染色竹材生产重组竹的工艺及性能研究

袁少飞，李 琴，汪奎宏，张 建

（1. 南京林业大学，江苏 南京 210037；2. 浙江省林业科学研究院 浙江省竹类研究重点实验室，浙江 杭州 310023）

染色竹材生产重组竹的工艺及性能研究

袁少飞1,2，李 琴2，汪奎宏2，张 建2

（1. 南京林业大学，江苏 南京 210037；2. 浙江省林业科学研究院 浙江省竹类研究重点实验室，浙江 杭州 310023）

利用正交试验研究不同酚醛胶粘剂浓度、热压工艺（热压温度和时间）对染色重组竹材性能的影响，结果表明：为了保证染色竹材胶合的强度，染色后的竹材应进行碱液中和；不同因素对染色重组竹材的色差影响大小依次为：酚醛胶的浓度＞热压温度＞热压时间；不同因素对染色重组竹材的静曲强度影响大小依次为：酚醛胶的浓度＞热压温度＞热压时间；方差分析表明，胶的浓度对色差的影响最显著，而热压温度和时间对染色重组竹材的色差影响不显著；胶的浓度对染色重组竹材的静曲强度影响最显著，热压温度影响显著，时间影响不显著；染色重组竹材在浓度为25%、热压温度为130℃、热压时间为1 min/mm时，染色重组竹材的性能最好。

染色竹材；重组竹；胶合性能；色差

竹子具有生长速度快、成材早、产量高等特点，我国竹资源的拥有量和品质均居世界首位，具有极大的开发价值[1]。我国的竹材产业以每年 30%左右的复合增长率快速发展，目前已经成为我国林业行业发展的亮点，2010年产值达821亿元[2]。我国竹地板行业发展已较为成熟，技术水平和生产条件都已构成一定规模，一些企业开始研发各种新型竹地板，重组竹地板即为其中的一种新产品。国内生产主要以冷压热固化或直接热压成型两种工艺为主。目前，重组竹地板大量出口欧美国家[3]。

重组竹是在不打乱竹材纤维排列方向、保留竹材特性的前提下，将低等劣质小径级竹材重新组合而压制成强度高、规格大、具有天然竹材纹理结构的新型竹材，其竹材利用率可达90%以上，其物理力学性能大大超过普通竹材人造板[4]。现在市场上流行的重组竹地板，十多年来，一直只有简单的炭化颜色，色泽单调，不能满足不同消费者对颜色的个性化需求。通过对竹材染色可以提高竹材表面质量，改善其视觉特性和提高其附加值，满足人们对竹材多功能性的需要[5]。染色后的竹材经过重组高压，形成高密度产品，里外颜色一致，经久耐用，通过染色重组竹材生产的竹地板颜色新颖、密度高且漆膜附着力好、耐候性强、永不褪色。这样即提升了竹地板的品位，增加了品种，更大范围地满足了市场的需求，同时也大大提高了产品合格率。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

竹材：厚度2.8 mm；染料：酸性黄，酸性红，酸性蓝；pH调节剂：10%NaOH水溶液和10%H2SO4水溶液；胶粘剂：酚醛树脂。

1.2 试验方法

1.2.1 染色竹材胶合性能研究 根据染色配方，对竹材进行染色，由于竹材染色后的 PH值呈弱酸性，可能影响到染色竹材胶合性能，本试验对染色后的竹材采用两种不同的处理方式，一种是水洗，一种是碱性中和的方式，然后采用国家标准木材pH值测定方法来测定不同处理的染色竹材的pH值，最后对不同处理的竹材染色进行热压胶合，测定不同处理的产品性能。

1.2.2 热压工艺正交试验 先将染色后的竹片进行碱液水洗，然后干燥含水率到8%左右，再根据试验需要调配不同浓度的酚醛胶粘剂进行浸胶，然后对浸胶的竹片进行干燥，使含水率在12%左右，再组坯热压成型。本试验采用正交试验设计，研究了不同酚醛胶粘剂浓度，热压工艺（热压时间和热压温度）对染色重组竹材的性能影响，其它具体参数为染色重组竹材板的密度设定为1.1 g/cm3，厚度设定为12 mm，性能测试主要包括热压后竹材的色差和静曲强度，浸渍剥离等性能，色差采用分光测色计测定，静曲强度，浸渍剥离等性能按照竹地板标准测定。各因素和水平见表1。

表1 染色竹材热压的因素水平Table 1 Factors and level for hot pressing technology

2 结果与分析

2.1 染色竹材胶合性能

图1 不同处理后的染色竹材pH值Figure 1 pH of dyed bamboo with different treatments

图2 不同pH值染色重组竹材的静曲强度Figure 2 MOR of recombinant bamboo with dyed bamboo with different pH

2.1.1 不同处理的染色竹材pH值及物理力学性能分析 从图1可以看出，染色后竹材pH值为5.94，经过水洗的pH值为6.56，碱中和的pH值为8.02。从图2和表2可以看出不同 pH值对静曲强度和浸渍剥离有一定的影响，在pH值为5.94时，静曲强度为92 MPa；在pH值6.56时，静曲强度为105.9 MPa；在pH值为8.02时，静曲强度为130 MPa。可见随着pH值的增加，其静曲强度也一直增加，这说明染色的竹材在酸性条件下，浸胶或热压过程中溶出的酸性物质与酚醛胶粘剂起反应，降低了酚醛胶粘剂的碱性，使酚醛胶粘剂固化速度减慢或阻止固化，不能形成网状交联结构，不利于染色竹材的胶合，因此为了保证染色竹材胶合的强度，要对染色后的竹材进行碱液中和。

表2 不同pH值染色重组竹材的浸渍剥离Table 2 Delamination of recombinant bamboo with different pH

2.2 热压工艺正交试验

2.2.1 不同因素对染色重组竹材的色差影响 由表 3的极差和图3可以看出，不同因素对染色重组竹材的色差影响大小依次为：酚醛胶的浓度＞热压温度＞热压时间。酚醛胶的浓度是影响染色重组竹材色差的最主要因素，这主要是酚醛胶的颜色对染色竹材的颜色有一定的影响，随着胶浓度的增加，其色差变化也增大，这说明胶的浓度过大，会严重影响到染色后竹材重组材的颜色，所以胶的浓度尽量低一些；染色重组竹材的色差随温度的升高也逐步增加，这说明温度过高会引起染料颜色的在一定程度上的变化，从 120℃升高到130℃，色差的变化值为0.17，而从130℃升高到140℃时，色差的变化值为0.7，从这里可以看出温度越高，其色差变化值越大，所以染色重组竹材的热压温度不应过高；热压时间对染色重组竹材的色差的影响比较小，随着热压时间的增加，其色差变化趋于平缓，热压时间从1 min/mm到1.5 min/mm，色差几乎没有变化，从1.5 min/mm到2 min/mm时，色差的变化也只有0.19。

图3 不同因素对染色重组竹材的色差影响Figure 3 Factors to influence color difference of recombinant bamboo

表3 染色重组材性能测定结果Table 3 Properties of recombinant bamboo

2.2.2 不同因素对染色重组竹材静曲强度的影响 由表3和图4可以看出，不同因素对染色重组竹材的静曲强度影响大小依次为：酚醛胶的浓度＞热压温度＞热压时间。酚醛胶的浓度是影响染色重组竹材静曲强度的最主要因素，随着酚醛胶浓度的增加，其静曲强度也增大，这是因为胶的浓度越大，竹材吸收酚醛胶的量也会增大，所以静曲强度也增大；染色重组竹材的静曲强度随温度的升高也逐步增加，这说明温度升高，会加快胶粘剂的固化，提高板材的力学性能；随着热压时间的增加，其静曲强度是先趋于平缓增大后又降低，这是因为时间过长，容易导致竹材发生降解和胶粘剂过分固化，反而会影响产品的性能。

2.3 方差分析

由表4可以看出，在研究不同因素对染色重组竹材的色差影响中，胶的浓度影响最显著，达到了 5%的显著水平，而热压温度和时间对染色重组竹材的色差影响不显著；在研究不同因素对染色重组竹材的静曲强度影响试验中，胶的浓度影响最显著，达到了1%的显著水平，热压温度影响显著，达到了5%的显著水平，时间对染色重组竹材静曲强度的影响不显著。

图4 不同因素对染色重组竹材静曲强度的影响Figure 4 Factors to influence MOR of recombinant bamboo

表4 染色重组竹材色差、静曲强度方差分析Table 4 ANOVA on color difference and MOR of recombinant bamboo

从染色重组竹材的色差来看，在浓度为20%，温度为120℃时，时间为1 min/mm时，色差变化比较小，从染色重组竹材的静曲强度来看，在浓度为30%，温度为140℃时，时间为1min/mm时，静曲强度比较大，但是由于染色重组竹材的浸渍剥离在浓度为20%时，达不到合格要求，综合考虑染色重组竹材在浓度为25%，热压温度为130℃，热压时间为1min/mm时，染色重组竹材的性能最好。

3 结论

（1）染色后的竹材在酸性条件下，浸胶或热压过程中溶出的酸性物质与酚醛胶粘剂起反应，降低了酚醛胶粘剂的碱性，使酚醛胶粘剂固化速度减慢或阻止固化，不能形成网状交联结构，不利于染色竹材的胶合，因此为了保证染色竹材胶合的强度，要对染色后的竹材进行碱液中和。

（2）不同因素对染色重组竹材的色差影响大小依次为：酚醛胶的浓度＞热压温度＞热压时间；不同因素对染色重组竹材的静曲强度影响大小依次为：酚醛胶的浓度＞热压温度＞热压时间。

（3）方差分析表明，胶的浓度对色差的影响最显著，而热压温度和时间对染色重组竹材的色差影响不显著；胶的浓度对染色重组竹材的静曲强度影响最显著，热压温度影响显著，时间影响不显著。

（4）染色重组竹材在浓度为25%、热压温度为130℃、热压时间为1 min/mm时，染色重组竹材的性能最好。

[1] 张俊珍，任海青，钟永，等. 重组竹抗压与抗拉力学性能的分析[J]. 南京林业大学学报（自然科学版），2012，36（4）：107－111.

[2] 于文吉. 我国重组竹产业发展现状与趋势分析[J]. 木材工业，2012，26（1）：11－14.

[3] 莫弦丰，关明杰，朱一辛，等. 用于重组竹地板底漆的热熔漆漆膜性能研究[J]. 林产工业，2011，38（2）：28－30.

[4] 杜春贵，金春德，刘志坤，，等. 中国竹材资源的深加工途径[J]. 延边大学农学学报，2004，26（1）：50－53.

[5] 杨海龙. 竹材真空染色工艺及动力学研究[D]. 南京：南京林业大学，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

浙江省竹产业创新团队项目（2009R50030-10）；农业科技成果转化项目（2012T201-06）；竹类研究创新团队建设（2012F20024)

袁少飞（1981－），男，河南驻马店人，硕士研究生，从事竹木材加工研究。