CN1018061B - 琥珀木及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种经物化处理的外表类似琥珀的原木-琥珀木及其加工制造方法。本发明琥珀木为一种包含10%-40%合成树脂的纤维结构未经破碎的木材，所述合成树脂处于木材纤维内部和表层。制造该琥珀木的方法主要由化学浸渍、树脂合成及固化等步骤构成。

Description

本发明涉及木材的改性，特别是涉及一种经物理和化学处理的外表类似琥珀的原木-琥珀木及其加工制造方法。

近年来，开发了一系列以机械和化学方法加工制得的木材，譬如通过将木材碎化成木粉后与某些粘合剂混合，再通过机械压制方法制得的板材，这些经处理的木材通常具有良好的机械性能和表面性能。在发明标题为“塑化纤维模制品制造工艺”的中国专利申请（申请号为86104938）的说明书中，发明人通过将原始木材碎化成木粉，再将木粉与液态热固性树脂如酚醛树脂和脲醛树脂以及颜料等其他添加料混合，经捏合、脱水和干燥后，将其在高温下放在模具中压制成形，使所述树脂受热固化而制得塑化纤维制品，该工艺所用的原始木材范围很广，甚至可包括木材加工行业中的大量切边料或劣质木材如马尾松，还可以是林业生产中不成材的树枝、树根等废下脚料，所以采用这种方法可充分发掘木材资源，变废为宝。而且该工艺在模具中压制成形，采用较大的单位压力140-400公斤/平方厘米左右，压制温度一般是150°-175℃，压制时间一般要求每厚一毫米需要2分钟。所制备的塑化纤维制品外表美观，光洁度好，抗气候性强，耐冷热温度，尤其能提高抗拉和抗冲击性能，能比较满意地解决了模压制品的脆性问题，但它需要把木材粉碎到一定粒度大小，需要繁重的机械加工。又如《木材科技词典》P226-228科学出版社中（5146条）仅涉及用合成的酚醛树脂来浸渍木材，以便提高木材耐腐、耐湿、耐酸等性能，但由于合成的树脂粘度大，一般都存在着渗入性差的缺陷，所以这类已有技术对木材的改性也受 到了局限。US3，597，262也仅涉及另一种合成树脂对木材的浸渍处理问题，主要是改善浸渍木材的表面性能和防止浸渍组成的变化。但它们都没有把浸渍过的胚料，再放在模具中通过加温加压的固化成形过程。也就是说，至今一直没有一种不经碎化而直接由原木或由原木经简单剪、切、锯裁等机械加工后再经化学处理把木材浸渍在单体的混合液中，该单体混合液在木材内部合成树脂，从而达到对木材改性的方法。

本发明的目的是要提供一种基本保持木材本身纤维结构不变，并包含一部分树脂的改性木材-琥珀木及其制造方法，该方法在木材内部合成树脂，以完成对木材进行改性。由本发明的琥珀木所制成的制品具有脆性小机械强度高，外观类似或胜于玛瑙，彩玉或天然琥珀的优越性能。

本发明所要达到的目的和效果是由下列构思来完成的：

本发明所述的琥珀木指外观与天然玛瑙或天然琥珀极其相似的一种改性木材，它实质上是一种渗有合成树脂的纤维结构未经破碎的改性木材。这里，“纤维结构未经破碎”是相对于上面已提到的中国专利申请86104938中所述的“碎化”而言的，也即本发明琥珀木的制造过程中，木材不经碎化，而是直接由伐下的原始木材或由原木经剪切锯截裁机械加工方法加工而成的。上述合成树脂可选自酚醛树脂、脲醛树脂等，其含量为10%-40%（干重量百分数，以木材干重量和树脂干重量的总和为基准），优选20%-30%（干重量）。除树脂外，本发明琥珀木中还可包含少量添加剂，如0.01%-0.5%（重量）颜料或脱模剂等。

本发明琥珀木由下列步骤制得：

Ⅰ胚料的制备

所述琥珀木的原料可采用常用的各种木制品用材，也可采用各种劣质的木材，如在我国松属中分布最广、数量最大的马尾松，还 可以选用不成材的林业生产下脚（树枝、树根等小材或废材）。通过对这些原木材进行去皮、冲、剪切、锯裁等机械加工以及烘干处理，可使其成为所需尺寸的胚料以用作进一步处理。

Ⅱ化学浸渍

将上述胚料放入能进行真空减压的浸渍容器内，先抽出容器内空气，以使胚料表层尘屑及纤维之间残留空气易于逸出，从而便于化学浸渍的进行。接着，在负压下使胚料浸入事先配制好的浸渍液中，以使化学浸渍液充分渗入胚料纤维中。所述浸渍液分为酚、醛类树脂合成原料以及催化剂、颜料等辅助化学原料的混合液。为了改变酚醛类制品的深色、棕色等单调色彩和进一步降低原料成本，可用脲、醛等代替或部分代替酚、醛，并可增加少量硫脲或三聚氰等化学试剂进行增强和改性。浸渍时间根据胚料的厚度、密度以及所要求的树脂含量等因素而变化，一般应使化学浸渍液充分渗入胚料纤维内部。

Ⅲ树脂的合成

在浸渍完成后，解除真空度，在常压下加温使容器内化学原料混合物反应，反应温度为95℃～105℃左右，时间与常规液态酚醛树脂或脲醛树脂的反应时间相近。反应时，应控制好树脂合成的程度，使其保持在小粘度，以便使树脂进一步渗入胚料纤维内部。

Ⅳ干燥处理

当上述反应结束后，立即停止加温，进行隔水冷却，随后放出多余树脂液（此树脂可用于制造发明专利申请号为86104938所述的塑化纤维或用作浸渍装饰面薄木片料）。将容器内胚料取出，放在通风凉干架等装置上经风干，再用专用干燥设备对其干燥以备用。

Ⅴ固化成形

将干燥后的胚料放入模具中加热压制并将其在模具中加压保温一段时间，这样就使胚料内的树脂进行固化反应而得到琥珀木制 品。

Ⅵ后处理

上述经过固化反应的琥珀木制品当在必要时（如某些工艺美术品），可对其进行修正和表面抛光。

本发明经过上述步骤制得的琥珀木具有许多突出的优点和效果。首先，作为本发明原材料的原木不需要碎化，这就减少了常规方法中碎化这道工序，另外，也正因为没有经过碎化，本发明琥珀木保持了木材本身具有的纤维结构，从而具有很高的强度和韧性。

本发明琥珀木的制造中，树脂合成化学反应的条件与一般合成树脂反应情况不同，即化学原料配好后，利用真空减压而使其被吸入预先制成的胚料纤维中。根据本发明琥珀木制造工艺步骤Ⅱ，所述原料如酚、醛和催化剂等化学物质经混合后，在负压下使其渗入胚料纤维中，然后对其加热而在纤维内完成树脂合成。这样做的好处是：由于酚、醛和催化剂等混合物的粘度比树脂小得多，使其在胚料中的渗透率大，渗入性能好，同时它还能结合胚料木纤维本身固有的天然化合物（如木质素、天然树脂），对天然树脂改性，从而使所得琥珀木的物理性能更为优良。

下面将结合本发明实施例对其进行进一步的阐述。

本实施例的琥珠木为下列成份：

配方1    15%（干重量）酚醛树脂或脲醛树脂

85%（干重量）纤维结构未经破碎的马尾松

配方2    25%（干重量）酚醛树脂或脲醛树脂

75%（干重量）纤维结构未经破碎的马尾松

配方3    35%（干重量）酚醛树脂或脲醛树脂

65%（干重量）纤维结构未经破碎的马尾松

配方4    30%（干重量）酚醛树脂或脲醛树脂

70%（干重量）纤维结构未经破碎的马尾松

0.1%（重量）颜料和脱模剂

上述树脂含量的较佳范围为20%-30%（干重量），相应的木材含量优选80%-70%（干重量），其中树脂含量为约30%（干重量）时最佳。所述合成树脂处于木材的表层及纤维的内部。

本实施例所述琥珀木的制造是由下列步骤来完成的：

（Ⅰ）胚料的制备

本实施例琥珀木的原料采用马尾松，对其进行去皮、冲、剪切、锯裁等机械加工，使其成为一定厚度的板胚，然后对其进行烘干处理。

（Ⅱ）化学浸渍

将上述板胚放入能进行真空减压的浸渍容器内，抽出容器内空气至约0.5大气压，使胚料表面尘屑和纤维间空气逸出。随后在0.5大气压下使板胚浸入事先配制好的浸渍液中，使其吸入化学浸渍液。

本实施例所采用的浸渍液可为下列几种：

1.苯酚、甲醛（或糠醛）及催化剂的混合物，其成份为：

（A）苯酚∶甲醛（或糠醛）＝1∶1.25～1.3（克分子量）

催化剂由氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、氨水等碱性催化剂中选取，催化剂投入量为约0.8克分子催化剂/克分子苯酚。

（B）苯酚∶甲醛（或糠醛）＝1∶0.8～1.0（克分子量）

催化剂由盐酸、硫酸、磷酸、乙酸或草酸等酸性催化剂中选取，投入量一般为约0.6克分子催化剂/克分子苯酚。

上述苯酚可部分用二甲酚或乙酚代替。

2.脲素、硫脲、甲醛和催化剂的混合物，其成份为脲素;硫脲∶甲醛＝0.8∶0.2∶1.6（克分子量）

催化剂由氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵、碳酸钠、氨水等碱性催化剂中选取，碱性催化剂的投入量为约0.8克分子催化剂/克分子 脲素。当然，当脲素含量增大到一定比例时，也可选用上述的酸性催化剂。

3.脲素、三聚氰胺和甲醛及催化剂的混和物，其成份为脲素∶三聚氰胺∶甲醛＝0.8∶0.097∶1.6（克分子量）催化剂由氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵、碳酸钠、碳酸氢钠或氨水等碱性催化剂中选取，碱性催化剂的投入量优选约0.8克分子催化剂/克分子脲素。当然，当脲素含量增加到一定量时，也可选用上述酸性催化剂。

上述化学浸渍时间根据胚料的厚度、密度及所希望的树脂含量等因素而变化，一般在6～24小时范围内，经验的做法是以在浸渍液中的板胚沉下为准。

Ⅲ树脂的合成

浸渍完成后，解除真空度，在常压下加温使上述化学物质反应而形成树脂，各种树脂的合成如下：

1.苯酚-甲醇（或糠醛）树脂的合成

在上述浸渍容器内，对所述苯酚、甲醇（或糖醛）等的混合物加温，当反应容器内反应物温度达到60～70℃左右时，停止加温，因为此时反应容器内的化学反应将开始，放热反应将使反应物温度上升到95～98℃左右，保持这一温度，进行回流反应约40-55分钟。

2.脲-硫脲-甲醛树脂的合成

在上述浸渍容器中，将步骤Ⅱ（2）中的混合物加温至100-105℃左右，使反应物回流加热约2小时。

3.脲素-三聚氰胺-甲醛树脂合成

该树脂合成的过程与脲-硫脲-甲醛树脂合成基本相仿。

Ⅳ.干燥处理

上述合成反应完成后，停止加温，隔水冷却，随后放出多余树脂液。将板胚从浸渍容器（反应容器）中取出，并将其放于通风凉干架等装置上风干，然后再用专用干燥设备如干燥机或烘房中对其进 行干燥以备用。

Ⅴ固化成形

将干燥后的板胚放入预热到规定温度的模具内进行压制，压制温度应选择在树脂固化温度附近，如为苯酚-甲醛树脂则模具温度（压制温度）应在约155℃～约175℃为宜，如为脲-硫脲（或三聚氰胺）-甲醛类树脂，则压制温度以在约125℃～135℃范围内为宜。加压保温时间（即压制时间）以产品厚度为准，一般以每毫米保温约二分钟为宜。最后从模具内取出所述经加压保温的板胚，即得到本发明的琥珀木制品。

本发明的琥珀木可用于制造各种高档家具，美术工艺品，日用五金制品以及卫生设备，同时也适合用作各种高级建筑装饰材料。本发明的琥珀木制品光洁如玉，呈微透明状，其外观与天然玛瑙、彩玉和天然琥珀极其相似。它耐高温，不变形，不易老化，无需上漆，且越用越光亮，应用这种琥珀木有着巨大的潜力。

Claims (11)

1、一种琥珀木制造方法，涉及木材的改性，它包括胚料制备，胚料经化学处理后在模具中经高温高压固化成形，其特征在于它还包括：

(i)将胚料制备过程得到的纤维结构未经破碎的木材胚料负压浸渍在化学混合液中，

(ii)对上述混合液加热，加热温度为95-105℃，所述化学混合液可为包含酚、醛和催化剂的混合物或含脲素、甲醛和催化剂的混合物，

(iii)把上述浸渍过的胚料放在模具中再经加温加压固化成形。

2、按权利要求1所述的方法，其特征在于所述酚和醛为苯酚和甲醛（或糠醛），苯酚∶甲醛（糠醛）＝1∶1.25-1.3（克分子量）或苯酚∶甲醛（或糠醛）＝1∶0.8-1.0（克分子量）。

3、按权利要求1或2所述的方法，其特征在于苯酚∶甲醛（或糠醛）＝1∶1.25-1.3（克分子量），催化剂选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、氨水等碱性催化剂。

4、按权利要求1或2所述的方法，其特征在于苯酚∶甲醛（或糠醛）＝1∶0.8-1.0（克分子量），催化剂选自盐酸、硫酸、磷酸、乙酸、草酸等酸性催化剂。

5、按权利要求1所述的方法，其特征在于所述苯酚部分由二甲酚或乙酚代替。

6、按权利要求1所述的方法，其特征在于所述脲素、甲醛和催化剂的混合液中还包含硫脲或三聚氰胺。

7、按权利要求6所述的方法，其特征在于所述脲素∶硫脲∶甲醛＝0.8∶0.2∶1.6（克分子量），相应的催化剂由氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵、碳酸钠、氨水等碱性催化剂中选取。

8、按权利要求6所述的方法，其特征在于所述脲素∶三聚氰胺∶甲醛＝0.8∶0.097∶1.6（克分子量），催化剂选用如权利要求7所述的碱性催化剂。

9、一种根据权利要求1方法制成的琥珀木，其特征在于所述琥珀木包含（ⅰ）10%-40%（干重量）合成树脂，所述合成树脂可选自酚醛树脂和脲醛树脂，

（ⅱ）90%-60%（干重量）纤维结构未经破碎的木材，其中合成树脂被包含在木材纤维内部及表层。

10、按权利要求9所述的琥珀木，其特征在于所述合成树脂含量范围为20%-30%（干重量），对应的木材含量范围为80%-70%（干重量）。

11、按权利要求9所述的琥珀木，其特征在于它还包括颜料和/或脱模剂。