一种自粘接生物质复合材料的制备方法

1.本发明涉及一种生物质复合材料的制备方法。


背景技术：

2.我国人造板年产量约3亿立方米，约占世界人造板年产量的50％～60％，已连续多年居世界第一，按体积计算远超过钢铁和塑料的量。人造板是指以旋切单板、木质纤维或木质刨花为基本单元进行重组而成，具有优异的物理力学性能和良好的加工性能等优点，被广泛地应用于家具、地板、橱柜、门窗等家居制造以及装饰装潢材料，在国民经济建设和人民生活中发挥着重要作用。近10年来，随着定制家居、全屋定制、地墙一体化等产业的迅速发展，全国人造板年均消费量增速接近10.6％，具有广泛的市场发展空间。
3.然而当前人造板生产都需要使用胶黏剂，这导致了制备工艺复杂和成本增加。此外，人造板用胶黏剂约90％是甲醛类树脂及其改性树脂，会释放游离甲醛，成为室内空气甲醛和挥发性有机污染物(vocs)的主要来源。同时，甲醛类胶粘剂的原料均来源于不可再生的石化能源，合成胶黏剂所用的有机溶剂还会带来vocs,，因此不符合可持续性发展要求。当前，随着现代化生产和生活方式的转变，人类超过80％的时间是在室内工作或生活中度过。生产制造绿色环保的人造板材料对营造健康安全的室内人居环境，实现人造板产业及其产品的绿色健康发展均具有重大而深远的意义。
4.无胶胶合技术，由于不使用胶黏剂进行粘接，可以很好地避免传统甲醛类胶黏剂的添加所带来的健康和环保问题。然而，当前的无胶胶合技术在工艺上往往需要额外引入其他填料作为交联剂或填缝剂(例如己二胺、糠醇、马来酸酐等)提高胶合强度和耐水性能以满足材料的实际应用要求，这不仅增加了工序和成本，而且引入的其他填充材料又可能带来使用时对环境和人体健康造成的危害。而性能上，当前的无胶胶合技术胶合强度低，尤其是耐水性能差，这使得其在使用时受到了极大的限制，难以取代现有甲醛类胶黏剂技术。


技术实现要素：

5.本发明要解决现有无胶胶合技术胶合强度低，耐水性能差的问题，进而提供一种自粘接生物质复合材料的制备方法。
6.一种自粘接生物质复合材料的制备方法，它是按以下步骤进行的：
7.一、自粘接材料的制备：
8.将生物质材料浸渍于高碘酸钠水溶液或高碘酸钠和氯化钠的混合溶液中，在避光及温度为25℃～90℃的条件下，氧化活化0.5h～24h，得到自粘接材料；
9.二、热压：
10.控制自粘接材料的含水率为50％～70％，然后组坯并热压，得到自粘接生物质复合材料。
11.本发明的有益效果是：
12.(1)本发明的方法实现了不同尺寸大小的木质结构单元均具有自粘接性；
13.(2)本发明所使用的原料不仅局限于木质资源材料，对于竹材、农业废弃物(甘蔗渣等)均具有可适性。
14.(3)本发明克服了现有无胶胶合技术胶合强度低，耐水性差的缺陷，在优选条件下制备出的无胶人造板材料具有优异的胶合强度和耐水性能。
15.(4)在制备过程中，由于没有添加任何甲醛类物质，制备绿色，不存在甲醛释放问题，对环境友好无危害。
16.(5)活化处理制备自粘接材料过程中，仅通过简单的浸渍处理即可得到，过程简单易得，便于工业化生产。
17.(6)由于在高湿条件进行热压，省去了传统甲醛类胶黏剂在热压前需要干燥木材单板的过程，极大降低了能耗。
18.(7)制备的无胶生物质复合材料可二次回收再次加工利用，具有良好的可循环性和可持续性。
19.说明书附图
20.图1为本发明步骤一制备自粘接材料的示意图，(1)木材，(2)竹材，(3)甘蔗，(4)单板，(5)纤维，(6)刨花，(7)氧化活化，(8)自粘接单板，(9)自粘接纤维，(10)自粘接刨花；
21.图2为本发明自粘接机理图；
22.图3为本发明自粘接生物质复合材料的制备示意图，(1)正交组坯，(2)顺纹组坯，(3)纤维组坯，(4)刨花组坯，(5)高温高湿热压，(6)无胶胶合板，(7)无胶单板层积材；(8)无胶纤维板；(9)无胶刨花板；
23.图4为天然榉木单板与实施例一步骤一制备的自粘接材料的实物及扫描电镜对比图，a为天然榉木单板实物图，b为天然榉木单板电镜图，c为实施例一制备的自粘接材料实物图，d为实施例一步骤一制备的自粘接材料电镜图；
24.图5为傅里叶红外图谱，1为实施例一步骤一制备的自粘接材料，2为天然榉木单板；
25.图6为实施例一步骤一不同氧化时间下制备的自粘接材料氧化缩醛度的变化曲线；
26.图7为1h-13c核磁共振光谱，a为天然榉木单板木质素，b为实施例一步骤一制备的自粘接材料木质素；
27.图8为实施例五制备的自粘接榉木无胶单板层积材的剥离浸渍对比图，a为未浸渍，b为温度为25℃的冷水浸渍24h后，c为温度为73℃的热水浸渍2h后，其中a、b、c、d为板材的四个截面方向标记；
28.图9为实施例五制备的自粘接榉木无胶单板层积材的sem图像，a为未浸渍，b为73℃热水浸渍2h；
29.图10为自粘接无胶杨木纤维板的sem图像，a为对比实验三制备的无胶木纤维板，b为实施例七制备的自粘接无胶杨木纤维板；
30.图11为xps光谱，a为全谱扫描，b为c
1s
精细谱扫描，1为实施例七制备的自粘接无胶杨木纤维板，2为实施例七步骤一制备的自粘接材料，3为杨木纤维。
具体实施方式
31.具体实施方式一：本实施方式一种自粘接生物质复合材料的制备方法，它是按以下步骤进行的：
32.一、自粘接材料的制备：
33.将生物质材料浸渍于高碘酸钠水溶液或高碘酸钠和氯化钠的混合溶液中，在避光及温度为25℃～90℃的条件下，氧化活化0.5h～24h，得到自粘接材料；
34.二、热压：
35.控制自粘接材料的含水率为50％～70％，然后组坯并热压，得到自粘接生物质复合材料。
36.如图1所示，本实施方式以木材、竹材、秸秆或甘蔗渣为原料，通过机械加工的方法制成预定尺寸的单板、纤维或刨花，随后将其浸渍在活化剂中进行避光活化，得到具有自粘接功能的生物质结构单元，即自粘接材料。
37.如图2所示，本实施方式自粘接材料在高温高湿作用下，醛基与羟基产生共价交联，同时，部分活化的木质素发生熔融重塑，得到具有高胶合强度和耐水性能的自粘接生物质复合材料，实现高性能无胶胶合。
38.如图3所示，将自粘接材料在高湿条件下进行组坯(当为单板时可进行正交组坯或顺纹组坯)，在高温高湿条件下热压，得到自粘接生物质复合材料，当利用正交组坯时得到无胶胶合板，当为顺纹组坯时得到无胶单板层积材，当为纤维组坯时得到无胶纤维板，当为刨花组坯时得到无胶刨花板。
39.本实施方式对天然的生物质材料(单板、纤维或刨花)进行表界面活化处理，生物质材料表界面上的羟基转化为醛基，使生物质材料具有自粘接功能，同时生物质材料中的木质素也会被活化和部分降解，降低其熔融重塑的温度，得到自粘接材料。随后对自粘接材料在高温高湿的条件下进行热压，使彼此之间产生共价交联，得到高强耐水的自粘接生物质复合材料(无胶胶合板、无胶单板层积材、无胶纤维板或无胶刨花板)。
40.本实施方式制备的自粘接生物质复合材料不仅具有不同尺寸木材结构单元的普适性(单板、纤维或刨花)，同时还具有不同种类材料的普适性(木材、竹材、秸秆或甘蔗渣)，所制造的自粘接生物质复合材料满足国家对于人造板的使用要求。其中，由木材单板制备的无胶单板类人造板材料在63℃热水中煮3h仍未开，具有高胶合强度和优异的耐水性能，可以满足国家二类板的要求；由竹材纤维和木材纤维制备的自粘接无胶纤维板可以满足普通型高密度纤维板的各项性能要求的同时还具有高的耐潮湿的性能；由木质刨花和甘蔗渣刨花制备的自粘接无胶刨花板可以满足干燥状态下使用的承载型刨花板(p3型)的各项性能要求。此外，该方法制备的无胶生物质复合材料可二次回收重新加工，具有良好的可回收性和可持续性。因此，该方法有望为替代现有甲醛类胶黏剂，制备绿色高性能无胶人造板提供新的思路和解决方案。
41.本实施方式的有益效果是：
42.(1)本实施方式的方法实现了不同尺寸大小的木质结构单元均具有自粘接性；
43.(2)本实施方式所使用的原料不仅局限于木质资源材料，对于竹材、农业废弃物(甘蔗渣等)均具有可适性。
44.(3)本实施方式克服了现有无胶胶合技术胶合强度低，耐水性差的缺陷，在优选条
件下制备出的无胶人造板材料具有优异的胶合强度和耐水性能。
45.(4)在制备过程中，由于没有添加任何甲醛类物质，制备绿色，不存在甲醛释放问题，对环境友好无危害。
46.(5)活化处理制备自粘接材料过程中，仅通过简单的浸渍处理即可得到，过程简单易得，便于工业化生产。
47.(6)由于在高湿条件进行热压，省去了传统甲醛类胶黏剂在热压前需要干燥木材单板的过程，极大降低了能耗。
48.(7)制备的无胶生物质复合材料可二次回收再次加工利用，具有良好的可循环性和可持续性。
49.具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述的生物质材料为木材、竹材、秸秆或甘蔗渣。其它与具体实施方式一相同。
50.具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是：步骤一中所述的生物质材料为单板、纤维或刨花。其它与具体实施方式一或二相同。
51.具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：当所述的生物质材料为单板时，单板长度为10cm～100cm，宽度为10cm～100cm，厚度为0.1cm～5cm；当所述的生物质材料为纤维时，纤维长度为0.05cm～0.5cm，宽度为30μm～50μm；当所述的生物质材料为刨花时，刨花长度为0.5cm～3.5cm，宽度为0.1cm～0.5cm，厚度为0.01cm～0.1cm。其它与具体实施方式一至三相同。
52.具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤一中所述的高碘酸钠水溶液的浓度为0.01mol/l～1mol/l。其它与具体实施方式一至四相同。
53.具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤一中所述的高碘酸钠和氯化钠的混合溶液中高碘酸钠的浓度为0.01mol/l～1mol/l，氯化钠的浓度为0.1mol/l～1mol/l。其它与具体实施方式一至五相同。
54.具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤二中热压时的压力为0.5mpa～20mpa。其它与具体实施方式一至六相同。
55.具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤二中热压时的温度为100℃～200℃。其它与具体实施方式一至七相同。
56.具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤二中热压时间为0.5h～6h。其它与具体实施方式一至八相同。
57.具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤二中在压力为5mpa及温度为160℃的条件下，热压40min～60min。其它与具体实施方式一至九相同。
58.采用以下实施例验证本发明的有益效果：
59.实施例一：
60.一种自粘接生物质复合材料的制备方法，它是按以下步骤进行的：
61.一、自粘接材料的制备：
62.将生物质材料浸渍于高碘酸钠和氯化钠的混合溶液中，在避光及温度为50℃的条件下，氧化活化6h，得到自粘接材料；
63.二、热压：
64.控制自粘接材料的含水率为50％，然后正交组坯，并在压力为5mpa及温度为160℃的条件下，热压40min，得到自粘接榉木无胶胶合板。
65.步骤一中所述的生物质材料为长度为10cm、宽度为10cm及厚度为0.3cm的榉木单板。
66.步骤一中所述的高碘酸钠和氯化钠的混合溶液中高碘酸钠的浓度为0.05mol/l，氯化钠的浓度为0.2mol/l。
67.实施例二：本实施例与实施例一不同的是：步骤一在避光及温度为50℃的条件下，氧化活化8h。其它与实施例一相同。
68.实施例三：本实施例与实施例一不同的是：步骤一在避光及温度为50℃的条件下，氧化活化10h。其它与实施例一相同。
69.实施例四：本实施例与实施例一不同的是：步骤二控制自粘接材料的含水率为70％。其它与实施例一相同。
70.实施例五：本实施例与实施例一不同的是：步骤二顺纹组坯；步骤二得到自粘接榉木无胶单板层积材。其它与实施例一相同。
71.实施例六：本实施例与实施例一不同的是：步骤二控制自粘接材料的含水率为70％；步骤二顺纹组坯；步骤二得到自粘接榉木无胶单板层积材。其它与实施例一相同。
72.实施例七：
73.一种自粘接生物质复合材料的制备方法，它是按以下步骤进行的：
74.一、自粘接材料的制备：
75.将生物质材料浸渍于高碘酸钠和氯化钠的混合溶液中，在避光及温度为50℃的条件下，氧化活化6h，得到自粘接材料；
76.二、热压：
77.控制自粘接材料的含水率为50％，然后组坯，并在压力为5mpa及温度为160℃的条件下，热压60min，得到自粘接无胶杨木纤维板。
78.步骤一中所述的生物质材料为长度为0.05cm～0.5cm及宽度为30μm～50μm的杨木纤维。
79.步骤一中所述的高碘酸钠和氯化钠的混合溶液中高碘酸钠的浓度为0.05mol/l，氯化钠的浓度为0.2mol/l。
80.实施例八：本实施例与实施例七不同的是：步骤二控制自粘接材料的含水率为70％。其它与实施例七相同。
81.实施例九：本实施例与实施例七不同的是：步骤一中所述的生物质材料为长度为0.05cm～0.5cm及宽度为30μm～50μm的竹材纤维；步骤二中得到自粘接无胶竹材纤维板。其它与实施例七相同。
82.实施例十：
83.一种自粘接生物质复合材料的制备方法，它是按以下步骤进行的：
84.一、自粘接材料的制备：
85.将生物质材料浸渍于高碘酸钠和氯化钠的混合溶液中，在避光及温度为50℃的条件下，氧化活化6h，得到自粘接材料；
86.二、热压：
87.控制自粘接材料的含水率为50％，然后组坯，并在压力为5mpa及温度为160℃的条件下，热压40min，得到自粘接无胶杨木刨花板。
88.步骤一中所述的生物质材料为长度为0.5cm～3.5cm、宽度为0.1cm～0.3cm及厚度为0.015cm～0.05cm的杨木粗刨花和长度为0.5cm～3.5cm、宽度为0.1cm～0.3cm及厚度为0.01cm～0.1cm的杨木细刨花，且杨木粗刨花与杨木细刨花按绝干质量比为2:1混合后铺装。
89.步骤一中所述的高碘酸钠和氯化钠的混合溶液中高碘酸钠的浓度为0.05mol/l，氯化钠的浓度为0.2mol/l。
90.实施例十一：本实施例与实施例十不同的是：步骤一中所述的生物质材料为长度为0.5cm～2cm、宽度为0.1cm～0.5cm及厚度为0.01cm～0.05cm的甘蔗刨花；步骤二中得到自粘接无胶甘蔗渣刨花板。其它与实施例十相同。
91.对比实验一：
92.将生物质材料浸渍于水中，在避光及温度为50℃的条件下，浸泡6h，得到水浸单板；控制水浸单板的含水率为50％，然后正交组坯，并在压力为5mpa及温度为160℃的条件下，热压40min，得到榉木无胶胶合板；步骤一中所述的生物质材料为长度为10cm、宽度为10cm及厚度为0.3cm的榉木单板。
93.对比实验二：本对比实验与对比实验一不同的是：顺纹组坯，得到榉木无胶单板层积材。其它与对比实验一相同。
94.对比实验三：本对比实验与对比实验一不同的是：热压60min；所述的生物质材料为长度为0.05cm～0.5cm及宽度为30μm～50μm的杨木纤维；得到无胶杨木纤维板。其它与对比实验一相同。
95.对比实验四：本对比实验与对比实验一不同的是：热压60min；所述的生物质材料为长度为0.05cm～0.5cm及宽度为30μm～50μm的竹材纤维；得到无胶竹材纤维板。其它与对比实验一相同。
96.对比实验五：本对比实验与对比实验一不同的是：所述的生物质材料为长度为0.5cm～3.5cm、宽度为0.1cm～0.3cm及厚度为0.015cm～0.05cm的杨木粗刨花和长度为0.5cm～3.5cm、宽度为0.1cm～0.3cm及厚度为0.01cm～0.1cm的杨木细刨花，且杨木粗刨花与杨木细刨花按绝干质量比为2:1混合后铺装；得到无胶杨木刨花板。其它与对比实验一相同。
97.对比实验六：本对比实验与对比实验一不同的是：所述的生物质材料为长度为0.5cm～2cm、宽度为0.1cm～0.5cm及厚度为0.01cm～0.05cm的甘蔗刨花；得到无胶甘蔗渣刨花板。其它与对比实验一相同。
98.对比实验七：本对比实验与实施例一不同的是：步骤二控制自粘接材料的含水率为30％。其它与实施例一相同。
99.图4为天然榉木单板与实施例一步骤一制备的自粘接材料的实物及扫描电镜对比图，a为天然榉木单板实物图，b为天然榉木单板电镜图，c为实施例一制备的自粘接材料实物图，d为实施例一步骤一制备的自粘接材料电镜图；由天然单板与自粘接材料的实物图可以看出，在活化剂的作用下，单板的表面颜色变深。进一步地，通过天然单板与自粘接材料的电镜图对比可以看出，活化后仍保持原有结构，表明活化不会对材料造成破坏。
100.图5为傅里叶红外图谱，1为实施例一步骤一制备的自粘接材料，2为天然榉木单板；由图可知，经活化后的自粘接材料在1735cm-1
处c＝o峰较天然单板相比变化明显，说明活化处理将单板表面的羟基转化为了活性更高的醛基。
101.调整实施例一步骤一的活化时间为2h～10h；图6为实施例一步骤一不同氧化时间下制备的自粘接材料氧化缩醛度的变化曲线；由图可知，随着氧化时间的延长，氧化的程度越大，醛基的含量越高。
102.图7为1h-13c核磁共振光谱，a为天然榉木单板木质素，b为实施例一步骤一制备的自粘接材料木质素；由图可知，化学位移(δc/δ
h 45-95/2.8-5.3)和(δc/δh98-132/6.45-9.75)分别是脂肪族区域和芳香族区域。天然木质素由不同结构的苯基丙烷作为单元通过醚键和碳-碳键连接而组成的三维大分子结构。在1h-13
c nmr谱中可以观察到氧化木质素中甲氧基(δc/δ
h 56.27/3.75)的信号与天然木质素相比减弱。同时，氧化木质素在化学位移为δc/δ
h 111.47/7.00、δc/δ
h 115.26/6.7和δc/δ
h 119.48/6.76处的信号显著降低，表明木质素因为氧化而发生了结构变化，这可能归因于木质素的甲氧基氧化生成苯醌。在化学位移δc/δh72.56/4.83和δc/δ
h 86.72/4.10处观察到的信号在氧化后也明显减弱，表明木质素在氧化后部分降解，形成小分子结构单元。
103.表1自粘接榉木无胶胶合板的性能
[0104] 干胶合强度(mpa)63℃湿胶合强度(mpa)对比实验一0.330.00(30min)对比实验七0.300.00(3h)实施例一1.860.96(3h)实施例二1.250.54(3h)实施例三1.120.52(3h)实施例四0.960.32(3h)gb/t9846-20150.700.70(3h)
[0105]
通过表1可以看出，当氧化时间为6h时胶合强度为1.86mpa，且在63℃的热水中煮3h后胶合强度仍然高达0.93mpa(实施例一)，可以满足国家标准(0.7mpa)的使用要求，展现了优异的胶合性能和耐水性能。当单板氧化时间分别为8h(实施例二)和10h(实施例三)，其制备的无胶胶合板的干强度分别为1.25mpa和1.12mpa，湿强度分别为0.54mpa和0.52mpa。而未经过处理的天然单板干胶合强度仅为0.33mpa，且在63℃热水中30min就会煮开，无法达到国家标准的使用强度(对比实验一)。
[0106]
出现上述现象的原因是未经活化的天然单板在热压过程中，相邻界面上的羟基基团之间只产生氢键作用，这种弱分子间作用力所提供的胶合强度较低，且在水分子的攻击下很容易就被破坏，因此无法达到使用标准。
[0107]
同时，发现含水率对无胶胶合板的胶合强度和耐水性起着至关重要的作用。当含水率约为50％左右时，可以达到理想的高强高耐水效果(实施例一)。而当含水率较低为30％时，干胶合强度为0.30mpa(对比实验七)。当含水率过高时为70％时，其胶合强度也会下降为0.90mpa，而湿强度为0.32mpa(实施例四)。实验结果表明活化和高湿条件下的协同作用使得无胶胶合板具有优异的胶合性能和高的耐水性能。
[0108]
这是由于无胶胶合板的高湿热压可以产生强力的共价键交联，从而产生了更高的
干湿强度。另一方面，含水率过低，会导致界面反应不完全，造成胶合强度降低，而当含水率过高时，又会造成水分难以除去而使得胶合强度大幅下降。
[0109]
表2自粘接榉木无胶单板层积材的性能
[0110][0111][0112]
由表2所示，可以看出实施例五自粘接榉木无胶单板层积材无论是在垂直加载方向还是在水平加载方向上的检测均表现出较高的强度分别为10.02mpa和10.14mpa，均能够满足国家标准要求的5.5mpa和6.5mpa的强度要求。作为对比，未活化的天然单板制备的榉木无胶单板层积材的检测结果仅为4.92mpa和5.46mpa(对比实验二)，都未能达到国家标准所要求的强度。进一步地，对比结果可以看出，实施例五自粘接榉木无胶单板层积材的弹性模量和静曲强度分别为17569.65mpa和145.2mpa，高于国家标准要求的15500.00mpa和67.50mpa，具有优异的力学性能。而未活化单板制备的榉木无胶单板层积材其静曲强度和弹性模量为14369.03mpa和47.63mpa(对比实验二)，远低于自粘接榉木无胶单板层积材，且未能达到国家标准的规定，无法满足使用的要求。
[0113]
实施例五制备的自粘接榉木无胶单板层积材的耐水性能参考《gb/t 20241-2006单板层积材》的标准进行了测试；图8为实施例五制备的自粘接榉木无胶单板层积材的剥离浸渍对比图，a为未浸渍，b为温度为25℃的冷水浸渍24h后，c为温度为73℃的热水浸渍2h后，其中a、b、c、d为板材的四个截面方向标记。可以明显观察到，经过冷水完全浸渍24h后以及73℃热水浸渍2h的自粘接榉木无胶单板层积材各个截面均未出现胶合界面剥离的现象，展现出优异的耐水性能。
[0114]
图9为实施例五制备的自粘接榉木无胶单板层积材的sem图像，a为未浸渍，b为73℃热水浸渍2h；其中虚线为胶合界面；由图可知，即使是经过73℃的热水浸渍2h后，自粘接榉木无胶单板层积材胶合界面依然非常致密，未观察到开裂的现象，可以看出自粘接无胶单板层积材优异的耐水性能。
[0115]
而作为对比，未活化的天然单板制备的榉木无胶单板层积材仅在温度为25℃的冷水中仅浸渍30min就全部剥离。
[0116]
表3自粘接无胶杨木(竹材)纤维板的性能
[0117][0118][0119]
根据《gb/t 31765-2015高密度纤维板》的国家标准的相关检测要求，对无胶纤维板进行了性能的检测，如表3，可以看出，实施例七制成的自粘接无胶杨木纤维板的静曲强度和弹性模量分别为51.03mpa和8320.73mpa，远高于国家标准中38.00mpa和3900.00mpa的使用要求。而对比实验三制成的无胶木纤维板静曲强度和弹性模量仅为30.22mpa和3516.23mpa，远低于自粘接的纤维制备的无胶纤维板，且无法达到国家标准的使用要求。进一步的，实施例七制成的自粘接无胶杨木纤维板具有超高的内结合强度为1.72mpa，远高于国家标准的要求，而对比实验三制成的无胶木纤维板仅为0.20mpa，无法达到使用要求。而对于耐水性能，实施例七制成的自粘接无胶杨木纤维板24h吸水厚度膨胀率仅为7.06％，低于国家标准要求的16％。而对比实验三制成的无胶木纤维板的24h吸水厚度膨胀率高达55.26％，高于国家标准要求的三倍多。
[0120]
竹材纤维具有大的长径比和优异的力学性能，也是制备纤维板的优质原料之一。对竹纤维进行了与木纤维相同的处理得到自粘接竹纤维，所制备的自粘接竹材无胶纤维板同样具有高强度和高耐水性能(实施例九)，其静曲强度和弹性模量和分别为42.30mpa和6257.02mpa，远高于未处理天然竹材制备的无胶纤维板(对比实验四)的7.31mpa和1310.22mpa的强度，并达到了国标的使用要求。进一步的，自粘接竹纤维无胶板的内结合强度高达1.44mpa，也远高于天然竹材无胶板的0.17mpa，并达到国标的使用标准。在耐水性能方面，自粘接竹材板材的耐水性能与天然竹材板相比提高了45.37％。其24h吸水厚度膨胀率仅为7.14％，甚至要低于自粘接木材纤维无胶板。
[0121]
机械强度和耐水性的提高归因于活化纤维热压后产生的致密物理结构和化学共价交联结构。自粘接无胶杨木纤维板的sem和xps分析可以证明这一点。图10为自粘接无胶杨木纤维板的sem图像，a为对比实验三制备的无胶木纤维板，b为实施例七制备的自粘接无胶杨木纤维板；由图可知，自粘接纤维无胶纤维板的内部结构比天然纤维无胶纤维板的更致密。这是由于木质素被氧化反应部分降解，木质素的熔融塑化温度降低导致的。活化木质素可以在热压温度下填充纤维之间的间隙，以实现更好的耐水性。
[0122]
图11为xps光谱，a为全谱扫描，b为c
1s
精细谱扫描，1为实施例七制备的自粘接无胶杨木纤维板，2为实施例七步骤一制备的自粘接材料，3为杨木纤维；由图可知，c＝o键含量的降低和c-o键含量增加表明氧化纤维之间形成了酯键交联。
[0123]
表4自粘接无胶杨木(甘蔗渣)刨花板的性能
[0124][0125]
根据《gb/t 4897-2015刨花板》的国家标准的内容，对无胶刨花板进行了相关性能的检测，如表4可以看出，由自粘接刨花制备(实施例十)的自粘接无胶杨木刨花板其静曲强度和弹性模量分别为28.40mpa和2345.33mpa，可以满足国家标准中15mpa和2200.00mpa的使用要求。而天然刨花制备的无胶刨花板(对比实验五)静曲强度和弹性模量仅为5.61mpa和1123.56mpa，无法达到国家标准的使用要求。自粘接刨花制备的自粘接无胶杨木刨花板的内结合强度为0.47mpa，高于对比实验五自粘接无胶杨木刨花板的0.16mpa，且满足了国家标准的要求。对于耐水性能，自粘接刨花制备的自粘接无胶杨木刨花板24h吸水厚度膨胀率为14.28％，低于国家标准要求的22％。作为对比，天然刨花制备的无胶刨花板的24h吸水厚度膨胀率为34.28％，要高于国家标准的规定，无法满足使用要求。
[0126]
甘蔗渣是农业废弃物中产量较高的一种。通过将废弃的甘蔗渣转变为自粘接甘蔗渣刨花，所制备的自粘接无胶甘蔗渣刨花板(实施例十一)的力学性能甚至要超过无胶纤维刨花板的性能，其静曲强度和弹性模量分别为21.93mpa和4572.88mpa，内结合强度为0.50mpa，均高于对比实验六自粘接无胶甘蔗渣刨花板性能，并达到了国家标准的要求。更值得注意的是，实施例十一自粘接无胶甘蔗渣刨花板的24h吸水厚度膨胀率仅为6.11％，远低于对比实验六自粘接无胶甘蔗渣刨花板的27.15％，同时也低于自粘接木材无胶刨花板，具有高的耐水性能。

技术特征：
1.一种自粘接生物质复合材料的制备方法，其特征在于它是按以下步骤进行的：一、自粘接材料的制备：将生物质材料浸渍于高碘酸钠水溶液或高碘酸钠和氯化钠的混合溶液中，在避光及温度为25℃～90℃的条件下，氧化活化0.5h～24h，得到自粘接材料；二、热压：控制自粘接材料的含水率为50％～70％，然后组坯并热压，得到自粘接生物质复合材料。2.根据权利要求1所述的一种自粘接生物质复合材料的制备方法，其特征在于步骤一中所述的生物质材料为木材、竹材、秸秆或甘蔗渣。3.根据权利要求2所述的一种自粘接生物质复合材料的制备方法，其特征在于步骤一中所述的生物质材料为单板、纤维或刨花。4.根据权利要求3所述的一种自粘接生物质复合材料的制备方法，其特征在于当所述的生物质材料为单板时，单板长度为10cm～100cm，宽度为10cm～100cm，厚度为0.1cm～5cm；当所述的生物质材料为纤维时，纤维长度为0.05cm～0.5cm，宽度为30μm～50μm；当所述的生物质材料为刨花时，刨花长度为0.5cm～3.5cm，宽度为0.1cm～0.5cm，厚度为0.01cm～0.1cm。5.根据权利要求1所述的一种自粘接生物质复合材料的制备方法，其特征在于步骤一中所述的高碘酸钠水溶液的浓度为0.01mol/l～1mol/l。6.根据权利要求1所述的一种自粘接生物质复合材料的制备方法，其特征在于步骤一中所述的高碘酸钠和氯化钠的混合溶液中高碘酸钠的浓度为0.01mol/l～1mol/l，氯化钠的浓度为0.1mol/l～1mol/l。7.根据权利要求1所述的一种自粘接生物质复合材料的制备方法，其特征在于步骤二中热压时的压力为0.5mpa～20mpa。8.根据权利要求7所述的一种自粘接生物质复合材料的制备方法，其特征在于步骤二中热压时的温度为100℃～200℃。9.根据权利要求8所述的一种自粘接生物质复合材料的制备方法，其特征在于步骤二中热压时间为0.5h～6h。10.根据权利要求1所述的一种自粘接生物质复合材料的制备方法，其特征在于步骤二中在压力为5mpa及温度为160℃的条件下，热压40min～60min。

技术总结
一种自粘接生物质复合材料的制备方法，它涉及一种生物质复合材料的制备方法。本发明要解决现有无胶胶合技术胶合强度低，耐水性能差的问题。制备方法：一、自粘接材料的制备；二、热压。本发明用于自粘接生物质复合材料的制备。本发明用于自粘接生物质复合材料的制备。本发明用于自粘接生物质复合材料的制备。


技术研发人员：肖少良 鞠天 李坚 谢延军 蒋雨烟
受保护的技术使用者：东北林业大学
技术研发日：2023.07.06
技术公布日：2023/9/7