竹材是房屋建造最古老的建筑材料之一，在距今六千多年前的新石器時(shí)期，當(dāng)人類從穴居和巢居時(shí)期轉(zhuǎn)向空中建筑的時(shí)分，竹子就開端發(fā)揮了重要的作用。

 

建筑中對竹子的應(yīng)用

在西南民居建筑運(yùn)用竹子作為房屋的屋頂桁架、檁子、椽子、柱子、地板、墻體、門窗等各種部分。

在江南民居建筑中普通做夯土墻的骨料運(yùn)用, 可以使夯土墻愈加穩(wěn)固耐用, 或編成竹笆作為圍墻、外墻、窗間墻的防護(hù)網(wǎng)、護(hù)墻板或者做成框釘竹條用作護(hù)窗板。

加工

竹材普通加工成塊狀或者板片狀，在建筑中常運(yùn)用原竹、竹材、竹膠合板、竹地板、竹層積材等各種結(jié)構(gòu)和裝飾用材。

竹層積材

 

 

 

竹層積材是主要以脲醛樹脂（urea-formaldehyde，UF）為膠黏劑，竹片為竹質(zhì)單元，經(jīng)順紋層積組坯壓制的竹基復(fù)合材料，具有強(qiáng)度高、尺寸穩(wěn)定性好和變異性小等優(yōu)點(diǎn)。

目前，竹層積材作為一種物美價(jià)廉的建筑裝飾材料遭到了寬廣群眾的喜歡，但其甲醛釋放量過高是迫切需求處置的問題。

“木質(zhì)素”來協(xié)助

 

木質(zhì)素

木質(zhì)素作為可再生生物質(zhì)資源，是一種可降解的、價(jià)廉的自然非結(jié)晶耐水支鏈雜聚物，可用作降低建筑材料甲醛釋放量的膠黏劑改性劑。木質(zhì)素在膠黏劑中的應(yīng)用方式主要有兩種，一種是木質(zhì)素本身作為膠黏劑，另一種是木質(zhì)素與酚醛樹脂或脲醛樹脂混合，對樹脂中止改性，從而制得膠黏劑。

木質(zhì)素

但是，木質(zhì)素改性脲醛樹脂主要應(yīng)用于木材膠黏劑中，對竹層積材膠合性能的影響鮮有報(bào)道，基材的組織構(gòu)造和膠黏劑種類都會(huì)影響木基復(fù)合材料的膠接性能。

竹材與木材的微觀結(jié)構(gòu)不同，不具有木射線等橫向組織，膠黏劑在竹材表面的滲透與木材有明顯差異，膠合機(jī)制也不同。因此，研討木質(zhì)素改性脲醛樹脂膠黏劑降低竹層積材游離甲醛的同時(shí)，對其膠合界面黏結(jié)機(jī)制和膠合性能的研討尤為重要。

南京林業(yè)大學(xué)劉源松，國度林業(yè)局關(guān)明杰等以碳化竹片為原料，應(yīng)用木質(zhì)素作為脲醛樹脂膠黏劑的甲醛捕捉改性劑，與脲醛樹脂膠黏劑共混改性后制備雙層竹層積材。討論了木質(zhì)素改性UF膠對竹層積材膠合性能及甲醛釋放量的影響，并對木質(zhì)素改性后的竹層積材膠合界面中止微觀形貌分析，以期在理論消費(fèi)中為木質(zhì)素改性ＵＦ膠作為竹層積材綠色增強(qiáng)添加劑提供依據(jù)。

01

 

  材料與方法  

1.1　實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備

1.2　木質(zhì)素改性UF膠的制備

1.3　竹層積材的制備

1.4　甲醛釋放量測試

1.5　膠層剪切強(qiáng)度測試

1.6　微觀形貌分析

02

 

  結(jié)果與分析

2.1　木質(zhì)素添加量對竹層積材甲醛釋放量的影響

本實(shí)驗(yàn)將木質(zhì)素添加量和組坯方式作為可變要素，是為了在不同組坯方式下保證其膠合強(qiáng)度，經(jīng)過增加木質(zhì)素的添加量降低竹層積材的甲醛釋放量。木質(zhì)素添加量對改性UF膠黏劑所制膠合板甲醛釋放量的影響見表2。木質(zhì)素的參與明顯降低了竹層積材的甲醛釋放量，各組坯方式的甲醛釋放量差距很小，總體表現(xiàn)為青-黃組坯所制竹層積材略高于黃-黃組坯，且甲醛釋放量都抵達(dá)了GB18580—2001標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則的E₂級，木質(zhì)素添加量在20％以上時(shí)，抵達(dá)或接近E₁ 級。因木質(zhì)素為多酚類聚合物，含有大量酚羥基，其中，對羥基苯丙烷和愈創(chuàng)木基苯丙烷中的酚羥基既可與游離甲醛反響，又可與羥甲基脲反響。隨著木質(zhì)素含量的增加，參與反響的游離甲醛逐漸增加，在相同施膠量下脲醛樹脂膠黏劑的理論用量減小，從而招致竹層積材甲醛釋放量的降低。對比3種組坯方式可知，在相同的木質(zhì)素添加量下，組坯方式關(guān)于膠合板甲醛釋放量幾乎沒有影響。

2.2　木質(zhì)素添加量對竹層積材剪切強(qiáng)度的影響

木質(zhì)素添加量對不同組坯方式竹層積材剪切強(qiáng)度的影響見圖1。隨著木質(zhì)素添加量的增加，竹層積材的剪切強(qiáng)度呈遞增趨向，黃-黃組坯和青-黃組坯下剪切強(qiáng)度均在木質(zhì)素添加量為40％時(shí)抵達(dá)最大值，分別為7.6和8.0MPa，相比空白組分別進(jìn)步85％和70％。因此，木質(zhì)素作為甲醛捕捉劑添加到脲醛樹脂膠黏劑中既能降低竹層積材的甲醛釋放量，又能大幅增加竹層積材的膠合性能。由圖1可知，青-黃組坯的竹層積材膠層剪切強(qiáng)度普遍大于黃-黃組坯。固然竹黃密度低、粗糙度高、表面濕潤性好，膠黏劑的滲透才干優(yōu)于竹青面，但由于脲醛樹脂膠內(nèi)部的聚合強(qiáng)度高于基材強(qiáng)度，實(shí)驗(yàn)中的膠接破壞多發(fā)作于竹材基體表面而非膠層。因此，在相同施膠工藝下竹層積材剪切強(qiáng)度隨著膠接界面強(qiáng)度的進(jìn)步而進(jìn)步，青?黃組坯下的膠層剪切強(qiáng)度更高。膠黏劑滲透性能對木材膠合強(qiáng)度有積極影響，膠黏劑在材料表面滲透量越大，復(fù)合材料膠合性能越好，但這不是獨(dú)一的影響要素。

2.3　竹節(jié)對竹層積材剪切強(qiáng)度的影響

黃-黃組坯下有節(jié)組與無節(jié)組竹層積材剪切強(qiáng)度見圖2。兩組試件的剪切強(qiáng)度存在較大差異，在木質(zhì)素添加量為40％時(shí)有節(jié)組剪切強(qiáng)度抵達(dá)最大值8.5 MPa，相比空白組進(jìn)步41％。固然竹節(jié)的存在影響了竹材的外觀和色澤，但由于竹節(jié)組織結(jié)構(gòu)的特殊性，進(jìn)步了有節(jié)組試件的局部抗剪強(qiáng)度，增強(qiáng)了有節(jié)組試件的抗破壞性，也在一定程度上使試件局部密度大于無節(jié)組。因此，在相同木質(zhì)素添加量下，有節(jié)組的膠層剪切強(qiáng)度大于無節(jié)組，竹節(jié)在一定程度上也具有進(jìn)步膠合強(qiáng)度的效果。

2.4　膠合界面微觀表征

對不同木質(zhì)素添加量和組坯方式下膠合強(qiáng)度最大組和空白組試件中止膠合界面微觀表征，如圖3所示，其中，圖3f是5種組坯方式下的膠層厚度，每組取10個(gè)值。由圖3可知，碳化竹材膠合界面被緊縮以致壓潰，表面細(xì)胞不同程度呈扁平碎片狀，膠黏劑主要滲透到竹材的表層破壞細(xì)胞，多數(shù)為薄壁細(xì)胞，而竹材表層的維管束中偶爾也會(huì)有膠黏劑存在。進(jìn)入細(xì)胞腔的膠黏劑首先沿細(xì)胞內(nèi)壁向木材深處滲透，然后中止內(nèi)部填充。由圖3a和c可知，部分UF膠進(jìn)入距離界面1～2個(gè)導(dǎo)管管孔直徑的導(dǎo)管中，極少量UF膠可能經(jīng)過裂隙進(jìn)入竹材更深部位的細(xì)胞中。而經(jīng)過圖3b、d和e可以明晰地看到，膠黏劑主要滲透至表層被壓潰緊縮的扁平狀細(xì)胞中，因木質(zhì)素添加量為40％的UF樹脂黏度已抵達(dá)20Pa·s以上，木質(zhì)素含量較大的高黏度膠黏劑缺乏有效滲透通道，致使膠黏劑集聚在壓潰細(xì)胞中，竹片膠合界面構(gòu)成增厚膠層。同時(shí)，膠層混有碳化后的竹材薄壁細(xì)胞碎片，構(gòu)成了以膠為主體的復(fù)合增強(qiáng)體系，其強(qiáng)度遠(yuǎn)大于碳化竹材的基體強(qiáng)度，致使膠合剪切強(qiáng)度增加，這與膠合強(qiáng)度測試結(jié)果分歧，從而使得膠黏劑在竹材中構(gòu)成的膠層厚度大于未添加木質(zhì)素的膠層（圖3f）。無節(jié)組坯試件的膠層厚度雖略高于有節(jié)試件，但由于竹節(jié)的局部剪切強(qiáng)度較高，膠液進(jìn)入竹節(jié)壓潰表層后構(gòu)成密實(shí)高強(qiáng)的膠層，增大了膠層剪切強(qiáng)度。

結(jié) 論

木質(zhì)素的參與使竹層積材的甲醛釋放量明顯降低，在相同的添加量下，各組坯方式所制竹層積材的甲醛釋放量差距很小，組坯方式關(guān)于甲醛釋放量幾乎沒有影響；隨著木質(zhì)素添加量的增加，黃-黃組坯試件、青-黃組坯試件及有節(jié)組坯試件膠層剪切強(qiáng)度逐漸增大，木質(zhì)素添加量為40％時(shí)均抵達(dá)最大值；青-黃組坯試件膠層剪切強(qiáng)度普遍優(yōu)于黃-黃膠合組坯試件，而黃-黃組坯下有節(jié)試件的膠層剪切強(qiáng)度大于無節(jié)試件。ESEM分析標(biāo)明，碳化竹材表面易被緊縮壓潰，隨著木質(zhì)素添加量的增加，木質(zhì)素含量較大的高黏度膠黏劑缺乏有效滲透通道，致使膠黏劑集聚在壓潰細(xì)胞中，竹片膠合界面構(gòu)成增厚膠層，從而招致膠合剪切強(qiáng)度增加，這與竹層積材的膠合性能測試結(jié)果分歧。本實(shí)驗(yàn)中木質(zhì)素的添加量為0％ ～40％，隨著木質(zhì)素添加量的增加，甲醛釋放量逐漸降低，膠合強(qiáng)度逐漸進(jìn)步；但木質(zhì)素添加量進(jìn)一步增大時(shí)會(huì)使膠黏劑滲透性變差；當(dāng)木質(zhì)素含量過高時(shí)，會(huì)構(gòu)成施膠困難，影響界面膠合，且本錢增大。綜合思索，最合適的木質(zhì)素添加量為40％。為進(jìn)一步研討木質(zhì)素改性脲醛樹脂膠黏劑對竹層積材甲醛釋放量及膠合性能的影響，今后會(huì)對木質(zhì)素改性脲醛樹脂膠黏劑用于原色及漂白竹片的實(shí)驗(yàn)中止對比。

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