一种竹材轻质多孔复合材料及其制备方法与流程

本发明涉及多孔材料，尤其涉及一种竹材轻质多孔复合材料及其制备方法。背景技术：1、我国是世界上最大的人造板生产和消费国，人造板在生产制造的过程中往往需要使用到脲醛或酚醛树脂，使用时会释放出对人体有害的甲醛。因此，利用木材自身的胶粘成分，开发出不使用合成胶粘剂、制备具有特殊功能的新型材料是研究的热点。2、在不使用合成胶黏剂的前提下，利用化学和机械法制备木质多孔材料可以追溯到20世纪40年代，瑞典一家亚硫酸盐纸浆厂使用经过化学处理的木材成分作为原材料，采用orrmell-rosenlund工艺，以亚硫酸盐纸浆生产的残留物和碱性废液为基础，加入发泡剂生产出多孔纤维板，密度可以达到0.06～0.08g/cm3，但成本和质量无法与聚氨酯泡沫相比而停止生产。1944年，德国wilhelm klauditz发明了一种无需合成胶黏剂的木质泡沫，开发了一种纤维降解和热磨的工艺，所得到的木材泡沫具有低密度、高强度的特点。2007年，müller等人研究将木材和谷物结合起来开发发泡多孔成型材料，采用复杂的发酵过程使细木渣和小麦粉的混合物发泡，所得多孔材料具有0.34g/cm3的低密度。考虑到环境和生态问题，德国弗劳恩霍夫木材研究所研发了一种使用木材制备多孔材料的方法并获得了2015年的greentec奖，通过机械热磨浆制备得到轻质木材泡沫。3、机械热磨浆是采用造纸行业的热磨机对木材进行热磨处理得到。热磨机通常要通入蒸汽(0.8～1.2mpa)，调整磨盘间隙为纤维直径的3～4倍，蒸汽将木片软化，在磨盘的摩擦、挤压及揉搓等作用下，将木材中的纤维分离成单体纤维和纤维束，获得机械热磨浆。该种方法投入较大，热磨设备成本较高，而且木材泡沫的泡孔大小较难控制，泡孔分布不均，力学性能较差。例如：公开号为us2018033477a1，发明名称为“method for productionofporous moldings”的美国专利公开了以山毛榉和松木为原料，采用热磨机处理木材得到机械热磨浆制备多孔模压材料，通过机械搅拌法进行发泡，热磨机的温度为120～180℃、热磨压力为0.2～0.8mpa，得到的多孔材料压缩强度为0.015～0.820n/mm2，拉伸强度为3～145kpa。技术实现思路1、本发明的目的在于提供一种竹材轻质多孔复合材料及其制备方法。本发明无需复杂的热磨设备，成本较低，且制得的多孔复合材料泡孔细致均匀，力学性能优异。2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：3、本发明提供了一种竹材轻质多孔复合材料的制备方法，包括以下步骤：将竹粉进行碱处理，得到碱处理后的竹粉；4、将所述碱处理后的竹粉与水混合进行高能球磨，得到粗木素竹浆；5、将所述粗木素竹浆在密闭搅拌条件下进行水热处理，得到木素竹浆；所述水热处理的温度为120～180℃；6、将所述木素竹浆进行发泡，得到发泡浆料；7、去除所述发泡浆料中的部分水分，然后将所得浆料进行压制成型，进一步去除水分，得到坯料；8、将所述坯料进行烘干，得到竹材轻质多孔复合材料。9、优选的，所述高能球磨的转速为800～1000rpm，时间为0.5～2h。10、优选的，所述水热处理的时间为20～90min。11、优选的，所述坯料的含水率为50～80％。12、优选的，所述发泡包括机械搅拌发泡。13、优选的，所述碱处理包括：将竹粉置于naoh溶液中进行蒸煮；所述naoh溶液的浓度为1～5wt.％，所述蒸煮的时间为60～90min。14、优选的，所述竹粉的粒径为20～50目。15、优选的，所述碱处理后的竹粉与水的质量比为1∶(3～5)。16、优选的，去除所述发泡浆料中的部分水分包括：将所述发泡浆料置于网袋中进行挤压。17、本发明提供了上述方案所述制备方法制备得到的竹材轻质多孔复合材料，密度为0.20～0.45g/cm3，导热系数为0.09～0.12w/mk，压缩强度为0.15～0.25n/mm2，拉伸强度为520～600kpa。18、本发明提供了一种竹材轻质多孔复合材料的制备方法，包括以下步骤：将竹粉进行碱处理，得到碱处理后的竹粉；将所述碱处理后的竹粉与水混合进行高能球磨，得到粗木素竹浆；将所述粗木素竹浆在密闭搅拌条件下进行水热处理，得到木素竹浆；所述水热处理的温度为120～180℃；将所述木素竹浆进行发泡，得到发泡浆料；去除所述发泡浆料中的部分水分，然后将所得浆料进行压制成型，进一步去除水分，得到坯料；将所述坯料进行烘干，得到竹材轻质多孔复合材料。19、本发明先对竹粉进行碱处理，初步去除竹材中易溶解的糖分及抽提物等，并使得竹材中的木质素得到一定程度的降解，更好地释放出纤维素、半纤维素等成分；然后对碱处理后的竹粉进行高能球磨，在高能球磨过程中，球磨罐内形成一定的温度与压力，生物质原料在高能机械力化学的作用下，竹粉中细胞壁被破坏，木质素、纤维素、半纤维素逐渐被分离并发生降解和反应，尤其是在木材中起胶粘作用的木质素发生解聚，但竹纤维依然保持一定的长度；之后在密闭搅拌条件下进行水热反应(通过控制温度，形成高温高压)，在高温高压水热处理过程中，竹纤维变短并进一步纤丝化，提高了胶黏液的粘接性能，胶黏液中的微纤丝数量增加，大大增加了竹浆的表面积，同时微纤丝粘接附着在细胞壁次生壁产生的纤维上，为竹材轻质多孔材料提供力学性能；经过发泡后的浆料进行了两个步骤的去水，含水率降低后，减少了样品烘干过程中水分蒸发及流失导致的泡孔不均。20、本发明通过物理法利用竹材加工剩余物，所开发的制备方法主要以水为溶剂，绿色无毒；制备成本低廉、工艺简单，本发明虽然步骤较多，但成本较低，可代替价格昂贵的热磨机，具有较好的操作性；本发明制备的木素竹浆纤维，同时具有良好的胶合性能和力学强度性能，除可用于传统的热压工艺，还可通过模压的方式制备弯曲件和异型材。技术特征：1.一种竹材轻质多孔复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将竹粉进行碱处理，得到碱处理后的竹粉；2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高能球磨的转速为800～1000rpm，时间为0.5～2h。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水热处理的时间为20～90min。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述坯料的含水率为50～80％。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述发泡包括机械搅拌发泡。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碱处理包括：将竹粉置于naoh溶液中进行蒸煮；所述naoh溶液的浓度为1～5wt.％，所述蒸煮的时间为60～90min。7.根据权利要求1或6所述的制备方法，其特征在于，所述竹粉的粒径为20～50目。8.根据权利要求1或6所述的制备方法，其特征在于，所述碱处理后的竹粉与水的质量比为1:(3～5)。9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，去除所述发泡浆料中的部分水分包括：将所述发泡浆料置于网袋中进行挤压。10.权利要求1～9任一项所述制备方法制备得到的竹材轻质多孔复合材料，密度为0.20～0.45g/cm3，导热系数为0.09～0.12w/mk，压缩强度为0.15～0.25n/mm2，拉伸强度为520～600kpa。技术总结本发明提供了一种竹材轻质多孔复合材料及其制备方法，涉及多孔材料技术领域。本发明将竹粉进行碱处理，得到碱处理后的竹粉；将所述碱处理后的竹粉与水混合进行高能球磨，得到粗木素竹浆；将所述粗木素竹浆在密闭搅拌条件下进行水热处理，得到木素竹浆；所述水热处理的温度为120～180℃；将所述木素竹浆进行发泡，得到发泡浆料；去除所述发泡浆料中的部分水分，然后将所得浆料进行压制成型，进一步去除水分，得到坯料；将所述坯料进行烘干，得到竹材轻质多孔复合材料。本发明无需复杂的热磨设备，成本较低，且制得的多孔复合材料泡孔细致均匀，力学性能优异。技术研发人员：冯永顺,潘炘,乔慧,庄晓伟受保护的技术使用者：浙江省林业科学研究院技术研发日：技术公布日：2024/6/18