聚乙烯石蜡及其乳液对竹重组材改性的研究

摘要：竹重组材是近10年发展起来的一种新型竹质工程材料，是将竹材截断、剖分、碾压竹篾加缝、干燥、浸胶、竹篾全纵向平行组坯、冷压后置于烘房热固化而制成的一种密度大、强度高的结构用材。作为一种速生生物质资源，竹材中含有较多蛋白质、糖份等营养物质，未经特殊改性处理的疏解竹篾加工成竹重组材后暴露出许多缺陷，例如易霉变、腐朽等。聚乙烯石蜡是一种新型的石蜡改性产品，具有较好的防水性和稳定性，而且成本较低，改性工艺简单，故本研究采用聚乙烯石蜡对竹重组材进行改性，重点研究其对竹重组材吸水性、尺寸稳定性等性能的影响，以达到提高其防水性的目的。期望增加产品的使用范围，提高产品的附加值。

关键词：石蜡；聚乙烯石蜡；木材；竹重组材；防水性

Abstract：Reorganization of bamboo material is nearly 10 years developed a kind of new bamboo qualitative engineering material, is the bamboo chopping, subdivision, crush bamboo split seam, drying, rubber, bamboo split vertical parallel group all grey, cold pressing and then placed in the chamber heat curing made of a material density, high strength of structure.As a fast-growing biomass resources, bamboo contains more protein, sugar and other nutrients, without special modification of bamboo sticks to redistribute processed into bamboo material restructuring after exposed many defects, such as easy to mildew and rot. Modified polyethylene wax is a new kind of paraffin wax products, has a good waterproof and stability, and lower cost, simple modification technique, this study USES the polyethylene wax on modification, reorganization of bamboo material focuses on the performance of restructuring material water imbibition, dimension stability of bamboo, in order to improve its waterproof. It is expected to increase the range of products and increase the added value of products.

Key words: Paraffin; Polyethylene paraffin wax; Wood; Bamboo recombination material; waterproof

1. 引言：

近年来，随着国民经济的不断发展，我国对木材的消费量呈现出逐年增长的趋势，同时我国全面停止天然林商业性采伐，使得木材的供应缺货不断加大。然而我国竹材产业连年保持快速发展，市场规模增速保持10%以上。大力开发竹资源有利于缓解木材供需矛盾。其中竹重组材是近10年发展起来的一种新型竹质工程材料，是将竹材截断、剖分、碾压竹篾加缝、干燥、浸胶、竹篾全纵向平行组坯、冷压后置于烘房热固化而制成的一种密度大、强度高的结构用材。由于生产竹重组材对竹子原料要求不高，可充分利用丛生竹和小径竹，可以说是竹材利用的发展方向。目前竹重组型材主要用于生产室内地板、家具或者少量竹结构房，很受国内外市场欢迎。但是，作为一种速生生物质资源，竹材中含有较多蛋白质、糖份等营养物质，未经特殊改性处理的疏解竹篾加工成竹重组材后暴露出许多缺陷，例如易霉变、腐朽等，特别是用于室外时，在阳光和雨水的交替作用下，不管是地板、家具还是竹结构件，由于其吸水率高，厚度膨胀率大、胶合强度低、交变应力大等情况，导致的变形和开裂不可避免。聚乙烯石蜡是一种新型的石蜡改性产品，具有较好的防水性和稳定性，而且成本较低，改性工艺简单，故本研究采用聚乙烯石蜡颗粒及其乳液通过热熔融或真空浸渍的方法对竹重组材进行改性处理，重点研究聚乙烯石蜡对竹重组材吸水性、尺寸稳定性等性能的影响，以达到提高其防水性的目的。

二、主题：

（一）石蜡对木材防水性的影响；

木材作为一种常用的工业和生活用材料，拥有诸多优良品质，如强重比大、加工能耗少、环境污染少、可回收利用以及良好的环境协调性等。但是，由于木材主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，含有大量吸湿性的轻基，因此木材很容易受水分的影响而出现干缩湿胀以及变形开裂等问题。同时，木材作为一种天然材料，其中很多成分都是微生物和虫类所需的营养物质，特别是在适宜的温度、湿度，适量的空气及一定的pH值条件下，极易发生生物降解，从而导致材质下降并缩短使用年份。为了解决以上问题，木材必须进行防腐处理。对木材进行防水处理是用防水剂提高木材对水的润湿、浸透的抵抗能力, 防水剂通过对木材内外表面覆盖、堵塞纤维空隙、增大与水的接触角等措施,达到防水目的。常用的处理剂有石蜡、亚麻油、各种油漆和有机硅树脂等。经过防水处理的板材在室外暴露的情况下,含水率变化小^[1]。60至80 年代木材防水剂先后经历了油酸铵石蜡乳液、妥尔油石蜡乳液、茶皂素石蜡乳液和脂肪酸铵石蜡乳液防水剂阶段。目前国内使用的木材人造板石蜡防水剂主要有固体石蜡防水剂、乳化石蜡防水剂和新型含蜡防水剂三种^[2]。Brischke和Melcher（2015）探究了溶融蜡对木材长期室外耐劣化效果，结果表明处理材可以显著的降低木材室外的腐朽程度、裂痕数量与长度。谢桂军等人将一种自配的非离子型石蜡乳液与常用型CCA、ACQ木材防腐剂进行复配处理，浸渍到木材当中，可以有效提高防水性能^[3]。Bostjan Lesar等人使用褐煤蜡乳液、聚乙稀蜡乳液和氧化聚乙稀蜡乳液浸渍处理挪威云杉，每项处理使用六个样品，六个未处理的作为对照，在25℃和65%相对湿度的条件下，浸渍3周。一个周期的人工加速风化（AAW）历时60min，由水喷雾（22min)，紫外和红外辐射（27min)和静置（11min）组成。在AAW之前或之后，通过傅里叶红外光谱和颜色测量表面，测定接触角和含水量^[4]。顾炼百指出运用真空-加压的方式，向木材注入溶融态的石蜡，将融化的石蜡油注入载有木材的处理罐中，然后对处理罐抽真空－加压，同时加热。完成浸渍后，将多余的石蜡油排出罐外。石蜡油填充了木材的细胞腔，改性材的密度增加，吸湿性显著降低，尺寸稳定性提高，木材的力学强度和耐腐性亦提高。国内多将石蜡油处理法用于家具，特别是红木家具面板及室外地板和平台处理^[5]。石油蜡作为一种工业原料，其理化性质非常优良。注蜡过程中，石油蜡的熔点对于试验影响最大。注蜡技术是在不损坏木材本身的前提下，以“注”的方式将高分子合成蜡成功沁入木材内部，从而将多余的水分排出，同时填充封闭木材的细胞腔和细胞间的缝隙，达到既不改变木性，又能改善木材尺寸稳定性的根本目的。注蜡技术可提高木材的力学强度以及耐腐性能，然而注蜡工艺、石油蜡种类、材种等相关因素对于注蜡效果的影响还有待进一步地研究，此外现有的传统注蜡设备也无法满足最新的工艺要求。注蜡改性技术可以显著提高木材的尺寸稳定性，材种、石油蜡种类对注蜡材尺寸稳定性影响较大。在石油蜡种类相同的条件下，山毛榉注蜡材与素材相比湿胀率的降幅均在53%以上，其他材种降幅在40%-90%之间，石油蜡的分布情况随材种不同差别较大；对于同一材种山毛棒材来讲，85＃微晶蜡注蜡材较其他两种石油蜡注蜡材尺寸稳定性均提高30%以上。注蜡时间对于注蜡效果有着显著的影响，适当的延长注蜡时间，可以增强注蜡效果，然而对于不同的材种、不同的石油蜡种类而言，注蜡时间存在峰值，如果超过该峰值，再延长注蜡时间对于改善木材性质没有实际意义；经过注蜡处理的试材，表面接触角超于一致，但接触角的最终结果与石油蜡类型无明显关联；此外，注蜡材的增重率、体积膨胀率与石油蜡本身的物理性质关系密切，对于烙点较高、密度较大的SX105石蜡注蜡材而言，其增重率一般高于其他两种注蜡材14%以上。在注蜡过程中，木材内部的温度变化直接影响了石油蜡的浸溃及分布情况，不同位畳温度场变化规律存在一定差异，厚度影响温度分布，呈现出厚度越小升温越快的规律，Ansys有限元分析软件仿真模拟结果表明，理论值与实际值契合度较高。新型注蜡设备对主要构件注蜡罐体、加热系统、冷凝系统进行了理论设计，该设备加热均匀，注蜡过程控温灵活、准确，封闭性能优良，处理过程中石蜡基本实现无挥发，既节约原料，又能保护环境。新型注蜡机处理的试材尺寸稳定性改善效果理想，注蜡组山毛榉拼板的湿胀率与对照组相比平均降幅可达56.28%，可实现工业化注蜡^[6]。