[發明專利]一種纖維素天然骨架基竹鋼及其加工工藝

有效

• 申請號: 202010179352.3
• 申請日: 2020-03-13
• 公開（公告）號: CN113386235B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 尹應武;任毅華;趙升云;師雪琴;張典政;尹政清;陳學云;葉李藝;趙玉芬
• 申請（專利權）人: 廈門大學;武夷學院;北京紫光英力化工技術有限公司
• 主分類號: B27N3/08
• 分類號: B27N3/08;B27K9/00;B27K5/00;B27K3/02;B27K5/04;B27K3/20;B27K3/16;C08L1/02;C08L97/00
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本發明涉及一種纖維素天然骨架基“竹鋼”及其加工工藝，所述竹鋼型材包含纖維素和粘性聚合物，所述型材的靜曲強度為60?500MPa，彈性模量為8000?40000Mpa，纖維素和粘性聚合物的質量比為1∶(0.01?100)。竹鋼是通過熱堿溶液破壞長尺寸材片的細胞膜，打通植物細胞間通道，溶出木質素及可溶性細胞成分，得到保持內部空腔和原來形狀的竹片材料，再用過量的飽和木質素浸泡溶液使大量木質素進入材料孔隙中，再浸入稀酸溶液酸化，再添加合成粘性聚合物，烘干，得到保留天然骨架結構的三維修竹片材料，再單獨或堆碼，在大于100℃，壓力3?20Mpa、時間15分鐘?24小時條件下熱壓使天然粘性聚合物酸不溶木質素或合成粘性聚合物軟化熔融，充滿孔隙冷卻成型即得到密度大于1，強度超過鋼，具有很強耐腐蝕性和阻燃性能的輕型綠色竹鋼或竹型材。

技術領域

本發明涉及高強度復合材料領域，具體的，涉及一種纖維素天然骨架基“竹鋼”及其加工工藝。

背景技術

生物質材料是人類未來發展的根本方向，最能滿足環境友好、生態健康，使用安全及可持續發展要求。生物質原料豐富，木或竹建筑和家具已有數千年使用歷史。竹、秸稈等生物質由于尺寸大小不一，結構、密度均一性差，各向異性，存在結和材料缺陷，利用率一直不高。我國古代四大發明之一的造紙術實現了將植物原料用堿法拆分為規格統一的毫米級本色漿的重大技術突破，為生物質重組成型提供了技術和產業基礎。但是生產出的紙制品及纖維制品的強度損失嚴重，很難大幅提高；在纖維材料中加入脲醛樹脂或酚醛樹脂等膠粘劑熱壓生產的人工纖維板同樣存在強度低、性能差和甲醛危害等問題。以植物原料中木質素、半纖維素完全脫除得到納米纖維素晶體作為結構“模塊”可以大幅提高復合高分子材料的強度，但仍存在生產工藝復雜、生產成本高、物耗能耗大，難以產業化應用等問題。近年來發展起來的機械法破解竹材，通過烘干，浸漬脲醛樹脂或酚醛樹脂再烘干熱壓的工藝可得到力學性能比原竹增加2-3倍的重組板材或方材，是竹/木加工的技術突破。但由于細胞膜未能完全破壞，只是蒸發了水分的植物細胞組織中存在影響粘接力的小分子，粘膠劑難以充滿細胞，存在強度提高有限，彎曲應力大，易變形，各向異性等問題。更主要的是這種人工處理單竹成片的生產加工方式存在生產效率低、能耗物耗高，勞動密集，加工成本高，自動化水平低，難以規模化生產等系列制約產業發展的瓶頸問題。因此，現有的生物質加工重組技術有待突破。

因此，利用來源廣泛、綠色環保、成本低廉的植物原料、加工剩余物及合成樹脂生產性能優良、成本低廉的復合材料很有價值。

本研發團隊前期發明的無黑液制漿工藝(ZL201210209351.4)可將各種植物原料通過復分解法生成的堿分拆和酸化沉淀，低成本生產出具有一維結構特征微米級長度富含木質素等天然粘結劑成分的本色漿和高強度本色紙，不但大幅減少了能耗物耗，消除了制漿污染，而且最大程度保留了天然木質素大分子結構，為本發明打下了很好的技術和原料基礎。

因此，利用來源廣泛、綠色環保、成本低廉的竹材原料生產高強度、耐腐蝕、阻燃型輕型“竹鋼”，對于節能減排和建筑行業很有意義。

發明內容

建筑物減重增強和防腐是行業發展的方向，替代大比重鋼筋，采用輕型復合材料是建筑材料的發展方向。天然竹子和木材具有較好的強度，由于致密性、強度及結構缺陷無法滿足建筑鋼筋材料的要求。本發明采取了不破壞植物原料的骨架結構，以充分保留竹/木材料自身力學性能的思路。經過反復實驗和摸索終于開發成功了一種基于竹材天然骨架加工成的“竹鋼”產品(在發明的下文中稱作“型材”)及工藝，竹鋼產品的強度可達400MPa，彈性模量可達到33000Mpa。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種型材，其特征在于所述型材包含纖維素和粘性聚合物，所述型材的強度為100-500MPa，彈性模量為8000-40000Mpa，纖維素和粘性聚合物的質量比為1∶(0.01-100)。

優選的，上述型材中，所述型材的強度為100-300MPa，彈性模量為10000-35000Mpa，優選的，同時型材的拉伸強度為150-500MPa。