一种无胶竹基纤丝板的制备方法

本发明涉及竹基人造板制备的，更具体地，涉及一种无胶竹基纤丝板的制备方法，该方法通过蒸汽爆破获得竹丝，并进一步通过对竹丝进行低温等离子体处理，从而实现竹丝的自粘结，进而制备得到无胶的竹基纤丝板。

背景技术：

1、竹材是一种重要的生物质材料，因其绿色、低碳、速生、可再生和可降解，而具有重大的生态、经济和社会效益。

2、竹基人造板是利用竹材制备得到的一种板材，传统的竹基人造板的制备方法依序包括通过竹材分离、干燥、浸胶、铺装、热压等工序。上述制备方法中使用的胶黏剂大多为醛类胶黏剂，所以加工过程和制品后续使用过程中产生的游离甲醛会造成二次污染，使产品及其制备方法不符合现今对绿色环保的要求。

3、为使竹基人造板及其制备方法符合绿色环保的要求，现有技术提出了无胶竹基人造板的技术方案。无胶人造板是以竹纤维为原料，通过对竹纤维进行氧化结合、酶活化、酸催化缩聚和/或碱活化等处理以提高竹纤维的反应活性，从能够仅仅依靠竹纤维材料中的木质素、半纤维素和纤维素在热压过程中发挥的作用而结合成板。

4、例如，公告号为cn 1412092，名称为″变性秸秆材料及其用途″的发明专利申请中，提出了利用蒸汽爆破处理秸秆后接种黄孢原毛平革菌固态发酵活化秸秆材料热压制备秸秆变性材料的方法，此方法由于微生物生长周期较长导致压板的生产效率较低，同时漆酶酶活分布的不均匀也容易导致产品不稳定。

5、又如，公告号为cn 107009478a，名称为″一种以等离子体处理木纤维增强纤维板界面胶合能力方法″的发明专利申请中，提出了等离子体处理木纤维以改善其界面活性的技术方案，具体来说，等离子体处理过的木纤维与木质素共混物界面胶合效果好，内结合强度远高于未处理的木纤维与木质素热压形成的板材，相对于未处理木纤维与木质素热压形成的板材，等离子体处理过的木纤维与木质素制造的环保型纤维板的尺寸稳定性与耐久性也有一定程度的提高。该专利申请中还指出等离子体处理后木材表面被粗化，表面蚀刻严重，还提高了木纤维的表面自由能，降低了表面润湿角，这都有利于木纤维和木质素界面胶合能力的提升。然而，上述方案仅能够改善木纤维的界面胶合能力，但是在制备木基纤维板时，仍需要添加8～12％质量比的木质素作为粘结剂，而无法实现木纤维的自粘结。同时，工业木质素的添加、使用高温环境的等离子体处理，等离子体处理为氧气单一氛围，这些都在很大程度上增加了产品制备的成本。

6、综上，需要一种针对以竹材为材料的无胶竹基纤丝板的制备方法，以满足市场对环保、安全的无甲醛材料的需求，同时生产成本相对较低。

技术实现思路

1、本案的技术目的在于至少克服上述一种技术问题，并提供了一种无胶竹基纤丝板的制备方法，该方法通过蒸汽爆破获得竹丝，并进一步通过对竹丝进行低温等离子体处理，从而实现竹丝的自粘结，进而制备得到无胶的竹基纤丝板。

2、在本案的一个方面，提供了一种无胶竹基纤丝板的制备方法，通过蒸汽爆破处理获得第一状态竹基纤丝，所述第一状态竹基纤丝的长度为6～10cm、宽度为50～150μm，随后使所述第一状态竹基纤丝经过低温等离子体处理以获得第二状态竹基纤丝，最后热压处理第二状态竹基纤丝以制备得到所述无胶竹基纤丝板；

3、所述低温等离子体处理的放电功率为80～500w、总处理时间为220～600s，所述低温等离子体处理包括第一阶段至第三阶段，第一阶段中，等离子体处理在二氧化碳/氧气的混合气体中进行，第二阶段中，等离子体处理在氩气/氦气的混合气体中进行，第三阶段中，等离子体处理在氨气/氮气的混合气体中进行。

4、现有技术的理论中，热压处理时由外部提供的高温与压力能够使木质素熔融流动、纤维素与木质素自身及相互的氢键结合作用、半纤维素降解并与木质素形成高聚物，这些使竹/木基纤维具备自我胶合的可能性。换言之，可以在不添加胶粘剂或工业木质素等辅助结合剂的情况下，利用竹/木基纤维之间的自我结合能力制备无胶的竹/木基纤维板。但是，在实际操作中，鲜见无胶竹/木基纤维板。一方面是由于受热压步骤的高温与压力作用而形成的自我粘结力小而难以形成足够的内结合强度，另一方面是由于该方案仅适用于短纤维，使得制备得到的板材脆性较大。

5、本案借由上述方法，通过蒸汽爆破处理，并结合包含三个阶段、不同气氛下的低温等离子体处理从而能够定向调控竹基纤丝中木质素和纤维素的分子结构以及其表面官能团种类和含量。具体来说木质素大分子在蒸汽爆破过程中从竹基纤丝中迁移并解聚为低缩聚程度的木质素单元，随后，低温等离子体定向诱导调控使竹纤维的纤维素分子链上引入相对含量较高的-oh、-cho、-nh2和-conh2等含氧含氮官能团，同时在等离子体诱导下纤维素分子链上的含氧含氮官能团被接至低缩聚的木质素单元上，以及醛胺缩合、羧羟酯化、羟醛缩合反应，从而能够提高无胶竹基纤丝板的胶合强度、内结合强度。未缩聚和解聚而成的低缩聚木质素能够在热压处理中产生共价自结合(自交联)作用，这使得木质素具有粘接效果。

6、前述对比文件cn107009478a能够在木纤维表面形成蚀刻，从而改善木纤维的界面性能。本案的低温等离子体处理后，竹基纤丝形成微纳多孔的结构，微纳多孔的结构不紧能够改善竹基纤丝的界面性能，提高它的表面自由能、降低表面润湿角，更为重要的是，微纳多孔的竹基纤丝能够发生相互之间的穿透与缠绕。竹基纤丝互穿缠绕产生的潜在″机械互锁″的物理协同结合作用能够形成较为强大的结合力，该结合力远大于单纯的纤丝的缠绕编织形成的结合力。竹基纤丝互穿缠绕提高了本案无胶竹基纤丝板的内结合强度。

7、附加地，如前所述，本案的低温等离子体处理的工艺方法能够有效地作用于具有较大长径比的竹基纤丝，较大长径比的竹基纤丝的使用天然地能够改善无胶板材的脆性，提高产品的力学强度，降低无胶竹基纤丝板的吸湿性。而现有技术仅能够利用粉状竹/木纤维制备无胶板材，所以制备得到的无胶板材的脆性大、吸湿性大。

8、附加地，微纳多孔的竹基纤丝还能够在一定程度上降低本案的胶竹基纤丝板的密度，使其具有质轻高强、无毒环保的优点。

9、作为一种优选的实施方式，二氧化碳/氧气的混合气体中，二氧化碳与氧气的比例为2：8至8：2。

10、作为一种优选的实施方式，氩气/氦气的混合气体中，氩气与氦气的比例为1：1。

11、作为一种优选的实施方式，氨气/氮气的混合气体中，氨气与氮气的比例为1：9至9：1。

12、作为一种优选的实施方式，所述等离子体处理的放电功率为300～500w、处理时间为100～150s。

13、作为一种优选的实施方式，第一阶段的处理时间为160～200s，第二阶段的处理时间为60～100s，第三阶段的处理时间为60～100s。

14、作为一种优选的实施方式，所述等离子体处理的低温等离子体包括电晕放电、辉光放电、介质阻挡放电或射频等离子体中的至少一种。

15、作为一种优选的实施方式，所述等离子体处理为射频放电单独处理、介质阻挡放电单独处理、或射频放电-介质阻挡放电联合处理。

16、作为一种优选的实施方式，所述蒸汽爆破的压力为1～4mpa、温度为120～240℃、保压时间为30～300s。

17、作为一种优选的实施方式，在所述蒸汽爆破处理之前，竹条经过预处理；所述预处理是竹条放置于温度为80～100℃的热水中浸泡4～8h，然后在温度为室温的冷水中浸泡24～48h。

18、作为一种优选的实施方式，在所述等离子体处理之前，竹基纤丝经过超声清洗和分散，随后干燥竹基纤丝至含水率3～12％。

19、作为一种优选的实施方式，所述热压处理的温度为190～250℃、压力为0.5～2.5mpa、时间为5～15min，得到所述无胶竹基纤丝板。

20、综上所述，本案的无胶竹基纤丝板的制备方法至少具有低重量、高强度、高内结合强度、无毒害、绿色环保的优点，并且制备成本相对较低，能够实现量产。