[发明专利]一种防生物侵害植物纤维复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是以木材、竹材、农业剩余物等植物纤维为原料、添加防腐剂和树脂胶粘剂加工而成的具有防虫、防腐、防霉和防变色能力的一种防生物侵害植物纤维复合材料及其制备方法，属生物质复合材料领域。

背景技术

随着世界范围内大径级优质木材资源的减少，依靠人工林小径级木材和其他非木材植物原料制造各类生物质复合材料，以满足各行各业对木制品的需求，已经成为我国解决木材供应紧缺的重要措施。生物质复合材料是以木材或其他植物纤维为原料，通过专门的工艺过程加工成各种单元，施加胶粘剂和添加剂，在一定的条件下压制而成的板材或型材。热固性树脂胶合的复合材料如刨花板、纤维板、定向刨花板、中密度纤维板、定向刨花层积材和单板条层积材等，替代实体木材已广泛用于建筑结构和室内外工程中；热塑性树脂胶合的复合材料，是以锯末、木屑、竹屑、稻壳、麦秸、甘蔗渣、棉秸秆等植物纤维为增强纤维原料，以高密度聚乙烯( HDPE) 、低密度聚乙烯( LDPE) 、聚丙烯( PP) 、聚苯乙烯( PS) 、聚氯乙烯( PVC) 和丙烯腈－苯乙烯－丁二烯( ABS))等为热塑性塑料基体，通过添加特定助剂，经高温高压处理后制成的一种复合材料，已在户外的铺板、栈道、园林及城市景观及室内等场所得到应用。

木材、竹材和农作物秸秆等植物纤维原料的主要成分为纤维素、半纤维素、木素，还含有淀粉、糖类和蛋白质等物质，一旦水分、温度、湿度、酸碱度适宜，容易遭受到真菌和虫蚁的危害，导致其霉变、变色、腐朽和虫蛀。由于热固性树脂胶合的生物质复合材料中植物纤维单元所占的质量比达90％左右，因此，在一定的条件下这类复合材料也和木材等植物纤维原料一样容易遭受到真菌和虫害的侵害从而影响构件的美观性、功能性和使用寿命及使用者的健康和安全。热塑性树脂胶合的生物质复合材料，即木塑复合材料（WPC），是将不易生物降解的热塑性塑料基质包埋植物纤维而制造的，并且塑料质量比例高达30％～50％，因此在生产和使用该材料的早期，普遍认为其具有良好的抵抗生物因子侵蚀的能力。但实际使用中发现，室外使用的WPC，如铺板、栅栏等也会受到霉菌、腐朽真菌及白蚁等的侵蚀危害，尤其是含植物纤维含量高的材料，更易受到腐朽菌、霉菌、变色菌和虫蚁的侵蚀。生物因子对木塑复合材料的危害已成为限制其进一步发展和应用的关键问题之一，如何提高其防霉防腐防虫能力成为研究的焦点之一。

总之，提高特殊地区和用途的生物质复合材料的防蚁、防腐、防霉和防变色能力十分迫切。温暖湿润地区, 生物质复合材料在使用场所遭受到的很多时候是虫蚁、腐朽菌、霉菌及变色菌等的多重生物因子的侵害，单一的防腐或防虫或防霉措施不足以保护这类材料，开发具有多重防护功能的产品十分必要。

国内外使用的木材主要防护处理方法为加压浸注法，即将木材放入密闭容器内，用压力将防腐剂液注入到材料内进行防腐。该法应用于生物质复合材料防护，存在问题主要有四：1）材料厚度方向防腐药剂分布不匀，表层浓度高而芯层浓度低；2）如采用水溶性防腐剂，则水分的进入和干燥引起材料的湿胀和干缩，导致刨花类和纤维类材料的厚度膨胀较大、结构受损、物理力学性能降低；3）由于加压浸渍罐的尺寸有限，无法对工业化生产的标准幅面尺寸（如1.22m×2.44m）的热固性树脂胶合的生物质复合材料进行处理，即防护处理的材料幅面有限，难以满足对大幅面防护处理材的要求，如轻型木结构房屋中的墙面板、楼面板等；4）不适合用来处理热塑性树脂胶合的木塑复合材料。

与实木防腐相比，因生物质复合材料是通过将植物原料分离成为单元再由树脂胶合在一起的这样一个“先分离后重组”的过程而生产的，这就使得对其进行“生产过程”中的防护处理成为可能，即在产品成型前将进行防护剂处理，目前主导方法有：1）使用防护剂对复合材料的单元进行预处理； 2）生产过程中将防护剂和树脂及其他添加剂一起处理单元。