CN114888919B - 一种废料回收再利用的竹木复合板的制作方法及竹木复合板 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种废料回收再利用的竹木复合板的制作方法，包括如下步骤：将回收所得竹木废料破碎，筛分得到碎料；将竹青片刨片后干燥，然后浸泡至氯化钙溶液中，加入十二烷基二甲基甜菜碱超声处理20‑40min，沥干，向其中加入碳酸钠溶液超声处理1‑2h，过滤，50‑70℃干燥至恒重得到碳酸钙复合竹青片；将碳酸钙复合竹青片、木纤维、碎料混合均匀，加入至干燥箱中干燥至体系含水量为8‑10％，干燥箱中环境参数为温度100℃、湿度60‑70％，得到干燥料；向干燥料中喷入酚醛树脂粘胶剂混合均匀，然后定向铺装得到预制板；将预制板进行程序热压，降至室温得到竹木复合板。本发明还公开了一种竹木复合板。
Description
技术领域
本发明涉及竹木复合板技术领域，尤其涉及一种废料回收再利用的竹木复合板的制作方法及竹木复合板。
背景技术
由于我国森林资源匮乏，并伴随着近年来实行的天然林保护工程，木材供需日益紧张，大规模的使用木材作为工程材料目前难以实现。而竹材作为我国的特色资源，具有分布范围广、生长周期短、力学性能优良等特点，并且可以实现一次造林、永续利用，成为填补我国木材资源短缺的最佳原材料。
目前竹质结构材料主要包括竹帘胶合板、竹席胶合板、竹木复合板、竹篾层积材、竹材刨花板和重组竹等。相比于木材，竹木复合板具有强度高、刚度大、韧性好、尺寸稳定等特点，能够更好的满足工程结构材料的使用要求。
目前竹木复合板一般竹青片为原材料，通过平行组坯热压胶合所制得的板材，性能优良均匀稳定，能够作为工程材料应用于建筑、桥梁、交通运输和风电叶片等领域。竹木复合板热压后修剪产生切边料，生产过程中不达标也会产生废板，切边料、废板以及使用后的普通胶合板等废料的常规处理方法是将其作为燃料或改作其他低价值的板材，其价值非常低下，而且使用范围有一定局限性，造成原材料资源极端浪费。
在环境日益恶化、森林资源锐减、木材资源供应越来越紧张的现在和将来，如何将竹材与切边料、废板进行高效利用，在提高复合板拉伸与弯曲性能的基础上，增加竹木复合板的抗冲击强度，具有极好的研究前景。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种废料回收再利用的竹木复合板的制作方法及竹木复合板。
一种废料回收再利用的竹木复合板的制作方法，包括如下步骤：
S1、将回收所得竹木废料破碎，筛分得到碎料；
S2、将竹青片刨片后干燥，然后浸泡至氯化钙溶液中，加入十二烷基二甲基甜菜碱超声处理20-40min，沥干，向其中加入碳酸钠溶液超声处理1-2h，过滤，50-70℃干燥至恒重得到碳酸钙复合竹青片；
S3、将碳酸钙复合竹青片、木纤维、碎料混合均匀，加入至干燥箱中干燥至体系含水量为8-10％，干燥箱中环境参数为温度100℃、湿度60-70％，得到干燥料；向干燥料中喷入酚醛树脂粘胶剂混合均匀，然后定向铺装得到预制板；
S4、将预制板进行程序热压，降至室温得到竹木复合板。
优选地，回收所得竹木废料为竹木复合板生产中所产生的边料和/或废板
优选地，S1所得碎料的粒径为1-5mm。
优选地，S2中，干燥具体操作如下：将刨片后竹青片置于70-80℃烘箱中干燥10-30min。
优选地，S2中，氯化钙溶液的浓度为0.5-1.5mol/L，碳酸钠溶液的浓度为0.5-1.5mol/L，
优选地，S2中，竹青片、氯化钙溶液、十二烷基二甲基甜菜碱、碳酸钠溶液的质量比为10-20：50-100：1-2：50-100。
优选地，S2中，过滤后采用清水进行洗涤。
优选地，S3中，碳酸钙复合竹青片、木纤维、碎料、酚醛树脂粘胶剂的质量比为50-100：15-25：10-30：10-30。
优选地，S4中，程序热压具体操作如下：设置压强为2-4MPa，105-115℃热压5-10min；压强增至5-7MPa，继续105-115℃热压10-15min；压强降至1.5-2.5MPa，室温静置1-2h；压强增至压力至3-5MPa，120-130℃热压2-4min。
一种竹木复合板，采用上述废料回收再利用的竹木复合板的制作方法制得。
本发明的技术效果如下所示：
将竹青片在温度70-80℃干燥后在刨片后竹青片中形成细密的纵向凹槽，同时内部气体排出形成大量细密孔状结构，再浸泡至氯化钙溶液中，有利于离子溶液的渗透，其中钙离子充分渗透至竹青片的结构内，然后再浸泡至碳酸钠溶液中，在超声作用下竹青片内部的钙离子与碳酸根离子结合，在竹青片结构中形成碳酸钙分子；纳米碳酸钙结合于竹青片纤维间的孔隙及裂纹、凹槽及缺陷处，使竹青片表面粗糙度有效降低，同时在承受应力时，可有效阻碍裂纹的扩展和变形，而且可有效传递应力载荷，有效增强竹青片的力学性能。
而十二烷基二甲基甜菜碱可有效降低碳酸钙的表面能，不仅可有效减少碳酸钙分子之间的作用力，有效防止碳酸钙离子团聚，而且可与裸露在碳酸钙离子外的钙离子形成盐膜；碳酸钙复合竹青片表面的十二烷基二甲基甜菜碱，在热压过程中进一步与酚醛树脂反应，通过控制压力与温度变化，促使酚醛树脂粘胶剂进入至竹青片的细胞壁内，其中的纤维素、半纤维素等含有大量的羟基，因此进一步通过氢键与缔合平衡作用，促使竹青片、活化碳酸钙及酚醛树脂之间形成空间交织结构，竹青片、木纤维、碎料形成一个整体结构，不仅相互间结合力强，粘结强度高，而且使竹木复合板的拉伸强度与弯曲强度优异。
竹木复合板制备过程中产生的废料作为本发明的原料之一，不仅提高了竹材的利用率，而且所得板材具有良好的拉伸与弯曲强度，同时本发明在热压阶段，采用程序加压-卸压方式，进一步提高板材的尺寸稳定性。
附图说明
图1为实施例5和对比例1-2所得竹木复合板的内结合强度对比图。
图2为实施例5和对比例1-2所得竹木复合板的静曲强度和弹性模量对比图。
图3为实施例5和对比例1-2所得竹木复合板的24h吸水厚度膨胀率对比图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
实施例1
一种废料回收再利用的竹木复合板的制作方法，包括如下步骤：
S1、采用锤式破碎机对边料、废板进行破碎，筛分得到粒径为1-5mm的碎料；
S2、将10kg竹青片刨片成尺寸为：长50-60mm，宽5-10mm，厚0.45-0.55mm，加入至70℃烘箱中干燥10min，然后浸泡至50kg浓度为0.5mol/L氯化钙溶液中，加入1kg十二烷基二甲基甜菜碱，超声处理20min，沥干，向其中加入50kg浓度为0.5mol/L碳酸钠溶液，超声处理1h，过滤，水洗2次，50℃干燥至恒重得到碳酸钙复合竹青片；
S3、将50kg碳酸钙复合竹青片、15kg木纤维、10kg碎料混合均匀，加入至干燥箱中干燥至体系含水量为8％，干燥箱中环境参数为温度100℃、湿度60％，得到干燥料；采用喷雾式湿胶法向干燥料中喷入10kg酚醛树脂粘胶剂混合均匀，然后定向铺装得到预制板；
S4、将预制板送入至热压机中，设置压强为2MPa，105℃热压5min；压强增至5MPa，继续105℃热压10min；压强降至1.5MPa，室温静置1h；压强增至压力至3MPa，120℃热压2min；降至室温，去除毛边得到竹木复合板。
实施例2
一种废料回收再利用的竹木复合板的制作方法，包括如下步骤：
S1、采用锤式破碎机对边料、废板进行破碎，筛分得到粒径为1-5mm的碎料；
S2、将20kg竹青片刨片成尺寸为：长50-60mm，宽5-10mm，厚0.45-0.55mm，加入至80℃烘箱中干燥30min，然后浸泡至100kg浓度为1.5mol/L氯化钙溶液中，加入2kg十二烷基二甲基甜菜碱，超声处理40min，沥干，向其中加入100kg浓度为1.5mol/L碳酸钠溶液，超声处理2h，过滤，水洗4次，70℃干燥至恒重得到碳酸钙复合竹青片；
S3、将100kg碳酸钙复合竹青片、25kg木纤维、30kg碎料混合均匀，加入至干燥箱中干燥至体系含水量为10％，干燥箱中环境参数为温度100℃、湿度70％，得到干燥料；采用喷雾式湿胶法向干燥料中喷入30kg酚醛树脂粘胶剂混合均匀，然后定向铺装得到预制板；
S4、将预制板送入至热压机中，设置压强为4MPa，115℃热压10min；压强增至7MPa，继续115℃热压15min；压强降至2.5MPa，室温静置2h；压强增至压力至5MPa，130℃热压4min；降至室温，去除毛边得到竹木复合板。
实施例3
一种废料回收再利用的竹木复合板的制作方法，包括如下步骤：
S1、采用锤式破碎机对边料、废板进行破碎，筛分得到粒径为1-5mm的碎料；
S2、将13kg竹青片刨片成尺寸为：长50-60mm，宽5-10mm，厚0.45-0.55mm，加入至77℃烘箱中干燥15min，然后浸泡至90kg浓度为0.8mol/L氯化钙溶液中，加入1.7kg十二烷基二甲基甜菜碱，超声处理25min，沥干，向其中加入80kg浓度为0.8mol/L碳酸钠溶液，超声处理1.7h，过滤，水洗3次，55℃干燥至恒重得到碳酸钙复合竹青片；
S3、将90kg碳酸钙复合竹青片、18kg木纤维、25kg碎料混合均匀，加入至干燥箱中干燥至体系含水量为8.5％，干燥箱中环境参数为温度100℃、湿度68％，得到干燥料；采用喷雾式湿胶法向干燥料中喷入15kg酚醛树脂粘胶剂混合均匀，然后定向铺装得到预制板；
S4、将预制板送入至热压机中，设置压强为3.5MPa，108℃热压8min；压强增至5.5MPa，继续112℃热压12min；压强降至2.2MPa，室温静置1.2h；压强增至压力至4.5MPa，122℃热压3.5min；降至室温，去除毛边得到竹木复合板。
实施例4
一种废料回收再利用的竹木复合板的制作方法，包括如下步骤：
S1、采用锤式破碎机对边料、废板进行破碎，筛分得到粒径为1-5mm的碎料；
S2、将17kg竹青片刨片成尺寸为：长50-60mm，宽5-10mm，厚0.45-0.55mm，加入至73℃烘箱中干燥25min，然后浸泡至70kg浓度为1.2mol/L氯化钙溶液中，加入1.3kg十二烷基二甲基甜菜碱，超声处理35min，沥干，向其中加入60kg浓度为1.2mol/L碳酸钠溶液，超声处理1.3h，过滤，水洗3次，65℃干燥至恒重得到碳酸钙复合竹青片；
S3、将70kg碳酸钙复合竹青片、22kg木纤维、15kg碎料混合均匀，加入至干燥箱中干燥至体系含水量为9.5％，干燥箱中环境参数为温度100℃、湿度62％，得到干燥料；采用喷雾式湿胶法向干燥料中喷入25kg酚醛树脂粘胶剂混合均匀，然后定向铺装得到预制板；
S4、将预制板送入至热压机中，设置压强为2.5MPa，112℃热压6min；压强增至6.5MPa，继续108℃热压14min；压强降至1.8MPa，室温静置1.6h；压强增至压力至3.5MPa，128℃热压2.5min；降至室温，去除毛边得到竹木复合板。
实施例5
一种废料回收再利用的竹木复合板的制作方法，包括如下步骤：
S1、采用锤式破碎机对边料、废板进行破碎，筛分得到粒径为1-5mm的碎料；
S2、将15kg竹青片刨片成尺寸为：长50-60mm，宽5-10mm，厚0.45-0.55mm，加入至75℃烘箱中干燥20min，然后浸泡至80kg浓度为1mol/L氯化钙溶液中，加入1.5kg十二烷基二甲基甜菜碱，超声处理30min，沥干，向其中加入70kg浓度为1mol/L碳酸钠溶液，超声处理1.5h，过滤，水洗3次，60℃干燥至恒重得到碳酸钙复合竹青片；
S3、将80kg碳酸钙复合竹青片、20kg木纤维、20kg碎料混合均匀，加入至干燥箱中干燥至体系含水量为9％，干燥箱中环境参数为温度100℃、湿度65％，得到干燥料；采用喷雾式湿胶法向干燥料中喷入20kg酚醛树脂粘胶剂混合均匀，然后定向铺装得到预制板；
S4、将预制板送入至热压机中，设置压强为3MPa，110℃热压7min；压强增至6MPa，继续110℃热压13min；压强降至2MPa，室温静置1.4h；压强增至压力至4MPa，125℃热压3min；降至室温，去除毛边得到竹木复合板。
对比例1
一种废料回收再利用的竹木复合板的制作方法，包括如下步骤：
S1、采用锤式破碎机对边料、废板进行破碎，筛分得到粒径为1-5mm的碎料；
S2、将80kg竹青片刨片成尺寸为：长50-60mm，宽5-10mm，厚0.45-0.55mm，加入20kg木纤维、20kg碎料混合均匀，加入至干燥箱中干燥至体系含水量为9％，干燥箱中环境参数为温度100℃、湿度65％，得到干燥料；采用喷雾式湿胶法向干燥料中喷入20kg酚醛树脂粘胶剂混合均匀，然后定向铺装得到预制板；
S3、将预制板送入至热压机中，设置压强为3MPa，110℃热压7min；压强增至6MPa，继续110℃热压13min；压强降至2MPa，室温静置1.4h；压强增至压力至4MPa，125℃热压3min；降至室温，去除毛边得到竹木复合板。
对比例2
一种废料回收再利用的竹木复合板的制作方法，包括如下步骤：
S1、采用锤式破碎机对边料、废板进行破碎，筛分得到粒径为1-5mm的碎料；
S2、将15kg竹青片刨片成尺寸为：长50-60mm，宽5-10mm，厚0.45-0.55mm，加入至75℃烘箱中干燥20min，然后浸泡至80kg浓度为1mol/L氯化钙溶液中，加入1.5kg十二烷基二甲基甜菜碱，超声处理30min，沥干，向其中加入70kg浓度为1mol/L碳酸钠溶液，超声处理1.5h，过滤，水洗3次，60℃干燥至恒重得到碳酸钙复合竹青片；
S3、将80kg碳酸钙复合竹青片、20kg木纤维、20kg碎料混合均匀，加入至干燥箱中干燥至体系含水量为9％，干燥箱中环境参数为温度100℃、湿度65％，得到干燥料；采用喷雾式湿胶法向干燥料中喷入20kg聚氨酯粘胶剂混合均匀，然后定向铺装得到预制板；
S4、将预制板送入至热压机中，设置压强为3MPa，110℃热压7min；压强增至6MPa，继续110℃热压13min；压强降至2MPa，室温静置1.4h；压强增至压力至4MPa，125℃热压3min；降至室温，去除毛边得到竹木复合板。
将实施例5和对比例1-2所得竹木复合板(厚度为20±1mm)进行对比性能测试，测试环境为干燥状态(温度为20℃，相对湿度≤65％)，具体如下：
1、参照《GB/T17657-2013人造板及饰面人造板理化性能试验方法》对各组的内结合强度进行检测，如图1所示，实施例5所得竹木复合板的内结合强度最高。
本申请人认为：这是由于纳米碳酸钙在竹青片纤维间的孔隙及裂纹、凹槽及缺陷处生成，使竹青片表面粗糙度有效降低，在承受应力时，可有效阻碍裂纹的扩展和变形，而且可有效传递应力载荷，有效增强竹青片的力学性能；而且碳酸钙复合竹青片表面的十二烷基二甲基甜菜碱，在热压过程中进一步与酚醛树脂反应，通过控制压力与温度变化，促使酚醛树脂粘胶剂进入至竹青片的细胞壁内，其中的纤维素、半纤维素等含有大量的羟基，因此进一步通过氢键与缔合平衡作用，促使竹青片、活化碳酸钙及酚醛树脂之间形成空间交织结构，竹青片、木纤维、碎料形成一个整体结构，相互间结合力强，粘结强度高。
2、参照《GB/T17657-2013人造板及饰面人造板理化性能试验方法》对各组的静曲强度和弹性模量(三点弯曲)进行检测，如图2所示，实施例5所得竹木复合板的平行、垂直方向的静曲强度和弹性模量强度均为最高。
本申请人认为：这是由于纳米碳酸钙在竹青片纤维间的孔隙及裂纹、凹槽及缺陷处生成，使竹青片表面粗糙度有效降低，在承受应力时，可有效阻碍裂纹的扩展和变形，而且可有效传递应力载荷，有效增强竹青片的力学性能；而且碳酸钙复合竹青片表面的十二烷基二甲基甜菜碱，在热压过程中进一步与酚醛树脂反应，通过控制压力与温度变化，促使酚醛树脂粘胶剂进入至竹青片的细胞壁内，其中的纤维素、半纤维素等含有大量的羟基，因此进一步通过氢键与缔合平衡作用，促使竹青片、活化碳酸钙及酚醛树脂之间形成空间交织结构，竹青片、木纤维、碎料形成一个整体结构，使竹木复合板的拉伸强度与弯曲强度优异。
3、参照《GB/T17657-2013人造板及饰面人造板理化性能试验方法》对各组的24h吸水厚度膨胀率进行检测，如图3所示，各组试样的24h吸水厚度膨胀率接近。
综合上述3组试验数据，发现各组试样均符合《LY/T 1580-2010定向刨花板》中OSB/2的相关指标，证实本发明适于作为干燥状态下承载板材。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种废料回收再利用的竹木复合板的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将回收所得竹木废料破碎，筛分得到碎料，所述碎料的粒径为1-5mm；
S2、将竹青片刨片后干燥，然后浸泡至氯化钙溶液中，加入十二烷基二甲基甜菜碱超声处理20-40min，沥干，向其中加入碳酸钠溶液超声处理1-2h，过滤，50-70℃干燥至恒重得到碳酸钙复合竹青片；其中，氯化钙溶液的浓度为0.5-1.5mol/L，碳酸钠溶液的浓度为0.5-1.5mol/L；竹青片、氯化钙溶液、十二烷基二甲基甜菜碱、碳酸钠溶液的质量比为10-20：50-100：1-2：50-100；
S3、将碳酸钙复合竹青片、木纤维、碎料混合均匀，加入至干燥箱中干燥至体系含水量为8-10％，干燥箱中环境参数为温度100℃、湿度60-70％，得到干燥料；向干燥料中喷入酚醛树脂粘胶剂混合均匀，然后定向铺装得到预制板；其中，碳酸钙复合竹青片、木纤维、碎料、酚醛树脂粘胶剂的质量比为50-100：15-25：10-30：10-30；
S4、将预制板进行程序热压，降至室温得到竹木复合板；所述程序热压的具体操作如下：设置压强为2-4MPa，105-115℃热压5-10min；压强增至5-7MPa，继续105-115℃热压10-15min；压强降至1.5-2.5MPa，室温静置1-2h；压强增至压力至3-5MPa，120-130℃热压2-4min；
通过在竹青片纤维间的孔隙及裂纹、凹槽及缺陷处生成碳酸钙，使竹青片表面粗糙度有效降低，在承受应力时，可有效阻碍裂纹的扩展和变形；通过碳酸钙复合竹青片表面的十二烷基二甲基甜菜碱，在热压过程中进一步与酚醛树脂反应，通过控制压力与温度变化，促使酚醛树脂粘胶剂进入至竹青片的细胞壁内，其中的纤维素、半纤维素等含有大量的羟基，因此进一步通过氢键与缔合平衡作用，促使竹青片、活化碳酸钙及酚醛树脂之间形成空间交织结构；
S2中，干燥具体操作如下：将刨片后竹青片置于70-80℃烘箱中干燥10-30min；
S2中，过滤后采用清水进行洗涤。
2.一种竹木复合板，其特征在于，采用权利要求1所述废料回收再利用的竹木复合板的制作方法制得。
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