專(zhuān)利名稱(chēng):聚甲基丙烯酸甲酯仿紅木復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明屬仿紅木復(fù)合材料及其制備領(lǐng)域,特別是涉及一種聚甲基丙烯酸甲酯仿紅
木復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù):
紅木是一類(lèi)珍貴木材,主要有紫檀木(RED SANDALWOOD,主要產(chǎn)于印度、越南、泰 國(guó)、緬甸及南洋群島)、酸枝木(BLACKWOOD,分布于熱帶及亞熱帶地區(qū))、花梨木(PADA區(qū),分 布于全球熱帶地區(qū))、雞翅木等。紅木具有結(jié)構(gòu)致密、耐腐、材質(zhì)硬重細(xì)膩、具特殊香氣、色澤 深沉等特點(diǎn),是木材中的精品,長(zhǎng)期以來(lái)一直受到人們的青睞。 紅木生長(zhǎng)期較長(zhǎng),在經(jīng)過(guò)人類(lèi)長(zhǎng)期采伐后,紅木資源已大幅減少。在各國(guó)加強(qiáng)保護(hù) 本國(guó)森林資源的大環(huán)境下,紅木已逐漸成為稀缺資源。在這種大形勢(shì)下,人們開(kāi)始瞄向人工 制作的仿紅木材料。 李宗奎李宗奎,仿紅木制品及其壓制模具87213756. 2[P]. 1987_09_23公開(kāi)了
一種制造仿紅木制品的方法。采用了塑化纖維粉作為原料在模具內(nèi)熱壓成型。周佑申等 人周佑申等,塑化纖維制造工藝88105469[P]. 1988-02-01公開(kāi)了一種塑化纖維材料 制造工藝。它用大量粗木屑和天然纖維為填料,并采用以少量樹(shù)脂充分滲透到纖維內(nèi)部, 然后在加熱加壓條件下成型、固化的方法,因此成本低,并具有模壓塑料的特性。和膠木相 比,脆性也得到改善。對(duì)于加入適當(dāng)顏料或染料的制品,可制成仿紅木。采用脲醛樹(shù)脂并 在表面畫(huà)有木紋的淺色塑化纖維,適宜做組合家倶。楊虎楊虎,仿真裝飾板模具的成型方 法96114110. 7[P]. 1996-12-24發(fā)明了一種仿真裝飾板模具的成型方法。它是將合成材 料或橡膠直接噴涂、滾刷或吸塑到帶有木紋或石紋的木板或石板上一次成型的,其產(chǎn)品可 制作各種仿紅木、楠木、柚木、水曲柳及大理石、花崗石、裝飾板模具。陳克儉陳克儉,熱固 性麻絨材料89109454. 7[P]. 1989-12-26發(fā)明了一種熱固性麻絨復(fù)合材料的生產(chǎn)方法, 可生產(chǎn)仿紅木等色彩的模壓工藝品和家具。具體工藝為采用麻紡工業(yè)的下腳料麻絨,經(jīng)清 除、梳理、浸以熱固性樹(shù)脂,降壓脫除溶劑、烘焙、模壓熱固而成,可以承受車(chē)、銑、刨、鉆等機(jī) 械加工。楊光等人楊光等,一種藝術(shù)雕花家具及制作方法96118043. 9[P]. 1996-02-12
發(fā)明了一種藝術(shù)雕花家具的制作方法。它是在刻有藝術(shù)雕花圖案的模具上由預(yù)制的裝飾 漆膜、有機(jī)面料和加強(qiáng)材料以及含有大量植物纖維的骨架料一次模壓而成,其油漆與家 具一次成型,有機(jī)面料與無(wú)機(jī)骨架料緊密包裹,省去了后打磨刷漆工藝,可制成仿古銅、 仿紅木等多種藝術(shù)雕花家具。陳玉和等人陳玉和等,泡桐單板仿紅木染色的生產(chǎn)方法 01114356. 8[P]. 2001-07-12發(fā)明了一種在木材生產(chǎn)加工中用于對(duì)泡桐單板進(jìn)行仿紅木染 色的方法。是將漂白的泡桐單板放入染缸中,將由酸性大紅、酸性湖藍(lán)、酸性嫩黃及滲透劑、 食鹽和乙酸制成的染色液倒入染缸中,升溫至9(TC在恒溫下保持循環(huán),染色4小時(shí)后排除 染液,水洗后干燥即可。 上述發(fā)明都聲稱(chēng)可生產(chǎn)仿紅木材料,但有的只是將木材染色而已,而大部分為天 然材料如木材、纖維類(lèi)與高分子材料的復(fù)合,實(shí)質(zhì)上是塑木類(lèi)復(fù)合材料。張銅印等人張銅印等,新型環(huán)保塑木材料及其制作方法01123791. 0 [P]. 2001-08-01發(fā)明了一種環(huán)保塑木 材料。它是采用塑料、天然纖維和各種助劑配制而成。其制作方法是在高速混合機(jī)中,將 天然纖維加偶聯(lián)劑進(jìn)行表面改性,再加入塑料及各種助劑,混合均勻后放入擠出機(jī)中擠出, 通過(guò)模具制成不同形狀并快速冷卻定型,切割成型材。趙麥群等人趙麥群等, 一種植物 秸稈增強(qiáng)聚烯烴復(fù)合材料及其制造方法200710019100. 9[P]. 2007-11-19發(fā)明了一種由 天然植物秸稈、聚烯烴塑料和加工助劑組成的增強(qiáng)聚烯烴復(fù)合材料。加工助劑為總重量的 2% 5%,加工助劑包括偶聯(lián)劑、相容劑、潤(rùn)滑劑的任意兩種或三種的混合。制備方法為
植物秸稈經(jīng)粉碎烘干后與加工助劑混合,然后再與聚烯烴粒料共混、造粒,再擠出、冷卻定 型、牽引切割成一定規(guī)格的塑木材料。甘益力等人甘益力等,塑木材料及其制備方法和應(yīng) 用200710037114. 3[P]. 2007-02-02公開(kāi)了一種塑木材料的制備方法。所說(shuō)的塑木材料 的組分和重量份數(shù)比例包括熱塑性塑料35 50份,植物纖維50 60份,偶聯(lián)劑1 5 份。發(fā)明的塑木材料可以采用擠出成型工藝制備型材、板材、并可采用注塑、吹塑、模壓成型 工藝。丁建生等人丁建生等,無(wú)機(jī)納米粒子復(fù)合塑木材料及其制備方法200610039984. X[P]. 2006-04-28發(fā)明了一種無(wú)機(jī)納米粒子復(fù)合塑木材料,由下列各組分組成(A)質(zhì)量 百分比24-98%的塑料;(B)質(zhì)量百分比0-70%的天然纖維;(C)質(zhì)量百分比1_30%的無(wú)機(jī) 納米粒子。將上述組分經(jīng)過(guò)高速混合、擠出、注塑和模壓等工序即可制得成品。據(jù)稱(chēng)該無(wú)機(jī) 納米粒子復(fù)合塑木材料相比普通塑木復(fù)合材料,沖擊強(qiáng)度可提高10-20kJ/m2,彎曲強(qiáng)度可 提高5-18MPa。陳坤陳坤,一種抗菌負(fù)離子塑木材料200710073848. 7[P]. 2007-04-11
發(fā)明了一種由載銀抗菌劑、復(fù)合防腐劑、木質(zhì)纖維粉、負(fù)離子礦物粉、高分子聚合物及輔助 材料等制成的一種抗菌負(fù)離子塑木材料。制備時(shí)先將高分子聚合物在螺桿溫度及擠出壓力 的作用下與載銀抗菌劑、復(fù)合抗菌劑、復(fù)合防腐劑、木質(zhì)纖維粉及輔助材料混熔。通過(guò)擠出 模真空成型,模壓成型或輥壓成型等方式獲得抗菌負(fù)離子塑木材料。據(jù)稱(chēng)該材料具有抗菌、 遠(yuǎn)紅外發(fā)射、負(fù)離子功能及材料防腐特性。Zehner等人Zehner et al. , Synthetic wood composite material and method for molding, U. S. Pat. No. 6780359將纖維素類(lèi)材料與 塑料混合在一起發(fā)明了一種纖維素增強(qiáng)的復(fù)合塑料板。先將纖維素打碎,然后造粒,進(jìn)入模 具塑造成型。Liu等人Liu et al. ,F(xiàn)ire retardant wood composite materials,U. S. Pat. No. 6713168發(fā)明了一種由木質(zhì)纖維束和至少一種有機(jī)磷酯類(lèi)復(fù)合而成的阻燃復(fù)合板材。 加工過(guò)程中,該力學(xué)取向的復(fù)合材料板材中的有機(jī)磷酯類(lèi)在加壓的熱環(huán)境下發(fā)生了交聯(lián)作 用并固化成型。Rosthauser等人在類(lèi)似的2個(gè)專(zhuān)利中Rosthauser et al. , MixedPMDI/ resole resin binders for the production of wood composite products, U. S. Pat. No.6641761 ;Rosthauser et al. , Mixed PMDI/solid novolac resin binders for the production of woodcomposite products,U. S. Pat. No. 6641762公開(kāi)了一禾中將木材與聚甲 醛、聚苯異氰酸酯和酚醛樹(shù)脂在模具內(nèi)或壓力下固化復(fù)合成型的發(fā)明。Black等人Black et al. ,Wood compositeprepared with a B-stageable resin,U. S. Pat. No. 6432254發(fā)明 了一種酚醛塑木復(fù)合材料。先將酚醛樹(shù)脂涂敷在木質(zhì)器件上;在80 14(TC下,樹(shù)脂在器件 表面形成包覆層;再在過(guò)熱蒸汽環(huán)境中使樹(shù)脂固化成型。所用酚醛樹(shù)脂的分子量在200 600之間,苯酚與甲醛的摩爾比為1.3 : 1到2.0 : 1。 以上介紹的塑木復(fù)合材料中的木材加入形式一般都是以打碎狀態(tài)進(jìn)入的,具有操 作方便的優(yōu)點(diǎn)。但眾所周知,絕大部分高分子材料都有蠕變現(xiàn)象,即尺寸穩(wěn)定性較差。上述復(fù)合材料中的木材組分并不能起到提高尺寸穩(wěn)定性的作用。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種聚甲基丙烯酸甲酯仿紅木復(fù)合材料及其
制備方法,該材料提高了木材的密度,降低了木材吸水率、脹縮性和對(duì)氣候的敏感性,尺寸
穩(wěn)定性提高,力學(xué)性能的均衡性提高;制備方法操作簡(jiǎn)單,成本低,經(jīng)濟(jì)效益高。 本發(fā)明的一種聚甲基丙烯酸甲酯仿紅木復(fù)合材料,該材料以軟木材為基質(zhì),引甲
基丙烯酸甲酯單體滲透入木材內(nèi)部后聚合而成的復(fù)合材料,甲基丙烯酸甲酯單體與木塊的
質(zhì)量比為O. 3 2 : 1。 所述的軟木材指的是木材工藝上所稱(chēng)的針葉樹(shù)的木材。
所述的軟木材在加工前需用堿液進(jìn)行脫脂處理。
所述的復(fù)合材料為任意尺寸的板材或成型器件。 本發(fā)明的一種聚甲基丙烯酸甲酯仿紅木復(fù)合材料的制備方法,包括
(1)將軟木材浸泡在堿液中進(jìn)行回流脫脂; (2)取出脫脂后的軟木材,于50 10(TC下用水回流洗去堿液,在70士2(rC溫度下 烘干; (3)常溫真空狀態(tài)下,將軟木材浸泡在溶有染料的甲基丙烯酸甲酯單體溶液中 0. 5 10小時(shí),使甲基丙烯酸甲酯單體和染料滲透入軟木材中; (4)將浸透了甲基丙烯酸甲酯單體和染料的軟木材置放于烘干器中,于70 12(TC溫度下進(jìn)行聚甲基丙烯酸甲酯聚合1 5小時(shí),取出后進(jìn)行表面打磨即得仿紅木復(fù)合 材料。 所述步驟(1)中的堿液為NaOH、 Na2C03、 NaHC03中的一種或幾種的混合;堿液的質(zhì) 量百分比濃度為1 10%。 所述步驟(1)中的脫脂處理時(shí)間為1 20小時(shí),溫度為50 IO(TC。所述步驟(3)中的染料為分散大紅HBGL、分散大紅S-BWFL、分散大紅BWFL、分散黑
EX-SF、分散黑BRFL、分散棕2B-FS、分散紫S-4B中的一種或幾種。 所述步驟(3)中的甲基丙烯酸甲酯單體與染料的質(zhì)量比為40 70 : 1。 本發(fā)明的一種以聚甲基丙烯酸甲酯為增強(qiáng)材料的仿紅木復(fù)合材料可以代替優(yōu)質(zhì)
木材應(yīng)用于家倶、建筑、藝術(shù)等領(lǐng)域。 本發(fā)明的仿紅木復(fù)合材料采用軟木材為基質(zhì)起到容納聚甲基丙烯酸甲酯、維持材 料尺寸穩(wěn)定性、提供木質(zhì)紋路的作用且以整體狀態(tài)呈現(xiàn)的,有利于尺寸的穩(wěn)定;軟木材指的 是木材工藝上所稱(chēng)的針葉樹(shù)的木材,主要構(gòu)成成分是管胞,一般情況下,針葉樹(shù)材比闊葉樹(shù) 材為軟,經(jīng)濟(jì)價(jià)值也較低。聚甲基丙烯酸甲酯是在木材內(nèi)部聚合而成,起到增加材料強(qiáng)度、 硬度、抗彎性能、耐磨性能等力學(xué)性能的作用。通過(guò)與聚甲基丙烯酸甲酯的復(fù)合處理后,力 學(xué)性能大大增強(qiáng),提高了軟木材的利用價(jià)值。且制備方法操作簡(jiǎn)單,成本低,經(jīng)濟(jì)效益高。
少量染料的加入可使復(fù)合材料具有紅木的色澤,可模擬各種紅木(紫檀木、酸枝 木、花梨木、雞翅木等)。 本發(fā)明的仿紅木復(fù)合材料具有天然木材同樣的可加工性能,如鋸、削、刨、釘、榫 等,切割粘合等。
*^效果 (1)本發(fā)明的仿紅木復(fù)合材料采用軟木材為基質(zhì)。天然木材通常都存在三大類(lèi)天 然缺陷 ①木節(jié)、斜紋理以及因生長(zhǎng)應(yīng)力或自然損傷而形成的缺陷; ②生物為害的缺陷,主要有腐朽、變色和蟲(chóng)蛀等; ③干燥及機(jī)械加工引起的缺陷。如干裂、翹曲、鋸口傷等; 上述缺陷不同程度上降低了木材的等級(jí)以及利用價(jià)值,而通過(guò)與高分子材料的復(fù) 合處理后,這些缺陷都得到了克服; (2)通過(guò)對(duì)軟木材的復(fù)合處理,提高了木材的密度,降低了木材吸水率和脹縮性, 對(duì)氣候的敏感性大大降低,尺寸穩(wěn)定性大為提高; (3)木材為各向異性材料,順紋方向與橫紋方向的力學(xué)性質(zhì)有很大差別。但經(jīng)復(fù)合 處理后,力學(xué)性能的均衡性大為提高; (4)市面上的塑木復(fù)合材料中的木材成分一般都是粉碎后加入的,因此優(yōu)美的木 質(zhì)紋路已蕩然無(wú)存,而本發(fā)明由于采用了原形木材,保留了原始木紋,提高了產(chǎn)品的應(yīng)用檔 次; (5)本發(fā)明的制備方法操作簡(jiǎn)單,成本低,經(jīng)濟(jì)效益高。
圖1 :原材料 圖2 :仿紅木復(fù)合材料
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例,進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解,這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解,在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后,本領(lǐng)域技術(shù)人 員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改,這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限定 的范圍。 實(shí)施例1 (1)將一塊松木板材浸入濃度為1 %的NaOH堿液中進(jìn)行回流脫脂處理,處理時(shí)間 為IO小時(shí),處理溫度為80°C ; (2)取出木材,于6(TC下用水回流洗去堿液,再在6(TC溫度下烘干;
(3)常溫下,將木材處于真空狀態(tài)下抽吸1小時(shí),再于真空狀態(tài)下注入甲基丙烯酸 甲酯單體和染料(分散紫S-4B),甲基丙烯酸甲酯單體與染料的質(zhì)量比為40 : l,待溶液浸 沒(méi)木材后撤除真空,維持浸沒(méi)1小時(shí); (4)將浸透了甲基丙烯酸甲酯單體和染料的木材置放于烘干器中,于12(TC溫度
下進(jìn)行聚甲基丙烯酸甲酯聚合2小時(shí); (5)取出后進(jìn)行表面打磨即得仿紅木復(fù)合材料。 (6)經(jīng)測(cè)試,仿紅木復(fù)合材料樣條的密度值從處理前的0. 42g/cm3升至處理后的 0. 76g/cm 提高了 80% ;沖擊強(qiáng)度從處理前的15. 6kJ/m2升至處理后的39. 8kJ/tf,提高了 155%。
實(shí)施例2 (1)將一塊杉木板材浸入濃度為1. 5 %的NaOH堿液中進(jìn)行回流脫脂處理,處理時(shí)間為12小時(shí),處理溫度為90°C ; (2)取出木材,于7(TC下用水回流洗去堿液,再在65t:溫度下烘干;
(3)常溫下,將木材處于真空狀態(tài)下抽吸2小時(shí),再于真空狀態(tài)下注入甲基丙烯酸甲酯單體和染料(分散黑EX-SF),甲基丙烯酸甲酯單體與染料的質(zhì)量比為50 : l,待溶液浸沒(méi)木材后撤除真空,維持浸沒(méi)2小時(shí); (4)將浸透了甲基丙烯酸甲酯單體和染料的木材置放于烘干器中,于ll(TC溫度
下進(jìn)行聚甲基丙烯酸甲酯聚合3小時(shí); (5)取出后進(jìn)行表面打磨即得仿紅木復(fù)合材料。 實(shí)施例3 (1)將一塊柏木板材浸入濃度為2%的Na2C03堿液中進(jìn)行回流脫脂處理,處理時(shí)間為15小時(shí),處理溫度為95。C ; (2)取出木材,于8(TC下用水回流洗去堿液,再在7(TC溫度下烘干;
(3)常溫下,將木材處于真空狀態(tài)下抽吸2. 5小時(shí),再于真空狀態(tài)下注入甲基丙烯酸甲酯單體和染料(分散棕2B-FS),甲基丙烯酸甲酯單體與染料的質(zhì)量比為60 : l,待溶液浸沒(méi)木材后撤除真空,維持浸沒(méi)2. 5小時(shí); (4)將浸透了甲基丙烯酸甲酯單體、催化劑和染料溶液的木材置放于烘干器中,于10(TC溫度下進(jìn)行聚甲基丙烯酸甲酯聚合4小時(shí);
(5)取出后進(jìn)行表面打磨即得仿紅木復(fù)合材料。
實(shí)施例4 (1)將一塊梧桐木板材浸入濃度為2%的NaHC03堿液中進(jìn)行回流脫脂處理,處理時(shí)間為17小時(shí),處理溫度為IO(TC ; (2)取出木材,于9(TC下用水回流洗去堿液,再在75t:溫度下烘干;
(3)常溫下,將木材處于真空狀態(tài)下抽吸3小時(shí),再于真空狀態(tài)下注入甲基丙烯酸甲酯單體和染料溶液(分散大紅HBGL),甲基丙烯酸甲酯單體與染料的質(zhì)量比為70 : l,待溶液浸沒(méi)木材后撤除真空,維持浸沒(méi)3小時(shí); (4)將浸透了甲基丙烯酸甲酯單體、催化劑和染料溶液的木材置放于烘干器中,于15(TC溫度下進(jìn)行聚甲基丙烯酸甲酯聚合16小時(shí);
(5)取出后進(jìn)行表面打磨即得仿紅木復(fù)合材料。
權(quán)利要求
一種聚甲基丙烯酸甲酯仿紅木復(fù)合材料,該材料以軟木材為基質(zhì),引甲基丙烯酸甲酯單體滲透入木材內(nèi)部后聚合而成的復(fù)合材料,甲基丙烯酸甲酯單體與木塊的質(zhì)量比為0.3~2∶1。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚甲基丙烯酸甲酯仿紅木復(fù)合材料,其特征在于所述的軟木材為針葉樹(shù)的木材。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚甲基丙烯酸甲酯仿紅木復(fù)合材料,其特征在于所述的軟木材在加工前需用堿液進(jìn)行脫脂處理。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚甲基丙烯酸甲酯仿紅木復(fù)合材料,其特征在于所述的復(fù)合材料為任意尺寸的板材或成型器件。
5. —種聚甲基丙烯酸甲酯仿紅木復(fù)合材料的制備方法,包括(1) 將軟木材浸泡在堿液中進(jìn)行回流脫脂;(2) 取出脫脂后的軟木材,于50 10(TC下用水回流洗去堿液,在70士2(TC溫度下烘干;(3) 常溫真空狀態(tài)下,將軟木材浸泡在溶有染料的甲基丙烯酸甲酯單體溶液中0. 5 10小時(shí),使甲基丙烯酸甲酯單體和染料滲透入軟木材中;(4) 將浸透了甲基丙烯酸甲酯單體和染料的軟木材置放于烘干器中,于70 12(TC溫度下進(jìn)行聚甲基丙烯酸甲酯聚合1 5小時(shí),取出后進(jìn)行表面打磨即得仿紅木復(fù)合材料。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種聚甲基丙烯酸甲酯仿紅木復(fù)合材料的制備方法,其特征在于所述步驟(1)中的堿液為NaOH、 Na2C03、 NaHC03中的一種或幾種的混合;堿液的質(zhì)量百分比濃度為1 10%。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種聚甲基丙烯酸甲酯仿紅木復(fù)合材料的制備方法,其特征在于所述步驟(1)中的脫脂處理時(shí)間為1 20小時(shí),溫度為50 IO(TC。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種聚甲基丙烯酸甲酯仿紅木復(fù)合材料的制備方法,其特征在于所述步驟(3)中的染料為分散大紅HBGL、分散大紅S-BWFL、分散大紅BWFL、分散黑EX-SF、分散黑BRFL、分散棕2B-FS、分散紫S-4B中的一種或幾種。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種聚甲基丙烯酸甲酯仿紅木復(fù)合材料的制備方法,其特征在于所述步驟(3)中的甲基丙烯酸甲酯單體與染料的質(zhì)量比為40 70 : 1。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種聚甲基丙烯酸甲酯仿紅木復(fù)合材料及其制備方法,該材料以軟木材為基質(zhì),引甲基丙烯酸甲酯單體滲透入木材內(nèi)部后聚合而成的復(fù)合材料;制備包括(1)將軟木材浸泡在堿液中進(jìn)行回流脫脂;(2)取出脫脂后的軟木材,回流洗去堿液,烘干;(3)常溫真空狀態(tài)下,將軟木材浸泡在溶有染料的甲基丙烯酸甲酯單體溶液中0.5~10小時(shí);(4)將上述軟木材置放于烘干器中,聚合,即得。本發(fā)明的材料提高了木材的密度,降低了木材吸水率、脹縮性和對(duì)氣候的敏感性,尺寸穩(wěn)定性提高,力學(xué)性能的均衡性提高;制備方法操作簡(jiǎn)單,成本低,經(jīng)濟(jì)效益高。
文檔編號(hào)B27K7/00GK101791815SQ20101011419
公開(kāi)日2010年8月4日 申請(qǐng)日期2010年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月25日
發(fā)明者楊慶, 甘菊, 章悅庭, 蘇峰, 袁增藝, 黃秀成 申請(qǐng)人:東華大學(xué)