[0001] 本发明涉及新材料技术领域，特别涉及一种浅色竹束及其制备方法、重组竹及其制备方法和应用。

[0002] 在现代工业中竹子已取代木材成为其发展的重要原料，但由于竹材含有丰富的淀粉、糖类等营养物质，易发生腐朽、霉变和虫蛀，造成硬度、强度、可使用性等降低甚至消失。通过利用碱处理可以显著解决这些问题，但是处理后的竹材整体色泽偏暗，限制了其使用范围。

[0003] 一般情况下，竹纤维是由竹片或竹刨花经化学分解、蒸汽爆破或机械分离得到的竹纤维。但是，这种拆解方式往往会使原竹的取向发生改变，从而限制其在复合材料中的应用。由于其生产过程较为繁琐，存在着能源消耗大等问题，使得其在工业上的生产价值较低。

[0004] 为了实现竹材的高效利用，主要方向之一在于将其制备重组竹，以充分发挥竹材优异的性能，且重组竹可广泛应用于建筑装饰和工程材料领域。其中，重组竹复合材料是以竹材为原料加工而成的一种新型人造竹材复合材料，其比水泥具有更好的力学性能，是将来建造房子的主流材料。目前市场上重组竹大多是将竹束经高温碳化制备的，颜色较深，无法满足市场对浅色重组竹装饰材料的需求的同时，其防腐性能难以达到市场要求。

[0038] 为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

[0039] 在下文中各原料或设备及其来源如下表1所示。

[0040] 表1

[0041]

[0042]

[0043] 需要说明的是，在本文中，各实施例皆按照如图1工艺流程进行。

[0044] 需要说明的是，在本文中，各实施例中所使用的原竹竹束采用三年生或五年生竹材，二者在效果上无实际区别。

[0045] 实施例1：不同质量分数的氢氧化钠溶液预处理竹束，探究对多糖去除率的影响[0046] 将含水率10％的原竹竹束，浸没在质量分数为2％、3％、4％氢氧化钠溶液中，碱煮(即前述碱液拆分)温度设定为80℃，碱煮时间为180min。

[0047] 从表2，可以看出当竹材碱煮浓度为3％时，毛竹竹束多糖去除率最高，拆分效果比较好。其主要原因是竹束经过碱煮时会将竹束中的多糖被碱液溶解，使得竹束中的纤维物质含量降低。并随着碱煮浓度的增加对竹束中的纤维物质拆分提取效果提高。当碱煮浓度超过3％时，竹束中的竹束中的多糖去除率效果反而下降。

[0048] 其中，在本文中，多糖剩余量的检测方法为GB T 35818‑2018林业生物质原料分析方法多糖及木质素含量的测定。

[0049] 表2

[0050] 实验序号 碱煮浓度(％) 多糖剩余量(％) 去除率(％)1 2 65.05 14.05 
2 3 57.10 22.00 
3 4 68.15 10.95
4 水煮 79.10  

[0051] 实施例2：不同碱煮温度预处理竹束，探究对多糖去除率的影响

[0052] 将含水率10％的原竹竹束，浸没在质量分数为3％氢氧化钠溶液中，碱煮温度设定为70℃、80℃、90℃，碱煮时间为180min。

[0053] 从表3，可以看出当竹材的碱煮温度为80℃时，毛竹竹束多糖去除率最高，拆分效果比较好。并随着碱煮温度的增加对竹束中的纤维物质拆分效果增强。当碱煮温度超过80℃时，竹束中的多糖去除率几乎一样，但80℃能耗比较低，升温耗时较短。

[0054] 表3

[0055]实验序号 碱煮温度(℃) 多糖剩余量(％) 去除率(％)
1 70 62.18 13.60 
2 80 57.10 22.00 
3 90 59.92 21.98

[0056] 实施例3：不同碱煮时间预处理竹束，探究对多糖去除率的影响

[0057] 将含水率10％的原竹竹束，浸没在质量分数为3％氢氧化钠溶液中，碱煮温度设定为80℃，碱煮时间为150min、180min、210min。

[0058] 从表4，可以看出当竹材碱煮时间为180min，毛竹竹束多糖去除率最高，拆分效果比较好。并随着碱煮时间的增加对竹束中的纤维物质拆分提取效果提高。当碱煮时间超过180min时，竹束中的多糖去除率效果反而降低。

[0059] 表4

[0060] 实验序号 碱煮温度(min) 多糖剩余量(％) 去除率(％)1 150 65.49 16.92 
2 180 57.10 22.00 
3 210 57.11 19.17

[0061] 实施例4：不同质量分数过氧化氢溶液对碱煮竹束白度的影响

[0062] 将含水率10％的原竹竹束，浸没在质量分数为3％氢氧化钠溶液中，碱煮温度设定为80℃，碱煮时间为180min，通过流水冲洗制得碱煮竹束；将碱煮竹束浸没在质量分数为4％、5％、6％的H2O2溶液中，设定漂白温度为70℃，漂液pH＝12，漂白60min，将碱煮漂白后的竹束进行烘干并测试白度。所述白度以前述白度测量仪进行检测。

[0063] 从表5可以看出当竹材漂白浓度为5％时，竹材白度最高，其主要原因是H2O2在碱性条件下电离出过氧氢根离子，此离子会作用于色素上，使竹材上的色素的共轭双键断裂，从而达到消色漂白的作用，并且随着浓度增加，电离出的过氧氢根数量提升，消色漂白效果也就更好，但当H2O2浓度过大，即超过5％时，H2O2用量继续增加，白度增加缓慢，达到一个平台之后，白度不再随H2O2用量的增加而增加，这一平台被称作“白度增限”。由此可见，竹材的漂液中H2O2浓度为5％较好。

[0064] 表5

[0065] 实验序号 H2O2浓度(％) 白度(％)1 4 40.4
2 5 42.7
3 6 42.0

[0066] 实施例5：不同温度下过氧化氢溶液对碱煮竹束白度的影响

[0067] 将含水率10％的原竹竹束，浸没在质量分数为3％氢氧化钠溶液中，碱煮温度设定为80℃，碱煮时间为180min，通过流水冲洗制得碱煮竹束；将碱煮竹束浸没在质量分数为5％的H2O2溶液中，设定漂白温度为60℃、70℃、80℃，漂液pH＝12，漂白60min，将碱煮漂白后的竹束进行烘干并测试白度。

[0068] 从表6可以看出当竹材漂白温度为70℃时，竹材白度最高，其主要原因是温度越高，H2O2的分解越快，当漂白温度达到70℃以上后，H2O2分解速率过高，有部分H2O2来不及活化参与反应就被分解成H2O和O2(对漂白反应的无效分解)，造成参与漂白的H2O2不足。因此漂白温度为70℃较好。

[0069] 表6

[0070]

[0071]

[0072] 实施例6：不同漂白时间下过氧化氢溶液对碱煮竹束白度的影响

[0073] 将含水率10％的原竹竹束，浸没在质量分数为3％氢氧化钠溶液中，碱煮温度设定为80℃，碱煮时间为180min，通过流水冲洗制得碱煮竹束；将碱煮竹束浸没在质量分数为5％的H2O2溶液中，设定漂白温度为70℃，漂液pH＝12，漂白30min、60min、90min，将碱煮漂白后的竹束进行烘干并测试白度。

[0074] 从表7可以看出当竹材漂白后的白度随漂白时间的提高而提高，但是在60min后白度提升不显著，其主要原因是H2O2在漂白过程也会不断消耗，在60min后H2O2消耗殆尽随即反应结束。综合来看，漂白时间为60min较好。

[0075] 表7

[0076]实验序号 漂白时间(min) 白度(％)
1 30 29.0
2 60 33.5
3 90 33.7

[0077] 实施例7：不同漂液pH下过氧化氢溶液对碱煮竹束白度的影响

[0078] 将含水率10％的原竹竹束，浸没在质量分数为3％氢氧化钠溶液中，碱煮温度设定为80℃，碱煮时间为180min，通过流水冲洗制得碱煮竹束；将碱煮竹束浸没在质量分数为5％的H2O2溶液中，设定漂白温度为70℃，漂液pH＝10、11、12、13，漂白60min，将碱煮漂白后的竹束进行烘干并测试白度。

[0079] 从表8可以看出当漂液pH＝12时，竹材白度最高，其主要原因是漂液的pH主要通过﹣ ﹣ ﹣ ﹣OH来调节，提高OH可以促进H2O2提供足够的HO2进行漂白反应，但是如果OH浓度过高，就会造成H2O2解离过快，造成无效分解，即分解出来的过氧化氢根不会全部参与漂白，而未参与漂白的过氧化氢根中的氧离子为不稳定的负一价，既能氧化也能被还原，则未参与漂白﹣
的HO2离子间因为氧化还原反应被分解，所以分解无效。因此，漂白pH为12较好。

[0080] 表8

[0081] 实验序号 漂液的pH 白度(％)1 10 39.7
2 11 42.1
3 12 42.7
4 13 37.5

[0082] 实施例8：不同浸胶时间和不同胶黏剂固含量对重组竹力学性能的影响[0083] 将含水率10％的原竹竹束，浸没在质量分数为3％氢氧化钠溶液中，碱煮温度设定为80℃，碱煮时间为180min，通过流水冲洗制得碱煮竹束，干燥至含水率达到12％～15％；将干燥后的竹束在太尔牌酚醛树脂胶黏剂固含量29％、32％、35％下浸胶时间为5min、
10min、20min，干燥后浸胶竹束含水率达到12％～15％；需要说明的是，由于在后期性能测试中，当竹束含水率在前述含水率区间时胶合性能好且弯曲性能强度高，而且在烘干过程因环境和竹材本身含水率差异性影响，因此在前述含水率范围内皆可。而后在热压温度145℃、热压压力10MPa和热压时间25min条件下进行重组竹的制备，具体的热压工艺曲线如图2所示。

[0084] 从表9得出结论，当浸胶时间从5min增加到10min，浸胶时间增长，竹束的浸胶量就越大，重组竹的MOR和MOE都有明显的增加。在一定程度上，胶液的黏度增大了，从而使得竹束的表面张力增大，使竹束更易被浸渍所对其的重组竹性能就越好。当浸胶时间从10min增加到20min,竹束的浸胶量提高；说明随着浸胶时间的延长，竹束的出胶量也随之增大，但竹束的表面张力降低到了最小值，竹束的浸胶量随着时间的延长达到平衡值。时间的延长对其的重组竹性能有所下降，并会降低生产效率。

[0085] 综合考虑浸胶时间为10min、固含量为32％、热压温度145℃、热压压力10MPa和热压时间25min条件下时性能最好，同时还能节约时间和成本。

[0086] 表9

[0087]

[0088]

[0089] 实施例9：不同处理条件对重组竹力学性能的影响

[0090] 将含水率10％的原竹竹束，浸没在质量分数为3％氢氧化钠溶液中，碱煮温度设定为80℃，碱煮时间为180min，通过流水冲洗制得碱煮竹束，将碱煮竹束浸没在质量分数为5％的H2O2溶液中，设定漂白温度为70℃，漂液pH＝12，漂白60min，干燥至含水率达到12％～
15％；将干燥后的竹束在酚醛树脂胶黏剂固含量32％下浸胶时间为10min，干燥后浸胶竹束含水率达到12％～15％；而后在热压温度145℃、热压压力10MPa和热压时间25min条件下进行重组竹的制备。

[0091] 在表10中，碱处理后漂白处理(实验序号3)即按前述制备工艺；碱处理(实验序号2)与实验序号3的制备工艺区别在于不进行前述过氧化氢漂白的步骤并直接进行酚醛树脂胶黏剂热压成型；未处理(实验序号1)即与实验序号3的制备工艺区别在于同时不进行碱处理和过氧化氢漂白的步骤，而直接进行酚醛树脂胶黏剂热压成型。

[0092] 从表10可以看出未经过处理的竹束热压而成的重组竹板材性能较差，而通过碱处理(即前述碱液拆分)的竹束热压而成的重组竹板材性能有明显的提升，且经过碱处理后漂白处理的竹束热压而成的重组竹板材，性能对比仅碱处理的重组竹性能相差不大。结果表明经过碱处理竹束后对重组竹弯曲性能有增强作用，且通过碱处理后再漂白处理，不仅在保持一定力学性能的同时，还能制备出颜色较浅的重组竹板材。

[0093] 表10

[0094]

[0095] 参见图3所示，其展示原始竹束和实验序号2所获得竹束的红外光谱图。从图3可以‑1 ‑1 ‑1看出，竹材化学组分中具有代表性的纤维素特征峰出现在3443cm 、2919cm 和1160cm ，主要体现了‑OH和‑H键及其‑CH2‑和‑CH3伸缩振动。通过红外扫描可以看到，在80℃下竹材的化‑1 ‑1
学组分中的C＝O和O‑N以及C＝C＝N键吸收谱峰强度都有所减弱。在1604cm ,1507cm 吸收‑1
峰出现，是由于木质素中的芳烃框架的振动所致,而碱处理在1507cm 吸收峰消失；在‑1 ‑1
1329cm 的吸收峰主要是由丙苯烷中芳香环的C‑H与C‑O基团弯曲振动而引起；在1730cm处呈现出典型的半纤维素特征峰，半纤维素中酯、酮、醛的C＝O振动。碱处理峰值消失，半纤维素发生降解，竹材中的蛋白质、糖类与木质素等营养物质减少，增加了竹纤维与纤维素之间的结合强度，提高竹纤维本身防霉的能力，同时说明碱液拆分效果明显。

[0096] 参见图4所示，其展示在500倍镜下(A)、1000倍镜下(B)、2000倍镜下(C)和5000倍镜下(D)原竹(即原始竹束)的横截面SEM照片。

[0097] 参见图5所示，其展示在特定的碱液拆分条件下处理获得的竹束的横截面SEM图，其特定条件为在质量分数为3％的氢氧化钠溶液中，在80℃下处理180min。

[0098] 参见图6所示，其展示仅进行水煮条件(如实施例1)和进行碱煮条件(如实验序号2)下所得到重组竹的纵截面孔洞。

[0099] 从图4、图5和图6扫描电镜观察结果表明：通过对不同条件下重组竹材料进行观察，发现碱处理的板材表面无颗粒、纤维相互连接。而水处理的表面存在颗粒、纤维之间存在断裂。在高温过程中竹束产生了很多裂纹或孔洞，水处理的内部晶体结构被破坏，使原竹晶型纤维间的相互连接断裂或直接断裂，原竹的晶体结构在碱性溶液中得到很好地恢复。

[0100] 水煮后竹束，经胶合热压成板材的表面孔洞依然存在，而在碱煮后热压成板材表面的营养物质被掏空，孔径打开表面孔洞被胶液填满。重组竹复合板材的胶液渗透到碱煮后的竹束表面的孔洞中，而水煮后竹束表面的营养物质依然存在，覆盖在竹束表面，使得竹束表面的孔径并没有打开，胶液没有渗透进去，最后导致原竹的力学性能下降。而碱煮后竹束表面的营养物质被掏空，孔洞被胶液填满充实，使重组竹板材的力学性能提高。另外营养物质被掏空，糖类含量减少有望做到防霉的效果。

[0101] 参见图7所示，其中A‑C依次为实验序号1的重组竹的500倍、1000倍和2000倍的放大图，D‑F依次为实验序号2的重组竹的500倍、1000倍和2000倍的放大图，H‑J一次为实验序号3的重组竹的500倍、1000倍和2000倍的放大图。通过对比图7中的A，B，C图与D，E，F图与H，I，J图可以清晰地发现碱处理将营养物质溶解后纤维更加明显显现，并且纤维无受到破坏，漂白后的纤维与碱处理后的纤维无异。

[0102] 参见图8所示，基于实验序号2和3的FTIR光谱图中可以看出，大部分的纤维素、木质素、木素特征峰的峰强变化较弱，说明碱处理后进行漂白处理并不会对竹材的结构造成进一步破坏。

[0103] 参见图9所示，其中左图为实验序号2所获得的竹束，右图为实验序号3所获得的竹束。通过图9对比可以看出单纯进行碱处理的竹束(或竹材)已明显发黄发暗，而在碱处理后再进行漂白处理竹束(或竹材)的白度显著提升。

[0104] 实施例10：碱处理重组竹的防霉性能效果研究

[0105] 将碱处理竹束制备的重组竹接种到制备好的培养基上每隔2d观察一次，观察28d，并记录霉菌的生长情况。重组竹被害值见表10。在此实施例中，实验室霉菌按照GB/T18261‑2013《防剂对木材菌及变色菌防治效力的实验方法》的要求对竹条进行侵染四周的感染值和防治效力等防霉性能测试每隔两天观察试样竹条霉菌感染情况，用霉菌被害值等级的平均值来评价竹材的防霉能力。28d霉菌生长情况如图10和表11。

[0106] 从研究中我们可以得知：在重组竹的制备工程经过了碱液处理这一工艺，从表征结果上得知竹束中的蛋白质、木质素和糖类被大量的消耗，霉菌在样品上生存就少了大量的营养源；其次在浸胶过程中，酚醛树脂也有着良好的抑菌效果，对竹材上霉菌的生长起了很大的抑制作用；最后的热压成型阶段，热压对竹材的成型让其形成了致密结构，对抵御霉菌的侵蚀也有很大的帮助，由于在霉菌培养箱培养观察时发现由于霉菌培养箱的湿度比较高，很容易在重组竹板材表面形成水珠，由于酚醛树脂良好的防水性能，水珠只能附着于表面，这对竹材的防霉也起了一定的效果。

[0107] 表11

[0108]

[0109] 通过对图10的观察可以发现，通过碱处理的竹材其热压成型得到的高强防霉重组竹，其对黑曲霉、土曲霉和绳状青霉有很好的抵御作用，被害值登记达到0级。

[0110] 以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。