染色竹材生產(chǎn)重組竹的工藝及性能研究

袁少飛，李 琴，汪奎宏，張 建

（1. 南京林業(yè)大學(xué)，江蘇 南京 210037；2. 浙江省林業(yè)科學(xué)研究院 浙江省竹類研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310023）

染色竹材生產(chǎn)重組竹的工藝及性能研究

袁少飛1,2，李 琴2，汪奎宏2，張 建2

（1. 南京林業(yè)大學(xué)，江蘇 南京 210037；2. 浙江省林業(yè)科學(xué)研究院 浙江省竹類研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310023）

利用正交試驗(yàn)研究不同酚醛膠粘劑濃度、熱壓工藝（熱壓溫度和時(shí)間）對(duì)染色重組竹材性能的影響，結(jié)果表明：為了保證染色竹材膠合的強(qiáng)度，染色后的竹材應(yīng)進(jìn)行堿液中和；不同因素對(duì)染色重組竹材的色差影響大小依次為：酚醛膠的濃度＞熱壓溫度＞熱壓時(shí)間；不同因素對(duì)染色重組竹材的靜曲強(qiáng)度影響大小依次為：酚醛膠的濃度＞熱壓溫度＞熱壓時(shí)間；方差分析表明，膠的濃度對(duì)色差的影響最顯著，而熱壓溫度和時(shí)間對(duì)染色重組竹材的色差影響不顯著；膠的濃度對(duì)染色重組竹材的靜曲強(qiáng)度影響最顯著，熱壓溫度影響顯著，時(shí)間影響不顯著；染色重組竹材在濃度為25%、熱壓溫度為130℃、熱壓時(shí)間為1 min/mm時(shí)，染色重組竹材的性能最好。

染色竹材；重組竹；膠合性能；色差

竹子具有生長(zhǎng)速度快、成材早、產(chǎn)量高等特點(diǎn)，我國(guó)竹資源的擁有量和品質(zhì)均居世界首位，具有極大的開發(fā)價(jià)值[1]。我國(guó)的竹材產(chǎn)業(yè)以每年 30%左右的復(fù)合增長(zhǎng)率快速發(fā)展，目前已經(jīng)成為我國(guó)林業(yè)行業(yè)發(fā)展的亮點(diǎn)，2010年產(chǎn)值達(dá)821億元[2]。我國(guó)竹地板行業(yè)發(fā)展已較為成熟，技術(shù)水平和生產(chǎn)條件都已構(gòu)成一定規(guī)模，一些企業(yè)開始研發(fā)各種新型竹地板，重組竹地板即為其中的一種新產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)主要以冷壓熱固化或直接熱壓成型兩種工藝為主。目前，重組竹地板大量出口歐美國(guó)家[3]。

重組竹是在不打亂竹材纖維排列方向、保留竹材特性的前提下，將低等劣質(zhì)小徑級(jí)竹材重新組合而壓制成強(qiáng)度高、規(guī)格大、具有天然竹材紋理結(jié)構(gòu)的新型竹材，其竹材利用率可達(dá)90%以上，其物理力學(xué)性能大大超過(guò)普通竹材人造板[4]。現(xiàn)在市場(chǎng)上流行的重組竹地板，十多年來(lái)，一直只有簡(jiǎn)單的炭化顏色，色澤單調(diào)，不能滿足不同消費(fèi)者對(duì)顏色的個(gè)性化需求。通過(guò)對(duì)竹材染色可以提高竹材表面質(zhì)量，改善其視覺特性和提高其附加值，滿足人們對(duì)竹材多功能性的需要[5]。染色后的竹材經(jīng)過(guò)重組高壓，形成高密度產(chǎn)品，里外顏色一致，經(jīng)久耐用，通過(guò)染色重組竹材生產(chǎn)的竹地板顏色新穎、密度高且漆膜附著力好、耐候性強(qiáng)、永不褪色。這樣即提升了竹地板的品位，增加了品種，更大范圍地滿足了市場(chǎng)的需求，同時(shí)也大大提高了產(chǎn)品合格率。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

竹材：厚度2.8 mm；染料：酸性黃，酸性紅，酸性藍(lán)；pH調(diào)節(jié)劑：10%NaOH水溶液和10%H2SO4水溶液；膠粘劑：酚醛樹脂。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 染色竹材膠合性能研究 根據(jù)染色配方，對(duì)竹材進(jìn)行染色，由于竹材染色后的 PH值呈弱酸性，可能影響到染色竹材膠合性能，本試驗(yàn)對(duì)染色后的竹材采用兩種不同的處理方式，一種是水洗，一種是堿性中和的方式，然后采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)木材pH值測(cè)定方法來(lái)測(cè)定不同處理的染色竹材的pH值，最后對(duì)不同處理的竹材染色進(jìn)行熱壓膠合，測(cè)定不同處理的產(chǎn)品性能。

1.2.2 熱壓工藝正交試驗(yàn) 先將染色后的竹片進(jìn)行堿液水洗，然后干燥含水率到8%左右，再根據(jù)試驗(yàn)需要調(diào)配不同濃度的酚醛膠粘劑進(jìn)行浸膠，然后對(duì)浸膠的竹片進(jìn)行干燥，使含水率在12%左右，再組坯熱壓成型。本試驗(yàn)采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，研究了不同酚醛膠粘劑濃度，熱壓工藝（熱壓時(shí)間和熱壓溫度）對(duì)染色重組竹材的性能影響，其它具體參數(shù)為染色重組竹材板的密度設(shè)定為1.1 g/cm3，厚度設(shè)定為12 mm，性能測(cè)試主要包括熱壓后竹材的色差和靜曲強(qiáng)度，浸漬剝離等性能，色差采用分光測(cè)色計(jì)測(cè)定，靜曲強(qiáng)度，浸漬剝離等性能按照竹地板標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定。各因素和水平見表1。

表1 染色竹材熱壓的因素水平Table 1 Factors and level for hot pressing technology

2 結(jié)果與分析

2.1 染色竹材膠合性能

圖1 不同處理后的染色竹材pH值Figure 1 pH of dyed bamboo with different treatments

圖2 不同pH值染色重組竹材的靜曲強(qiáng)度Figure 2 MOR of recombinant bamboo with dyed bamboo with different pH

2.1.1 不同處理的染色竹材pH值及物理力學(xué)性能分析 從圖1可以看出，染色后竹材pH值為5.94，經(jīng)過(guò)水洗的pH值為6.56，堿中和的pH值為8.02。從圖2和表2可以看出不同 pH值對(duì)靜曲強(qiáng)度和浸漬剝離有一定的影響，在pH值為5.94時(shí)，靜曲強(qiáng)度為92 MPa；在pH值6.56時(shí)，靜曲強(qiáng)度為105.9 MPa；在pH值為8.02時(shí)，靜曲強(qiáng)度為130 MPa?？梢婋S著pH值的增加，其靜曲強(qiáng)度也一直增加，這說(shuō)明染色的竹材在酸性條件下，浸膠或熱壓過(guò)程中溶出的酸性物質(zhì)與酚醛膠粘劑起反應(yīng)，降低了酚醛膠粘劑的堿性，使酚醛膠粘劑固化速度減慢或阻止固化，不能形成網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)，不利于染色竹材的膠合，因此為了保證染色竹材膠合的強(qiáng)度，要對(duì)染色后的竹材進(jìn)行堿液中和。

表2 不同pH值染色重組竹材的浸漬剝離Table 2 Delamination of recombinant bamboo with different pH

2.2 熱壓工藝正交試驗(yàn)

2.2.1 不同因素對(duì)染色重組竹材的色差影響 由表 3的極差和圖3可以看出，不同因素對(duì)染色重組竹材的色差影響大小依次為：酚醛膠的濃度＞熱壓溫度＞熱壓時(shí)間。酚醛膠的濃度是影響染色重組竹材色差的最主要因素，這主要是酚醛膠的顏色對(duì)染色竹材的顏色有一定的影響，隨著膠濃度的增加，其色差變化也增大，這說(shuō)明膠的濃度過(guò)大，會(huì)嚴(yán)重影響到染色后竹材重組材的顏色，所以膠的濃度盡量低一些；染色重組竹材的色差隨溫度的升高也逐步增加，這說(shuō)明溫度過(guò)高會(huì)引起染料顏色的在一定程度上的變化，從 120℃升高到130℃，色差的變化值為0.17，而從130℃升高到140℃時(shí)，色差的變化值為0.7，從這里可以看出溫度越高，其色差變化值越大，所以染色重組竹材的熱壓溫度不應(yīng)過(guò)高；熱壓時(shí)間對(duì)染色重組竹材的色差的影響比較小，隨著熱壓時(shí)間的增加，其色差變化趨于平緩，熱壓時(shí)間從1 min/mm到1.5 min/mm，色差幾乎沒(méi)有變化，從1.5 min/mm到2 min/mm時(shí)，色差的變化也只有0.19。

圖3 不同因素對(duì)染色重組竹材的色差影響Figure 3 Factors to influence color difference of recombinant bamboo

表3 染色重組材性能測(cè)定結(jié)果Table 3 Properties of recombinant bamboo

2.2.2 不同因素對(duì)染色重組竹材靜曲強(qiáng)度的影響 由表3和圖4可以看出，不同因素對(duì)染色重組竹材的靜曲強(qiáng)度影響大小依次為：酚醛膠的濃度＞熱壓溫度＞熱壓時(shí)間。酚醛膠的濃度是影響染色重組竹材靜曲強(qiáng)度的最主要因素，隨著酚醛膠濃度的增加，其靜曲強(qiáng)度也增大，這是因?yàn)槟z的濃度越大，竹材吸收酚醛膠的量也會(huì)增大，所以靜曲強(qiáng)度也增大；染色重組竹材的靜曲強(qiáng)度隨溫度的升高也逐步增加，這說(shuō)明溫度升高，會(huì)加快膠粘劑的固化，提高板材的力學(xué)性能；隨著熱壓時(shí)間的增加，其靜曲強(qiáng)度是先趨于平緩增大后又降低，這是因?yàn)闀r(shí)間過(guò)長(zhǎng)，容易導(dǎo)致竹材發(fā)生降解和膠粘劑過(guò)分固化，反而會(huì)影響產(chǎn)品的性能。

2.3 方差分析

由表4可以看出，在研究不同因素對(duì)染色重組竹材的色差影響中，膠的濃度影響最顯著，達(dá)到了 5%的顯著水平，而熱壓溫度和時(shí)間對(duì)染色重組竹材的色差影響不顯著；在研究不同因素對(duì)染色重組竹材的靜曲強(qiáng)度影響試驗(yàn)中，膠的濃度影響最顯著，達(dá)到了1%的顯著水平，熱壓溫度影響顯著，達(dá)到了5%的顯著水平，時(shí)間對(duì)染色重組竹材靜曲強(qiáng)度的影響不顯著。

圖4 不同因素對(duì)染色重組竹材靜曲強(qiáng)度的影響Figure 4 Factors to influence MOR of recombinant bamboo

表4 染色重組竹材色差、靜曲強(qiáng)度方差分析Table 4 ANOVA on color difference and MOR of recombinant bamboo

從染色重組竹材的色差來(lái)看，在濃度為20%，溫度為120℃時(shí)，時(shí)間為1 min/mm時(shí)，色差變化比較小，從染色重組竹材的靜曲強(qiáng)度來(lái)看，在濃度為30%，溫度為140℃時(shí)，時(shí)間為1min/mm時(shí)，靜曲強(qiáng)度比較大，但是由于染色重組竹材的浸漬剝離在濃度為20%時(shí)，達(dá)不到合格要求，綜合考慮染色重組竹材在濃度為25%，熱壓溫度為130℃，熱壓時(shí)間為1min/mm時(shí)，染色重組竹材的性能最好。

3 結(jié)論

（1）染色后的竹材在酸性條件下，浸膠或熱壓過(guò)程中溶出的酸性物質(zhì)與酚醛膠粘劑起反應(yīng)，降低了酚醛膠粘劑的堿性，使酚醛膠粘劑固化速度減慢或阻止固化，不能形成網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)，不利于染色竹材的膠合，因此為了保證染色竹材膠合的強(qiáng)度，要對(duì)染色后的竹材進(jìn)行堿液中和。

（2）不同因素對(duì)染色重組竹材的色差影響大小依次為：酚醛膠的濃度＞熱壓溫度＞熱壓時(shí)間；不同因素對(duì)染色重組竹材的靜曲強(qiáng)度影響大小依次為：酚醛膠的濃度＞熱壓溫度＞熱壓時(shí)間。

（3）方差分析表明，膠的濃度對(duì)色差的影響最顯著，而熱壓溫度和時(shí)間對(duì)染色重組竹材的色差影響不顯著；膠的濃度對(duì)染色重組竹材的靜曲強(qiáng)度影響最顯著，熱壓溫度影響顯著，時(shí)間影響不顯著。

（4）染色重組竹材在濃度為25%、熱壓溫度為130℃、熱壓時(shí)間為1 min/mm時(shí)，染色重組竹材的性能最好。

[1] 張俊珍，任海青，鐘永，等. 重組竹抗壓與抗拉力學(xué)性能的分析[J]. 南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012，36（4）：107－111.

[2] 于文吉. 我國(guó)重組竹產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)分析[J]. 木材工業(yè)，2012，26（1）：11－14.

[3] 莫弦豐，關(guān)明杰，朱一辛，等. 用于重組竹地板底漆的熱熔漆漆膜性能研究[J]. 林產(chǎn)工業(yè)，2011，38（2）：28－30.

[4] 杜春貴，金春德，劉志坤，，等. 中國(guó)竹材資源的深加工途徑[J]. 延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)學(xué)報(bào)，2004，26（1）：50－53.

[5] 楊海龍. 竹材真空染色工藝及動(dòng)力學(xué)研究[D]. 南京：南京林業(yè)大學(xué)，2009.

Study on Technology and Performance of Recombinant Bamboo Produced by Dyed Bamboo Culm

YUAN Shao-fei1,2，LI Qin2，WANG Kui-hong2，ZHANG Jian2
（1. Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China; 2. Zhejiang Forestry Academy, Key Laboratory of Bamboo Research of Zhejiang, Hangzhou 310023, China）

Experiments were conducted on effect of different concentration of phenol-formaldehyde adhesive, hot pressing technology(temperature and time) on properties of recombinant bamboo, using orthogonal test. The results showed that the influencing factors to color difference of recombinant bamboo were as followed: concentration of phenol-formaldehyde adhesive>hot pressing temperature>hot pressing time, and that to MOR were: concentration of phenol-formaldehyde adhesive>hot pressing temperature>hot pressing time. Analysis of variance demonstrated that the optimal technology for produce recombinant dyeing bamboo by dyed bamboo was: 25% of phenol-formaldehyde adhesive, at 130℃ pressing temperature with pressing time of 1 min/mm.

dyed bamboo; recombinant bamboo; gluing property; color difference

S784

A

1001-3776（2013）04-0039-04

2013-02-18；

2013-05-05

浙江省竹產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（2009R50030-10）；農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目（2012T201-06）；竹類研究創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)（2012F20024)

袁少飛（1981－），男，河南駐馬店人，碩士研究生，從事竹木材加工研究。