[发明专利]一种纤维素天然骨架基竹钢及其加工工艺

说明书

本发明涉及一种纤维素天然骨架基“竹钢”及其加工工艺，所述竹钢型材包含纤维素和粘性聚合物，所述型材的静曲强度为60‑500MPa，弹性模量为8000‑40000Mpa，纤维素和粘性聚合物的质量比为1∶(0.01‑100)。竹钢是通过热碱溶液破坏长尺寸材片的细胞膜，打通植物细胞间通道，溶出木质素及可溶性细胞成分，得到保持内部空腔和原来形状的竹片材料，再用过量的饱和木质素浸泡溶液使大量木质素进入材料孔隙中，再浸入稀酸溶液酸化，再添加合成粘性聚合物，烘干，得到保留天然骨架结构的三维修竹片材料，再单独或堆码，在大于100℃，压力3‑20Mpa、时间15分钟‑24小时条件下热压使天然粘性聚合物酸不溶木质素或合成粘性聚合物软化熔融，充满孔隙冷却成型即得到密度大于1，强度超过钢，具有很强耐腐蚀性和阻燃性能的轻型绿色竹钢或竹型材。

技术领域

本发明涉及高强度复合材料领域，具体的，涉及一种纤维素天然骨架基“竹钢”及其加工工艺。

背景技术

生物质材料是人类未来发展的根本方向，最能满足环境友好、生态健康，使用安全及可持续发展要求。生物质原料丰富，木或竹建筑和家具已有数千年使用历史。竹、秸秆等生物质由于尺寸大小不一，结构、密度均一性差，各向异性，存在结和材料缺陷，利用率一直不高。我国古代四大发明之一的造纸术实现了将植物原料用碱法拆分为规格统一的毫米级本色浆的重大技术突破，为生物质重组成型提供了技术和产业基础。但是生产出的纸制品及纤维制品的强度损失严重，很难大幅提高；在纤维材料中加入脲醛树脂或酚醛树脂等胶粘剂热压生产的人工纤维板同样存在强度低、性能差和甲醛危害等问题。以植物原料中木质素、半纤维素完全脱除得到纳米纤维素晶体作为结构“模块”可以大幅提高复合高分子材料的强度，但仍存在生产工艺复杂、生产成本高、物耗能耗大，难以产业化应用等问题。近年来发展起来的机械法破解竹材，通过烘干，浸渍脲醛树脂或酚醛树脂再烘干热压的工艺可得到力学性能比原竹增加2-3倍的重组板材或方材，是竹/木加工的技术突破。但由于细胞膜未能完全破坏，只是蒸发了水分的植物细胞组织中存在影响粘接力的小分子，粘胶剂难以充满细胞，存在强度提高有限，弯曲应力大，易变形，各向异性等问题。更主要的是这种人工处理单竹成片的生产加工方式存在生产效率低、能耗物耗高，劳动密集，加工成本高，自动化水平低，难以规模化生产等系列制约产业发展的瓶颈问题。因此，现有的生物质加工重组技术有待突破。

因此，利用来源广泛、绿色环保、成本低廉的植物原料、加工剩余物及合成树脂生产性能优良、成本低廉的复合材料很有价值。

本研发团队前期发明的无黑液制浆工艺(ZL201210209351.4)可将各种植物原料通过复分解法生成的碱分拆和酸化沉淀，低成本生产出具有一维结构特征微米级长度富含木质素等天然粘结剂成分的本色浆和高强度本色纸，不但大幅减少了能耗物耗，消除了制浆污染，而且最大程度保留了天然木质素大分子结构，为本发明打下了很好的技术和原料基础。

因此，利用来源广泛、绿色环保、成本低廉的竹材原料生产高强度、耐腐蚀、阻燃型轻型“竹钢”，对于节能减排和建筑行业很有意义。

发明内容

建筑物减重增强和防腐是行业发展的方向，替代大比重钢筋，采用轻型复合材料是建筑材料的发展方向。天然竹子和木材具有较好的强度，由于致密性、强度及结构缺陷无法满足建筑钢筋材料的要求。本发明采取了不破坏植物原料的骨架结构，以充分保留竹/木材料自身力学性能的思路。经过反复实验和摸索终于开发成功了一种基于竹材天然骨架加工成的“竹钢”产品(在发明的下文中称作“型材”)及工艺，竹钢产品的强度可达400MPa，弹性模量可达到33000Mpa。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种型材，其特征在于所述型材包含纤维素和粘性聚合物，所述型材的强度为100-500MPa，弹性模量为8000-40000Mpa，纤维素和粘性聚合物的质量比为1∶(0.01-100)。

优选的，上述型材中，所述型材的强度为100-300MPa，弹性模量为10000-35000Mpa，优选的，同时型材的拉伸强度为150-500MPa。