一种环保高强木质纤维基复合材料的制备方法
阅读说明：本技术 一种环保高强木质纤维基复合材料的制备方法 (Preparation method of environment-friendly high-strength wood fiber-based composite material ) 是由 严玉涛 翁铭渝 吴杰 金春德 王喆 于 2020-12-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种环保高强木质纤维基复合材料的制备方法,所述方法包括以下步骤：步骤一：对木质纤维预处理；步骤二：配制多氨基化合物水或乙醇溶液以及交联剂溶液；步骤三：对所述步骤一中得到的经过预处理的木质纤维施胶；步骤四：将步骤三中施胶后的木质纤维铺装及热压成型得到木质纤维基复合材料。本发明通过纤维预处理,环保型多氨基化合物配方筛选以及工艺条件优化,热压制备的纤维板具有无醛、高强、耐水等特点,其物理力学性能均达到国家标准中关于普通型中密度纤维板的要求,能很好的满足行业的要求,具有较好的应用前景。(The invention discloses a preparation method of an environment-friendly high-strength wood fiber-based composite material, which comprises the following steps: the method comprises the following steps: pretreating wood fibers; step two: preparing water or ethanol solution of polyamino compound and cross-linking agent solution; step three: sizing the pretreated wood fibers obtained in the first step; step four: and (3) paving the wood fiber after glue application in the step three, and performing hot press molding to obtain the wood fiber-based composite material. According to the invention, through fiber pretreatment, formula screening of an environment-friendly polyamino compound and optimization of process conditions, the fiberboard prepared by hot pressing has the characteristics of no aldehyde, high strength, water resistance and the like, the physical and mechanical properties of the fiberboard meet the requirements of common medium-density fiberboards in national standards, the requirements of the industry can be well met, and the fiberboard has a better application prospect.)
技术领域
本发明属于木质纤维基复合材料技术领域，具体涉及一种环保高强木质纤维基复合材料的制备方法。
背景技术
木质纤维是一种来源丰富、价格低廉、比强度高的天然可再生生物质资源(包括木纤维、竹纤维、棉麻纤维、棕榈纤维等)，以其为原材料制备的木质纤维基复合材料被广泛应用于建筑、装饰、汽车、家居、家具行业。为了保证木质纤维复合材料的力学性能，在其制备过程中往往涉及胶黏剂的使用，然而目前使用的胶黏剂主要为脲醛树脂或者三聚氰胺改性脲醛树脂，在制备和使用过程中存在甲醛释放问题，带来车间和居住环境污染，危害人们身体健康。
为了减少或者解决胶黏剂带来的甲醛释放问题，众多天然生物质高分子化合物例如大豆(分离)蛋白、淀粉、单宁和木质素等被利用部分或者全部取代甲醛制备低醛或者无醛胶黏剂。尽管这些方法能部分或者彻底解决甲醛释放问题，但是胶黏剂的合成或者改性过程较为复杂，且用其制备的复合材料的力学强度不高，耐水性能较差，限制了其使用。因此，开发出环保、高粘接强度、耐水的木质纤维复合材料具有重要的实际意义。
发明内容
为解决以上问题，本发明提出了一种环保高强木质纤维基复合材料的制备方法，通过纤维预处理，环保型多氨基化合物配方筛选以及工艺条件优化，热压制备的纤维板具有无醛、高强、耐水等特点，其物理力学性能均达到国家标准中关于普通型中密度纤维板的要求，能很好的满足行业的要求，具有较好的应用前景。
实现以上目的的技术解决方案如下：
一种环保高强木质纤维基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：木质纤维预处理
所述木质纤维包括木纤维、竹纤维、棕榈纤维和麻纤维等。其中木纤维取自纤维板制备过程中热蒸煮、研磨、干燥后的木纤维；所示竹纤维、棕榈纤维和麻纤维均为原纤维，未经化学处理。
木纤维预处理：称取100g木纤维加入到4L蒸馏水中，搅拌均匀后，将混合体系加入到胶体研磨机中研磨1-6h；然后用100目筛网滤去水分，含水率控制在100％，即可。
竹纤维、棕榈纤维、麻纤维预处理：称取100g纤维加入到浓度为1％的氢氧化钠溶液中，沸水煮泡1h，然后用清水洗至中性，待用。
步骤二：多氨基化合物水或乙醇溶液以及交联剂溶液的配制
将不同种类，不同分子量，不同质量的多氨基化合物加入到去离子水或乙醇溶液中，溶解，搅拌均匀，配置成不同浓度的溶液，待用。
所述的多氨基化合物包括聚乙烯亚胺、壳聚糖以及聚酰胺-胺型树枝状高分子(PAMAM)；聚乙烯亚胺分子量分别为1800，10000，70000；壳聚糖包括低粘度(<200mPa.s)、中粘度(200-400mPa.s)、高粘度(>400mPa.s)；PAMAM包括0.5代、1代和2代；
所述不同质量为绝干木质纤维重量的2.5％，5％，7.5％。
所述交联剂包括二元醛以及缩水甘油醚，优选为乙二醛、戊二醛和乙二醇二缩水甘油醚。
步骤三：木质纤维施胶
将配好的上述多氨基化合物溶液装入高压喷壶中，喷洒在纤维表面；然后将一定量的交联剂溶液喷洒在在木质纤维表面，通过拌胶机拌匀，在空气中放置一段时间，使含水率达到100％，即可。
所述的一定量指1％，2.5％，5％，相对于绝干木质纤维的重量。
步骤四：木质纤维基复合材料的铺装及热压成型
将步骤三中拌匀的木质纤维均匀铺装成板坯，然后于160-220℃，1-2.5MPa压力条件下，热压6-12min，得到环保高强木质纤维基复合材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明制备木质纤维基复合材料所使用的胶黏剂(氨基化合物)、交联剂以及相关溶剂均为无毒、环保试剂，制备的复合材料是真正意义的环保产品；
(2)本发明木质纤维复合材料制备过程中采用的研磨、分步高压喷洒以及热压密石化技术均为常用、易操作的技术，因而本发明具有制备过程简单、安全、操作性强等优点，可适于大规模工业化运用，实用性强；
(3)本发明所制备的木质纤维基复合材料具有优良的力学强度和耐水性，满足甚至超过国家标准对普通型纤维板和刨花板的性能要求的最低指标；
(4)本发明所采用的多氨基化合物作为胶黏剂具有良好的普适性，可适用于木纤维、竹纤维、麻纤维、棕榈纤维等众多木质纤维。
附图说明
图1是本发明基于多氨基化合物胶接的木质纤维基复合材料的制备流程图。
图2是不同木质纤维基复合材料横截面SEM图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，但不用来限制本发明的保护范围。
实施例1：
一种高强环保型木质纤维基复合材的制备方法，包括以下步骤：
(1)木质纤维的预处理
称取100g木质纤维加入到4L蒸馏水中，搅拌均匀，然后将混合体系加入到胶体研磨机中研磨2h。
(2)多氨基化合物水或溶液胶黏剂以及交联剂溶液的配制
将2.5g分子量为1800的聚乙烯亚胺加入到30g去离子水中，搅拌均匀配置成的水溶液；将2.5g戊二醛加到10g无水乙醇中，配置成戊二醛-乙醇溶液，待用。
(3)木质纤维施胶
将配好的聚乙烯亚胺溶液装入高压喷壶中，喷洒在纤维表面；然后将戊二醛溶液喷洒在在木质纤维表面，通过拌胶机拌匀，在空气中放置一段时间，使含水率达到100％，即可。
(4)木质纤维基复合材料的铺装及热压成型
将(3)中拌匀的木质纤维均匀铺装成板坯，然后于220℃，1MPa压力条件下，热压10min，得到木质纤维基复合材料，其微观形貌如图2所示，图2为不同木质纤维基复合材料横截面SEM图，其中，(a)纯木质纤维复合材料；(b)聚乙烯亚胺胶接的木质纤维复合材料；(c)戊二醛交联的聚乙烯亚胺-木质纤维复合材料；(d)纤维研磨处理后，戊二醛交联的聚乙烯亚胺-木质纤维复合材料。
性能检测
参照国家标准《GB/T 17657-2013人造板及饰面人造板理化性能试验方法》对制备的板材的物理力学性能进行检测。实施例1中所得的木质纤维基复合材料的密度为0.78g/cm3，静曲强度和模量值较大，分别为32.41MPa、2900MPa，内结合强度为1.15MPa，吸水厚度膨胀率为40％，勉强达到《GBT 11718-2009中密度纤维板》标准的最低要求(静曲强度27MPa、弹性模量2700MPa、内结合强度0.6MPa、24小时吸水厚度膨胀率小于45％)。
实施例2：
(1)木质纤维的预处理
称取100g木质纤维加入到4L蒸馏水中，搅拌均匀，然后将混合体系加入到胶体研磨机中研磨1h。
(2)多氨基化合物水溶液胶黏剂以及交联剂溶液的配制
将2.5g分子量为70000的聚乙烯亚胺加入到30g去离子水中，搅拌均匀配置成的水溶液；将2.5g戊二醛加到10g无水乙醇中，配置成戊二醛-乙醇溶液，待用。
(3)木质纤维施胶
将配好的聚乙烯亚胺溶液装入高压喷壶中，喷洒在纤维表面；然后将戊二醛溶液喷洒在在木质纤维表面，通过拌胶机拌匀，在空气中放置一段时间，使含水率达到100％，即可。
(4)木质纤维基复合材料的铺装及热压成型
将(3)中拌匀的木质纤维均匀铺装成板坯，然后于200℃，2MPa压力条件下，热压10min，得到木质纤维基复合材料。
性能检测
参照国家标准《GB/T 17657-2013人造板及饰面人造板理化性能试验方法》对制备的板材的物理力学性能进行检测。实施例2中所得的木质纤维基复合材料的密度为0.80g/cm3，静曲强度和模量值较大，分别为43.26MPa、3576MPa，内结合强度为1.48MPa，吸水厚度膨胀率为29.5％达到《GBT 11718-2009中密度纤维板》标准的最低要求。
实施例3：
(1)木质纤维的预处理
称取100g木质纤维加入到4L蒸馏水中，搅拌均匀，然后将混合体系加入到胶体研磨机中研磨2h。
(2)多氨基化合物水溶液胶黏剂以及交联剂溶液的配制
将5g分子量为10000的聚乙烯亚胺加入到30g去离子水中，搅拌均匀配置成的水溶液；将2.5g戊二醛加到10g无水乙醇中，配置成戊二醛-乙醇溶液，待用。
(3)木质纤维施胶
将配好的聚乙烯亚胺溶液装入高压喷壶中，喷洒在纤维表面；然后将戊二醛溶液喷洒在在木质纤维表面，通过拌胶机拌匀，在空气中放置一段时间，使含水率达到100％，即可。
(4)木质纤维基复合材料的铺装及热压成型
将(3)中拌匀的木质纤维均匀铺装成板坯，然后于180℃，2MPa压力条件下，热压12min，得到木质纤维基复合材料。
性能检测
参照国家标准《GB/T 17657-2013人造板及饰面人造板理化性能试验方法》对制备的板材的物理力学性能进行检测。实施例3中所得的木质纤维基复合材料的密度为0.88g/cm3，静曲强度和模量值较大，分别为分别为58.60MPa、5800MPa，内结合强度为2.16MPa，远超过国家标准《GB/T 31765-2015高密度纤维板》的最低要求(静曲强度38MPa、弹性模量3900MPa、内结合强度0.95MPa)。
实施例4：
(1)木质纤维的预处理
称取100g木质纤维加入到4L蒸馏水中，搅拌均匀，然后将混合体系加入到胶体研磨机中研磨4h。
(2)多氨基化合物水溶液胶黏剂以及交联剂溶液的配制
将5g分子量为10000的聚乙烯亚胺加入到30g去离子水中，搅拌均匀配置成的水溶液；将5g戊二醛加到10g无水乙醇中，配置成戊二醛-乙醇溶液，待用。
(3)木质纤维施胶
将配好的聚乙烯亚胺溶液装入高压喷壶中，喷洒在纤维表面；然后将戊二醛溶液喷洒在在木质纤维表面，通过拌胶机拌匀，在空气中放置一段时间，使含水率达到100％，即可。
(4)木质纤维基复合材料的铺装及热压成型
将(3)中拌匀的木质纤维均匀铺装成板坯，然后于180℃，1.5MPa压力条件下，热压8min，得到木质纤维基复合材料。
性能检测
参照国家标准《GB/T 17657-2013人造板及饰面人造板理化性能试验方法》对制备的板材的物理力学性能进行检测。实施例4中所得的木质纤维基复合材料的密度为0.88g/cm3，静曲强度和模量值较大，分别56.60MPa、5500MPa，超过国家标准《GB/T 31765-2015高密度纤维板》的最低要求。
实施例5：
(1)竹纤维的预处理
将100g竹纤维加入到浓度为1％的氢氧化钠溶液中，沸水煮泡1h，然后用清水洗至中性，待用。
(2)多氨基化合物水溶液胶黏剂以及交联剂的配制
将5g分子量为10000的聚乙烯亚胺加入到30g去离子水中，搅拌均匀配置成的水溶液；将2.5g戊二醛加到10g无水乙醇中，配置成戊二醛-乙醇溶液，待用。
(3)竹纤维施胶
将配好的聚乙烯亚胺溶液装入高压喷壶中，喷洒在竹纤维表面；然后将戊二醛溶液喷洒在在竹纤维表面，通过拌胶机拌匀，在空气中放置一段时间，使含水率达到100％，即可。
(4)竹纤维基复合材料的铺装及热压成型
将(3)中拌匀的竹纤维均匀铺装成板坯，然后于180℃，2.5MPa压力条件下，热压10min，得到竹纤维基复合材料。
性能检测
参照国家标准《GB/T 17657-2013人造板及饰面人造板理化性能试验方法》对制备的板材的物理力学性能进行检测。实施例5中所得的竹纤维基复合材料的密度为0.85g/cm3，静曲强度和模量值较大，分别60.98MPa、3886MPa，达到《GB/T 31765-2015高密度纤维板》标准的最低要求。
实施例6：
(1)棕榈纤维的预处理
将100g棕榈纤维加入到浓度为1％的氢氧化钠溶液中，沸水煮泡1h，然后用清水洗至中性，待用。
(2)多氨基化合物水溶液胶黏剂以及交联剂的配制
将5g分子量为10000的聚乙烯亚胺加入到30g去离子水中，搅拌均匀配置成的水溶液；将2.5g戊二醛加到10g无水乙醇中，配置成戊二醛-乙醇溶液，待用。
(3)棕榈项纤维施胶
将配好的聚乙烯亚胺溶液装入高压喷壶中，喷洒在棕榈纤维表面；然后将戊二醛溶液喷洒在在棕榈纤维表面，通过拌胶机拌匀，在空气中放置一段时间，使含水率达到100％，即可。
(4)棕榈纤维基复合材料的铺装及热压成型
将(3)中拌匀的棕榈纤维均匀铺装成板坯，然后于180℃，2.5MPa压力条件下，热压10min，得到棕榈纤维基复合材料。
性能检测
参照国家标准《GB/T 17657-2013人造板及饰面人造板理化性能试验方法》对制备的板材的物理力学性能进行检测。实施例6中所得的棕榈纤维基复合材料的密度为0.80g/cm3，静曲强度和模量值较大，分别为107.76MPa、7669MPa，其力学性能远超过国家标准《GB/T 31765-2015高密度纤维板》中的最低要求静曲强度(36.00MPa)、弹性模量(3100MPa)，且板材不使用任何有毒物质，是一种高强环保的棕榈纤维基复合材料。
上述实施例的实验结果表明，利用本发明制备的木质纤维基复合材料具备较高的力学性能，良好的耐水性能，且制备的产品无毒环保。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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