聚苯乙烯仿红木复合材料及其制备方法

专利名称：聚苯乙烯仿红木复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明属仿红木复合材料及其制备领域，特别是涉及一种聚苯乙烯仿红木复合材料及 其制备方法。
技术背景红木是一类珍贵木材，主要有紫檀木(RED SANDALWOOD,主要产于印度、越南、 泰国、缅甸及南洋群岛)、酸枝木(BLACKWOOD,分布于热带及亚热带地区)、花梨木 (PADAUK，分布于全球热带地区)、鸡翅木等。红木具有结构致密、耐腐、材质硬重细 腻、具特殊香气、色泽深沉等特点，是木材中的精品，长期以来一直受到人们的青睐。红木生长期较长，在经过人类长期采伐后，红木资源已大幅减少。在各国加强保护本 国森林资源的大环境下，红木已逐渐成为稀缺资源。在这种大形势下，人们开始瞄向人工 制作的仿红木材料。李宗奎李宗奎，仿红木制品及其压制模具87213756.2[P].1987-09-23公开了一种 制造仿红木制品的方法。采用了塑化纤维粉作为原料在模具内热压成型。周佑申等人周 佑申等，塑化纤维制造工艺88105469[P]. 1988-02-01公开了一种塑化纤维材料制造工艺。 它用大量粗木屑和天然纤维为填料，并采用以少量树脂充分渗透到纤维内部，然后在加热 加压条件下成型、固化的方法，因此成本低，并具有模压塑料的特性。和胶木相比，脆性 也得到改善。对于加入适当颜料或染料的制品，可制成仿红木。采用脲醛树脂并在表面画 有木纹的浅色塑化纤维，适宜做组合家俱。杨虎杨虎，仿真装饰板模具的成型方法 96114110.7[P]. 1996-12-24发明了一种仿真装饰板模具的成型方法。它是将合成材料或橡 胶直接喷涂、滚刷或吸塑到带有木纹或石纹的木板或石板上一次成型的，其产品可制作各 种仿红木、楠木、柚木、水曲柳及大理石、花岗石、装饰板模具。陈克俭陈克俭，热固 性麻绒材料89109454.7[P]. 1989-12-26发明了一种热固性麻绒复合材料的生产方法，可 生产仿红木等色彩的模压工艺品和家具。具体工艺为采用麻纺工业的下脚料麻绒，经清除、 梳理、浸以热固性树脂，降压脱除溶剂、烘焙、模压热固而成，可以承受车、铣、刨、钻 等机械加工。杨光等人杨光等， 一种艺术雕花家具及制作方法96118043.9[P]. 1996-02-12
发明了一种艺术雕花家具的制作方法。它是在刻有艺术雕花图案的模具上由预制的装饰漆 膜、有机面料和加强材料以及含有大量植物纤维的骨架料一次模压而成，其油漆与家具一 次成型，有机面料与无机骨架料紧密包裹，省去了后打磨刷漆工艺，可制成仿古铜、仿红 木等多种艺术雕花家具。陈玉和等人陈玉和等，泡桐单板仿红木染色的生产方法0U14356.8[P]. 2001-07-12发明了一种在木材生产加工中用于对泡桐单板进行仿红木染色 的方法。是将漂白的泡桐单板放入染缸中，将由酸性大红、酸性湖蓝、酸性嫩黄及渗透剂、 食盐和乙酸制成的染色液倒入染缸中，升温至卯'C在恒温下保持循环，染色4小时后排除 染液，水洗后干燥即可。上述发明都声称可生产仿红木材料，但有的只是将木材染色而已，而大部分为天然材 料如木材、纤维类与高分子材料的复合，实质上是塑木类复合材料。张铜印等人张铜印 等，新型环保塑木材料及其制作方法01123791.0[P]. 2001-08-01发明了一种环保塑木材 料。它是采用塑料、天然纤维和各种助剂配制而成。其制作方法是在高速混合机中，将 天然纤维加偶联剂进行表面改性，再加入塑料及各种助剂，混合均匀后放入挤出机中挤出， 通过模具制成不同形状并快速冷却定型，切割成型材。赵麦群等人赵麦群等， 一种植物 秸秆增强聚烯烃复合材料及其制造方法200710019100.9[P]. 2007-11-19发明了一种由天 然植物秸秆、聚烯烃塑料和加工助剂组成的增强聚烯烃复合材料。加工助剂为总重量的2 % 5%，加工助剂包括偶联剂、相容剂、润滑剂的任意两种或三种的混合。制备方法为 植物秸秆经粉碎烘干后与加工助剂混合，然后再与聚烯烃粒料共混、造粒，再挤出、冷却 定型、牵引切割成一定规格的塑木材料。甘益力等人甘益力等，塑木材料及其制备方法 和应用200710037114.3[P]. 2007-02-02公开了一种塑木材料的制备方法。所说的塑木材 料的组分和重量份数比例包括热塑性塑料35 50份，植物纤维50 60份，偶联剂1 5 份。发明的塑木材料可以采用挤出成型工艺制备型材、板材、并可采用注塑、吹塑、模压 成型工艺。丁建生等人丁建生等，无机纳米粒子复合塑木材料及其制备方法 200610039984.X[P]. 2006-04-28发明了一种无机纳米粒子复合塑木材料，由下列各组分组 成(A)质量百分比24-98%的塑料；(B)质量百分比0-70%的天然纤维；(C)质量百分比1-30 %的无机纳米粒子。将上述组分经过高速混合、挤出、注塑和模压等工序即可制得成品。 据称该无机纳米粒子复合塑木材料相比普通塑木复合材料，冲击强度可提高10-20kJ/m2， 弯曲强度可提高5-18MPa。陈坤陈坤， 一种抗菌负离子塑木材料200710073848.7[P]. 2007-04-11发明了一种由载银抗菌剂、复合防腐剂、木质纤维粉、负离子矿物粉、高分 子聚合物及辅助材料等制成的一种抗菌负离子塑木材料。制备时先将高分子聚合物在螺杆 温度及挤出压力的作用下与载银抗菌剂、复合抗菌剂、复合防腐剂、木质纤维粉及辅助材 料混熔。通过挤出模真空成型，模压成型或辊压成型等方式获得抗菌负离子塑木材料。据 称该材料具有抗菌、远红外发射、负离子功能及材料防腐特性。Zehner等人Zehnereta1.， Synthetic wood composite material and method for molding, U.S. Pat. No. 67803594每纟千纟隹素类材料与塑料混合在一起发明了一种纤维素增强的复合塑料板。先将纤维素打碎，然后造 茅立，进入丰莫具塑造成型。Liu等人Liuetal.， Fire retardant wood composite materials, U.S. Pat.No. 6713168发明了一种由木质纤维束和至少一种有机磷酯类复合而成的阻燃复合板 材。加工过程中，该力学取向的复合材料板材中的有机磷酯类在加压的热环境下发生了交 联作用并固化成型。Rosthauser等人在类似的2个专利中[Rosthauser et al.， Mixed PMD I/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 wood composite products, U.S. Pat. No. 6641762公开了一种将木材与聚甲醛、聚苯异氰酸酯和 酚醛树脂在模具内或压力下固化复合成型的发明。Black等人Black etal.， Wood composite prepared with a B-stageable resin， U.S. Pat. No. 6432254发明了一种酚醛塑木复合材料。先 将酚醛树脂涂敷在木质器件上；在80 14(TC下，树脂在器件表面形成包覆层；再在过热蒸 汽环境中使树脂固化成型。所用酚醛树脂的分子量在200 600之间，苯酚与甲醛的摩尔比 为1.3:1到2.0:1。以上介绍的塑木复合材料中的木材加入形式一般都是以打碎状态进入的，具有操作方 便的优点。但众所周知，绝大部分高分子材料都有蠕变现象，即尺寸稳定性较差。上述复 合材料中的木材组分并不能起到提高尺寸稳定性的作用。 发明内容本发明所要解决的技术问题是提供一种聚苯乙烯仿红木复合材料及其制备方法，该材 料提高了木材的密度，降低了木材吸水率、胀縮性和对气候的敏感性，尺寸稳定性提高， 力学性能的均衡性提高；制备方法操作简单，成本低，经济效益高。本发明的一种聚苯乙烯仿红木复合材料，该材料以软木材为基质，引苯乙烯单体渗透 入木材内部后聚合而成的复合材料，苯乙烯单体与木块的比例为1: 0.5 1: 1。 所述的软木材指的是木材工艺上所称的针叶树的木材。 所述的软木材在加工前需用碱液进行脱脂处理。 所述的复合材料可以是任意尺寸的板材或成型器件。本发明的一种聚苯乙烯仿红木复合材料的制备方法，包括(1) 将软木材浸泡碱液中，回流脱脂；(2) 取出上述软木材，于30 100。C下用水回流洗去碱液，再在60土1(TC温度下烘干；(3) 常温下，软木材在真空状态下渗透苯乙烯单体和染料(分散大红HBGL、分散大红S-BWFL、分散大红BWFL、分散大红HBWF1中的一种或几种的组合，其中，染料是直 接溶于苯乙烯单体中的)；苯乙烯单体与染料的质量比为40 70: 1。(4) 将浸透了苯乙烯单体和染料的软木材置放于烘干器中，于120 15(TC温度下进行聚苯 乙烯聚合10 20小时；(5) 取出以聚苯乙烯为增强材料的仿红木复合材料，适当包装后便是成品。所述步骤(1)碱液为NaOH、 Na2C03、 NaHC03中的一种或几种；碱液浓度为质量百 分比1 3%。所述步骤(1)脱脂处理时间为1 20小时，温度为50 100。C。所述步骤(3)渗透过程具体为将软木材处于真空状态下抽吸0.5 10小时，再于真空 状态下注入苯乙烯单体和染料，待溶液浸没木材后撤除真空，维持浸没0.5-10小时。本发明的一种以聚苯乙烯为增强材料的仿红木复合材料可以代替优质木材应用于家 俱、建筑、艺术等领域。本发明的仿红木复合材料采用软木材为基质起到容纳聚苯乙烯、维持材料尺寸稳定 性、提供木质纹路的作用且以整体状态呈现的，有利于尺寸的稳定；软木材指的是木材工 艺上所称的针叶树的木材，主要构成成分是管胞， 一般情况下，针叶树材比阔叶树材为软， 经济价值也较低。聚苯乙烯是在木材内部聚合而成，起到增加材料强度、硬度、抗弯性能、 耐磨性能等力学性能的作用。通过与聚苯乙烯的复合处理后，力学性能大大增强，提高了 软木材的利用价值。其制备方法操作简单，成本低，经济效益高。少量染料的加入可使复合材料具有红木的色泽，可模拟各种红木(紫檀木、酸枝木、 花梨木、鸡翅木等)。本发明的仿红木复合材料具有天然木材同样的可加工性能，如锯、肖IJ、刨、钉、榫 等，切割粘合等。 有益效果(1) 本发明的仿红木复合材料采用软木材为基质。天然木材通常都存在三大类天然缺陷-① 木节、斜纹理以及因生长应力或自然损伤而形成的缺陷；② 生物为害的缺陷，主要有腐朽、变色和虫蛀等；③ 干燥及机械加工引起的缺陷。如干裂、翘曲、锯口伤等。 上述缺陷不同程度上降低了木材的等级以及利用价值。而通过与高分子材料的复合处理后，这些缺陷都得到了克服。(2) 通过对软木材的复合处理，提高了木材的密度，降低了木材吸水率和胀縮性，对气候的敏感性大大降低，尺寸稳定性大为提高；(3) 木材为各向异性材料，顺纹方向与横纹方向的力学性质有很大差别。但经复合处理 后，力学性能的均衡性大为提高。(4) 市面上的塑木复合材料中的木材成分一般都是粉碎后加入的，因此优美的木质纹路 已荡然无存。而本发明由于采用了原形木材，保留了原始木纹，提高了产品的应用档次。(5) 本发明的制备方法操作简单，成本低，经济效益高。


图l:仿红木复合材料具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而 不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人 员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定 的范围。实施例1(1) 将一块松木板材浸入浓度为1%的NaOH碱液中进行回流脱脂处理，处理时间为10 小时，处理温度为80。C;(2) 取出木材，于60'C下用水回流洗去碱液，再在60'C温度下烘干；(3) 常温下，将木材处于真空状态下抽吸1小时，再于真空状态下注入苯乙烯单体和染 料(分散大红HBGL)，苯乙烯单体与染料的质量比为40: 1，待溶液浸没木材后撤除 真空，维持浸没l小时；(4) 将浸透了苯乙烯单体和染料的木材置放于烘干器中，于120'C温度下进行聚苯乙烯聚 合12小时；(5) 取出以聚苯乙烯为增强材料的仿红木复合材料，适当包装后便是成品。实施例2(1) 将一块杉木板材浸入浓度为1.5M的NaOH碱液中进行回流脱脂处理，处理时间为12 小时，处理温度为9(TC;(2) 取出木材，于70'C下用水回流洗去碱液，再在65'C温度下烘干；(3) 常温下，将木材处于真空状态下抽吸2小时，再于真空状态下注入苯乙烯单体和染 料(分散大红S-BWFL)，苯乙烯单体与染料的质量比为50: 1，待溶液浸没木材后撤除真空，维持浸没2小时；(4) 将浸透了苯乙烯单体和染料的木材置放于烘干器中，于13(TC温度下进行聚苯乙烯聚合15小时；(5) 取出以聚苯乙烯为增强材料的仿红木复合材料，适当包装后便是成品。实施例3(1) 将一块柏木板材浸入浓度为2c/。的Na2C03碱液中进行回流脱脂处理，处理时间为15 小时，处理温度为95"C;(2) 取出木材，于8(TC下用水回流洗去碱液，再在70'C温度下烘干；(3) 常温下，将木材处于真空状态下抽吸2.5小时，再于真空状态下注入苯乙烯单体和染 料(分散大红HBGL和分散大红BWFL，质量比为1: 1)，苯乙烯单体与染料的质量 比为60: 1，待溶液浸没木材后撤除真空，维持浸没2.5小时；(4) 将浸透了苯乙烯单体、催化剂和染料溶液的木材置放于烘干器中，于14(TC温度下进 行聚苯乙烯聚合15小时；(5) 取出以聚苯乙烯为增强材料的仿红木复合材料，适当包装后便是成品。实施例4(1) 将一块梧桐木板材浸入浓度为2。/。的NaHC03碱液中进行回流脱脂处理，处理时间为 17小时，处理温度为IO(TC;(2) 取出木材，于卯。C下用水回流洗去碱液，再在75。C温度下烘干；(3) 常温下，将木材处于真空状态下抽吸3小时，再于真空状态下注入苯乙烯单体和染 料溶液(分散大红HBGL和分散大红HBWF1，质量比为1: 1)，苯乙烯单体与染料 的质量比为70: 1，待溶液浸没木材后撤除真空，维持浸没3小时；(4) 将浸透了苯乙烯单体、催化剂和染料溶液的木材置放于烘干器中，于15(TC温度下进 行聚苯乙烯聚合16小时；(5) 取出以聚苯乙烯为增强材料的仿红木复合材料，适当包装后便是成品。
权利要求
1.一种聚苯乙烯仿红木复合材料，该材料以软木材为基质，引苯乙烯单体渗透入木材内部后聚合而成的复合材料，苯乙烯单体与木块的质量比为1∶0.5～1∶1。
2. 根据权利要求1所述的一种聚苯乙烯仿红木复合材料，其特征在于所述的软木材指的 是木材工艺上所称的针叶树的木材。
3. 据权利要求1或2所述的一种聚苯乙烯仿红木复合材料，其特征在于所述的软木材在 加工前需用碱液进行脱脂处理。
4. 根据权利要求1所述的一种聚苯乙烯仿红木复合材料，其特征在于所述的复合材料可 以是任意尺寸的板材或成型器件。
5. —种聚苯乙烯仿红木复合材料的制备方法，包括(1) 将软木材浸泡碱液中，回流脱脂；(2) 取出上述软木材，于30 100'C下用水回流洗去碱液，再在60土10。C温度下烘干；(3) 常温下，软木材在真空状态下渗透苯乙烯单体和染料；苯乙烯单体与染料的质量比 为40 70: 1，染料是直接溶于苯乙烯单体中的；(4) 将浸透了苯乙烯单体和染料的软木材置放于烘干器中，于120 150。C温度下进行聚苯 乙烯聚合10 20小时；即得。
6. 根据权利要求5所述的一种聚苯乙烯仿红木复合材料的制备方法，其特征在于所述步骤(1)碱液为NaOH、 Na2C03、 NaHC03中的一种或几种；碱液浓度为质量百分比1 3%。
7. 根据权利要求5所述的一种聚苯乙烯仿红木复合材料的制备方法，其特征在于所述步 骤(1)脱脂处理时间为1 20小时，温度为50 100'C。
8. 根据权利要求5所述的一种聚苯乙烯仿红木复合材料的制备方法，其特征在于所述步 骤(3)染料为分散大红HBGL、分散大红S-BWFL、分散大红BWFL、分散大红HBWF1 中的一种或几种的组合。
9. 根据权利要求5所述的一种聚苯乙烯仿红木复合材料的制备方法，其特征在于所述步 骤(3)渗透过程具体为将软木材处于真空状态下抽吸0.5 10小时，再于真空状态下注入 苯乙烯单体和染料，待溶液浸没木材后撤除真空，维持浸没0.5 10小时。
全文摘要
本发明涉及一种聚苯乙烯仿红木复合材料及其制备方法，该材料以软木材为基质，引苯乙烯单体渗透入木材内部后聚合而成的复合材料；制备包括，(1)将软木材浸泡碱液中，回流脱脂；(2)于30～100℃下用水回流洗去碱液，烘干；(3)常温下，软木材在真空状态下渗透苯乙烯单体和染料；(4)将浸透了苯乙烯单体和染料的软木材置放于烘干器中，进行聚苯乙烯聚合10～20小时。本发明的复合材料提高了木材的密度，降低了木材吸水率、胀缩性和对气候的敏感性，尺寸稳定性提高，力学性能的均衡性提高；制备方法操作简单，成本低，经济效益高。
文档编号B27K3/38GK101602215SQ20091005399
公开日2009年12月16日 申请日期2009年6月26日 优先权日2009年6月26日
发明者庆 杨, 菊 甘, 章悦庭, 峰 苏, 袁增艺, 黄秀成 申请人:东华大学