CN113386234A - 一种复合板、木材及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种复合板、木材及其制作方法，属于木材加工技术领域。该木材，由各原料混合，之后热压制得；原料包括木屑70‑75％，海藻酸钠溶液6‑8％，硼酸盐0.8‑1.5％，焦性没食子酸0.1‑0.3％，丙烯酰胺15‑20％，N,N‑二甲基双丙烯酰胺0.1‑0.3％，过硫酸铵2‑3％。本发明还提出一种木材的制作方法，包括S1、将木屑加入海藻酸钠溶液中混合得到第一混合液；S2、向第一混合液中加入硼酸盐和焦性没食子酸继续搅拌得到第二混合液；S3、向第二混合液中加入丙烯酰胺，N,N‑二甲基双丙烯酰胺和过硫酸铵得到混合物；S4、将混合物过滤热压得到木材。该木材具有一定强度且可自行修复。
Description
技术领域
本发明涉及木材加工技术领域，具体涉及一种复合板、木材及其制作方法。
背景技术
在日常生活中，木材作为生活中一种基础的建筑材料，被广泛的应用于生活的方方面面。其木材是一种天然的纳米复合材料，其具有着较轻的质量和较高的强度以及产量大的优点。虽然木材是一种很好的建筑材料，但是在木材的加工过程中却很容易会产生木屑，这些木屑是建筑垃圾，难以产生收益，并且清理还要耗费成本，虽然目前有通过酚醛树脂黏合木屑的方法来制备处理并回收利用木材加工废料。但是酚醛树脂制备的复合木板容易挥发出甲醛，对人体有害。因此开发一种没有不良气体挥发健康的聚合物木材是很有必要的。
市场上已经规模化生产的回收木料木材是酚醛树脂的复合板，该复合板是将木材加工过程中产生的木屑废渣加入酚醛，经高温热压制备出了压实的复合板芯材。切割后再用塑料板贴上，然后用塑料封边即可制备出复合板。此种方法制备出的酚醛复合板综合成本较低，已得到广泛的应用。
现在还有通过改性木屑表面化学键的方法让木屑粘合在一起，比如通过将芭莎木屑用NaOH浸泡将其软化去掉木质素，再用TEMPO进行木屑表面羧基化处理，羧基和Ca2+能产生较强的络合作用。再添加CaCl2将羧化的木屑粘合在一起，最后热压即可形成聚合物木材；又或者通过将天然木材加入NaOH，来去掉木材中的木质素，再在高压的条件下进行热压压实即可制备出高强度的聚合物木材。
传统的酚醛树脂粘合的复合板是通过酚醛树脂粘合木屑。因此这种复合板芯材内含有大量的甲醛，并且被面板包裹起来，封条封住木板的边缘。其木板内部的甲醛挥发速度会大幅下降，因此复合板会长期释放甲醛，一旦复合板的封条受损，其释放甲醛的速度就会加快。因此复合板不是一种健康的建材。并且在复合板加工过程中，要用到甲醛，这对加工复合板的工人的身体健康会产生一定的危害。
如何避免使用甲醛获得具有一定强度的木材是急需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种复合板、木材及其制作方法，解决现有技术中如何避免使用甲醛的同时获得具有一定强度的木材的技术问题。
为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种木材，由各原料混合，之后热压制得；所述原料，按照质量百分比计，包括木屑70-75％，海藻酸钠溶液6-8％，硼酸盐0.8-1.5％，焦性没食子酸0.1-0.3％，丙烯酰胺15-20％，N,N-二甲基双丙烯酰胺0.1-0.3％，过硫酸铵2-3％，总计100％。
进一步地，所述海藻酸钠溶液的质量浓度为1-2％。
进一步地，所述硼酸盐为四硼酸钠。
本发明还提出一种上述木材的制作方法，包括以下步骤：
S1、按照各原料配比，将木屑加入海藻酸钠溶液中混合得到第一混合液；
S2、向所述第一混合液中加入硼酸盐和焦性没食子酸继续搅拌得到第二混合液；
S3、向所述第二混合液中加入丙烯酰胺，N,N-二甲基双丙烯酰胺和过硫酸铵得到混合物；
S4、将所述混合物过滤热压得到木材。
进一步地，在步骤S2之前，还包括对木屑进行预处理，具体地，将木屑浸泡于氢氧化钠溶液中3-4天。
进一步地，在步骤S4之前，还包括将所述混合物于-30℃到0℃下冷藏。
进一步地，在步骤S4中，所述热压包括先加压再升温。
进一步地，在步骤S4中，所述热压的条件为：所述热压的温度为60-100℃，所述热压的强度为30-50MPa。
进一步地，在步骤S1中，混合15-20min得到所述第一混合液。
本发明还提出一种复合板，包括上述木材或者上述制作方法制得的木材。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：本发明提出的木材，海藻酸钠可以和木屑上的羟基产生氢键作用，让木屑分散的更好，丙烯酰胺和N,N-二甲基双丙烯酰胺在过硫酸铵的作用下发生聚合反应，生成聚丙烯酰胺，焦性没食子酸在空气中容易氧化，氧化后与聚丙烯酰胺链段结合产生很强的粘性，从而可将分散的木屑紧密粘合在一起，较高交联度的聚丙烯酰胺和海藻酸钠形成双网络结构，构成聚合物木材的骨架提高木材的强度，同时焦性没食子酸或者氧化后的焦性没食子酸可以和硼酸盐产生动态的化学键，这种化学键在水多的情况下会解开，水少的情况下会重新形成，所以在木材出现轻微裂缝时，可加水进行修复，从而上述原料热压可得到具有一定强度且可自行修复的木材，而且原料中不含甲醛。
本发明提出的木材虽然遇到了明火其内部的聚丙烯酰胺会分解，但是产生的气体是CO2和NO2，燃烧时的气味为木料燃烧的气味，而酚醛复合板燃烧时产生的气体中含有大量的有毒气体，因此本发明提出的木材是一种安全健康的木材。
附图说明
图1是本发明实施例1制得的木材的显微镜图。
图2为本发明实施例1和对比例1的拉伸强度的结果图。
图3是本发明实施例1和对比例2制得的木材的图片；其中图3a为对比例2的木材图片，图3b为实施例1的木材图片。
图4为本发明实施例1制得的木材的燃烧图片；其中图4a为燃烧前的木材，图4b为燃烧中的木材，图4c为远离明火的瞬间；图4d为燃烧后的木材。
图5为本发明实施例1制得的木材和修复后的木材的强度比较结果图；其中，图5a为实施例1制得的木材图片，图5b为修复后的木材图片。
具体实施方式
本具体实施方式提供了一种木材，由各原料混合，之后热压制得；所述原料，按照质量百分比计，包括木屑70-75％，海藻酸钠溶液6-8％，硼酸盐0.8-1.5％，焦性没食子酸0.1-0.3％，丙烯酰胺15-20％，N,N-二甲基双丙烯酰胺0.1-0.3％，过硫酸铵2-3％，总计100％；进一步地，所述海藻酸钠溶液的质量浓度为1-2％；所述硼酸盐为四硼酸钠。
本具体实施方式还提供了一种木材的制作方法，包括以下步骤：
S0、将木屑进行预处理，将木屑浸泡于氢氧化钠溶液中3-4天；木屑的组成是木质素和纤维素，纤维素是结构物质，用氢氧化钠溶液浸泡可脱掉部分木质素，进而有利于提高强度；
S1、按照各原料配比，向预处理后的木屑加入质量浓度为1-2％的海藻酸钠溶液混合15-20min得到第一混合液；
S2、向所述第一混合液中加入硼酸盐和焦性没食子酸继续搅拌得到第二混合液；
S3、向所述第二混合液中加入丙烯酰胺，N,N-二甲基双丙烯酰胺和过硫酸铵在冰水浴中反应得到混合物；将所述混合物于-30℃到0℃下冷藏；冰水浴中反应是为了降低反应的温度，我们材料主体是通过热引发丙烯酰胺聚合实现的，冰水浴或者冷藏保存阻止其反应，防止聚合反应提前发生，影响后续热压时形成的木材的强度和性能。
S4、将所述混合物过滤热压按照先加压再升温的热压方式得到木材；所述热压的条件为：所述热压的温度为60-100℃，所述热压的强度为30-50MPa。
焦性没食子酸(PG)，四硼酸钠(Borate)的反应式如下：
本具体实施方式还包括一种复合板，包括上述木材或者上述制作方法制得的木材。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例提出一种木材，由各原料混合，之后热压制得；所述原料，按照质量百分比计，包括木屑70％，海藻酸钠溶液6.6％，四硼酸钠0.94％，焦性没食子酸0.19％，丙烯酰胺19.63％，N,N-二甲基双丙烯酰胺0.19％，过硫酸铵2.45％，总计100％；进一步地，所述海藻酸钠溶液的质量浓度为1％。
本实施例还提出一种上述木材的制作方法，包括以下步骤：
S0、将木屑进行预处理，将木屑浸泡于氢氧化钠溶液中3天；
S1、按照各原料配比，向预处理后的木屑加入质量浓度为1％的海藻酸钠溶液混合15min得到第一混合液；
S2、向所述第一混合液中加入四硼酸钠和焦性没食子酸继续搅拌得到第二混合液；
S3、向所述第二混合液中加入丙烯酰胺，N,N-二甲基双丙烯酰胺和过硫酸铵在冰水浴中反应得到混合物；将所述混合物于-18℃下冷藏；
S4、将所述混合物过滤热压按照先加压再升温的方式得到木材；所述热压的条件为：所述热压的温度为80℃，所述热压的强度为30MPa。从图1可以看出，本实施例制得的木材中可以明显的看到木屑粘结在一起。需要说明的是图1是通过宁波舜宇仪器有限公司提供的偏光显微镜C40P型获得。
实施例2
本实施例提出一种木材，由各原料混合，之后热压制得；所述原料，按照质量百分比计，包括木屑73％，海藻酸钠溶液7.2％，四硼酸钠1.2％，焦性没食子酸0.3％，丙烯酰胺15％，N,N-二甲基双丙烯酰胺0.3％，过硫酸铵3％，总计100％；进一步地，所述海藻酸钠溶液的质量浓度为1.5％。
本实施例还提出一种上述木材的制作方法，包括以下步骤：
S0、将木屑进行预处理，将木屑浸泡于氢氧化钠溶液中4天；
S1、按照各原料配比，向预处理后的木屑加入质量浓度为1.5％的海藻酸钠溶液混合20min得到第一混合液；
S2、向所述第一混合液中加入四硼酸钠和焦性没食子酸继续搅拌得到第二混合液；
S3、向所述第二混合液中加入丙烯酰胺，N,N-二甲基双丙烯酰胺和过硫酸铵在冰水浴中反应得到混合物；将所述混合物于-30℃下冷藏；
S4、将所述混合物过滤热压按照先加压再升温的方式得到木材；所述热压的条件为：所述热压的温度为60℃，所述热压的强度为50MPa。
实施例3
本实施例提出一种木材，由各原料混合，之后热压制得；所述原料，按照质量百分比计，包括木屑75％，海藻酸钠溶液6％，四硼酸钠1％，焦性没食子酸0.2％，丙烯酰胺15％，N,N-二甲基双丙烯酰胺0.3％，过硫酸铵2.5％，总计100％；进一步地，所述海藻酸钠溶液的质量浓度为2％。
本实施例还提出一种上述木材的制作方法，包括以下步骤：
S0、将木屑进行预处理，将木屑浸泡于氢氧化钠溶液中4天；
S1、按照各原料配比，向预处理后的木屑加入质量浓度为2％的海藻酸钠溶液混合18min得到第一混合液；
S2、向所述第一混合液中加入四硼酸钠和焦性没食子酸继续搅拌得到第二混合液；
S3、向所述第二混合液中加入丙烯酰胺，N,N-二甲基双丙烯酰胺和过硫酸铵在冰水浴中反应得到混合物；将所述混合物于-5℃下冷藏；
S4、将所述混合物过滤热压按照先加压再升温得到木材；所述热压的条件为：所述热压的温度为1000℃，所述热压的强度为40MPa。
实施例4
本实施例提出一种木材，由各原料混合，之后热压制得；所述原料，按照质量百分比计，包括木屑70％，海藻酸钠溶液8％，四硼酸钠1.5％，焦性没食子酸0.1％，丙烯酰胺17.1％，N,N-二甲基双丙烯酰胺0.3％，过硫酸铵3％，总计100％；进一步地，所述海藻酸钠溶液的质量浓度为2％。
本实施例还提出一种上述木材的制作方法，包括以下步骤：
S0、将木屑进行预处理，将木屑浸泡于氢氧化钠溶液中4天；
S1、按照各原料配比，向预处理后的木屑加入质量浓度为1％的海藻酸钠溶液混合15min得到第一混合液；
S2、向所述第一混合液中加入四硼酸钠和焦性没食子酸继续搅拌得到第二混合液；
S3、向所述第二混合液中加入丙烯酰胺，N,N-二甲基双丙烯酰胺和过硫酸铵在冰水浴中反应得到混合物；将所述混合物于0℃下冷藏；
S4、将所述混合物过滤热压按照先加压再升温得到木材；所述热压的条件为：所述热压的温度为90℃，所述热压的强度为45MPa。
对比例1
本对比例制得的木材与实施例1的区别在于，木屑没有经过预处理，即没有经过氢氧化钠溶液的浸泡。
从图2可以没有经过预处理制得的木材的拉伸强度为6.14MPa，而经过预处理制得的木材的拉伸强度高达11.03MPa。
对比例2
本对比例的木材与实施例1的区别在于，步骤S3之后，将混合物过滤放入热压的模具中在80℃的干燥箱中烘干得到。
从图3可以看出，对比例2没有热压得到的木材表面粗糙，而且较为松散；压缩后的木材表面平整，而且紧实。
燃烧试验
将实施例1制得的木材在明火上进行燃烧处理，从图4a可以看出燃烧前的木材完整且平整，从图4b到图4d可以看出木材离开火源自己就会熄灭，木材燃烧不产生明火会有黑烟产生，说明木材不易点燃。
修复试验
采用实施例1的方法制得块状木材，将木材进一步切割成8块，之后将8块小块木材重新放回模具加水在80℃的烤箱内烘干，烘干后重复加水烘干，如此重复五遍得到修复后的木材。从图5可以看出，实施例1制得的木材压缩到它崩溃的压缩比为0.72，压缩强度为9.07MPa，而修复后的木材压缩到它崩溃的压缩比为0.61，压缩强度为4.23MPa。可见修复后的木材也具有较好的强度。而且从图5a和5b对比可以看出修复的木材的形状基本可以复原。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种木材，其特征在于，由各原料混合，之后热压制得；所述原料，按照质量百分比计，包括木屑70-75％，海藻酸钠溶液6-8％，硼酸盐0.8-1.5％，焦性没食子酸0.1-0.3％，丙烯酰胺15-20％，N,N-二甲基双丙烯酰胺0.1-0.3％，过硫酸铵2-3％，总计100％。
2.根据权利要求1所述的木材，其特征在于，所述海藻酸钠溶液的质量浓度为1-2％。
3.根据权利要求1所述的木材，其特征在于，所述硼酸盐为四硼酸钠。
4.一种权利要求1-3任一项所述的木材的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、按照各原料配比，将木屑加入海藻酸钠溶液中混合得到第一混合液；
S2、向所述第一混合液中加入硼酸盐和焦性没食子酸继续搅拌得到第二混合液；
S3、向所述第二混合液中加入丙烯酰胺，N,N-二甲基双丙烯酰胺和过硫酸铵得到混合物；
S4、将所述混合物过滤热压得到木材。
5.根据权利要求4所述的制作方法，其特征在于，在步骤S2之前，还包括对木屑进行预处理，具体地，将木屑浸泡于氢氧化钠溶液中3-4天。
6.根据权利要求4的制作方法，其特征在于，在步骤S4之前，还包括将所述混合物于-30℃到0℃下冷藏。
7.根据权利要求4的制作方法，其特征在于，在步骤S4中，所述热压包括先加压再升温。
8.根据权利要求7的制作方法，其特征在于，在步骤S4中，所述热压的条件为：所述热压的温度为60-100℃，所述热压的强度为30-50MPa。
9.根据权利要求4的制作方法，其特征在于，在步骤S1中，混合15-20min得到所述第一混合液。
10.一种复合板，包括权利要求1-3任一项所述的木材或者权利要求4-9任一项所述的制作方法制得的木材。
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