黃文娟　武亞峰　趙紫劍　何正斌　伊松林

(木材科學與工程北京市重點實驗室(北京林業(yè)大學)，北京，100083)

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熱處理溫度與浸漬方式對竹絲質(zhì)量增加率的影響1)

黃文娟武亞峰趙紫劍何正斌伊松林

(木材科學與工程北京市重點實驗室(北京林業(yè)大學)，北京，100083)

摘要以毛竹竹絲為試材，在溫度140、160、180、200 ℃條件下處理2 h，之后分別在常壓和真空條件下用酚醛樹脂浸漬15、30、60 min，探究不同熱處理溫度及兩種浸漬方法、浸漬時間對竹絲質(zhì)量增加率的影響。結(jié)果表明，不同熱處理溫度處理試材，真空浸漬得到的質(zhì)量增加率都比常壓浸漬的大，而且隨著浸漬時間的增加，差異越來越明顯。對于同一種浸漬方式，當熱處理溫度為160 ℃，浸漬時間為60 min時，質(zhì)量增加效果最顯著。

關鍵詞竹材；熱處理；浸漬；質(zhì)量增加率

重竹地板，又稱重組竹地板，是通過對竹材劈篾拉絲、疏解，并經(jīng)過炭化、干燥、浸膠和二次干燥處理，然后將浸膠竹束鋪放在模具中，經(jīng)過冷壓成型—熱固化或高溫熱壓而成型的地板。它具有高強度、高密度、耐水防霉、環(huán)保等性能，廣泛應用于家具裝飾面板、房屋建筑板材和戶外園林用材等各種類型產(chǎn)品[1]，已經(jīng)成為我國竹材工業(yè)化利用中最重要的竹產(chǎn)品[2-5]，越來越受到人們的歡迎。

浸膠工藝是重組竹制造過程中重要的一道工序。近幾年，很多學者對重組竹浸膠工藝進行了一些研究工作，王燕[6]等對重組竹竹束的浸膠工藝優(yōu)化進行了研究，結(jié)果表明竹束浸膠量隨膠黏劑固體質(zhì)量分數(shù)、浸膠時間的增加而增加，隨竹束含水率和截面尺寸的增加而減小。程亮[7]從膠黏劑固體質(zhì)量分數(shù)、浸膠時間和浸膠壓力3個因素來探討對重組竹材浸膠工藝的影響，發(fā)現(xiàn)膠黏劑固體質(zhì)量分數(shù)、浸膠壓力能較大提高竹束的浸膠量，而浸膠時間對竹束浸膠量影響較小。黃珊[8]等發(fā)現(xiàn)隨浸膠時間的增加，竹束浸膠量變化不明顯。但是，目前關于炭化溫度、浸膠方式對浸膠量的影響研究較少，由于浸膠工藝所花時間、浸膠量都影響著重組竹生產(chǎn)效率、成本和產(chǎn)品質(zhì)量，因此，如何縮短工藝時間和提高浸膠量是值得探討的問題。

本研究以毛竹竹絲為試材，先在不同溫度下將其熱處理2h，再分別進行常壓和真空浸漬處理，討論熱處理溫度、浸漬方式及浸漬時間3個因素對竹絲質(zhì)量增加率的影響，以期得到合適的竹絲處理工藝，為重組竹地板的生產(chǎn)過程提供指導和參考。

1材料與方法

1.1材料與儀器

試驗材料為毛竹竹絲，竹齡為4a，含水率為7%，尺寸為170mm×30mm×5mm，去青去黃，無節(jié)子、變色、霉變、腐朽等可見缺陷；酚醛樹脂，質(zhì)量分數(shù)為25%。

干燥箱為上海一恒科技有限公司生產(chǎn)的DHG-9240A型電熱鼓風干燥箱，溫控范圍：室溫加10～250 ℃，額定功率2 050W；電子天平為上海精天電子儀器有限公司生產(chǎn)的JA10002型電子天平，最大量程1 000g，精度0.01g；真空干燥箱，上海一恒科技有限公司生產(chǎn)。

1.2方法

將試件放在高溫干燥箱中，分別在140、160、180、200 ℃高溫下處理2h，冷卻后稱質(zhì)量(M1)；然后用酚醛樹脂對試件進行常壓浸漬和真空浸漬，真空浸漬的真空度為-0.08MPa，分別保持15、30、60min；浸漬完成后，擦干凈試件，室干3d；再在干燥箱中(103±2)℃下烘至絕干，冷卻后再稱質(zhì)量(M2)。每個條件重復3次。按式(1)計算處理后每塊試件的質(zhì)量增加率，取平均值作為本次試驗的結(jié)果。

(1)

式中：W為試件的質(zhì)量增加率(%)；M1為浸漬前的絕干質(zhì)量(g)；M2為浸漬后的絕干質(zhì)量(g)。

2結(jié)果與分析

2.1浸漬方式對絲竹質(zhì)量增加率的影響

由表1可知，在浸漬時間相同的條件下，處理溫度140 ℃時，真空浸漬得到的絲竹質(zhì)量增加率高于常壓浸漬，但差異并不明顯。處理溫度160 ℃時，竹絲真空浸漬與常壓浸漬得到的質(zhì)量增加率都達到最大，且真空浸漬得到的質(zhì)量增加率遠遠高于常壓浸漬的質(zhì)量增加率。隨著熱處理溫度的升高，即在160～200 ℃時，真空浸漬和常壓浸漬得到的質(zhì)量增加率緩慢減小?？傮w趨勢是，在140～200 ℃溫度區(qū)間，相同的浸漬時間下真空浸漬的質(zhì)量增加率都明顯高于常壓浸漬的質(zhì)量增加率；而且隨著溫度的升高，兩種浸漬方式得到的質(zhì)量增加率差異越來越大。隨著浸漬時間的增加，質(zhì)量增加率是逐漸增大的。浸漬方式對質(zhì)量增加率的影響非常明顯，與常壓浸漬相比，真空浸漬能顯著提高竹絲的質(zhì)量增加率。

真空浸漬比常壓浸漬得到的質(zhì)量增加率高是因為竹材的構造與木材相似，樹脂在進行常壓滲透時，毛細管表面張力驅(qū)使液體流動；當毛細管張力和液柱重量相平衡時，液體將不能繼續(xù)滲透。真空浸漬時，竹絲細胞腔和細胞間隙中的空氣被有效去除，減小了樹脂滲透的空氣阻力，從而提高了樹脂滲透的速度和深度[9]。

表1　浸漬方式對絲竹質(zhì)量增加率的影響

2.2熱處理溫度對絲竹質(zhì)量增加率的影響

熱處理溫度對絲竹質(zhì)量增加率有明顯的影響。在常壓浸漬條件下，浸漬時間15min，在140～160 ℃范圍內(nèi)，質(zhì)量增加率隨著溫度的升高而增加，在160 ℃達到最大，隨后逐漸減??；浸漬時間為30、60min時，質(zhì)量增加率的變化趨勢與浸漬15min相同(表1)。真空浸漬時間15min時，隨著熱處理溫度升高，竹絲質(zhì)量增加率逐漸增大，在180 ℃時達到最大，隨后下降。真空浸漬時間為30、60min時，質(zhì)量增加率變化趨勢基本與常壓浸漬相似，即在160 ℃達到最大(表1)。

熱處理溫度在140～160 ℃時質(zhì)量增加率逐漸增大的原因可能有兩點。一是熱處理溫度在160 ℃左右時，竹絲內(nèi)部部分內(nèi)含物受高溫分解，使導管和篩管的滲透性增大。竹材結(jié)構與木材相似，但沒有橫向分布的薄壁細胞和射線細胞，導致化學試劑以及水分難以沿橫向進入。此外，竹材成熟后，其中膠狀物質(zhì)、侵填體及其他非細胞壁物質(zhì)等沉積物開始聚積，導管和篩管的滲透性降低[10]；二是高溫氣蒸處理，可提高竹絲的液體滲透性，主要是因為高溫蒸氣壓力破壞竹絲細胞壁上較薄的紋孔膜，有利于水分和酚醛樹脂通過紋孔進入細胞間隙和細胞腔，而且氣蒸溫度越高，水分氣化越劇烈，則紋孔膜和紋孔塞破裂的可能性越大，產(chǎn)生的裂紋更多，打通了竹絲內(nèi)部液體移動的通道，增多了滲透通道的數(shù)量，使?jié)B透性顯著提高[11-12]。熱處理溫度在160～200 ℃，質(zhì)量增加率逐漸減小的原因可能是熱處理溫度在180 ℃左右時，竹絲細胞壁纖維素非結(jié)晶區(qū)域內(nèi)游離的羥基發(fā)生“架橋”反應，產(chǎn)生醚鍵，脫出水分，游離羥基的數(shù)量極大減少[13]，竹絲的吸濕性能下降。其次，高溫高濕環(huán)境使竹絲內(nèi)半纖維素多聚糖分子鏈上的乙酰基容易發(fā)生水解，生成乙酸，使得具有一定吸水性的羰基數(shù)量減少[14-15]。在酸性條件作用下，竹絲細胞壁中的木質(zhì)素產(chǎn)生酯化反應，使得強吸濕性的羥基數(shù)量減少，而吸濕性較弱的羰基數(shù)量增多。再次，半纖維素含量顯著降低，使得竹絲吸濕性下降[16-18]。

2.3浸漬時間對絲竹質(zhì)量增加率的影響

浸漬時間對絲竹質(zhì)量增加率的增長有顯著作用。溫度從140 ℃增加到160 ℃時，常壓浸漬質(zhì)量增加率的增長幅度相同。在180、200 ℃時，常壓浸漬60min時質(zhì)量增加率遠遠大于15、30min的；但隨著浸漬時間的增加，質(zhì)量增加率增長緩慢。這表明溫度高于180 ℃時，時間對質(zhì)量增加率的影響減小(表1)。在160 ℃時，質(zhì)量增加率受時間影響很大，增長幅度較大，在浸漬時間為60min，常壓浸漬時，質(zhì)量增加率達到16.46%，真空浸漬時的質(zhì)量增加率能達到23.9%。其它3個溫度，即140、180、200 ℃的質(zhì)量增加率增長幅度并不是很明顯。在4個不同的溫度水平下，隨著浸漬時間的增加，常壓浸漬和真空浸漬的質(zhì)量增加率變化趨勢是一致的，即浸漬時間在15～60min內(nèi)，浸漬時間越長，質(zhì)量增加率越大，浸漬效果越好。

浸漬時間直接影響酚醛樹脂與竹絲作用的程度，竹絲質(zhì)量增加率隨浸漬時間延長而增大的原因是，在浸漬初期樹脂通過縱向經(jīng)由竹絲的導管慢慢進入竹絲內(nèi)部，此時樹脂進入竹絲所受阻力較小，樹脂還未完全浸入竹絲內(nèi)部。隨著浸漬時間的增加，大部分樹脂開始進入到細胞腔和細胞間隙中。竹材吸收酚醛樹脂的能力是一定的，當樹脂進入到竹絲內(nèi)部的量趨于飽和，且紋孔等通道被滲入到細胞腔和細胞間隙內(nèi)的樹脂堵住時，樹脂很難再滲透進去。

2.4絲竹質(zhì)量增加率的方差分析

表2是針對處理溫度分別為140、160、180、200 ℃，浸漬時間分別為15、30、60min條件下的方差分析。對于常壓浸漬，P都是小于0.01的，溫度和浸漬時間對竹材質(zhì)量增加率的影響非常顯著。對于真空浸漬，因為P<0.01，溫度是影響竹絲質(zhì)量增加率的一個非常顯著的因素；因為0.01

表2　浸漬絲竹質(zhì)量增加率的方差分析

注：顯著水平α=0.05，非常顯著水平α=0.01。

3結(jié)論

對于不同的浸漬方式，在相同的熱處理溫度下，真空浸漬得到的質(zhì)量增加率顯著高于常壓浸漬，而且隨著浸漬時間的增大，兩種浸漬方式的差異越來越大。對于不同的熱處理溫度，真空浸漬和常壓浸漬得到的質(zhì)量增加率有著相同的變化趨勢。隨著溫度的升高，質(zhì)量增加率的變化趨勢是先升高后降低，在160 ℃達到最大。對于同一種浸漬方式，當熱處理溫度為160 ℃，浸漬時間為60min時，質(zhì)量增加效果最顯著。無論是常壓浸漬還是真空浸漬，浸漬時間在15～60min，隨著浸漬時間的增加，質(zhì)量增加率都是愈來愈大。不論何種浸漬方式，與時間相比，溫度對質(zhì)量增加率的影響更大。竹絲熱處理和樹脂浸漬組合最佳處理工藝是熱處理溫度為160 ℃，真空浸漬60min。

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第一作者簡介：黃文娟，女，1990年10月生，木材科學與工程北京市重點實驗室(北京林業(yè)大學)，碩士研究生。E-mail：huangwenjuan820@126.com。 通信作者：伊松林，木材科學與工程北京市重點實驗室(北京林業(yè)大學)，教授。E-mail：ysonglin@126.com。

收稿日期：2015年12月7日。

分類號S781.7

EffectofHeatTreatmentTemperatureandImpregnationonMassGainofBamboo//

HuangWenjuan,WuYafeng,ZhaoZijian,HeZhengbin,YiSonglin

(BeijingKeyLaboratoryofWoodScienceandEngineering,BeijingForestryUniversity,Beijing100083,P.R.China)//JournalofNortheastForestryUniversity，2016,44(8)：65-67.

Thebambooasthetestmaterialwastreatedfor2hat140 ℃, 160 ℃, 180 ℃and200 ℃,thenwastreatedbyusingPFundernormalpressureandvacuumimpregnationfor15, 30,and60min,tostudytheeffectofdifferentheattreatmenttemperatureandtwoimpregnationmethodsonthemassgainofbamboo.Themassgainofvacuumimpregnationwashigherthanthatofnormalpressureatanytemperature.Withtheincreaseofthesoakingtime,thedifferencewasgreater.Whentheheattreatmenttemperaturewas160 ℃andthesoakingtimewas60minforthesameimmersionmethod,themassgainofbamboowaslargest.

KeywordsBamboo； Thermal treatment； Impregnation； Mass gain

1)林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(201404502)。

責任編輯：戴芳天。