專利名稱：一種耐久木竹質纖維素類復合材料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及不使用防腐劑或殺菌劑的高性能耐久人造板產品制造領域人造板產品制造領域，尤其是一種耐久木竹質纖維素類復合材料。
背景技術：
為應對全球氣候變化，中國政府承諾到2020年，單位國內生產總值二氧化碳排放應比2005年下降40-45%。為此，中國的產業(yè)結構將實現(xiàn)大規(guī)模調整，對高耗能、高污染產業(yè)將實行淘汰和限制，對于環(huán)保產業(yè)、低碳新技術等領 域將大力扶持。在人類的各種社會活動和生活中都離不開建材，而中國又是世界上最大的建材生產和消費國，中國水泥、平板玻璃、衛(wèi)生陶瓷、石材、墻體材料和地板等產量多年居世界首位。當前建材行業(yè)的發(fā)展重點在于大力發(fā)展低碳新技術，開發(fā)綠色或生態(tài)建材。推進技術進步和自主創(chuàng)新，加快產業(yè)結構調整；加快產品升級換代，以節(jié)能減排為中心，大力發(fā)展循環(huán)經濟，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。今后新建材產品首先是綠色和低碳排放，減少廢氣、廢渣、廢水排放，減少環(huán)境污染和溫室效應，節(jié)約資源和能源；其次是容易回收和可循環(huán)利用。低碳、環(huán)保和健康是建材企業(yè)應追求的產品質量指標，建立以人為本，利用自然條件和人工手段來創(chuàng)造一個有利于居住、舒適、健康的生活環(huán)境，同時又要控制自然資源的使用，多使用人造、復合、可循環(huán)利用的材料，有利于保護大生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)向自然索取與得到自然回報之間的平衡。新建材產品從材料設計、制備、應用，直至廢棄物的處理都應與生態(tài)環(huán)境相協(xié)調，都應以可持續(xù)發(fā)展為目的。近兩年，在中國政府的宣傳扶持之下，環(huán)保建材產業(yè)發(fā)展迅速。中國建材裝修市場以地板為例，目前已經發(fā)展成為地板生產和出口大國。2010年我國地板生產企業(yè)銷售量約
3.99億m2，同比增長9. 6%。其中強化木地板約2. 38億m2，同比增長12. 3% ;實木地板約4300萬m2，同比增長2. 4% ;實木復合地板約8900萬m2，同比增長7. 2% ;竹地板約2530萬m2，同比增長I. 2% ;其它地板約320萬m2，同比增長45%。特別是2010年的上海世博會上，以低碳理念打造的環(huán)保展館的精彩表現(xiàn)，讓人們看到了中國環(huán)保建材的希望，肯定會迎來一個快速發(fā)展時期。目前木竹質纖維素類產品以纖維板產品為主，按密度不同主要可分為中密度纖維板(GB/T11718-1999，密度為 500_880kg/m3)，輕質纖維板(LY/T 1718-2007，密度為500 kg/m3以下)和硬質纖維板(GB/T12626-1990,密度大于880kg/m3)。纖維板通常以采伐、造材、加工剩余物、速生豐產用材林(楊木和松木為主)的小徑級木材，竹材以及城市廢棄木材等木質纖維為主要原料，按以下工序制成1.原料-2.備料-3.纖維分離-4.施膠-5.纖維干燥-6.鋪裝成型-7.熱壓-8.鋸截-9.砂光-10.產品分等-11.包裝出廠。備料通常包括削片、篩選、再碎、水洗和木(竹)片儲備；纖維分離通常包括熱磨和精磨。生產過程中通常使用脲醛膠(pH = 7-7.5)，施膠量為8-12%，板熱壓前的含水率為5-10%。雖然木竹材是用于制造木質纖維復合材料的主要原料，但是其他木質纖維素類材料如植物纖維，包括農作物秸桿(稻草、棉桿等)、甘蔗渣、蘆葦?shù)?，也可以用來替代或取代木竹材制造纖維板和刨花板。中國纖維板2007年產量為2730萬m3。至2008年底中國共有纖維板生產線661條，總生產能力達到年產3005萬m3，2010年年產達到3500萬m3。目前纖維板產品通常只能用于室內，主要用途為家具制造，室內裝飾裝修，強化木地板，復合門和包裝。按用途劃分，家具(中厚板和8mm以下薄板)占55%，復合門板占13%，強化木地板基材占12%，室內裝飾裝修占11%，包裝及其他產品占9%。薄板厚度通常為2. 5 mm、3 mm和4mm,中厚板厚度通常為9 mm、12 mm、15 mm和18mm。木竹質纖維或植物纖維是真菌生長的首選媒介之一，因此木竹質纖維素類產品的主要缺點是不防霉也不防腐，通常只能在干燥的室內場合使用。一般來說，真菌是在酸性同時具有較高的滲透壓和含糖的環(huán)境下生長，絕大多數(shù)的木竹材可以為這些真菌提供良好的生長條件。隨著木竹材應用的拓展，除彈性模量、強度、表面外觀、硬度以及尺寸穩(wěn)定性等性能外，由于產品耐久腐性直接影響到構件仍至整個結構的使用壽命和安全，在易受生物侵蝕的場合下使用的木竹質纖維素類復合材料產品，耐腐性也必須滿足相關的要求，因此高強耐腐是該類材料必須的基本特性。
目前木塑復合材料(WPC)已開發(fā)和商業(yè)化，在戶外已得到較廣泛的應用，但價格相對過高。由于產品中含有相當數(shù)量的熱塑性材料，因此產品的抗蠕變性能特別是在高溫環(huán)境下是很低的。此外，木材和塑料在產品中是不兼容的，導致木塑復合材料的強度很低。一般來說，塑料對溫度變化非常敏感，而對水分變化不敏感；而木材對水分變化非常敏感，但對溫度變化不敏感。隨著水分的變化，木材的尺寸變化，但塑料尺寸幾乎不改變。然而，隨著溫度的變化，塑料改變尺寸，但木材尺寸變化不大。因此木塑復合材料在戶外應用中，經常引起周期性的應力，木材和塑料之間的接合面很容易在使用過程中分開。此外，該木塑復合材料產品含有木材，因此在使用過程中仍會發(fā)霉和腐爛。總之，到目前為止，如不經有毒化學品高強度處理，以木材為基礎制成的產品還不是一種真正的戶外等級材料。目前木質纖維素類復合材料產品提高耐久腐和防霉性能的主要方法是對纖維進行防腐處理，即在纖維上施加防腐劑，通常施加量為1-1. 5%左右，以避免對膠料的固化，對制板工藝、板的強度、吸水率和成本造成很大的影響。防腐劑對菌類和昆蟲必須具有足夠的毒性，必須持久穩(wěn)定，對金屬腐蝕性小，不會在纖維干燥熱壓過程中，發(fā)生分解或揮發(fā)，使用安全，對人畜無毒或低毒，不污染環(huán)境。但目前常用的是水溶性防腐劑例如硼化物(硼砂、硼酸和八硼酸二鈉)、五氯氛鈉、銅鉻砷(CCA)和氨溶季銨銅(ACQ)具有殺菌、殺蟲和阻燃的效果，但抗流失性差，污染環(huán)境。另外為提高木質纖維素類復合材料產品的耐久腐)和防霉性能，也可用防腐劑如CCA或ACQ或殺菌劑來直接處理復合材料產品，但工藝復雜，成本高。通常，防腐劑和殺菌劑對人體有毒，不環(huán)保。防腐處理涉及到施加防腐劑所需的附加設備、工序、防腐藥劑的回收，防腐劑對產品膠合強度的消極影響，產品使用中防腐劑浸出對環(huán)境的影響，廢舊材料回收處理以及成本高等一系列問題。申請?zhí)柣驅＠?010101800519涉及一種高強耐腐木(或竹)基膠合板和層積材制造方法，其特征是不用防腐劑，而是采用低分子量改性酚醛樹脂浸潰，或采用一種高分子量(1000-3000)的改性酚醛樹脂和一種低分子量(200-1000)的改性酚醛樹脂以10 90 - 90 10的固體樹脂質量百分比混合而成的改性復合樹脂；將木單板或竹單元進行浸潰或涂膠處理來達到12-15%的酚醛樹脂含量，組坯熱壓成高強耐腐木(或竹)基膠合板和層積材。該專利涉及單板和竹片的處理以制造膠合板和層積材，但不涉及木竹質纖維或植物纖維或板材的處理。
絕大多數(shù)的木竹質纖維或植物纖維的pH值大約在5左右，為真菌生長提供了一個理想的條件。木材還含有大量糖類化合物，為真菌生長提供了良好的營養(yǎng)。本發(fā)明提供了一種綠色環(huán)保、真正耐久的戶外用木竹質纖維素類復合材料產品及其制造方法。該復合材料產品不使用任何有毒的防腐劑或殺菌劑處理，但提供一個不適合真菌的生長環(huán)境。

發(fā)明內容
為了解決上述木塑復合材料價格過高和目前木竹質纖維或植物纖維易于真菌生長的技術問題，本發(fā)明提供一種綠色環(huán)保、真正耐久的木竹質纖維素類復合材料。本發(fā)明的技術方案如下 一種耐久木竹質纖維素類復合材料，由木竹質纖維或植物纖維施加高堿性改性酚醛樹脂膠及助劑后熱壓制成。作為優(yōu)選，所述木竹質纖維或植物纖維原料以纖維或纖維束形式存在，后者為低密度纖維板，通過施加改性酚醛樹脂膠及助劑后組坯二至七層，然后熱壓制成復合材料。作為優(yōu)選，所述改性酚醛樹脂膠是一種低分子酚醛樹脂分子量200-1000，25°C粘度100_250cps,固體樹脂含量40%_60%，或該低分子酹醒樹脂和一種聞分子酹醒樹脂分子量1000-3000，25°C粘度600-900cps，固體樹脂含量40%_60%按10:90- 90:10的固體樹脂質量百分比混合制成。作為優(yōu)選，所述改性酚醛樹脂膠含有1%_5%的二苯基甲烷二異氰酸酯膠MDI。作為優(yōu)選，所述改性酚醛樹脂膠及助劑混合后PH值大于或等于10。作為優(yōu)選，所述植物纖維是農作物秸桿、棉桿或甘蔗渣。作為優(yōu)選，所述助劑是硼砂、硼酸、硼酸鉀和碳酸鈉，按一定重量配比混合，其用量最高為固體樹脂重量的5%。作為優(yōu)選，所述纖維板是由干法生產的，厚度不大于15mm。作為優(yōu)選，所述改性酚醛樹脂膠固體樹脂施加量應為12%_20%。作為優(yōu)選，所述熱壓采用常規(guī)熱壓或微波或射頻熱壓。使用本發(fā)明的技術方案，低碳綠色環(huán)保，建造的戶外戶內景觀工程、裝修工程和住宅具有木材質地，自然親切、保溫、環(huán)保、抗震能力強等優(yōu)勢，使用壽命長，可大大降低溫室氣體的排放，從而達到節(jié)能減耗的綜合效果。
具體實施例方式下面結合實施例對本發(fā)明作進一步說明。實施例I
材料為9 _厚的低密度木質纖維板(密度350kg/m3左右)，采用低分子量改性酚醛樹脂和助劑處理的方法。酚醛樹脂分子量200，25°C粘度100-250cps，固體樹脂含量50%_60%，并經二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)改性(施加量3%)，以增加耐水性；助劑為硼砂，硼酸，硼酸鉀和碳酸鈉，配比(重量)可為I: I I 2，用量最高可為樹脂重量的5%，用以降低木材的滲透壓力，提高產品表面的PH值。可用浸潰的方法，在改性酚醛樹脂膠中處理木質纖維板材5分鐘，也可直接在木質纖維板材上輥涂改性酚醛樹脂膠，以替代傳統(tǒng)的真空一加壓等處理方式。施膠后使木質纖維板材平均酚醛固體樹脂含量達到12%。在以上處理后，三層或五層木質纖維板材組還熱壓，熱壓壓力I. 5 -2. 5 MPa,熱壓溫度140-155C° ,熱壓時間按層數(shù)調整(約8-20分鐘)，制成纖維素復合材料產品。通過測定，產品表面的pH值在10和12之間，樣品(19 mm X 19 mm)暴露在真菌C. puteana中12個星期和暴露在真菌N. Iepideus中24個星期的重量損失(失重率)低于3%，具有很好的耐久腐性，無須進行防腐處理，足以在室外使用。樣品在經過72小時蒸煮冷凍干燥交替加速老化試驗后，無變色，局部微膨脹少于2%，硬度和強度值降低不到5%，性能遠遠超過傳統(tǒng)的炭化木、防腐木和木塑復合材料板材。實施例2
與實施例I不同的是，三層或五層木質纖維板材組坯，再通過微波(或射頻)加熱熱壓，熱壓壓力1.5-2. 0 MPa，熱壓溫度90-105度，熱壓時間約5-10分鐘，產品表面的pH值在10和12之間。產品具有很好的耐久腐性，無須進行防腐處理，足以在室外使用。實施例3
材料為9_厚的二苯基甲烷二異氰酸脂MDI制成的低密度植物纖維板材(密度350 kg/m3左右)，其他同實施例I。用改性酚醛樹脂浸潰的方法處理植物纖維板材5-30分鐘，也可直接輥涂改性酚醛樹脂膠，以替代傳統(tǒng)的真空一加壓等處理方式，施膠后使9 mm厚植物纖維板材平均酚醛固體樹脂含量達到12%。在以上處理后，三層或五層植物纖維板材組坯熱壓，熱壓壓力1.5-3.0 MPa，熱壓溫度145-155C。，熱壓時間約8_20分鐘，產品表面的pH值在10和12之間。產品具有很好的耐久腐性，無須進行防腐處理，足以在室外使用。實施例4
同實施實例3，三層或五層植物纖維板材組坯，再通過微波(或射頻)加熱熱壓，熱壓壓力1.5-2. 5 MPa，熱壓溫度90-105° C，熱壓時間約5_10分鐘，產品表面的pH值在10和12之間。產品具有很好的耐久腐性，無須進行防腐處理，足以在室外使用。實施例5
材料為9 mm厚的低密度木質纖維板(密度350 kg/m3左右)，采用一種高分子量酚醛(PF)樹脂(分子量1000-3000，25°C粘度600_900cps，固體樹脂含量40-50%)和一種低分子量酚醛(PF)樹脂(分子量200-1000,25°C粘度100-250cps，固體樹脂含量50-60%)以50%:50%的固體樹脂質量百分比混合制成復合樹脂，并經二苯基甲烷二異氰酸酯膠(MDI)改性(施加量3% )，以增加耐水性。助劑可用硼砂，硼酸，硼酸鉀(鈉)和碳酸鈉(鉀)等按I I I 2左右重量配比混合，用以降低木材的滲透壓力，用量為樹脂重量的2%左右?？捎媒⒌姆椒ㄌ幚砝w維板材5-30分鐘，將纖維板材樹脂浸潰和施膠結合在一起，也可直接涂膠，以替代傳統(tǒng)的真空一加壓等處理方式，施膠后使纖維板材平均酚醛固體樹脂含量達到15%。在以上處理后，三層或五層纖維板材組坯熱壓，熱壓壓力I. 5-2. 5 MPa,熱壓溫度140-155° C，熱壓時間按層數(shù)調整，約8-20分鐘后制成復合材料產品。通過測定，產品表面的pH值在10和12之間，樣品(19 mm X 19 mm)暴露在真菌C. puteana中12個星期和暴露在真菌N. Iepideus中24個星期的重量損失(失重率)低于3%，具有很好的耐久(腐)性。無須進行防腐處理，足以在室外使用。樣品在經過72小時蒸煮冷凍干燥交替加速老化試驗后，無變色，局部微膨脹少于2%，硬度和強度值降低不到5%，性能遠遠超過傳統(tǒng)的炭化木、防腐木和木塑復合材料板材。實施例6同實施實例5，三層或五層木質纖維板材組坯，再通過微波(或射頻)加熱熱壓，熱壓壓力1.5-2.0 MPa,熱壓溫度90-105C。，熱壓時間約5-12分鐘，產品表面的pH值在10和12之間。產品具有很好的耐久腐性，無須進行防腐處理，足以在室外使用。實施例7
材料為9 mm厚的低 密度竹質纖維板(密度350 kg/m3左右)，改性酚醛樹脂和助劑配比與處理同實施實例5，三層或五層竹質纖維板材組坯，再通過微波(或射頻)加熱熱壓，熱壓壓力I. 5-2. 5 MPa，熱壓溫度90-105° C，熱壓時間約8_15分鐘，產品表面的pH值在10和12之間。產品具有很好的耐久腐性，無須進行防腐處理，足以在室外使用。表I木質纖維素復合材料產品的性能和重量損失比較
權利要求
1.ー種耐久木竹質纖維素類復合材料，其特征在干由木竹質纖維或植物纖維施加高堿性改性酚醛樹脂膠及助劑后熱壓制成。
2.根據(jù)權利要求I所述的ー種耐久木竹質纖維素類復合材料，其特征在于所述木竹質纖維或植物纖維原料以纖維或纖維束形式存在，后者為低密度纖維板，通過施加改性酚醛樹脂膠及助劑后組坯ニ至七層，然后熱壓制成復合材料。
3.根據(jù)權利要求I所述的ー種耐久木竹質纖維素類復合材料，其特征在于所述改性酚醛樹脂膠是ー種低分子酚醛樹脂分子量200-1000，25°C粘度100-250cps，固體樹脂含量40%-60%，或是該低分子酚醛樹脂和ー種高分子酚醛樹脂分子量1000-3000，25 °C粘度600-900cps，固體樹脂含量40%-60%按10:90- 90:10的固體樹脂質量百分比混合制成。
4.根據(jù)權利要求I所述的ー種耐久木竹質纖維素類復合材料，其特征在于所述改性酚醛樹脂膠含有1%_5%的ニ苯基甲烷ニ異氰酸酯膠MDI。
5.根據(jù)權利要求I所述的ー種耐久木竹質纖維素類復合材料，其特征在于所述改性酚醛樹脂膠及助劑混合后PH值大于或等于10。
6.根據(jù)權利要求I所述的ー種耐久木竹質纖維素類復合材料，其特征在于所述植物纖維是農作物秸桿、棉桿或甘蔗渣。
7.根據(jù)權利要求I所述的ー種耐久木竹質纖維素類復合材料，其特征在于所述助劑是硼砂、硼酸、硼酸鉀和碳酸鈉，按一定重量配比混合，其用量最高為固體樹脂重量的5%。
8.根據(jù)權利要求2所述的ー種耐久木竹質纖維素類復合材料，其特征在于所述纖維板是由干法生產的，厚度不大于15_。
9.根據(jù)權利要求I所述的ー種耐久木竹質纖維素類復合材料，其特征在于所述改性酚醛樹脂膠固體樹脂施加量應為12%-20%。
10.根據(jù)權利要求I所述的ー種耐久木竹質纖維素類復合材料，其特征在于所述熱壓采用常規(guī)熱壓或微波或射頻熱壓。
全文摘要
本發(fā)明涉及不使用防腐劑或殺菌劑的高性能耐久人造板產品制造領域人造板產品制造領域，尤其是一種耐久木竹質纖維素類復合材料。一種耐久木竹質纖維素類復合材料，由木竹質纖維或植物纖維施加高堿性改性酚醛樹脂膠及助劑后熱壓制成。本發(fā)明的有益之處低碳綠色環(huán)保，建造的戶外戶內景觀工程、裝修工程和住宅具有木材質地，自然親切、保溫、環(huán)保、抗震能力強等優(yōu)勢，使用壽命長，可大大降低溫室氣體的排放，從而達到節(jié)能減耗的綜合效果。
文檔編號B27N3/04GK102672789SQ20121019582
公開日2012年9月19日 申請日期2012年6月14日 優(yōu)先權日2012年6月14日
發(fā)明者王建和, 葛詩健, 許武雄 申請人:王建和, 葛詩健, 許武雄