专利名称：一种乙烯基单体塑合木的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种乙烯基类塑合木的制备方法。
背景技术：
塑合木是一类以实体木材和有机高聚物单体或低聚物为原料制备的高性 能木塑复合材料的简称，其基本制备方法是首先将单体或者低聚物树脂液注入 到木材中，然后控制条件使木材内的单体或低聚物聚合生成高聚物。
乙烯基类塑合木是以实体木材和乙烯基类单体或低聚物为原料制备的高 性能木塑复合材料。乙烯基类单体或低聚物通常以自由基机理进行聚合反应，
可采用两类方法引发聚合a.采用高能射线辐照浸渍后的木材，如6QCO发射 的Y射线或电子加速器发射的e射线来引发单体或低聚物聚合；b.热引发，即 在乙烯基类单体或低聚物树脂液中加入自由基引发剂后再注入到木材内部，然 后加热浸渍处理后的木材，引发单体或低聚物聚合。由于采用高能射线的方法 设备投资高并且人员的安全防护需要有高投入，因此实际应用中多采用热引发 方法生产乙烯基类塑合木。
以乙烯基类低聚物树脂作为浸注液，由于浸注液黏度大，所以不易在木材 中扩散，浸注困难，因此乙烯基类低聚物树脂只能用于渗透性好的木材。由于 乙烯基类低聚物树脂浸注效率低、浸注时间长，所以易造成树脂产生凝胶，并 且在木材表面和器壁粘附等缺点，导致树脂利用率低、生产环境和产品表面质 量差，因此实际生产中基本不采用乙烯基类低聚物树脂制备塑合木，而是选用 乙烯基单体化合物。虽然以乙烯基单体化合物作为浸注液解决了浸注效率低、 浸注时间长、易产生树脂凝胶等缺陷，且制备出的塑合木表面洁净、干爽，表 面质量好；但由于乙烯基单体挥发性强，在热引发固化条件下挥发损失量大， 导致乙烯基单体利用率低(利用率<70%)和严重的环境污染。
目前为了减少乙烯基单体在热引发方法过程中挥发量大的问题主要采用 包封固化或低熔点合金浴包埋工艺，但效果不尽如人意。浸渍后包封固化工艺 (包封材料为铝箔或塑料薄膜)在包封过程中不可避免的有乙烯基单体挥发，
同时损害了包封(拆封)操作人员的健康；况且包封并不能改变乙烯基单体的 蒸气压，所以不能抑制乙烯基单体气化，尤其是固化温度接近于乙烯基单体的 沸点时，所以包封的效果非常有限，另外此工艺增加了包封材料和人工成本。 由于熔融的金属合金密度大并且导热性好、密封性好，所以低熔点合金浴包埋 工艺可有效的抑制乙烯基单体的挥发，但对木材表面的光滑度有很高要求，否 则合金会残留在木材表面影响塑合木质量，而且生产成本高；同时低熔点合金 浴包埋工艺也没有解决浸渍后木材在转移过程中乙烯基单体挥发污染环境的 问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决目前乙烯基单体塑合木制备过程中乙烯基单体 挥发损失量大、乙烯基单体利用率低、严重污染环境及对木材表面光滑度要求 高、生产成本高的问题，而提供的一种乙烯基单体塑合木的制备方法。
乙烯基单体塑合木按以下步骤制备 一、将乙烯基单体和引发剂按100 : 0.1 0.2的重量比混合，制成浸渍液；二、将木材码放入处理罐中，然后关闭 处理罐抽真空，再注入浸渍液；三、向处理罐中通入惰性气体，加压处理 1(M80min;四、排出剩余的浸渍液后再次通入惰性气体并升温至70 12(TC热 引发固化10 90min;五、处理罐冷却至室温后排出罐中的乙烯基单体，再抽 真空，并维持罐内真空状态2 20min，即得到乙烯基单体塑合木；步骤三中木 材始终浸没于浸渍液中。
本发明将乙烯基单体浸渍处理和热引发固化工艺在同一设备中进行、而且 在浸渍和热引发固化工艺中加压操作，提高了乙烯基单体的的蒸气压，降低了 乙烯基单体挥发率，有效的减少了木材浸渍、浸渍后转移及热引发固化过程中 乙烯基单体的挥发，降低了因转移而造成的乙烯基单体损失，从而避免了乙烯 基单体对环境的污染和对操作人员的伤害；而且乙烯基单体浸渍液的回收和循
环利用问题，乙烯基单体的利用率达90%以上，大幅降低了塑合木产品的生产 成本。
本发明制备出的乙烯基单体塑合木中乙烯基单体能够与木材细胞壁成分 的羟基反应而形成的共聚物与木材细胞壁成分形成化学交联的不饱和羧酸酐 或含有碳-碳双键的异氰酸酯功能型单体；由于乙烯基单体挥发率降低，增重
率(形成塑合木后增加的质量占浸渍处理前木材质量的百分比)显著提高，有 效的化学键联结增加，高分子聚合物与木材细胞壁之间的空隙明显减小，所以 制备出的乙烯基单体塑合木的力学性能和尺寸稳定性显著提高。本发明热引发 固化过程在惰性气体中完成，避免了空气中氧气的阻聚作用，因而不会出现木 材表面发粘的现象，产品表面干爽，外观质量好。
具体实施例方式
具体实施方式
一本实施方式乙烯基单体塑合木按以下步骤制备 一、将 乙烯基单体和引发剂按100 : 0.1 0.2的重量比混合，制成浸渍液；二、将木材 码放入处理罐中，然后关闭处理罐抽真空，再注入浸渍液；三、向处理罐中通 入惰性气体，加压处理10 180min;四、排出剩余的浸渍液后再次通入惰性气 体并升温至70 12(TC热引发固化10 90min;五、处理罐冷却至室温后排出罐 中的乙烯基单体，再抽真空，并维持罐内真空状态2 20min，即得到乙烯基单 体塑合木；步骤三中木材始终浸没于浸渍液中。
本实施方式可以直接塑合实木板材、实木方材、胶合木、胶合板、单板层 积材、竹质胶合板材或竹质胶合方材，也可将塑合木的单板胶合在基材(实木、 多层胶合板、木塑复合材)表面使用。并且可在本实施方式乙烯基单体塑合木 面涂清漆或有耐磨填料的涂料，以提高表面装饰效果和表面耐磨性。
本实施方式可以将步骤四中排出的剩余乙烯基单体及步骤五中因温度降 低而冷凝下来的乙烯基单体回收再利用，以提高乙烯基单体的利用率，降低生 产成本。
本实施方式步骤二浸注过程中浸渍液及处理罐内的温度均为5 35°C。
具体实施方式
二本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤三和步 骤四中的惰性气体为氮气、二氧化碳或氦气。其它步骤及参数与实施方式一相 同。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤二中木 材间有3~20mm的空隙。其它步骤及参数与实施方式一相同。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤一中的
乙烯基单体由甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、乙酸乙烯酯按ioo0~100 : 0 50的
重量比组成。其它步骤及参数与实施方式一相同。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤一中的 引发剂为偶氮二异丁腈、过氧化二苯甲酰、过氧化环己酮或过氧化甲乙酮。其 它步骤及参数与实施方式一相同。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤一浸渍 液中还包括功能性单体，乙烯基单体与功能性单体、引发剂的重量比为100 : 0.1-10 : 0.1 0.2。其它步骤及参数与实施方式一相同。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
六的不同点是功能性单体
为顺丁烯二酸酐或间异丙烯基-a，a-二甲基苄基异氰酸酯。其它步骤及参数与实
施方式六相同。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤二中的
处理罐为中国专利申请号为200710072688.4中的塑合木生产用真空加压浸注 和/或热固化罐。其它步骤及参数与实施方式一相同。
具体实施方式
九本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤二中抽
真空后罐内压力为0.001-0.01 MPa，并维持罐内真空状态10 60min后注入浸
渍液。其它步骤及参数与实施方式一相同。
具体实施方式
十本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤三中通
入惰性气体后罐内压力为0.3 2.5MPa。其它步骤及参数与实施方式一相同。
具体实施方式
十一本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤四中
通入惰性气体后罐内压力为0.3 2MPa。其它步骤及参数与实施方式一相同。
具体实施方式
十二本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤五中 抽真空后罐内压力为0.002 0.01 MPa。其它步骤及参数与实施方式一相同。
具体实施方式
十三本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤一中 的乙烯基单体由甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、乙酸乙烯酯按100 : 10~90 : 5~45 的重量比组成。其它步骤及参数与实施方式一相同。
具体实施方式
十四本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤一中 的乙烯基单体为甲基丙烯酸甲酯。其它步骤及参数与实施方式一相同。
具体实施方式
十五本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤一中
的乙烯基单体由甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、乙酸乙烯酯按100 : 30~70 : 15~35
的重量比组成。其它步骤及参数与实施方式一相同。
具体实施方式
十六本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤一中
的乙烯基单体由甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、乙酸乙烯酯按100 : 50 : 25的重量
比组成。其它步骤及参数与实施方式一相同。
具体实施方式
十七本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤一浸 渍液中还包括功能性单体，乙烯基单体与功能性单体、引发剂的重量比为ioo
:1 8 : 0.12 0.18。其它步骤及参数与实施方式一相同。
具体实施方式
十八本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤一浸 渍液中还包括功能性单体，乙烯基单体与功能性单体、引发剂的重量比为100
:5 : 0.15。其它步骤及参数与实施方式一相同。
具体实施方式
十九本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤一浸 渍液中还添加苯乙烯单体，苯乙烯单体的加入量为乙烯基单体质量的
10% 90%。其它步骤及参数与实施方式一相同。
本实施方式加入的苯乙烯单体为苯乙烯、邻甲基苯乙烯、间甲基苯乙烯、
对甲基苯乙烯、a-甲基苯乙烯或二乙烯基苯。苯乙烯单体的加入可降低原料成
本，而且由于苯乙烯的折光指数较大，有利于改善乙烯基单体塑合木的视觉特 性。
具体实施方式
二十本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤一浸 渍液中还添加乙酸乙烯酯，乙酸乙烯酯的加入量为乙烯基单体质量的
10% 90%。其它步骤及参数与实施方式一相同。
本实施方式乙酸乙烯的加入可进一步改善聚合物的韧性，提高乙烯基单体 塑合木的抗冲击性能，解决了现有技术中因增塑剂的慢慢流失而导致塑合木产 品长时间使用后脆性增大的问题。
具体实施方式
二十一本实施方式与具体实施方式
四的不同点是以丙烯 酸酯类挥发性单体代替或者部分代替甲基丙烯酸甲酯。其它步骤及参数与实施 方式四相同。
本实施方式中的丙烯酸酯类挥发性单体为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯 酸丁酯、或甲基丙烯酸乙酯；采用不同的乙烯基单体组分，可以适当调节塑合 木的硬度和韧性，以满足不同市场需求。
具体实施方式
二十二本实施方式乙烯基单体塑合木按以下步骤制备:一、
在低于25。C的条件下将甲基丙烯酸甲酯、顺丁烯二酸酐和偶氮二异丁腈按100 :1 : 0.15的重量比混合，制成浸渍液；二、将含水率为3%的柞木单板相互分 隔开码放(柞木单板的宽度方向垂直于地面)入中国专利申请号为 200710072688.4的塑合木生产用真空加压浸注和/或热固化罐中，然后关闭处 理罐抽真空至罐内压力为0.005MPa，并维持罐内真空状态15min之后注入浸 潢液；三、向处理罐中通入氮气至罐内压力为l.OMPa，加压处理60min;四、 排出剩余的浸渍液后再次通入高压氮气至罐内压力为0.5MPa并升温至80。C热 引发固化90min;五、处理罐冷却至室温后排出罐中的乙烯基单体，再抽真空 至罐内压力为0.01MPa,并维持罐内真空状态10min，即得到乙烯基单体塑合 木；步骤三中木材始终浸没于浸渍液中。
本实施方式步骤二中抽真空后再注入浸渍液可以增加浸渍液的注入量，从 而提高增重率。本实施方式还可以在步骤四固化过程中多次排出从单板渗出的 浸渍液回收到储液罐循环再利用，每次打开浸渍液出料口时间少于20s。本实 施方式乙烯基单体的利用率为90%，乙烯基单体塑合木的增重率为33%，乙 烯基单体塑合木的硬度为6600N(原木材柞木素材的硬度为3838N)，硬度提高 72%。
具体实施方式
二十三本实施方式乙烯基单体塑合木按以下步骤制备一、
在低于25。C的条件下将乙烯基单体和偶氮二异丁腈按100:0.2的重量比混 合，制成浸渍液；二、将含水率为3% 5%的复合板材相互分隔开码放(复合 板材的宽度方向垂直于地面)入中国专利申请号为200710072688.4的塑合木 生产用真空加压浸注和/或热固化罐中，然后关闭处理罐抽真空至罐内压力为 0.002MPa，并维持罐内真空状态20min之后注入浸渍液；三、向处理罐中通 入氮气至罐内压力为1.2MPa，加压处理90min;四、排出剩余的浸渍液后再 次通入高压氮气至罐内压力为0.6MPa并升温至90。C热引发固化90min;五、 处理罐冷却至室温后排出罐中的乙烯基单体，再抽真空至罐内压力为 0.005MPa，并维持罐内真空状态10min，即得到乙烯基单体塑合木；步骤三中 木材始终浸没于浸渍液中；步骤一中乙烯基单体由甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯按 100 : 50的重量比组成。
本实施方式制备的乙烯基单体塑合木的表面硬度是原复合板材的200%。
权利要求
1、一种乙烯基单体塑合木的制备方法，其特征在于乙烯基单体塑合木按以下步骤制备一、将乙烯基单体和引发剂按100∶0.1～0.2的重量比混合，制成浸渍液；二、将木材码放入处理罐中，然后关闭处理罐抽真空，再注入浸渍液；三、向处理罐中通入惰性气体，加压处理10～180min；四、排出剩余的浸渍液后再次通入惰性气体并升温至70～120℃热引发固化10～90min；五、处理罐冷却至室温后排出罐中的乙烯基单体，再抽真空，并维持罐内真空状态2～20min，即得到乙烯基单体塑合木；步骤三中木材始终浸没于浸渍液中。
2、 根据权利要求1所述的一种乙烯基单体塑合木的制备方法，其特征在 于步骤一中的乙烯基单体由甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、乙酸乙烯酯按100: 0~100 : 0~50的重量比组成。
3、 根据权利要求1所述的一种乙烯基单体塑合木的制备方法，其特征在 于步骤一中的引发剂为偶氮二异丁腈、过氧化二苯甲酰、过氧化环己酮或过氧 化甲乙酮。
4、 根据权利要求1所述的一种乙烯基单体塑合木的制备方法，其特征在 于步骤一浸渍液中还包括功能性单体，乙烯基单体与功能性单体、引发剂的重量比为100 : o.l io : 0.1~0.2。
5、 根据权利要求4所述的一种乙烯基单体塑合木的制备方法，其特征在 于功能性单体为顺丁烯二酸酐或间异丙烯基-a,a-二甲基节基异氰酸酯。
6、 根据权利要求1所述的一种乙烯基单体塑合木的制备方法，其特征在 于步骤二中的处理罐为中国专利申请号为200710072688.4中的塑合木生产用 真空加压浸注和/或热固化罐。
7、 根据权利要求1所述的一种乙烯基单体塑合木的制备方法，其特征在 于步骤二中抽真空后罐内压力为0.001~0.01 MPa，并维持罐内真空状态 10 60min后注入浸渍液。 .
8、 根据权利要求1所述的一种乙烯基单体塑合木的制备方法，其特征在 于步骤三中通入惰性气体后罐内压力为0.3 2.5 MPa。
9、 根据权利要求1所述的一种乙烯基单体塑合木的制备方法，其特征在 于步骤四中通入惰性气体后罐内压力为0.3 2MPa。
10、 根据权利要求1所述的一种乙烯基单体塑合木的制备方法，其特征在 于步骤五中抽真空后罐内压力为0.002-0.01 MPa。
全文摘要
一种乙烯基单体塑合木的制备方法，它涉及一种乙烯基类塑合木的制备方法。它解决了目前乙烯基单体塑合木制备过程中乙烯基单体挥发损失量大、乙烯基单体利用率低、严重污染环境及对木材表面光滑度要求高、生产成本高的问题。制备方法一、制浸渍液；二、木材于处理罐中抽真空后注入浸渍液；三、加压处理；四、热引发固化；五、冷却、抽真空。本发明各工艺在同一设备中进行、而且在浸渍和热引发固化工艺中加压操作，降低了乙烯基单体挥发率，有效的减少了乙烯基单体的挥发和损失，从而避免了乙烯基单体对环境的污染和对操作人员的伤害；解决了乙烯基单体浸渍液的回收和循环利用问题，乙烯基单体的利用率达90％以上，大幅降低了塑合木产品的生产成本。
文档编号B27K3/34GK101104283SQ200710072699
公开日2008年1月16日 申请日期2007年8月24日 优先权日2007年8月24日
发明者周军浩, 宋永明, 恒 廖, 王伟宏, 王清文, 隋淑娟 申请人:东北林业大学