專利名稱：：木質(zhì)纖維素基模制產(chǎn)品及其制造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及木質(zhì)纖維素基模制產(chǎn)品及其制造工藝。技術(shù)背景通常，將源自石油的熱塑性和熱硬性樹脂用于汽車的模制樹脂零件等。例如，汽車煙灰缸由混合有木屑、木質(zhì)纖維等的酚醛樹脂等模制而成。然而，由諸如酴醛樹脂的源自石油的材料而模制的產(chǎn)品在燃燒時(shí)增加了地球的二氧化碳。此外，酚醛樹脂等含有游離酚和甲醛，并因此可以產(chǎn)生危害人體的物質(zhì)。因此，已經(jīng)研發(fā)了一種技術(shù)，根據(jù)該技術(shù)，通過使源自植物的木質(zhì)纖維素基材料經(jīng)受蒸汽處理，接著進(jìn)行烘干和粉碎，并隨后通過施加熱和壓力模制它，來獲得類似于熱硬性樹脂產(chǎn)品的模制產(chǎn)品(例如，見曰本的未審查專利申請(qǐng)No.2003-165844)。然而，僅由木質(zhì)纖維素基材料才莫制的產(chǎn)品在耐吸水性能方面較差，并且耐濕性低，并因此不適合作為汽車的模制樹脂零件，因?yàn)樗鼈冊(cè)诒挥米髌嚠a(chǎn)品時(shí)會(huì)經(jīng)歷諸如膨脹的變形。進(jìn)一步，木質(zhì)纖維素基材料具有這樣的問題它不能模制成復(fù)雜的形狀，因?yàn)槭┘拥椒勰┬问降哪举|(zhì)纖維素基材料上的熱量僅僅使它的一'J、部分變成液體形式。此外，》于于由混合有其它普通熱塑性、熱石更性或生物可降解的樹脂的木質(zhì)纖維素基材料模制的產(chǎn)品，有這樣的問題普通熱塑性和熱硬性樹脂源自石油，并且熱塑性和生物可降解的樹脂不與木質(zhì)纖維素基材料反應(yīng)，這說明了混合材料的較差的機(jī)械性能以及模制產(chǎn)品的較差的耐久性。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明致力于解決上述問題。本發(fā)明的主要目的是提供一種木質(zhì)纖維素基^t制產(chǎn)品，它的耐吸水性能和耐濕性得到纟是高，對(duì)環(huán)境和人體造成較少的負(fù)擔(dān)，并且可以具有復(fù)雜的外形，此外還提供一種制造該木質(zhì)纖維素基^t制產(chǎn)品的工藝。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的木質(zhì)纖維素基模制產(chǎn)品的特征在于由混合有呋喃樹脂的經(jīng)蒸汽處理的木質(zhì)纖維素基材料才莫制而成。理想地，木質(zhì)纖維素基材料與呋喃樹脂之間的重量混合比應(yīng)該在100/3至100/45的范圍中。對(duì)木質(zhì)纖維素基材料的蒸汽處理分解半纖維素和木質(zhì)素，因而產(chǎn)生熱塑性成分。進(jìn)一步，與木質(zhì)纖維素基材料混合的呋喃樹脂(液體形式時(shí)為自然熱硬性的)導(dǎo)致流動(dòng)性和交聯(lián)密度的增加。此外，因?yàn)檫秽珮渲峭ㄟ^使玉米的穗軸經(jīng)受碳化處理而獲得的源自植物的材料，因此將它燃燒等不會(huì)導(dǎo)致二氧化碳的增加，并JU吏用它可以減少乂十人體的負(fù)4旦。因此，根據(jù)本發(fā)明的木質(zhì)纖維素基沖莫制產(chǎn)品提高了耐吸水性能和耐濕性，并且對(duì)環(huán)境和人體施加較少的負(fù)4旦。理想地，制造木質(zhì)纖維素基模制產(chǎn)品的工藝應(yīng)該包括通過利用剪切力的混合器將經(jīng)蒸汽處理的木質(zhì)纖維素基材料和呋喃樹脂混合的步驟。特別地，通過利用剪切力的混合器(諸如雙軸4齊壓才幾或攪拌機(jī))將木質(zhì)纖維素基材料和呋喃樹脂混合，可以使交聯(lián)密度進(jìn)一步增加，這導(dǎo)致木質(zhì)纖維素基才莫制產(chǎn)品的耐吸水性和耐濕性進(jìn)一步才是高。理想地，制造木質(zhì)纖維素基才莫制產(chǎn)品的工藝應(yīng)該包括以下步驟將經(jīng)蒸汽處理的木質(zhì)纖維素基材料和呋喃樹脂混合，并通過注模機(jī)對(duì)木質(zhì)纖維素基材料和呋喃樹脂的混合物進(jìn)行注射模制。通過注模機(jī)進(jìn)行注射模制，可以容易地將木質(zhì)纖維素基材料和呋喃樹脂的混合物模制成三維形狀。附圖^兌明通過下文給出的詳細(xì)描述和僅僅通過示例方式給出的附圖(附圖不限制本發(fā)明)，將會(huì)更全面地理解本發(fā)明，其中圖l是根據(jù)本發(fā)明的木質(zhì)纖維素基模制產(chǎn)品的實(shí)例的透視圖；以及圖2是示出了制造根據(jù)本發(fā)明的木質(zhì)纖維素基模制產(chǎn)品的工藝實(shí)例的工藝流^E圖。具體實(shí)施方式圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的木質(zhì)纖維素基模制產(chǎn)品的實(shí)例的透視圖。圖1中所示的木質(zhì)纖維素基模制產(chǎn)品l是汽車的模制樹脂零件(煙灰缸)，它是通過將熱和壓力施加至混合有呋喃樹脂的木質(zhì)纖維素基材料來模制的。特別地，諸如木頭、竹子、洋麻等的源自植物(即，源自樹木或源自草本植物)的木質(zhì)纖維素基材料經(jīng)受所謂的蒸汽處理。特別地，在具有高溫高壓蒸汽的抗壓容器中蒸煮木質(zhì)纖維素基材料。蒸煮之后，通過快速排放到大氣壓力中來使木質(zhì)纖維素基材料經(jīng)受吹洗(blasting)。這種蒸汽處理分解組成木質(zhì)纖維素基材料的一些半纖維素和木質(zhì)素，因而生成了熱塑性組分，并且使得木頭或植物纖維更容易松弛。應(yīng)注意，當(dāng)進(jìn)行蒸汽處理時(shí)，木質(zhì)纖維素基材料還生成諸如乙酸或乙醛的酸性物質(zhì)。因此，可以將諸如氧化鈣的堿性物質(zhì)添加至木質(zhì)纖維素基材料，以作為中和劑。在高溫和高壓下進(jìn)行的蒸汽處理殺死包含在木質(zhì)纖維素基材料中的昆蟲、真菌、細(xì)菌等，并且因此導(dǎo)致抗腐蝕性和耐久性的提高。將經(jīng)蒸汽處理的木質(zhì)纖維素基材料烘千，并且隨后將其粉碎從而以細(xì)d、粉末的形式<吏用。另一方面，呋喃樹脂是通過使玉米的穗軸等經(jīng)受碳化處理而獲得的自然的熱硬性樹脂。使用由呋喃和糠醛乙醇組成并且在常溫下為液體形式的吹喃樹脂。當(dāng)呋喃樹脂的硬化時(shí)間需要與上述木質(zhì)纖維素基材料的硬化時(shí)間相同時(shí)，將硬化劑添加至呋喃樹脂。例如，使用諸如對(duì)甲苯磺酰胺、乙酸或蟻酸的酸作為石更化劑。在臼研機(jī)中人工地將木質(zhì)纖維素基材料和呋喃樹脂混合，或者通過利用剪切力的混合器(諸如雙軸擠壓機(jī)或攪拌機(jī))來混合二者。當(dāng)木質(zhì)纖維素基模制產(chǎn)品l應(yīng)該具有阻燃性時(shí)，將諸如面素基(特別是溴基)阻燃劑、磷基阻燃劑、氫氧化鋁、氫氧化<溪等的阻燃劑添力口至混合物。將木質(zhì)纖維素基材料和呋喃樹脂的混合物放入沖莫子中，并且通過熱壓機(jī)對(duì)其進(jìn)行熱壓，因此獲得木質(zhì)纖維素基模制產(chǎn)品1。這里，可以用利用注模機(jī)的注射模制來替代利用熱壓機(jī)的模制。利用注模機(jī)的注射模制使得可以容易地將木質(zhì)纖維素基混合物;漠制成三維形狀。接著，將描述制造根據(jù)本發(fā)明的木質(zhì)纖維素基模制產(chǎn)品的工藝的具體實(shí)例。圖2是示出了制造根據(jù)本發(fā)明的木質(zhì)纖維素基模制產(chǎn)品的工藝實(shí)例的工藝流程圖。首先，在步驟Sl,使諸如木頭、竹子、洋麻、大麻或其它源自樹木或源自草本植物的材料經(jīng)受蒸汽處理。在隨后的步驟S2，將經(jīng)蒸汽處理的木質(zhì)纖維素基材料烘干并將其粉碎。同時(shí)，在步驟S3，將硬/化劑添加至呋喃樹脂。隨后，在步驟S4，例如通過雙軸才齊壓4幾將4分碎的木質(zhì)纖維素基材料和呋喃樹脂混合。在隨后的步驟S5，將木質(zhì)纖維素基材料和呋喃樹脂的混合物放在i殳定了70至12(TC的烘干溫度的烘干才幾上，以《更將混合物烘干至2%的濕度含量。隨后在步驟S6，將混合物放在被加熱到160至220°C的模子中，在熱壓機(jī)中對(duì)模子施加80至600kgf/cm2(7.8至56.8MPa)的壓力30至300秒。根據(jù)木質(zhì)纖維素基材料的類型以及混合物中呋喃樹脂的比例來調(diào)節(jié)模子的溫度、所施加的壓力、壓力保持時(shí)間等。接著在步驟S7，將模子冷卻到12(TC或更低，并將模制產(chǎn)品移開。如上所述，對(duì)木質(zhì)纖維素基材料的蒸汽處理分解半纖維素和木質(zhì)素，因而生成了熱塑性成分。進(jìn)一步，混合有木質(zhì)纖維素基材料的呋喃樹脂(它是自然的熱硬性樹脂)導(dǎo)致交聯(lián)密度的增加。進(jìn)一步，因?yàn)檫秽珮渲亲匀徊牧?，因此將它燃燒等不?huì)導(dǎo)致二氧化,灰的增力口，并且使用它可以減少對(duì)人體的負(fù)擔(dān)。因此，生成的木質(zhì)纖維素基模制產(chǎn)品的耐吸水性和耐濕性提高了，并且此產(chǎn)品對(duì)環(huán)境和人體帶來4交少的負(fù)4旦。盡管在上述的工藝中，提前在步驟S3中將硬化劑添加至呋喃樹脂，但是可以在步驟S4將硬化劑與木質(zhì)纖維素基材料和呋喃樹脂混合?？商鎿Q地，可以不添加硬化劑來進(jìn)行模制。進(jìn)一步，在步驟S6和S7的模制可以是注射模制。實(shí)例實(shí)例1至實(shí)例3將吹喃樹脂(由HitachiChemicalCo.,Ltd.制造的"Hitafuran")與經(jīng)蒸汽處理的楓木粉末混合，其中在例1中呋喃樹脂的比例是9wt%(重量百分比)，在例2中是18wt。/。以及在例3中是27wt%。應(yīng)注意，將利用9倍的水稀釋的對(duì)甲苯磺酰胺(例如，由HitachiChemicalCo.，Ltd.制造的"HitafuranhardenerA3")作為硬化劑添加至呋喃樹脂，其中對(duì)曱苯碌酰胺相對(duì)于呔喃樹脂的比例約為10wt%，并且因此，在例1中硬化劑相對(duì)于才莫制產(chǎn)品整體重量的比例是0.1wt%,在例2中是0.2wt%,并且在例3中是0.3wt%。在臼研機(jī)中人工混合楓木粉末和添加有硬化劑的呔喃樹脂。將所得到的混合物;改入被加熱到20(TC的模子中，并且通過熱壓才幾對(duì)其進(jìn)4亍熱壓，其中施加122kgf/cm2(12.0MPa)的壓力2分鐘。比4交實(shí)例1《又將經(jīng)蒸汽處理的4風(fēng)木粉末^:入被加熱到20(TC的才莫子中，并且通過熱壓才幾進(jìn)4亍熱壓，其中施加122kgf/cm2(12.0MPa)的壓力2分鐘。比4交實(shí)例2，3將呋喃樹脂(HitachiChemicalCo.,Ltd.制造的"Hitafuran")與經(jīng)蒸汽處理的楓木粉末混合，其中在比較實(shí)例2中呋喃樹脂的比例是3wt%(重量百分比)，而在比專交實(shí)例3中是45wt%。應(yīng)注意，將用9倍的水稀釋的對(duì)曱笨績酰胺(例如，由HitachiChemicalCo.,Ltd.制造的"HitafuranhardenerA3")作為石更化劑添加至呋喃樹脂，其中對(duì)曱苯磺酰胺相對(duì)于呋喃樹脂的比例約為10wt%，并且因此，在比較實(shí)例1中硬化劑相對(duì)于才莫制產(chǎn)品整體重量的比例是0.04wt%，并且在比4交實(shí)例3中是0.5wt%。在臼研機(jī)中人工混合4風(fēng)木粉末和添加有石更化劑的呋喃樹脂。將所得到的混合物放入被加熱到200。C的模子中，并且通過熱壓機(jī)進(jìn)4亍熱壓，其中施力口122kgf/cm2(12.0MPa)的壓力2分4中。將在實(shí)例1至3以及比較實(shí)例1和2(在比較實(shí)例3中才莫制失敗了，其將在隨后描述)中獲得的模制產(chǎn)品在水中浸泡，并且在24小時(shí)、48小時(shí)、和72小時(shí)后測(cè)量吸水百分?jǐn)?shù)。結(jié)果在表l中示出。應(yīng)注意，吸水百分?jǐn)?shù)是在特定小時(shí)后模制產(chǎn)品的重量相對(duì)于凈皮浸泡在水中之前的重量增加的百分凄t。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>如表1所示，在呋喃樹脂被混合的實(shí)例1至3中，在任刊-階段中，吸水百分?jǐn)?shù)與比較實(shí)例1和2相比都更低。這表明呋喃樹脂的混合導(dǎo)致耐吸水性能和耐濕性的提高。特別是在實(shí)例2和3中，其中分別以18wt。/。和27wto/o的比例混合呋喃樹脂，相對(duì)于其中沒有添加呋喃樹脂的比較實(shí)例1，實(shí)例2和3的吸水百分凄史降低至少一半。這表明18wt。/。與27wt。/。之間的呋喃樹脂的比例是令人滿意的。如比較實(shí)例2所示，以小于3wt。/。的比例混合的呋喃樹脂沒有顯著的凌文果。另一方面，如比4交實(shí)例3所示，以45wt。/o或更高比例混合的吹喃樹脂超過了正常量，并且導(dǎo)致過大的混合物流動(dòng)性，使得混合物通過模子中的縫隙流出并且不能祐^莫制。這表明3wt。/o與45wt。/。之間的呋喃樹脂比例是合適的。實(shí)例4利用雙軸才齊壓才幾將經(jīng)蒸汽處理的楓木4分末和沒有添加石更化劑的11wt。/o的呋喃樹脂(HitachiChemicalCo.,Ltd.制造的"Hitafuran")200810085761.6說明書第9/10頁混合。將所得到的混合物放入被加熱到20(TC的才莫子中，并且通過熱壓機(jī)進(jìn)行熱壓，其中施力口295kgf/cm2(28.9MPa)的壓力2分鐘。比豐交實(shí)例4在臼研機(jī)中人工混合經(jīng)蒸汽處理的4風(fēng)木粉末和沒有添加石更化劑的20wt。/o的p夫喃樹月旨(HitachiChemicalCo.,Ltd.制造的"Hitafumn")。將所得到的混合物放入被加熱到200。C的模子中，并且通過熱壓機(jī)進(jìn)4亍熱壓，其中施力o295kgf/cm2(28.9MPa)的壓力2分鐘。將在實(shí)例4和比較實(shí)例4中獲得的^t制產(chǎn)品煮2小時(shí)，并隨后測(cè)量吸水百分?jǐn)?shù)。結(jié)果在表2中示出。表2呋喃樹脂混合裝置煮2小時(shí)之后實(shí)例411Wt0/o雙軸擠壓機(jī)2.31%比較實(shí)例420wt%臼研機(jī)4.03%如表2中所示，盡管呋喃樹脂比例較低，但是與比較實(shí)例4相比，在實(shí)例4中通過使用雙軸擠壓機(jī)制備的混合物導(dǎo)致了較低的吸水百分?jǐn)?shù)。這表明通過利用剪切力的混合機(jī)(諸如雙軸擠壓機(jī))充分混合木質(zhì)纖維素基材并牛和呋喃樹脂，導(dǎo)致了耐吸水性能和耐濕性的提高。實(shí)例5至7混合經(jīng)蒸汽處理的4風(fēng)木粉末和19.4wt。/。的p夫喃樹脂(HitachiChemicalCo.,Ltd.制造的"Hitaforan")。應(yīng)注意，將用9倍的水稀釋的硬化劑(對(duì)曱苯磺酰胺)添加至呋喃樹脂，其中對(duì)甲苯石黃酰胺相對(duì)于呋喃樹脂的比例為3wt%，或者換言之，硬化劑相對(duì)于模制產(chǎn)品整體重量的比例是0.06wt%。在臼研機(jī)中人工混合4風(fēng)木粉末和添加有石更化劑的呋喃樹脂。在實(shí)例5中，將所得到的混合物放入被加熱到185。C的模子中，在實(shí)例6中為195°C，在實(shí)例7中為200°C,并且通過熱壓機(jī)對(duì)其進(jìn)行熱壓，其中施加122kgf/cm2(12.0MPa)的壓力2分4中。將實(shí)例5至7中獲得的模制產(chǎn)品浸泡在水中，并且在24小時(shí)、48小時(shí)、和72小時(shí)后測(cè)量吸水百分?jǐn)?shù)。結(jié)果在表3中示出。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>如表3中所示，較高的模制溫度導(dǎo)致較低的吸水百分?jǐn)?shù)。這表明在較高溫度下的模制導(dǎo)致耐吸水性能和耐濕性的提高。特別地，在200°C或更高溫度下的模制可以生成具有足夠的耐吸水性能和耐濕性的木質(zhì)纖維素基模制產(chǎn)品。顯然可以以多種方式改變所描述的本發(fā)明。這些變化并不祐L認(rèn)為背離了本發(fā)明的精神和范圍，并且對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的所有這些修改都將包括在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。權(quán)利要求1.一種木質(zhì)纖維素基模制產(chǎn)品(1)，其特征在于，所述木質(zhì)纖維素基模制產(chǎn)品由混合有呋喃樹脂的經(jīng)蒸汽處理的木質(zhì)纖維素基材料模制而成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的木質(zhì)纖維素基模制產(chǎn)品(1)，其特征在于，所述木質(zhì)纖維素基材料與所述呋喃樹脂之間的重量混合比在100/3至100/45的范圍中。3.—種制造木質(zhì)纖維素基模制產(chǎn)品(1)的工藝，其特征在于，所述工藝包括通過利用剪切力的混合才幾混合經(jīng)蒸汽處理的木質(zhì)纖維素基材料和呋喃樹脂的步驟。4.一種制造木質(zhì)纖維素基模制產(chǎn)品(1)的工藝，其特征在于，所述工藝包4舌以下步驟將經(jīng)蒸汽處理的木質(zhì)纖維素基材并牛和呋喃樹脂混合；以及利用注模機(jī)對(duì)所述經(jīng)蒸汽處理的木質(zhì)纖維素基材料和所述呋喃樹脂的混合物進(jìn)行注射模制。全文摘要本發(fā)明提供了一種木質(zhì)纖維素基模制產(chǎn)品，其通過將呋喃樹脂與經(jīng)蒸汽處理的木質(zhì)纖維素基材料混合，并通過加熱和加壓來模制所得的混合物而制成。文檔編號(hào)C08H8/00GK101275034SQ20081008576公開日2008年10月1日申請(qǐng)日期2008年3月20日優(yōu)先權(quán)日2007年3月29日發(fā)明者寺澤勇,常岡和記,村下卓也,近藤泰人,野口順一申請(qǐng)人:三菱自動(dòng)車工業(yè)株式會(huì)社;中日精工株式會(huì)社