本发明涉及一种碳化沉积改性高强杨木单板材料的制备方法，属于生物质材料技术领域。
背景技术：
结构用集成材和结构用单板层积材是现代木建筑制备梁柱等木构件的主要材料。集成材通常使用实木板材或指接板材拼接而成，其构成基本单元是层板。为了满足结构用集成材承载能力的需要，要求层板尤其是最外层板具有优良的物理力学性能，并符合相应的强度等级。杨木作为一种重要的速生材资源，其加工利用技术的研究倍受关注。但是，由于杨木的材质松软、强度低，一般用作胶合板的芯板和纤维板刨花板的原料，其利用价值低，产品的附加值不高。
杨木可作为建筑材料，杨树干通直，材质均匀，纹理直，花纹美观、颜色浅、易加工、胶合性能好，是生产人造板，如胶合板、纤维板、刨花板的优质材料。杨树木材加工成胶合板，板面洁白，易于染色或涂画，用这种胶合板制作家具、桌椅、农具，每立方米木材经济效益达几千元。杨树小材、小料及枝桠可生刨花板、纤维板，有一定刚性、耐水性，适用于建筑，可以作内墙、顶板等。通过小材、小料和枝桠的利用，既为非规格材找到销路，也提高了杨树木材的利用价值，但是杨木不耐腐，干燥易裂，杨木中的应拉木会使单板出现反卷、弯曲和开裂，均应作适当处理。很难代替天然大经级优质木材直接用于木结构构件中，必须进行增强处理以提高其强度等级，满足结构用材的强度要求，
所以本发明技术方案针对其结构问题，由于木材是多孔性材料，它是由大量的微毛细管系统和大毛细管系统通过并联或串联组成的；由于其内部具有巨大的气体孔隙率从而使得其具有很好的液体可处理性，但是简单的浸渍无法有效改善材料的内部结构，所以对其进一步改性，很有必要。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题：针对现有杨木单板使用时出现反卷、弯曲和开裂，均应作适当处理，简单的树脂浸渍无法有效改善材料的内部结构问题，提供了一种碳化沉积改性高强杨木单板材料的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：
（1）取毛白杨树木，将其切割分解后，干燥处理，收集干燥毛白杨板材并将其置于28～30℃下，用ms培养基分散液喷洒至干燥毛白杨板材表面，喷洒处理再将其置于28～30℃环境下，将白腐菌菌液均匀喷洒至潮湿板材表面，随后静置培养，冲洗后灭菌处理，收集微生物预处理板材；
（2）按重量份数计，分别称量45～50份去离子水、10～15份活化钢渣颗粒、25～30份ph为5.0乙酸钠缓冲液和6～8份微生物预处理板材置于反应釜中，搅拌混合得混合液，待浸泡处理3～5h后，再将纤维素酶添加至混合液中，酶解处理后后，再升温加热、灭酶处理，静置冷却至室温，密封处理并对其碳化养护，待碳化养护完成后，将碳处理板材取出并干燥至含水率为6～8％，得基体单板材料；
（3）取硫酸钙晶须并将其置于坩埚中，将坩埚置于马弗炉中，预热处理后，再升温加热、保温煅烧，随炉冷却至室温，得活化纤维，按质量比1:15，将活化纤维添加至酚醛树脂溶液中，研磨分散并收集分散浆液，将基体单板材料浸泡至分散浆液液面以下2cm处，浸泡2～3h后，取出浸泡单板并沥干，干燥即可制备得所述的碳化沉积改性高强杨木单板材料。
所述的活化钢渣制备步骤为：取钢渣颗粒并将其置于100～110℃下马弗炉中，煅烧活化处理25～30min后，静置冷却至室温，再在200～300rpm下球磨处理3～5h，过1000目筛并收集过筛颗粒，得活化钢渣颗粒。
所述的ms培养基分散液为ms培养基与无菌水按质量比1:5混合并超声分散制备而成。
所述的白腐菌菌液浓度为105cfu/ml。
所述的白腐菌菌液喷洒量为ms培养基分散液体积的1/20。
所述的纤维素酶添加量为1.5u/mg。
所述的碳化养护为通入二氧化碳至co2分压为0.1～0.2mpa、温度为20～25℃，保温处理3～5h后，静置3～5h。
所述的酚醛树脂溶液为将去离子水和酚醛树脂混合，调制为固含量30％酚醛树脂溶液。
所述的升温加热、保温煅烧为按5℃/min程序升温至550～600℃，保温煅烧25～30min。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
本发明技术方案通过取毛白杨树木，将其切割后经微生物处理，由于本发明技术方案采用的是白腐菌材料，白色腐朽真菌是木材腐朽菌中最大的类群，包括大部分木生担子菌、少数子囊菌和半知菌种类，白腐菌在降解木材时，木材的大多数组成成分（纤维素、半纤维素和木质素）均被降解，但其本质是产生纤维素酶和木质素酶，白色腐朽有两种形式，同步腐烂和选择性脱木质化作用，纤维素、半纤维素和木质素被同时降解，有效在木板材料表面及其内部性能腐蚀性孔洞结构，使其有效分布并形成均一孔隙结构，该结构特征可以有效吸附和负载细小的颗粒材料，在钢渣颗粒填充分散时，有效负载并填充至材料孔隙内部，同时钢渣粉颗粒越细，孔隙结构越多，比表面积越大，可增大二氧化碳材料与钢渣粉的接触面积，促进发生碳化反应，可提升钢渣的碳化性能从分子结构方面有效填充，这样一来，再经过碳化处理，碳化改性过程中，钢渣颗粒表面吸附水层的面积越大，促进了钢渣粉中的活性c3s、cao与co2的快速扩散和充分反应，同时钢渣粉料颗粒晶格能减小，会在晶格能损失的位置产生晶格的缺陷、错位以及重结晶，晶格结构发生改变，晶格尺寸减小，增大了二氧化碳与钢渣中矿物的接触面积；增大了二氧化碳与矿物间的作用力，减少了钢渣粉中矿物晶体的结合键，可使得二氧化碳分子更加容易进入钢渣粉碳化固结体件的内部，加速碳化反应，改善钢渣粉复合单板材料的强度，通过钢渣粗颗粒构成多孔骨架；利用钢渣中活性氧化钙和碳化处理中二氧化炭有机结合快速反应，形成碳酸钙材料的胶结结构，进一步提高材料的力学强度和结构性能。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
取毛白杨树木，将其切割分解，制备成单板尺寸后，将其置于100～120℃下干燥至含水率为10％，收集干燥毛白杨板材并将其置于28～30℃下，用ms培养基分散液喷洒至干燥毛白杨板材表面，喷洒至板材含水率为50％后，再将其置于28～30℃，将白腐菌菌液均匀喷洒至潮湿板材表面，控制菌液浓度为105cfu/ml，菌液喷洒量为ms培养基分散液体积的1/20，随后静置培养3～5周，用去离子水冲洗3～5次后，再在120～125℃下灭菌处理10～15min，收集微生物预处理板材并按重量份数计，分别称量45～50份去离子水、10～15份活化钢渣颗粒、25～30份ph为5.0乙酸钠缓冲液和6～8份微生物预处理板材置于反应釜中，搅拌混合得混合液，待浸泡处理3～5h后，再并按1.5u/mg，将纤维素酶添加至混合液中，在35～37℃、200～250r/min下摇床酶解20～24h后，再升温加热至100℃灭酶处理10～15min，静置冷却至室温，密封处理并对其碳化养护，控制碳化箱条件为：通入二氧化碳至co2分压为0.1～0.2mpa、温度为20～25℃，保温处理3～5h后，静置3～5h后，将碳处理板材取出并置于70～75℃下干燥，干燥至含水率为6～8％，得基体单板材料；取硫酸钙晶须并将其置于坩埚中，将坩埚置于马弗炉中，在120～125℃下预热10～15min后，再按5℃/min程序升温至550～600℃，保温煅烧25～30min后，随炉冷却至室温，得活化纤维；将去离子水和酚醛树脂混合，调制为固含量30％酚醛树脂溶液并按质量比1:15，将活化纤维添加至酚醛树脂溶液中，研磨分散并收集分散浆液，将基体单板材料浸泡至分散浆液液面以下2cm处，浸泡2～3h后，取出浸泡单板并沥干3～5min，再在100～110℃下干燥3～5h后，即可制备得所述的碳化沉积改性高强杨木单板材料；所述的活化钢渣制备步骤为：取钢渣颗粒并将其置于100～110℃下马弗炉中，煅烧活化处理25～30min后，静置冷却至室温，再在200～300rpm下球磨处理3～5h，过1000目筛并收集过筛颗粒，得活化钢渣颗粒。
实施例1
取毛白杨树木，将其切割分解，制备成单板尺寸后，将其置于100℃下干燥至含水率为10％，收集干燥毛白杨板材并将其置于28℃下，用ms培养基分散液喷洒至干燥毛白杨板材表面，喷洒至板材含水率为50％后，再将其置于28℃，将白腐菌菌液均匀喷洒至潮湿板材表面，控制菌液浓度为105cfu/ml，菌液喷洒量为ms培养基分散液体积的1/20，随后静置培养3周，用去离子水冲洗3次后，再在120℃下灭菌处理10min，收集微生物预处理板材并按重量份数计，分别称量45份去离子水、10份活化钢渣颗粒、25份ph为5.0乙酸钠缓冲液和6份微生物预处理板材置于反应釜中，搅拌混合得混合液，待浸泡处理3～5h后，再并按1.5u/mg，将纤维素酶添加至混合液中，在35℃、200r/min下摇床酶解20h后，再升温加热至100℃灭酶处理10min，静置冷却至室温，密封处理并对其碳化养护，控制碳化箱条件为：通入二氧化碳至co2分压为0.1mpa、温度为20℃，保温处理3h后，静置3h后，将碳处理板材取出并置于70℃下干燥，干燥至含水率为6％，得基体单板材料；取硫酸钙晶须并将其置于坩埚中，将坩埚置于马弗炉中，在120℃下预热10min后，再按5℃/min程序升温至550℃，保温煅烧25min后，随炉冷却至室温，得活化纤维；将去离子水和酚醛树脂混合，调制为固含量30％酚醛树脂溶液并按质量比1:15，将活化纤维添加至酚醛树脂溶液中，研磨分散并收集分散浆液，将基体单板材料浸泡至分散浆液液面以下2cm处，浸泡2h后，取出浸泡单板并沥干3min，再在100℃下干燥3h后，即可制备得所述的碳化沉积改性高强杨木单板材料；所述的活化钢渣制备步骤为：取钢渣颗粒并将其置于100℃下马弗炉中，煅烧活化处理25min后，静置冷却至室温，再在200rpm下球磨处理3h，过1000目筛并收集过筛颗粒，得活化钢渣颗粒。
实施例2
取毛白杨树木，将其切割分解，制备成单板尺寸后，将其置于110℃下干燥至含水率为10％，收集干燥毛白杨板材并将其置于29℃下，用ms培养基分散液喷洒至干燥毛白杨板材表面，喷洒至板材含水率为50％后，再将其置于29℃，将白腐菌菌液均匀喷洒至潮湿板材表面，控制菌液浓度为105cfu/ml，菌液喷洒量为ms培养基分散液体积的1/20，随后静置培养4周，用去离子水冲洗4次后，再在122℃下灭菌处理12min，收集微生物预处理板材并按重量份数计，分别称量47份去离子水、12份活化钢渣颗粒、27份ph为5.0乙酸钠缓冲液和7份微生物预处理板材置于反应釜中，搅拌混合得混合液，待浸泡处理4h后，再并按1.5u/mg，将纤维素酶添加至混合液中，在36℃、225r/min下摇床酶解22h后，再升温加热至100℃灭酶处理12min，静置冷却至室温，密封处理并对其碳化养护，控制碳化箱条件为：通入二氧化碳至co2分压为0.1mpa、温度为22℃，保温处理4h后，静置4h后，将碳处理板材取出并置于72℃下干燥，干燥至含水率为7％，得基体单板材料；取硫酸钙晶须并将其置于坩埚中，将坩埚置于马弗炉中，在122℃下预热12min后，再按5℃/min程序升温至575℃，保温煅烧27min后，随炉冷却至室温，得活化纤维；将去离子水和酚醛树脂混合，调制为固含量30％酚醛树脂溶液并按质量比1:15，将活化纤维添加至酚醛树脂溶液中，研磨分散并收集分散浆液，将基体单板材料浸泡至分散浆液液面以下2cm处，浸泡2h后，取出浸泡单板并沥干4min，再在105℃下干燥4h后，即可制备得所述的碳化沉积改性高强杨木单板材料；所述的活化钢渣制备步骤为：取钢渣颗粒并将其置于105℃下马弗炉中，煅烧活化处理27min后，静置冷却至室温，再在250rpm下球磨处理4h，过1000目筛并收集过筛颗粒，得活化钢渣颗粒。
实施例3
取毛白杨树木，将其切割分解，制备成单板尺寸后，将其置于120℃下干燥至含水率为10％，收集干燥毛白杨板材并将其置于30℃下，用ms培养基分散液喷洒至干燥毛白杨板材表面，喷洒至板材含水率为50％后，再将其置于30℃，将白腐菌菌液均匀喷洒至潮湿板材表面，控制菌液浓度为105cfu/ml，菌液喷洒量为ms培养基分散液体积的1/20，随后静置培养5周，用去离子水冲洗5次后，再在125℃下灭菌处理15min，收集微生物预处理板材并按重量份数计，分别称量50份去离子水、15份活化钢渣颗粒、30份ph为5.0乙酸钠缓冲液和8份微生物预处理板材置于反应釜中，搅拌混合得混合液，待浸泡处理5h后，再并按1.5u/mg，将纤维素酶添加至混合液中，在37℃、250r/min下摇床酶解24h后，再升温加热至100℃灭酶处理15min，静置冷却至室温，密封处理并对其碳化养护，控制碳化箱条件为：通入二氧化碳至co2分压为0.2mpa、温度为25℃，保温处理5h后，静置5h后，将碳处理板材取出并置于75℃下干燥，干燥至含水率为8％，得基体单板材料；取硫酸钙晶须并将其置于坩埚中，将坩埚置于马弗炉中，在125℃下预热15min后，再按5℃/min程序升温至600℃，保温煅烧30min后，随炉冷却至室温，得活化纤维；将去离子水和酚醛树脂混合，调制为固含量30％酚醛树脂溶液并按质量比1:15，将活化纤维添加至酚醛树脂溶液中，研磨分散并收集分散浆液，将基体单板材料浸泡至分散浆液液面以下2cm处，浸泡3h后，取出浸泡单板并沥干5min，再在110℃下干燥5h后，即可制备得所述的碳化沉积改性高强杨木单板材料；所述的活化钢渣制备步骤为：取钢渣颗粒并将其置于110℃下马弗炉中，煅烧活化处理30min后，静置冷却至室温，再在300rpm下球磨处理5h，过1000目筛并收集过筛颗粒，得活化钢渣颗粒。
显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
将本发明技术方案制备的实施例1实施例2实施例3和对照组进行对比实现，通过热压5层单板后制备的复合板材性能研究材料性能，控制热压温度为135～145℃；热压时间为1～2min/mm；单板双面施胶量（后简称施胶量）为200～300g/m2，单位热压压力设定为2.9mpa，依据中华人民共和国国家标准gb-t17657-2013人造板及饰面人造板理化性能试验方法进行测定并检测数据，具体测试数据如表1所示；
对照组：未通过酶解处理和微生物处理并不进行碳化处理的杨木单板
表1性能对照表
由上表可知，本发明制备的单板材料具有优异的力学强度，同时其结构致密，抗吸水性能优异。