一步的，所述步骤3为：
31)将金属盐溶解在水中，搅拌均匀后，形成金属盐水溶液；
32)把上述多酚刨花浸渍于金属盐水溶液中。
优选的，所述金属盐水溶液的浓度为0.3g/L～30.0g/L；所述刨花在金属盐水溶液中的浸渍时间10min-24h，浸渍温度0-80℃，浸渍方法为常压或加压；
所述金属盐为铁盐、铜盐、硼酸金属盐的一种或多种混合物。
将多酚刨花浸泡在金属盐中，在水的作用下刨花细胞壁逐渐溶胀，所述金属盐被逐渐地导入到刨花表面、细胞壁、细胞腔和/或细胞间隙，直至达到预设定的浸渍量；所述的植物多酚和金属盐在刨花中络合，所述刨花与植物多酚金属盐络合物之间主要通过氢键、疏解键、共价键结合，多酚金属盐络合物是以植物多酚的邻位二酚羟基与离子形成的五元环螯合而成。
再一方面，本发明还提供一种络合刨花板，包括1～95％上述络合刨花。
在所述刨花表面和/或刨花内的细胞腔、细胞壁、和/或细胞间隙设置有植物多酚金属盐，并所述刨花由顺纹定向排列和/或随机排列，并通过胶黏剂胶合成一整体。
再一方面，本发明还提供一种络合刨花板的制备方法，包括上述络合刨花，包括：
101)干燥
采用气流法，将上述络合刨花干燥至含水率2-5％，干燥时入口气流温度为370～400℃，干燥介质温度为160～190℃，干燥介质的氧含量13-18％；
102)施胶
采用喷雾施胶法，将酚醛树脂或尿醛树脂均匀地喷涂在所述络合刨花表面，若为酚醛树脂施胶量为5％～10％；若为脲醛树脂，施胶量为8～12％
103)铺装成型
采用气流铺装方法，将上述干燥的刨花铺装成面密度为0.15-0.45g/cm2的板坯；
104)热压
将上述板坯，送入多层热压机或连续热压机后，经热压后，制成密度为0.65-1.10g/cm3的刨花板。
现有研究认为，引起刨花板开裂的原因很多，其中最主要的因素是刨花中的多糖(纤维素、半纤维素等物质)在吸湿和解吸过程吸收或释放水分而引起刨花膨胀或收缩，从而导致的刨花尺寸不稳定。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明首先将把植物多酚导入刨花，由于植物多酚酚羟基与刨花中纤维素、半纤维素中的醇羟基通过氢键、疏解键、共价键结合，一方面是刨花中的亲水基团减少，另一方面，植物多酚的酚羟基和苯环使其具有亲水性和疏水性，当植物多酚亲水基团酚羟基与刨花中的纤维素、半纤维素结合以及与金属离子络合后，其疏水的苯环结构，就是络合的刨花表现出了疏水的功能，从而增加了刨花的耐水性能；
同时，金属盐的引入能够有效增加刨花板的反腐、防霉等性，也在一定程度上改变了刨花板的颜色，使得刨花板具备金属盐的颜色，且金属盐离子与植物多酚在木材中络合，存在较为稳定，不易褪色。
本发明中，在刨花的细胞壁内引入植物多酚和金属盐，植物多酚和金属盐在刨花中络合，刨花与植物多酚金属盐络合物之间主要通过氢键、疏解键、共价键结合，多酚金属盐络合物是以植物多酚的邻位二酚羟基与离子形成的五元环螯合而成。将相邻的纤维素/半纤维素的分子链交联成网状结构，犹如在纤维素/半纤维素分子链支上了若干支架支撑，使其在吸湿或解吸时减小甚至不产生膨胀或收缩；在上述的基础上，在纤维素骨架内形成了大量的由氢键(植物多酚酚羟基和刨花中的羟基结合形成了多点氢键)和配位键(植物多酚酚环上的邻位羟基与金属盐络合形成了配位键)组成的多重牺牲键网络。由于牺牲键键能小于共价键(纤维素、半纤维素、木质素以及酚醛树脂之间形成了共价键网络)，当刨花受到内应力或外力作用时，牺牲键优先于共价键断裂。牺牲键不断地断裂和重构的动态作用，耗散了刨花体系内的大量能量，消除或削弱了内应力，保护了纤维素骨架共价键网络的完整。这为解决刨花的开裂问题提供了新方法。
本发明首先将把植物多酚导入刨花，使刨花发生了润胀；然后向其中导入金属盐，植物多酚与刨花中的纤维素和半纤维素结合，形成多点氢键，同时，植物多酚与金属盐络合，将“纤维素-植物多酚-金属盐”结合成一体，犹如在纤维素骨架分子中形成了若干支架支撑；然后，伴随的水分的蒸发和氧化反应，“纤维素-植物多酚-金属盐”进一步交联和氧化，最终形成络合刨花。本发明“纤维素-植物多酚-金属盐”动态多重牺牲键网络结构，支撑起纤维素和/或半纤维素，使其在吸湿或解吸时减小甚至不产生膨胀或收缩，同时牺牲键不断地断裂和重构的动态作用，耗散了木质重组材料体系内的大量能量，消除或削弱了内应力，保护了纤维素骨架共价键网络的完整，从分子水平解决了刨花易开裂问题。
附图说明
图1为本发明实施例1中处理前、后刨花情况；
图2为本发明实施例1中处理前、后水在辐射松刨花表面的接触角；
图3为本发明实施例2中处理前、后刨花情况；
图4为本发明实施例2中处理前、后水在桉树刨花表面的接触角；
图5为本发明实施例4制造的定向刨花板；
图6为本发明实施例5制造的刨花板。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例进行详细描述。
本发明中，所使用的材料及试剂未有特殊说明的，均可从商业途径得到。
实施例1
一种络合辐射松刨花的制备方法，包括
步骤1：准备适量辐射松刨花；
将辐射松锯截成长为1000-2000mm的木段，去皮后，采用刨片机刨削后形成扁平刨花；经干燥后，采用气流分选后获得扁平刨花，如图1(a)所示，属于现有技术。
步骤2：把植物多酚导入刨花，得到多酚刨花；
21)将平均分子量为170，聚合体为1的单宁溶解在水中，搅拌均匀后，形成单宁水溶液，浓度为1.0g/L；
22)把上述刨花在常压下浸渍于单宁水溶液中，浸渍时间为48h，浸渍温度为25℃；
23)干燥已浸渍单宁水溶液的刨花。
步骤3：在多酚刨花中导入金属盐，得到多酚金属盐刨花；
31)将氯化铁溶解在水中，搅拌均匀后，形成氯化铁水溶液，浓度为1.0g/L；
32)把上述多酚刨花在常压下浸渍于氯化铁水溶液中，浸渍时间24h，浸渍温度25℃。
步骤4：干燥上述刨花，得到络合刨花。
采用气流法，将上述络合刨花干燥至含水率3％，干燥时入口气流温度为400℃，干燥介质温度为160℃，干燥介质的氧含量13％，如图1(b)所示。
采用色差仪进行分析，处理前的刨花Lab值分别为67.90，2.71和20.49，表现为淡黄色，络合处理后的刨花Lab值分别为47.87、0.14和8.80，为黑色。
采用接触角对处理前后的刨花进行分析，如图2所示，络合处理后的辐射松刨花接触角增加，耐水性增强。
实施例2
一种络合桉树刨花的制备方法，包括
步骤1：准备适量刨花；
将桉树锯截成1300mm的木段，采用旋切机旋切成1.0mm后的单板，经过裁切后形成规则的大片刨花，经干燥后，制成桉树刨花，如图3(a)所示。
步骤2：把黑荆树皮栲胶(聚黄烷类植物多酚)导入刨花，得到多酚刨花；
21)将黑荆树皮栲胶溶解在水中，搅拌均匀后，形成黑荆树皮栲胶水溶液，浓度为1g/L；
22)把上述刨花浸渍于黑荆树皮栲胶溶液中，浸渍压力为0.4MPa，浸渍时间为10min，浸渍温度为20℃；
23)干燥已浸渍黑荆树皮栲胶水溶液的刨花。
步骤3：在多酚刨花中导入金属盐，得到多酚金属盐刨花；
31)将硫酸亚铁溶解在水中，搅拌均匀后，形成硫酸亚铁水溶液，浓度为3.0g/L；
32)把上述多酚刨花浸渍于硫酸亚铁水溶液中，浸渍压力为0.4MPa浸渍时间30min，浸渍温度20℃。
步骤4：干燥上述刨花，得到络合刨花。
采用气流法，将上述络合刨花干燥至含水率3％，干燥时入口气流温度为400℃，干燥介质温度为160℃，干燥介质的氧含量13％，如图3(b)所示。
采用色差仪进行分析，处理前的刨花Lab值分别为82.21，1.48和23.41，表现为粉红色，络合处理后的刨花Lab值分别为50.73、0.16和1.26，为深黑色。
采用接触角对处理前后的刨花进行分析，如图4所示，络合处理后的杨木刨花接触角增加，耐水性增强。
实施例3
一种络合杨木刨花的制备方法，包括
步骤1：准备适量杨木刨花；
将杨木或杨木枝丫材，采用削片机削成木片后，采用双鼓轮刨片机刨削成棒状刨花，属于现有技术；
步骤2：把杨梅栲胶(聚棓酸酯类植物多酚)导入刨花，得到多酚刨花；
21)将杨梅栲胶溶解在水中，搅拌均匀后，形成杨梅栲胶水溶液，浓度为3.0g/L，；
22)把上述刨花常压浸渍于植物多酚水溶液中，浸渍时间为8h，浸渍温度为25℃；
23)干燥已浸渍杨梅栲胶水溶液的刨花。
步骤3：在杨梅栲胶刨花中导入金属盐，得到杨梅栲胶金属盐刨花；
31)将500g硼酸锌和500g硫酸铜溶解在1000L水中，搅拌均匀后，形成硼酸锌和硫酸铜混合盐水溶液；
32)把上述多酚刨花常压浸渍于金属盐水溶液中，浸渍时间4h，浸渍温度25℃。
步骤4：干燥上述刨花，得到络合刨花。
实施例4
一种络合定向刨花板，包括实施例1制备的络合刨花，在所述刨花表面和/或刨花内的细胞腔、细胞壁、和/或细胞间隙设置有单宁酸盐，并所述刨花定向铺装后，并通过胶黏剂胶合成一整体,如图5所示。
上述络合刨花板的制备方法，包括：
101)干燥
采用气流法，将上述络合刨花干燥至含水率3％，干燥时入口气流温度为400℃，干燥介质温度为160℃，干燥介质的氧含量13％；
102)施胶
采用喷雾施胶法，将酚醛树脂均匀地喷涂在所述络合刨花表面，若为酚醛树脂施胶量为8％；
103)铺装成型
采用气流铺装方法，将上述干燥的刨花定向铺装成面密度为0.15g/cm2的板坯；
104)热压
将上述板坯，送入连续热压机后，经热压后，制成密度为0.65g/cm3的定向刨花板。
按照《定向刨花板》GB/T 4897-2015对上述络合定向刨花板物理力学性能进行测试，结果如表1所示。从表1可以看出，板材各项性能均达到了国家标准的要求，而经过络合处理后，24h吸水厚度膨胀率数值显著降低，证明本发明制备的络合刨花板材尺寸稳定性得到显著改善。
表1络合处理前、后定向刨花板性能的比较
Figure BDA0002208417760000081
Figure BDA0002208417760000091
实施例5
一种络合刨花板，由45％实施例3制备的络合刨花、45％普通刨花和10％的酚醛树脂组成；将普通刨花和络合刨花混合均匀后；所述刨花随机搭接堆叠，在搭接处设有酚醛胶黏剂，并通过胶黏剂胶合成一整体，所述络合刨花板的密度为0.90g/cm3，如图6所示。
上述络合刨花板的制备方法，包括：
101)干燥
采用气流法，将上述施胶后络合刨花干燥至含水率5％，干燥时入口气流温度为370～400℃，干燥介质温度为160～190℃，干燥介质的氧含量13-18％；
102)施胶
采用喷雾施胶法，将酚醛树脂分别均匀地喷涂在所述络合刨花和普通刨花表面，络合刨花的施胶量为12％；普通刨花的施胶量为8％；
103)铺装成型
采用气流铺装方法，按设定密度称取施胶后的络合刨花和普通刨花，混合均匀后，采用随机铺装，铺装密度为0.30g/cm2的板坯；
104)热压
将上述板坯，送入多层热压机后，经热压后，制成密度为0.90g/cm3的刨花板。
按照GB/T4897-2003对刨花板的物理力学性能进行测试，结果如表2所示，从表2可以看出，经过络合处理后，材料的密度、强度、弹性模量基本保持不变；尺寸稳定性大幅度增加；材料的防腐、防霉和阻燃性能得到了大幅度的提高，导入的金属离子(锌离子、铜离子)的流失量大幅度降低。
表2络合处理前、后杨木刨花板性能的比较
性能指标 普通刨花板 络合刨花板
密度(g/cm<sup>3</sup>) 0.90 0.90
弯曲强度(MPa) 48.2 48.6
弯曲弹性模量(MPa) 5400 5300
内结合强度(MPa) 1.10 1.12
表面结合强度(MPa) 1.23 1.25
2h沸水后内结合强度(MPa) 0.42 0.48
24h吸水厚度膨胀率(％) 6.7 4.3
阻燃性能 B2 B1
防霉性能 4级 2级
防腐性能 Ⅳ级(不腐朽) Ⅱ级(耐腐)
铜离子流失 - 15％
锌离子流失 - 17％
综上可知，利用本申请的络合刨花制备的络合刨花板具备金属盐的颜色，且金属盐离子与植物多酚在木材中络合，存在较为稳定，不易褪色，同时兼具防腐、防霉、阻燃等性能。
以上所述是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，作出若干改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种络合刨花的制备方法，其特征在于，包括：
步骤1：准备适量刨花；
步骤2：把植物多酚导入刨花：将所述刨花浸泡在植物多酚溶液中，植物多酚被逐渐地导入到刨花表面、细胞壁、细胞腔和/或细胞间隙，得到多酚刨花；所述植物多酚水溶液的浓度为1g/L~25.0g/L，平均分子量为170~50000，为1~40聚合体；
步骤3：在多酚刨花中导入金属盐：将所述多酚刨花浸泡于金属盐水溶液中，金属盐被逐渐地导入到所述刨花表面、细胞壁、细胞腔和/或细胞间隙中，得到多酚金属盐刨花；所述金属盐水溶液的浓度为0.3g/L~30.0g/L；所述金属盐为铁盐、铜盐、硼酸金属盐的一种或多种混合物；
步骤4：干燥上述刨花，得到络合刨花。
2.根据权利要求1所述的络合刨花的制备方法，其特征在于，包含刨花、植物多酚和金属盐；所述植物多酚和金属盐在所述刨花中以络合物形式存在，并分布在所述刨花表面、细胞壁、细胞腔和/或细胞间隙中。
3.根据权利要求1所述的络合刨花的制备方法，其特征在于，所述步骤2为：
21）将植物多酚溶解在水中，搅拌均匀后，形成植物多酚水溶液；
22）把上述刨花浸渍于植物多酚水溶液中；
23）干燥已浸渍植物多酚水溶液的刨花。
4.根据权利要求3所述的络合刨花的制备方法，其特征在于，所述刨花在植物多酚水溶液中的浸渍时间为10min-48h，浸渍温度为0-80℃，浸渍方法为常压或加压；
所述植物多酚为栲胶、单宁、单宁酸、没食子酸、焦性没食子酸的一种或多种混合。
5.根据权利要求1所述的络合刨花的制备方法，其特征在于，所述步骤3为：
31）将金属盐溶解在水中，搅拌均匀后，形成金属盐水溶液；
32）把上述多酚刨花浸渍于金属盐水溶液中。
6.根据权利要求5所述的络合刨花的制备方法，其特征在于，所述刨花在金属盐水溶液中的浸渍时间10min-24h，浸渍温度0-80℃，浸渍方法为常压或加压。
7.一种络合刨花，其特征在于，由权利要求1-6任一所述的方法制备而成。
8.一种络合刨花板的制备方法，其特征在于，以权利要求7所述的络合刨花为原料，包括：
101）干燥
采用气流法，将上述络合刨花干燥至含水率2-5%，干燥时入口气流温度为370~400℃，干燥介质温度为160~190℃，干燥介质的氧含量13-18%；
102）施胶
采用喷雾施胶法，将酚醛树脂或尿醛树脂均匀地喷涂在所述络合刨花表面，若为酚醛树脂施胶量为5%~10%；若为脲醛树脂，施胶量为8~12%；
103）铺装成型
采用气流铺装方法，将上述干燥的刨花铺装成面密度为0.15-0.45 g/cm2的板坯；
104）热压
将上述板坯，送入多层热压机或连续热压机后，经热压后，制成密度为0.65-1.10g/cm3的刨花板。
9.一种络合刨花板，其特征在于，由权利要求8所述的方法制备而成。
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