一种冻融循环处理竹材的方法及产品和应用的制作方法
【专利摘要】本发明属林业工程领域中木材科学与技术专业方向的技术，具体涉及一种冻融循环处理竹材的方法及产品和应用。本发明用冰冻与融化技术手段处理竹材以及使用冻融竹材所进行的后续加工。该方法可有效提高竹材纤维的软化程度与塑性形变，改善竹材的干燥特性、润湿性能、渗透性能与胶合性能，以及相关产品的物理力学性能，生产过程未添加任何化学物质，且无其他附加污染物生成，符合绿色环保的理念。融循环处理生产工艺简单方便，无其他附加污染物生成，对竹材加工相关行业的技术创新、节能降耗、高值化利用与高效发展具有重大意义。
【专利说明】一种冻融循环处理竹材的方法及产品和应用
【技术领域】
[0001]本发明属林业工程领域中木材科学与技术专业方向的技术，具体涉及一种冻融循环处理竹材的方法及产品和应用。
【背景技术】
[0002]发展竹产业已成为林业可持续发展和农村增收致富的一个重要途径。竹产业的发展在国民经济建设和人民生活中发挥着重要作用，对于改善生态环境、增加农民收入、繁荣地方经济、新农村建设等具有重大意义。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种冻融循环处理竹材的方法及产品和应用。该方法可有效提高竹材纤维的软化程度与塑性形变，改善竹材的干燥特性、润湿性能、渗透性能与胶合性能，以及相关产品的物理力学性能，生产过程未添加任何化学物质，且无其他附加污染物生成，符合绿色环保的理念。
[0004]本发明首先提供了一种冻融循环处理竹材的方法，所述方法包括以下步骤:
(1)竹材形式:包括圆竹、竹片、竹单板、竹束、竹丝、竹纤维、竹碎料；
(2)竹材含水率:新鲜生竹或经增湿处理竹材,使其绝对含水率调整为30%以上；
(3)冰冻:将竹材速冻处理，温度-10.(TC?-50.(TC、时间2?24h ;
(4)融化:将冰冻竹材自然或加速化冰处理，温度10.(TC?80.(TC、时间I?6h ;
(5)循环:将融化竹材重复步骤(2)、(3)、(4)的方法循环进行，循环次数I?20次；
(6)保存:冻融循环处理后的竹材置于阴凉处备用，要求环境温度15.(TC?25.(TC、环境湿度55%?75%，保持竹材含水率40%?60%。
[0005]本发明还保护了如所述方法处理得到的竹材。
[0006]本发明另外提供了所述竹材的应用，将所述竹材进行后续加工，用于人造板生产。
[0007]更进一步地，所述竹材所进行的后续加工过程独立或包括以下步骤:竹材软化、竹材干燥、竹材炭化、竹材漂白染色处理、竹材施胶浸胶处理、竹材重组。
[0008]所述竹材软化:将所述竹材进行水热、蒸煮或工业碱液再处理；其中水热时控制水温在50?80°C，蒸煮时控制蒸汽压力0.20?0.40MPa,工业碱液再处理时工业碱液浓度的质量分数为5%?15%、时间2?6h。
[0009]所述竹材重组:所述竹材重组胶合为平面、弯曲或异型人造板产品，产品的平均密度控制范围0.80?1.30g/cm3，剖面密度变化范围0.65?1.5g/cm3。
[0010]本发明的显著优点:
应用冰冻与融化技术手段处理竹材以及使用冻融竹材所进行的后续加工，明显改善竹材的润湿、渗透、热传导等物理特性，可有效提高竹材纤维塑性与微孔结构，改善竹材的干燥、竹材浸胶、竹材漂白染色、竹材重组胶合等各种加工特性。冻融循环处理生产工艺简单方便，无其他附加污染物生成，符合绿色环保的理念。对竹材加工相关行业的技术创新、节能降耗、高值化利用与高效发展具有重大意义。
【具体实施方式】
[0011]冻融循环处理竹材方法，包括应用冰冻与融化技术手段处理竹材以及使用冻融循环处理的竹材所进行的竹材软化处理、竹材纤维分离、竹材孔隙结构控制、高效竹材干燥技术、竹材炭化技术、竹材漂白染色处理、竹材施胶浸胶处理、竹材重组胶合等人造板生产；
冻融循环处理竹材方法的过程包括以下步骤:
(1)竹材:包括圆竹、竹片、竹单板、竹束、竹丝、竹纤维、竹碎料等单元形式；
(2)竹材含水率:新鲜生竹或经增湿处理竹材,使其绝对含水率调整为30%以上；
(3)冰冻:将竹材速冻处理，温度-10.(TC?-50.(TC、时间2?24hours ；
(4)融化:将冰冻竹材自然或加速化冰处理，温度10.(TC?80.(TC、时间I?6hours ；
(5)循环:将化冻竹材重复步骤(2)、(3)、(4)的方法循环进行，循环次数I?20次；
(6)保湿:冻融循环处理后的竹材置于阴凉处备用，要求环境温度15.(TC?25.(TC、环境湿度55%?75%，保持竹材含水率40%?60% ；
应用冻融循环处理的竹材所进行的后续加工过程可独立或包括以下步骤:
(O竹材软化:冻融循环处理的竹材进行水热、蒸煮或工业碱液再处理。控制水温在50?80°C、蒸汽压力0.20?0.40MPa、工业碱液浓度的质量分数为5%?15%、时间2?6hours ;软化后的竹材可进行竹材展平、纤维分离、竹材重组等；
(2 )竹材孔隙结构控制:竹材细胞结构中维管束的面积占有相当的比例，构成竹材力学性能的重要因素是竹材细胞壁的物质量，竹材的强度和刚度主要由维管束提供。竹材微观结构中包含基本组织薄壁细胞、维管束、纤维帽、导管等。基本组织薄壁细胞孔径约为10?40 μ m,导管孔径约为50?90 μ m,导管周围纤维帽上许多微孔孔径约5 μ m以下。冻融循环处理的竹材其薄壁细胞、维管束、纤维帽、导管等孔径均有不同程度的软化或扩大，竹材细胞壁的物质量约减少3%?5%、孔隙结构变化导致竹材比表面积增加约5%?10% ；
(3)冻融竹材后处理技术:冻融循环处理的竹材，由于竹材的细胞壁物质及孔隙结构的调整与控制，明显改善竹材的润湿、渗透、热传导等物理特性，竹材的润湿、渗透性约可提高5%?15%，竹材施胶浸胶效率提高10%?20%、竹材干燥节能约7%?12%。竹材漂白染色处理均匀性、竹材干燥处理的效率、竹材浸胶效果等工艺过程的质量与效率显著提高。
[0012](4)竹材重组压制技术:冻融竹材纤维的软化程度与塑性形变性能的改善，竹材可以重组胶合为平面、弯曲或异型人造板产品，相关产品的平均密度控制范围0.80?1.30g/cm3，剖面密度变化范围0.65?1.5g/cm3，可改善产品表面特性，优化产品结构与性能，有效减小重组竹产品密度，扩大板材应用性，降低相关产品生产成本。
[0013]本发明的冻融循环处理竹材技术，丰富了竹材加工的手段，高效利用竹材资源，该方法可调整控制竹材孔隙结构、扩充竹材比表面积、改善竹材的润湿、渗透、热传导等物理特性、提高竹纤维塑性有效软化竹材，明显改善竹材的机械加工性能等，竹材冻融循环预处理可应用于竹材纤维制备、竹材漂白染色处理、竹材干燥处理、竹材炭化加工、竹材人造板加工中的软化、干燥、浸胶与热压等工艺过程，相关产品可广泛应用于竹纤维加工利用、建筑建材与室内装饰领域、家具制造业、交通运输业等领域，该技术应用领域与推广市场前景广阔，对竹材加工相关行业的技术创新、节能降耗、高值化利用与高效发展等具有重大意义。
[0014]实施例1
(1)竹材:包括圆竹、竹片、竹单板、竹束、竹丝、竹纤维、竹碎料等单元形式；
(2)竹材含水率:新鲜生竹或经增湿处理竹材,使其绝对含水率调整为30%；
(3)冰冻:将竹材速冻处理，冰冻温度-50.(TC、时间2hours ；
(4)融化:将冰冻竹材自然化冰处理，融化温度10.(TC、时间6hours ；
(5)循环:将化冻竹材重复步骤(2)、(3)、(4)的方法循环进行，循环次数20次；
(6)保湿:冻融循环处理后的竹材置于阴凉处备用，要求环境温度15.(TC、环境湿度55%,保持竹材含水率60% ；
应用冻融循环处理的竹材所进行的后续加工过程可独立或包括以下步骤:
(1)竹材软化:冻融循环处理的竹材进行水热再处理。控制水温在50°C、时间6hours；软化后的竹材可进行竹材展平、纤维分离、竹材重组等；
(2)竹材孔隙结构控制:冻融循环处理的竹材其薄壁细胞、维管束、纤维帽、导管等孔径均有不同程度的软化或扩大，竹材细胞壁的物质量约减少3%、孔隙结构变化导致竹材比表面积增加约5% ；
(3)冻融竹材后处理技术:冻融循环处理的竹材，竹材的润湿、渗透性约可提高5%，竹材施胶浸胶效率提高10%、竹材干燥节能约7%。竹材漂白染色处理均匀性、竹材干燥处理的效率、竹材浸胶效果等工艺过程的质量与效率显著提高。
[0015](4)竹材重组压制技术:冻融竹材纤维的软化程度与塑性形变性能的改善，竹材可以重组胶合为平面、弯曲或异型人造板产品，相关产品的平均密度控制范围0.80?1.1Og/cm3，剖面密度变化范围0.65?1.30g/cm3，可改善产品表面特性，优化产品结构与性能，有效减小重组竹产品密度，扩大板材应用性，降低相关产品生产成本。
[0016]实施例2
(1)竹材:包括圆竹、竹片、竹单板、竹束、竹丝、竹纤维、竹碎料等单元形式；
(2)竹材含水率:新鲜生竹或经增湿处理竹材,使其绝对含水率调整为65%；
(3)冰冻:将竹材速冻处理，冰冻温度-30.(TC、时间12hours ；
(4)融化:将冰冻竹材加速化冰处理，融化温度40.(TC、时间3hours ；
(5)循环:将化冻竹材重复步骤(2)、(3)、(4)的方法循环进行，循环次数10次；
(6)保湿:冻融循环处理后的竹材置于阴凉处备用，要求环境温度20.(TC、环境湿度65%，保持竹材含水率50% ；
应用冻融循环处理的竹材所进行的后续加工过程可独立或包括以下步骤:
(1)竹材软化:冻融循环处理的竹材进行蒸煮再处理。控制水温在80°C、蒸汽压力
0.40MPa、时间4hours ;软化后的竹材可进行竹材展平、纤维分离、竹材重组等；
(2)竹材孔隙结构控制:冻融循环处理的竹材其薄壁细胞、维管束、纤维帽、导管等孔径均有不同程度的软化或扩大，竹材细胞壁的物质量约减少4%、孔隙结构变化导致竹材比表面积增加约7.5% ；
(3)冻融竹材后处理技术:冻融循环处理的竹材的润湿、渗透性约可提高10%，竹材施胶浸胶效率提高15%、竹材干燥节能约9.5%。竹材漂白染色处理均匀性、竹材干燥处理的效率、竹材浸胶效果等工艺过程的质量与效率显著提高。
[0017](4)竹材重组压制技术:冻融竹材纤维的软化程度与塑性形变性能的改善，竹材可以重组胶合为平面、弯曲或异型人造板产品，相关产品的平均密度控制范围0.80?1.20g/cm3，剖面密度变化范围0.65?1.40g/cm3，可改善产品表面特性，优化产品结构与性能，有效减小重组竹产品密度，扩大板材应用性，降低相关产品生产成本。
[0018]实施例3
(1)竹材:包括圆竹、竹片、竹单板、竹束、竹丝、竹纤维、竹碎料等单元形式；
(2)竹材含水率:新鲜生竹或经增湿处理竹材,使其绝对含水率调整为100%；
(3)冰冻:将竹材速冻处理，冰冻温度-10.(TC、时间24hours ；
(4)融化:将冰冻竹材加速化冰处理，融化温度80.(TC、时间Ihours ；
(5)循环:将化冻竹材重复步骤(2)、(3)、(4)的方法循环进行，循环次数I次；
(6)保湿:冻融循环处理后的竹材置于阴凉处备用，要求环境温度25.(TC、环境湿度75%,保持竹材含水率40% ；
应用冻融循环处理的竹材所进行的后续加工过程可独立或包括以下步骤:
(1)竹材软化:冻融循环处理的竹材进行工业碱液蒸煮再处理。控制水温在70°C、蒸汽压力0.30MPa、工业碱液浓度的质量分数为10%、时间2hours ;软化后的竹材可进行竹材展平、纤维分离、竹材重组等；
(2)竹材孔隙结构控制:冻融循环处理的竹材其薄壁细胞、维管束、纤维帽、导管等孔径均有不同程度的软化或扩大，竹材细胞壁的物质量约减少5%、孔隙结构变化导致竹材比表面积增加约10% ；
(3)冻融竹材后处理技术:冻融循环处理的竹材的润湿、渗透性约可提高15%，竹材施胶浸胶效率提高20%、竹材干燥节能约12%。竹材漂白染色处理均匀性、竹材干燥处理的效率、竹材浸胶效果等工艺过程的质量与效率显著提高。
[0019](4)竹材重组压制技术:冻融竹材纤维的软化程度与塑性形变性能的改善，竹材可以重组胶合为平面、弯曲或异型人造板产品，相关产品的平均密度控制范围0.80?1.30g/cm3，剖面密度变化范围0.65?1.50g/cm3，可改善产品表面特性，优化产品结构与性能，有效减小重组竹产品密度，扩大板材应用性，降低相关产品生产成本。
【权利要求】
1.一种冻融循环处理竹材的方法，其特征在于:所述方法包括以下步骤: (1)竹材形式:包括圆竹、竹片、竹单板、竹束、竹丝、竹纤维、竹碎料； (2)竹材含水率:新鲜生竹或经增湿处理竹材，使其绝对含水率调整为30%以上； (3)冰冻:将竹材速冻处理，温度-10.0°C?-50.0°C、时间2?24h ; (4)融化:将冰冻竹材自然或加速化冰处理，温度10.0°C?80.0°C、时间1?6h ; (5)循环:将融化竹材重复步骤(2)、(3)、(4)的方法循环进行，循环次数1?20次； (6)保存:冻融循环处理后的竹材置于阴凉处备用，要求环境温度15.0°C?25.0°C、环境湿度55%?75%，保持竹材含水率40%?60%。
2.如权利要求1所述方法处理得到的竹材。
3.如权利要求2所述竹材的应用，其特征在于:将所述竹材进行后续加工，用于人造板生产。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于:所述竹材所进行的后续加工过程独立或包括以下步骤:竹材软化、竹材干燥、竹材炭化、竹材漂白染色处理、竹材施胶浸胶处理、竹材重组。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于:所述竹材软化:将所述竹材进行水热、蒸煮或工业碱液再处理；其中水热时控制水温在50?80°C，蒸煮时控制蒸汽压力0.20?0.40MPa，工业碱液再处理时工业碱液浓度的质量分数为5%?15%、时间2?6h。
6.根据权利要求4所述的应用，其特征在于:所述竹材重组:所述竹材重组胶合为平面、弯曲或异型人造板产品，产品的平均密度控制范围0.80?1.30g/cm3，剖面密度变化范围 0.65 ?1.5g/cm3。
【文档编号】B27K5/06GK104400856SQ201410656393
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月18日 优先权日:2014年11月18日
【发明者】侯伦灯, 郭福思, 王舒婷, 陈婷婷 申请人:福建农林大学