一種增強竹材吸附性能的熱改性及其預測方法技術

本發明專利技術涉及一種增強竹材吸附性能的熱改性方法，熱改性竹材以及改性竹材表面顏色、吸附性能的預測函數。本發明專利技術研究包括對竹材進行蒸汽熱改性，熱改性竹材表面色度學參數和吸附性能測定，建立函數關系，即：建立熱改性條件及改性竹材表面色差(ΔE*)與表面明度值(L*)，改性竹材吸附性能與明度值(L*)之間的函數關系。竹材熱改性后吸附性能和表面顏色裝飾性均提高，通過建立的函數關系可以調控改性竹材表面顏色并利用改性竹材表面明度值(L*)預測其吸附性能，對于竹材的實際生產應用具有一定指導意義。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種增強竹材吸附性能的熱改性方法，特別涉及一種預測熱改性竹材表面顏色、吸附性能的函數關系，屬于竹材改性

技術介紹
高溫熱處理技術是一種竹材或木材物理改性手段，一般是在熱油或缺氧環境(水蒸汽、惰性氣體保護等)下，升高溫度至160-260℃之間，通過熱量使竹材或木材發生物理化學反應，達到提高其表面顏色裝飾性、尺寸穩定性、生物耐久性以及環保安全性等目的。高溫熱處理技術多應用于木材改性，竹材熱處理技術和研究相對較少，CN105773755A的中國專利申請公開了一種“戶外用油熱處理重組竹材制備方法”，提供一種戶外用油熱處理重組竹材制備方法，以該方法制備的重組竹材，力學性能顯著提高，且具有很好的耐腐防霉性能，尺寸穩定性好，適于戶外使用；公開號為CN105690512A的中國專利申請公開了“一種高溫熱處理竹束的生產方法”，該方法包括以下步驟：(1)竹片；(2)軟化處理；(3)碾壓；(4)熱處理工藝；(5)養生處理。該專利技術采用導熱油作為熱源，與高溫高壓保護蒸汽相比，竹束制備過程中無大量的廢氣，生產工藝綠色環保；同時，在氨氣氛圍中對竹束進行高溫熱處理，制備的竹束疏解均勻、滲透性好、材色均勻，物理力學性能差異較小，可提高戶外用竹重組材的防變形開裂性能。高溫熱處理使竹材表面顏色變深，裝飾性增強，能大大提高竹材的利用價值。沈鈺程等人利用化學成分分析以及紅外方法從木質素中官能團變化的角度來研究熱處理竹材的變色機理，竹材木質素是由苯基丙烷結構單元通過醚鍵、碳-碳鍵連接而成的芳香族高分子化合物，在熱處理過程中木素側鏈發生了縮合反應，產生了新的β-β和β-5縮合結構，同時發生了側鏈消除反應，形成了新的共軛雙鍵，導致共軛體系加長。此外，高溫熱處理后竹材纖維素和半纖維素發生降解大量的羥基被氧化轉變成羰基和羧基，木質素百分含量相對增加。公開號為CN105415470A的中國專利申請公開了“一種精確調控竹材顏色的方法”，該方法具體由1)建立竹材熱處理三維樣品庫；2)樣品庫轉換成顏色庫；3)熱處理方案初選；4)熱處理方案多維度優選；5)數據庫精細化等步驟完成。利用溫度-介質-時間三因素建立竹材熱處理后的樣品顏色三維數據庫，為目標竹材顏色的熱處理方案提供一個基準取件，由于不同熱處理介質特性不同，可以從多個技術維度選擇合理的熱處理方案。目前尚未發現熱改性增強竹材吸附性能的相關研究以及建立熱改性條件與竹材表面顏色，改性竹材表面明度(L*)與吸附性能之間函數關系的相關專利。
技術實現思路
本專利技術的目的是通過熱改性提高竹材吸附性能，并建立函數關系調控和預測熱改性竹材表面顏色及吸附性能：通過控制熱改性工藝條件獲得不同表面顏色和吸附性能的改性竹材，同時可通過熱改性竹材表面明度(L*)對其吸附性能進行有效地預測，對于竹材熱處理實際生產具有一定指導意義。為實現上述目的，本專利技術一方面研究熱處理溫度對竹材的顏色和吸附性能的影響。其中，所述熱改性的溫度為120-220℃；所述保溫時間為1-4h。特別是，所述熱改性包括對竹材依次進行升溫、保溫熱處理。熱改性溫度分別為120、140、160、180、200、220℃，保溫時間分別為1、2、3、4h。研究熱改性對竹材顏色及其吸附性能的影響，包括如下順序進行的步驟：1)將竹材置于熱處理試驗箱中，緩慢升溫至目標溫度；2)繼續在同一溫度下進行保溫，獲得熱改性竹材；3)熱改性結束后對竹材的色度學參數進行檢測；4)熱改性結束后對竹材的吸附性能進行測試。其中，步驟1)中所述竹材在熱處理試驗箱中的目標溫度分別為120、140、160、180、200、220℃。特別是，所述竹材在熱處理試驗箱中的目標溫度優選為160、180、200、220℃。特別是，采用蒸汽保護并以5-20℃/min的升溫速率緩慢升溫至100℃并保溫30min，然后繼續緩慢升溫至目標溫度。尤其是，所述的升溫速率優選為20℃/min。其中，步驟2)中所述保溫時間為1、2、3、4h。特別是，所述保溫時間優選為4h。其中，步驟3)中所述熱改性結束后是指待熱處理試驗箱溫度降至室溫，并放置一段時間。特別是，檢測是根據標準色度學系統(CIEL*a*b*)采集熱改性前后竹材表面色度學參數。尤其是，將熱改性后竹材置于室內環境30天后再進行表面色度學參數測試。其中，步驟4)中所述通過激光散射粒子加速測量法定期監測密閉亞克力箱內的煙氣PM2.5數值變化，并計算熱改性竹材的吸附效率。特別是，測試試樣總面積為0.01584m2，將待測熱改性竹材試樣及漢王霾表王M1（北京漢王藍天科技有限公司）置于定制的密閉亞克力箱內(50cm×50cm×50cm)，利用香煙煙氣作為測試氣體，保證每次測試前箱內測試儀的數值均為999.99ug/m3。尤其是，熱改性竹材的吸附效率為竹材對空間PM2.5的每小時吸附量(單位為ug/h)。本專利技術另一方面將建立熱改性條件與熱改性竹材表面顏色、竹材吸附效率與明度值之間的函數關系，包括如下順序進行的步驟：1)觀察熱改性竹材顏色，并進行表面色度學參數測試和吸附性能檢測；2)建立熱改性前后竹材表面色差值(ΔE*)與熱處理后明度值(L*)之間的函數關系；3)建立熱改性竹材明度值(L*)與熱處理條件之間的相互關系；4)建立熱改性竹材表面明度值(L*)與吸附性能之間的關系。其中，步驟1)中采用TC-PIIG型全自動測色色差計(北京光學儀器廠)對熱改性竹材的色度學參數進行檢測，包括明度(L*)、紅綠軸色度指數(a*)、黃綠軸色度指數(b*)；特別是，色差ΔE*可由各色度學參數變化值計算獲得：ΔE*=（ΔL*2+Δa*2+Δb*2)1/2(1)其中：ΔL*、、Δb*分別表示熱改性前后竹材表面明度、紅綠軸色度指數及黃藍軸色度指數的變化值；其中，由步驟2)中函數關系可知，熱改性竹材的色差值(ΔE*)與明度值(L*)之間存在顯著的線性相關性。特別是，熱改性條件為熱處理溫度為120-220℃，保溫時間為1-4h。其中，步驟3)中建立熱改性竹材的明度值(L*)與熱改性溫度之間的函數關系。特別是，熱改性溫度為120-220℃，保溫時間為1-4h。其中，步驟4)中建立熱改性竹材吸附性能與改性竹材表面明度值(L*)之間的函數關系。特別是，吸附性能測試中竹材熱改性溫度為160-220℃，熱處理時間均為4h。尤其是，測試熱處理竹材試樣總面積為0.01584m2，將待測熱改性竹材試樣及漢王霾表王M1置于定制的密閉亞克力箱內(50cm×50cm×50cm)，利用香煙煙氣作為測試氣體，保證每次測試前箱內測試儀的數值均為999.99ug/m3。測試開始后，每隔30min進行一次數值記錄，每次測試時長均為4小時。本專利技術的有益效果主要體現在以下方面：1、本專利技術中熱改性竹材吸附性能顯著提高，經過220℃熱處理4h后，熱改性竹材吸附性能相比未處理竹材提高35.70%，竹材利用價值大大提高。2、本專利技術建立了竹材熱改性前后表面色差值(ΔE*)與明度值(L*)以及熱改性溫度和熱改性竹材明度值(L*)之間的函數關系，可以通過調整處理溫度來獲得不同表面顏色的熱處理竹材，裝飾效果豐富。3、本專利技術建立熱改性竹材表面明度值(L*)和吸附性能之間的函數關系，可以通過檢測竹材表面色度學參數對其吸附性能進本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種增強竹材吸附性能的熱改性方法，熱改性竹材以及改性竹材表面顏色、吸附性能的預測函數，其特征是，對竹材進行熱改性并建立熱改性條件，竹材顏色和吸附性能之間的函數關系。

【技術特征摘要】
1.一種增強竹材吸附性能的熱改性方法，熱改性竹材以及改性竹材表面顏色、吸附性能的預測函數，其特征是，對竹材進行熱改性并建立熱改性條件，竹材顏色和吸附性能之間的函數關系。2.如權利要求1所述的熱改性方法，其特征在于，所述熱改性包括在蒸汽保護狀態下對竹材進行熱處理并保溫一定時間。3.如權利要求1所述的函數關系，其特征在于，所述建立函數分別是建立改性竹材表面色差(ΔE*)與表面明度值(L*)，熱處理條件與表面明度值(L*)以及熱改性竹材吸附性能與表面明度值(L*)之間的函數關系。4.如權利要求1或3所述的熱改性方法，其特征在于，所述熱處理溫度為120℃-220℃，優選為160-220℃；所述保溫時間為1h-4h，優選為4h。5.如權利要求1或2或3所述的熱改性方法及建立的函數關系，其特征在于，包括如下順序進行的步驟：1)將竹材置于熱處理試驗箱中，緩慢升溫至目標溫度；2)將高溫處理竹材繼續在同一溫度下進行保溫，獲得最終熱改性竹材；3)對熱改性竹材的色度學參數進行檢測；4)對熱改性竹材的吸附性能進行測試；5)建立竹材熱改性前后表面色差(ΔE*)與熱改性后竹材表面明度值(L*)之...

【專利技術屬性】
技術研發人員：儲德淼，母軍，賴宗元，伊松林，張麗，李雨爽，康柳，
申請(專利權)人：北京林業大學，
類型：發明
國別省市：北京;11