專利名稱：聚苯乙烯仿紅木復合材料及其制備方法
技術領域：
本發明屬仿紅木復合材料及其制備領域，特別是涉及一種聚苯乙烯仿紅木復合材料及 其制備方法。
技術背景紅木是一類珍貴木材，主要有紫檀木(RED SANDALWOOD,主要產于印度、越南、 泰國、緬甸及南洋群島)、酸枝木(BLACKWOOD,分布于熱帶及亞熱帶地區)、花梨木 (PADAUK，分布于全球熱帶地區)、雞翅木等。紅木具有結構致密、耐腐、材質硬重細 膩、具特殊香氣、色澤深沉等特點，是木材中的精品，長期以來一直受到人們的青睞。紅木生長期較長，在經過人類長期采伐后，紅木資源已大幅減少。在各國加強保護本 國森林資源的大環境下，紅木已逐漸成為稀缺資源。在這種大形勢下，人們開始瞄向人工 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，并采用以少量樹脂充分滲透到纖維內部，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。對于加入適當顏料或染料的制品，可制成仿紅木。采用脲醛樹脂并在表面畫 有木紋的淺色塑化纖維，適宜做組合家俱。楊虎楊虎，仿真裝飾板模具的成型方法 96114110.7[P]. 1996-12-24發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發明了一種熱固性麻絨復合材料的生產方法，可 生產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的下腳料麻絨，經清除、 梳理、浸以熱固性樹脂，降壓脫除溶劑、烘焙、模壓熱固而成，可以承受車、銑、刨、鉆 等機械加工。楊光等人楊光等， 一種藝術雕花家具及制作方法96118043.9[P]. 1996-02-12
發明了一種藝術雕花家具的制作方法。它是在刻有藝術雕花圖案的模具上由預制的裝飾漆 膜、有機面料和加強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，有機面料與無機骨架料緊密包裹，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方法0U14356.8[P]. 2001-07-12發明了一種在木材生產加工中用于對泡桐單板進行仿紅木染色 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、酸性嫩黃及滲透劑、 食鹽和乙酸制成的染色液倒入染缸中，升溫至卯'C在恒溫下保持循環，染色4小時后排除 染液，水洗后干燥即可。上述發明都聲稱可生產仿紅木材料，但有的只是將木材染色而已，而大部分為天然材 料如木材、纖維類與高分子材料的復合，實質上是塑木類復合材料。張銅印等人張銅印 等，新型環保塑木材料及其制作方法01123791.0[P]. 2001-08-01發明了一種環保塑木材 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中，將 天然纖維加偶聯劑進行表面改性，再加入塑料及各種助劑，混合均勻后放入擠出機中擠出， 通過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 秸稈增強聚烯烴復合材料及其制造方法200710019100.9[P]. 2007-11-19發明了一種由天 然植物秸稈、聚烯烴塑料和加工助劑組成的增強聚烯烴復合材料。加工助劑為總重量的2 % 5%，加工助劑包括偶聯劑、相容劑、潤滑劑的任意兩種或三種的混合。制備方法為 植物秸稈經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 和應用200710037114.3[P]. 2007-02-02公開了一種塑木材料的制備方法。所說的塑木材 料的組分和重量份數比例包括熱塑性塑料35 50份，植物纖維50 60份，偶聯劑1 5 份。發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，無機納米粒子復合塑木材料及其制備方法 200610039984.X[P]. 2006-04-28發明了一種無機納米粒子復合塑木材料，由下列各組分組 成(A)質量百分比24-98%的塑料；(B)質量百分比0-70%的天然纖維；(C)質量百分比1-30 %的無機納米粒子。將上述組分經過高速混合、擠出、注塑和模壓等工序即可制得成品。 據稱該無機納米粒子復合塑木材料相比普通塑木復合材料，沖擊強度可提高10-20kJ/m2， 彎曲強度可提高5-18MPa。陳坤陳坤， 一種抗菌負離子塑木材料200710073848.7[P]. 2007-04-11發明了一種由載銀抗菌劑、復合防腐劑、木質纖維粉、負離子礦物粉、高分 子聚合物及輔助材料等制成的一種抗菌負離子塑木材料。制備時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、復合抗菌劑、復合防腐劑、木質纖維粉及輔助材 料混熔。通過擠出模真空成型，模壓成型或輥壓成型等方式獲得抗菌負離子塑木材料。據 稱該材料具有抗菌、遠紅外發射、負離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每纟千纟隹素類材料與塑料混合在一起發明了一種纖維素增強的復合塑料板。先將纖維素打碎，然后造 茅立，進入豐莫具塑造成型。Liu等人Liuetal.， Fire retardant wood composite materials, U.S. Pat.No. 6713168發明了一種由木質纖維束和至少一種有機磷酯類復合而成的阻燃復合板 材。加工過程中，該力學取向的復合材料板材中的有機磷酯類在加壓的熱環境下發生了交 聯作用并固化成型。Rosthauser等人在類似的2個專利中[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公開了一種將木材與聚甲醛、聚苯異氰酸酯和 酚醛樹脂在模具內或壓力下固化復合成型的發明。Black等人Black etal.， Wood composite prepared with a B-stageable resin， U.S. Pat. No. 6432254發明了一種酚醛塑木復合材料。先 將酚醛樹脂涂敷在木質器件上；在80 14(TC下，樹脂在器件表面形成包覆層；再在過熱蒸 汽環境中使樹脂固化成型。所用酚醛樹脂的分子量在200 600之間，苯酚與甲醛的摩爾比 為1.3:1到2.0:1。以上介紹的塑木復合材料中的木材加入形式一般都是以打碎狀態進入的，具有操作方 便的優點。但眾所周知，絕大部分高分子材料都有蠕變現象，即尺寸穩定性較差。上述復 合材料中的木材組分并不能起到提高尺寸穩定性的作用。 發明內容本發明所要解決的技術問題是提供一種聚苯乙烯仿紅木復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、脹縮性和對氣候的敏感性，尺寸穩定性提高， 力學性能的均衡性提高；制備方法操作簡單，成本低，經濟效益高。本發明的一種聚苯乙烯仿紅木復合材料，該材料以軟木材為基質，引苯乙烯單體滲透 入木材內部后聚合而成的復合材料，苯乙烯單體與木塊的比例為1: 0.5 1: 1。 所述的軟木材指的是木材工藝上所稱的針葉樹的木材。 所述的軟木材在加工前需用堿液進行脫脂處理。 所述的復合材料可以是任意尺寸的板材或成型器件。本發明的一種聚苯乙烯仿紅木復合材料的制備方法，包括(1) 將軟木材浸泡堿液中，回流脫脂；(2) 取出上述軟木材，于30 100。C下用水回流洗去堿液，再在60土1(TC溫度下烘干；(3) 常溫下，軟木材在真空狀態下滲透苯乙烯單體和染料(分散大紅HBGL、分散大紅S-BWFL、分散大紅BWFL、分散大紅HBWF1中的一種或幾種的組合，其中，染料是直 接溶于苯乙烯單體中的)；苯乙烯單體與染料的質量比為40 70: 1。(4) 將浸透了苯乙烯單體和染料的軟木材置放于烘干器中，于120 15(TC溫度下進行聚苯 乙烯聚合10 20小時；(5) 取出以聚苯乙烯為增強材料的仿紅木復合材料，適當包裝后便是成品。所述步驟(1)堿液為NaOH、 Na2C03、 NaHC03中的一種或幾種；堿液濃度為質量百 分比1 3%。所述步驟(1)脫脂處理時間為1 20小時，溫度為50 100。C。所述步驟(3)滲透過程具體為將軟木材處于真空狀態下抽吸0.5 10小時，再于真空 狀態下注入苯乙烯單體和染料，待溶液浸沒木材后撤除真空，維持浸沒0.5-10小時。本發明的一種以聚苯乙烯為增強材料的仿紅木復合材料可以代替優質木材應用于家 俱、建筑、藝術等領域。本發明的仿紅木復合材料采用軟木材為基質起到容納聚苯乙烯、維持材料尺寸穩定 性、提供木質紋路的作用且以整體狀態呈現的，有利于尺寸的穩定；軟木材指的是木材工 藝上所稱的針葉樹的木材，主要構成成分是管胞， 一般情況下，針葉樹材比闊葉樹材為軟， 經濟價值也較低。聚苯乙烯是在木材內部聚合而成，起到增加材料強度、硬度、抗彎性能、 耐磨性能等力學性能的作用。通過與聚苯乙烯的復合處理后，力學性能大大增強，提高了 軟木材的利用價值。其制備方法操作簡單，成本低，經濟效益高。少量染料的加入可使復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)。本發明的仿紅木復合材料具有天然木材同樣的可加工性能，如鋸、肖IJ、刨、釘、榫 等，切割粘合等。 有益效果(1) 本發明的仿紅木復合材料采用軟木材為基質。天然木材通常都存在三大類天然缺陷-① 木節、斜紋理以及因生長應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、變色和蟲蛀等；③ 干燥及機械加工引起的缺陷。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以及利用價值。而通過與高分子材料的復合處理后，這些缺陷都得到了克服。(2) 通過對軟木材的復合處理，提高了木材的密度，降低了木材吸水率和脹縮性，對氣候的敏感性大大降低，尺寸穩定性大為提高；(3) 木材為各向異性材料，順紋方向與橫紋方向的力學性質有很大差別。但經復合處理 后，力學性能的均衡性大為提高。(4) 市面上的塑木復合材料中的木材成分一般都是粉碎后加入的，因此優美的木質紋路 已蕩然無存。而本發明由于采用了原形木材，保留了原始木紋，提高了產品的應用檔次。(5) 本發明的制備方法操作簡單，成本低，經濟效益高。
圖l:仿紅木復合材料具體實施方式
下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明而 不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之后，本領域技術人 員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定 的范圍。實施例1(1) 將一塊松木板材浸入濃度為1%的NaOH堿液中進行回流脫脂處理，處理時間為10 小時，處理溫度為80。C;(2) 取出木材，于60'C下用水回流洗去堿液，再在60'C溫度下烘干；(3) 常溫下，將木材處于真空狀態下抽吸1小時，再于真空狀態下注入苯乙烯單體和染 料(分散大紅HBGL)，苯乙烯單體與染料的質量比為40: 1，待溶液浸沒木材后撤除 真空，維持浸沒l小時；(4) 將浸透了苯乙烯單體和染料的木材置放于烘干器中，于120'C溫度下進行聚苯乙烯聚 合12小時；(5) 取出以聚苯乙烯為增強材料的仿紅木復合材料，適當包裝后便是成品。實施例2(1) 將一塊杉木板材浸入濃度為1.5M的NaOH堿液中進行回流脫脂處理，處理時間為12 小時，處理溫度為9(TC;(2) 取出木材，于70'C下用水回流洗去堿液，再在65'C溫度下烘干；(3) 常溫下，將木材處于真空狀態下抽吸2小時，再于真空狀態下注入苯乙烯單體和染 料(分散大紅S-BWFL)，苯乙烯單體與染料的質量比為50: 1，待溶液浸沒木材后撤除真空，維持浸沒2小時；(4) 將浸透了苯乙烯單體和染料的木材置放于烘干器中，于13(TC溫度下進行聚苯乙烯聚合15小時；(5) 取出以聚苯乙烯為增強材料的仿紅木復合材料，適當包裝后便是成品。實施例3(1) 將一塊柏木板材浸入濃度為2c/。的Na2C03堿液中進行回流脫脂處理，處理時間為15 小時，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70'C溫度下烘干；(3) 常溫下，將木材處于真空狀態下抽吸2.5小時，再于真空狀態下注入苯乙烯單體和染 料(分散大紅HBGL和分散大紅BWFL，質量比為1: 1)，苯乙烯單體與染料的質量 比為60: 1，待溶液浸沒木材后撤除真空，維持浸沒2.5小時；(4) 將浸透了苯乙烯單體、催化劑和染料溶液的木材置放于烘干器中，于14(TC溫度下進 行聚苯乙烯聚合15小時；(5) 取出以聚苯乙烯為增強材料的仿紅木復合材料，適當包裝后便是成品。實施例4(1) 將一塊梧桐木板材浸入濃度為2。/。的NaHC03堿液中進行回流脫脂處理，處理時間為 17小時，處理溫度為IO(TC;(2) 取出木材，于卯。C下用水回流洗去堿液，再在75。C溫度下烘干；(3) 常溫下，將木材處于真空狀態下抽吸3小時，再于真空狀態下注入苯乙烯單體和染 料溶液(分散大紅HBGL和分散大紅HBWF1，質量比為1: 1)，苯乙烯單體與染料 的質量比為70: 1，待溶液浸沒木材后撤除真空，維持浸沒3小時；(4) 將浸透了苯乙烯單體、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 行聚苯乙烯聚合16小時；(5) 取出以聚苯乙烯為增強材料的仿紅木復合材料，適當包裝后便是成品。
權利要求
1.一種聚苯乙烯仿紅木復合材料，該材料以軟木材為基質，引苯乙烯單體滲透入木材內部后聚合而成的復合材料，苯乙烯單體與木塊的質量比為1∶0.5～1∶1。
2. 根據權利要求1所述的一種聚苯乙烯仿紅木復合材料，其特征在于所述的軟木材指的 是木材工藝上所稱的針葉樹的木材。
3. 據權利要求1或2所述的一種聚苯乙烯仿紅木復合材料，其特征在于所述的軟木材在 加工前需用堿液進行脫脂處理。
4. 根據權利要求1所述的一種聚苯乙烯仿紅木復合材料，其特征在于所述的復合材料可 以是任意尺寸的板材或成型器件。
5. —種聚苯乙烯仿紅木復合材料的制備方法，包括(1) 將軟木材浸泡堿液中，回流脫脂；(2) 取出上述軟木材，于30 100'C下用水回流洗去堿液，再在60土10。C溫度下烘干；(3) 常溫下，軟木材在真空狀態下滲透苯乙烯單體和染料；苯乙烯單體與染料的質量比 為40 70: 1，染料是直接溶于苯乙烯單體中的；(4) 將浸透了苯乙烯單體和染料的軟木材置放于烘干器中，于120 150。C溫度下進行聚苯 乙烯聚合10 20小時；即得。
6. 根據權利要求5所述的一種聚苯乙烯仿紅木復合材料的制備方法，其特征在于所述步驟(1)堿液為NaOH、 Na2C03、 NaHC03中的一種或幾種；堿液濃度為質量百分比1 3%。
7. 根據權利要求5所述的一種聚苯乙烯仿紅木復合材料的制備方法，其特征在于所述步 驟(1)脫脂處理時間為1 20小時，溫度為50 100'C。
8. 根據權利要求5所述的一種聚苯乙烯仿紅木復合材料的制備方法，其特征在于所述步 驟(3)染料為分散大紅HBGL、分散大紅S-BWFL、分散大紅BWFL、分散大紅HBWF1 中的一種或幾種的組合。
9. 根據權利要求5所述的一種聚苯乙烯仿紅木復合材料的制備方法，其特征在于所述步 驟(3)滲透過程具體為將軟木材處于真空狀態下抽吸0.5 10小時，再于真空狀態下注入 苯乙烯單體和染料，待溶液浸沒木材后撤除真空，維持浸沒0.5 10小時。
全文摘要
本發明涉及一種聚苯乙烯仿紅木復合材料及其制備方法，該材料以軟木材為基質，引苯乙烯單體滲透入木材內部后聚合而成的復合材料；制備包括，(1)將軟木材浸泡堿液中，回流脫脂；(2)于30～100℃下用水回流洗去堿液，烘干；(3)常溫下，軟木材在真空狀態下滲透苯乙烯單體和染料；(4)將浸透了苯乙烯單體和染料的軟木材置放于烘干器中，進行聚苯乙烯聚合10～20小時。本發明的復合材料提高了木材的密度，降低了木材吸水率、脹縮性和對氣候的敏感性，尺寸穩定性提高，力學性能的均衡性提高；制備方法操作簡單，成本低，經濟效益高。
文檔編號B27K3/38GK101602215SQ20091005399
公開日2009年12月16日 申請日期2009年6月26日 優先權日2009年6月26日
發明者慶 楊, 菊 甘, 章悅庭, 峰 蘇, 袁增藝, 黃秀成 申請人:東華大學