CN106009520B - 一种耐候性的仿真树树皮及其制作方法 - Google Patents

Abstract

一种耐候性的仿真树树皮及其制作方法，该树皮由以下原料制成：环氧树脂、聚苯胺、羧基聚硅氧烷、双飞粉、气相白炭黑、涂料色浆、玻璃纤维、固化剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂、邻苯二甲酸二丁酯和混合溶剂，其制作方法：在反应釜中加入环氧树脂，然后加入混合溶剂溶解，接着加入聚苯胺与环氧树脂混合，高速搅拌，控制反应的pH值为1，反应温度为20‑25℃，反应时间1小时后加入羧基聚硅氧烷；于室温‑50℃继续反应2‑5小时；然后加入邻苯二甲酸二丁酯；双飞粉；气相白炭黑；涂料色浆；玻璃纤维；固化剂；抗氧化剂；紫外线吸收剂，混合搅拌均匀后倒入预先放置好的树皮模具中，进行微压静置，最后得到成品耐候性的仿真树树皮，耐候性好。

Description

一种耐候性的仿真树树皮及其制作方法

技术领域

本发明涉及仿制品领域，具体涉及一种耐候性的仿真树树皮及其制作方法。

背景技术

近些年来，随着科学技术日新月异的发展，现代化设施随处可见，而为了满足社会对于环保、美观的要求，特别是对景观有特殊要求的旅游景点、公园以及其他对景观有特殊要求的场所，人们越来越重视这些地方的设施，更希望其能贴近自然，与自然融为一体，让游客有种身处于大自然而不是人工制作的环境之中。现有技术中，对于公园及景区的景观设施多数采用混凝土制作，外层制作纹路，以此模拟树木形状，由于其较为坚硬，凸起部分容易对人体造成划伤等，并不为人们满意，人们更喜欢安全有保障的设施，而应用树脂为主要原料制造出来的---树脂合成树皮板作为仿真树树皮无疑是最佳的选择，树脂合成树皮板具有一定的弹性，当与人体进行接触时，其弹性可以抵消撞击力，不会刮伤人，而且其重量轻，既利于运输，也易于安装拆卸，并能美化环境等，是一项国家大力支持的产品。

目前市场上的仿真树皮材料主要有三大类：一是硅胶仿树皮，二是水泥发泡树皮，三是树脂合成树皮板。目前市场上仿真树皮的应用越来越广泛，销售仿真树皮的公司及个人也越来越多，不同的产品与质量混杂，难免让客户有被迷惑的时候，为了让客户在选择仿真树皮的时候更真实，清楚的了解仿真树皮，申请人还特地为市场做一个简洁的仿真树皮质量对比说明：

我们在这里首先讲硅胶仿真树皮，这是一些企业目前在市场上主卖的产品。硅胶仿真树皮存在以下几个缺陷：1、硅胶产品非常容易老化，使用是寿命很短；2、硬质硅胶树皮热胀冷缩的物理性很差，所以容易龟裂变形；3、软质硅胶树皮很难附着在柱子及墙面，而且作为包柱子的材料，非常容易风化及被人为剥落；4、软质硅胶树皮有比较强烈的异味；5、软质硅胶只适合规则的形状，不规则的柱体或管状物体，是完全不适合的，而且直径小的物体更不适合；6、价格昂贵，无法控制成本。

申请人也检索到中国专利公开了以下有关仿真树树皮材料：

1、中国专利，发明名称：一种软质仿真树皮的装饰组件及其制造方法；摘要：本发明提出了一种软质仿真树皮的装饰组件，用于古树裸露部、墙面、柱面、水管、铁塔、栏杆、仿树桩、仿木、树干、仿真树、灯杆美化仿生装饰，包括至少一层软质固化层，所述的软质固化层包括硅胶、固化剂、网孔类布，其中，固化剂配比为硅胶总重量的 1.5％～ 3％。本发明还公开了一种软质仿真树皮的装饰组件的制造方法。本发明所涉及的一种软质仿真树皮的装饰组件及其制造方法易操作，软质仿真树皮装饰组件仿真度高、可塑性强、还原性好、耐候性强、使用时间长、稳定性和耐磨性久。

2、中国专利，发明名称：一种仿真软树皮及其制作方法；摘要：本发明提出了一种仿真软树皮，包括色精、固化剂、硅胶、稀油，其中，它们的配比 (重量百分比) 为：色精0.25～5％、固化剂 0.25～5％、稀油 1-10％、余量为硅胶。本发明还公开了仿真软树皮的制作方法。本发明的仿真软树皮及其制作方法易操作，仿真软树皮仿真度好、可塑性强、还原性好、耐风吹雨打、使用时间长、稳定性和耐磨性强。

上述两个专利文献报道的仿真树皮采用的也是以硅胶为主要原料，再添加一些助剂制备而成的。而综合上述硅胶仿真树皮存在的缺陷，说明硅胶类的树皮材料是不适合客户选择的产品！因此仿真树皮二代产品“水泥发泡树皮”及“树脂合成树皮板”目前成为仿真树皮的新趋势。但是“水泥发泡树皮”的施工工艺过程较为复杂。而 “树脂合成树皮板”主要是质轻，不会增加屋面重量，纹理深刻清晰，不腐烂，无异味，防火，安装简便，可轻度变形，申请人全新开发的仿真树皮--树脂合成树皮板，已经推向市场，其强烈的仿真效果及性价比，成为装饰项目的新选择。

申请人发现采用环氧树脂作为树脂合成树皮板的原料，成本得到降低，柔韧性好、变形收缩率小，但是存在缺点是环氧树脂中含有活泼的环氧基团，容易被环境中的氧气或光线氧化分解，造成环氧树脂老化失去效果，造成室外露天应用的仿真树树皮质量出现问题。而研究者多从原料的结构入手进行深入研究，提高耐候性，大大降低了仿真树树皮的生产成本。因此，如何应用环氧树脂的优异特性，充分发挥其作为仿真树树皮主原料的作用，同时保证环氧树脂固化后具有较强的忍受环境破坏能力是一项值得研究和极具价值的课题。

发明内容

为了克服上述存在的技术缺陷，本发明的目的是提供一种耐候性的仿真树树皮及其制作方法。

本发明所述的耐候性的仿真树树皮以环氧树脂为主要原料，添加聚苯胺、羧基聚硅氧烷、双飞粉、气相白炭黑、涂料色浆、玻璃纤维、固化剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂、邻苯二甲酸二丁酯和混合溶剂等助剂制作出来的树皮材料，既保证形状与真实树相似度高，又能使自身保持一定柔软度，并且安全有保障，耐候性好。

一种耐候性的仿真树树皮，由如下重量份数的原料制成：

环氧树脂 50～60份；

聚苯胺 2～3份；

羧基聚硅氧烷 1～2份；

双飞粉 10～15份；

气相白炭黑 5～8份；

涂料色浆 5～6份；

玻璃纤维 6～9份；

固化剂 7～10份；

抗氧化剂 0.5～1份；

紫外线吸收剂 0.5～1份；

邻苯二甲酸二丁酯 3～5份；

混合溶剂 10～15份。

所述的固化剂为脂肪族多元胺。脂肪族多元胺如乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、二乙氨基丙胺等，这些脂肪族多元胺活性均较大，能在室温使环氧树脂交联固化，形成网状立体聚合物，把复合材料骨材包络在网状体之中，使线型树脂变成坚韧的体型固体。

所述的抗氧化剂为二丁基羟基甲苯。二丁基羟基甲苯作为抗氧化剂，能抑制或延缓环氧树脂的氧化降解而延长使用寿命。二丁基羟基甲苯（BHT）作为抗化氧剂，它能够与自动氧化中的链增长自由基反应，消灭自由基，从而是链式反应中断。二丁基羟基甲苯（BHT）在抗氧化过程中既可以作为氢的给予体也可以作为自由基俘获剂。由于2，6位上有2个强力推电子基团，因此，二丁基羟基甲苯（BHT）具有很强的抗氧化效果。

所述的紫外线吸收剂为纳米二氧化钛，纳米二氧化钛是白色疏松粉末，直径在100纳米以下，既能吸收紫外线，又能反射、散射紫外线，还能透过可见光，有良好的分散性和耐候性，可用于化妆品、功能纤维、塑料、涂料、油漆等领域，作为紫外线屏蔽剂，防止紫外线的侵害，也可用于高档汽车面漆。

所述的混合溶剂是木质素+苯基缩水甘油醚，重量比例为4:1。

本发明所述的耐候性的仿真树树皮，其制作方法包括以下步骤：

在反应釜中加入50～60重量份的环氧树脂，然后加入10～15重量份的混合溶剂溶解，接着在反应釜中投入2～3重量份的聚苯胺与环氧树脂混合，高速搅拌，控制反应的pH值为1，反应温度为20-25℃，反应时间1小时后加入羧基聚硅氧烷；于室温-50℃继续反应2-5小时；然后加入重量份数的邻苯二甲酸二丁酯；双飞粉；气相白炭黑；涂料色浆；玻璃纤维；固化剂；抗氧化剂；紫外线吸收剂，混合搅拌均匀后倒入预先放置好的树皮模具中，进行微压静置，最后得到成品耐候性的仿真树树皮。

环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机化合物，除个别外，它们的相对分子质量都不高。环氧树脂的分子结构是以分子链中含有活泼的环氧基团为其特征，环氧基团可以位于分子链的末端、中间或成环状结构。由于分子结构中含有活泼的环氧基团，使它们可与多种类型的固化剂发生交联反应而形成不溶的具有三向网状结构的高聚物。凡分子结构中含有环氧基团的高分子化合物统称为环氧树脂。固化后的环氧树脂具有良好的物理、化学性能，它对金属和非金属材料的表面具有优异的粘接强度，介电性能良好，变形收缩率小，制品尺寸稳定性好，硬度高，柔韧性较好，对碱及大部分溶剂稳定，因而广泛应用于国防、国民经济各部门，作浇注、浸渍、层压料、粘接剂、涂料等用途。

聚苯胺是一种新型功能高分子材料，具有良好的热稳定性、化学稳定性，通过掺杂可获得优良的电化学性能。1985年Deberry在不锈钢上电沉积聚苯胺膜，发现不锈钢在硫酸溶液中的腐蚀速率显著降低，从此聚苯胺和其他导电高分子作为新型的防腐蚀材料，日益受到材料保护工作者的关注。众多研究发现，聚苯胺的导电高分子膜层可用于铸铁、碳钢、不锈钢、铝、铜、锌和钛等多种材料的腐蚀防护与常规缓蚀剂如铬酸盐、钼酸盐等相比，聚苯胺对环境没有任何副作用，是一种符合时代和科技发展的绿色缓蚀剂，目前在日本、韩国、意大利、德国和法国等亚欧国家已用于汽车、桥梁、造船业等恶劣条件下的重防腐。本发明中，聚苯胺的加入提高了环氧树脂涂层屏蔽保护效果并能提供钝化保护作用。

羧基聚硅氧烷水解后产生的活性基团-羧烃基能够与环氧树脂或树皮粉进行化学交联和物理卯榫协同粘结作用，形成具有优异的耐热性能和较好的柔软性能的交联树脂，该交联树脂具备优良的粘结性能，因此羧基聚硅氧烷可用作环氧树脂的改性剂，与环氧树脂互补长短，使涂料具有良好的韧性、粘结性能以及耐高温性能。

双飞粉也叫“钙镁粉”，主要成分是钙与镁的碳酸盐，通常用作填料，广泛用于人造地砖、橡胶、塑料、造纸、涂料、油漆、油墨、电缆、建筑用品、食品、医药、纺织、饲料、牙膏等日用化工行业，作填充剂起到增加产品的体积，降低生产成本。

气相白炭黑是极其重要的纳米级无机原材料之一，由于其粒径很小，因此比表面积大，表面吸附力强，表面能大，化学纯度高，分散性能好，在热阻、电阻等方面具有特异的性能，以其优越的稳定性、补强性、增稠性和触变性，在众多学科及领域内独具特性，有着不可取代的作用。而气相白炭黑由于表面严重的配位不足、庞大的比表面积以及表面欠氧等特点，使它表现出极强的活性，很容易和环氧环状分子的氧起键合作用，提高了分子间的键力，同时尚有一部分气相白炭黑颗粒仍然分布在高分子链的空隙中，与粗晶SiO₂颗粒相比较，表现很高的流变性，从而使气相白炭黑添加的环氧树脂材料强度、韧性、延展性均大幅度提高。由于气相白炭黑的高流动性和小尺寸效应，使材料表面更加致密细洁，摩擦系数变小，加之纳米颗粒的高强度，使材料的耐磨性大大增强。因气相白炭黑可以强烈地反射紫外线，加入到环氧树脂中可大大减少紫外线对环氧树脂的降解作用，从而达到延缓材料老化的目的。

所述的涂料色浆是无机颜料或有机颜料复配或混合而成，无机颜料如铁红、铁绿、铁黄、铁黑、铬黄和锌白等混合物,有机原料如靛蓝、柠檬黄、胭脂红和炭黑等混合物，在使用中，根据不同需要调节出不同的颜色。涂料色浆，英文名是pigment printing paste，其通性为颗粒细腻，均匀度高，遮盖力大，色彩鲜艳，可互相拼用，着色后能耐酸、碱、氯及一般有机溶剂，耐日晒，耐候性和耐摩擦性能强。

玻璃纤维（英文原名为：glass fiber或fiberglass ）它是以玻璃球或废旧玻璃为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺制造成的，其单丝的直径为几个微米到二十几米个微米，相当于一根头发丝的 1/20-1/5 ，每束纤维原丝都由数百根甚至上千根单丝组成。玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，种类繁多，优点是绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高，玻璃纤维通常用作复合材料中的增强材料，电绝缘材料和绝热保温材料，电路基板等国民经济各个领域。将玻璃纤维添加到环氧树脂材料中可以增加环氧树脂材料的韧性、耐冲击性。

本发明所述的邻苯二甲酸二丁酯是一种增塑剂，可使制品具有良好的柔软性，稳定性、耐挠曲性、黏结性和防水性均优于其他增塑剂。

本发明所述的混合溶剂是木质素与苯基缩水甘油醚的混合物，木质素的官能团有酚式和羟基，在涂料中有良好的扩散性。苯基缩水甘油醚是无色透明液体，易溶于乙醚、苯，不溶于水，能随水蒸气挥发，用作环氧树脂胶黏剂的活性稀释剂，有机合成的中间体，可以降低粘度，改善环氧树脂的渗透性，降低固化成品的收缩率，减少孔隙和龟裂现象。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：

1、本发明生产出来的仿真树树皮成膜物由于在环氧树脂中加入聚苯胺、邻苯二甲酸二丁酯、羧基聚硅氧烷、抗氧化剂、紫外线吸收剂、气相白炭黑和混合溶剂等材料以后，能够起到很好的化学交联作用，从而使成膜物在常温下具有干性、稳定坚韧、收缩率小、粘接强度高、拉伸强度强，不但保证涂膜具有耐化学性强、耐高温、耐候性好、耐冲击性好、耐磨性好及防腐性能强的特点，还保证具有防紫外线辐射作用功能的材料牢固的粘接在涂料中，延长涂料寿命。

2、在本发明中，环氧树脂经过羧基聚硅氧烷及聚苯胺改性，使成膜物具有良好的韧性、粘结性能、耐高温性能以及防腐性能，且通过合理添加抗氧化剂和紫外线吸收剂及重量比例到环氧树脂中，强烈地反射紫外线，大大减少紫外线对环氧树脂的降解作用，达到延缓树皮材料老化的目的，从而使生产出来的仿真树树皮有良好的分散性和耐候性。

3、本发明仿真树树皮采用的配方中主要使用环氧树脂为成型物质，成型后具有一定的柔软度，安全有保障；采用一次压模成型，成型快，适合流水线生产；本发明添加阻燃剂，经久耐用，适合推广使用。

4、本发明生产出来的仿真树树皮，逼真度高、纹理自然、耐候性强、不易褪色、可造型性强，且施工简便快捷、造价低廉，抗老化时间长，可广泛用于古树修复、伪装及美化铁塔、基站、灯杆、屋顶装饰、包柱子、水管、灯杆表面、墙体装饰等，弥补了天然树皮易生虫、不易剥离、不可广泛的用于室内外装饰造景等使用方面的缺陷。

具体实施方式

实施例1

首先按重量份数将环氧树脂50份；聚苯胺2份；羧基聚硅氧烷1份；双飞粉10份；气相白炭黑5份；仿松树皮棕色的涂料色浆5份；玻璃纤维6份；固化剂（脂肪族多元胺）7份；抗氧化剂（二丁基羟基甲苯）0.5份；紫外线吸收剂（纳米二氧化钛）0.5份；邻苯二甲酸二丁酯3份；混合溶剂（木质素与苯基缩水甘油醚的混合物，重量比例为4:1）10份，进行备料。

制作方法，在反应釜中加入50重量份的环氧树脂，然后加入10重量份的混合溶剂溶解，接着在反应釜中投入2重量份的聚苯胺与环氧树脂混合，高速搅拌，控制反应的pH值为1，反应温度为20-25℃，反应时间1小时后加入1重量份的羧基聚硅氧烷；于室温-50℃继续反应2-5小时；然后加入重量份数的邻苯二甲酸二丁酯；双飞粉；气相白炭黑；涂料色浆；玻璃纤维；固化剂；抗氧化剂；紫外线吸收剂，混合搅拌均匀后倒入预先放置好的树皮模具中，进行微压静置，最后得到成品耐候性的仿松树树皮。

实施例2

首先按重量份数将环氧树脂53份；聚苯胺2.4份；羧基聚硅氧烷1.4份；双飞粉12份；气相白炭黑6份；仿椰子树皮棕色的涂料色浆5.4份；玻璃纤维7份；固化剂（脂肪族多元胺）8份；抗氧化剂（二丁基羟基甲苯）0.7份；紫外线吸收剂（纳米二氧化钛）0.7份；邻苯二甲酸二丁酯4份；混合溶剂（木质素与苯基缩水甘油醚的混合物，重量比例为4:1）12份，进行备料。

制作方法，在反应釜中加入53重量份的环氧树脂，然后加入12重量份的混合溶剂溶解，接着在反应釜中投入2.4重量份的聚苯胺与环氧树脂混合，高速搅拌，控制反应的pH值为1，反应温度为20-25℃，反应时间1小时后加入1.4重量份的羧基聚硅氧烷；于室温-50℃继续反应2-5小时；然后加入重量份数的邻苯二甲酸二丁酯；双飞粉；气相白炭黑；涂料色浆；玻璃纤维；固化剂；抗氧化剂；紫外线吸收剂，混合搅拌均匀后倒入预先放置好的树皮模具中，进行微压静置，最后得到成品耐候性的仿椰子树树皮。

实施例3

首先按重量份数将环氧树脂57份；聚苯胺2.7份；羧基聚硅氧烷1.6份；双飞粉14份；气相白炭黑7份；仿桦树皮浅灰色的涂料色浆5.7份；玻璃纤维8份；固化剂（脂肪族多元胺）9份；抗氧化剂（二丁基羟基甲苯）0.8份；紫外线吸收剂（纳米二氧化钛）0.8份；邻苯二甲酸二丁酯4份；混合溶剂（木质素与苯基缩水甘油醚的混合物，重量比例为4:1）13份，进行备料。

制作方法，在反应釜中加入57重量份的环氧树脂，然后加入13重量份的混合溶剂溶解，接着在反应釜中投入2.7重量份的聚苯胺与环氧树脂混合，高速搅拌，控制反应的pH值为1，反应温度为20-25℃，反应时间1小时后加入1.6重量份的羧基聚硅氧烷；于室温-50℃继续反应2-5小时；然后加入重量份数的邻苯二甲酸二丁酯；双飞粉；气相白炭黑；涂料色浆；玻璃纤维；固化剂；抗氧化剂；紫外线吸收剂，混合搅拌均匀后倒入预先放置好的树皮模具中，进行微压静置，最后得到成品耐候性的仿桦树树皮。

实施例4

首先按重量份数将环氧树脂60份；聚苯胺3份；羧基聚硅氧烷2份；双飞粉15份；气相白炭黑8份；涂料色浆6份；玻璃纤维9份；固化剂（脂肪族多元胺）10份；抗氧化剂（二丁基羟基甲苯）1份；紫外线吸收剂（纳米二氧化钛）1份；邻苯二甲酸二丁酯5份；混合溶剂（木质素与苯基缩水甘油醚的混合物，重量比例为4:1）15份，进行备料。

制作方法，在反应釜中加入60重量份的环氧树脂，然后加入15重量份的混合溶剂溶解，接着在反应釜中投入3重量份的聚苯胺与环氧树脂混合，高速搅拌，控制反应的pH值为1，反应温度为20-25℃，反应时间1小时后加入2重量份的羧基聚硅氧烷；于室温-50℃继续反应2-5小时；然后加入重量份数的邻苯二甲酸二丁酯；双飞粉；气相白炭黑；涂料色浆；玻璃纤维；固化剂；抗氧化剂；紫外线吸收剂，混合搅拌均匀后倒入预先放置好的树皮模具中，进行微压静置，最后得到成品耐候性的仿真树树皮。

性能测试

下面对以上各实施例所制备的仿真树树皮及深圳市景之美园林装饰材料有限公司提供的复合仿真树皮（作为对照例）进行性能测试，详见下表 ：

将上述实施例所制备的仿真树树皮材料和深圳市景之美园林装饰材料有限公司提供的复合仿真树皮（作为对照例）材料分别冲裁成拉伸试样条，作力学性能测试，测试条件为 25℃，拉伸速度为 500mm/min。再分别在 40℃的 5wt% 的盐酸溶液中浸泡 72 小时、在 70℃和 70%RH 湿度条件下放置 100 小时后，再重新进行测试。

结果如下：

其中，对照例为深圳市景之美园林装饰材料有限公司提供的复合仿真树皮。由上表可知，在没有受到什么破坏之前，实施例1-4所制备的仿真树树皮材料的断裂伸长率均大于或等于390，远大于对照例中的360的原始样品的断裂伸长率，并且它们的拉伸强度均大于或等于5.4MPa，大于对照例中的原始样品的拉伸强度4.3 MPa。由上表的数据可知，即使两者的材料被酸破坏了，实施例1-4所制备的仿真树树皮材料的断裂伸长率和拉伸强度也大于深圳市景之美园林装饰材料有限公司提供的复合仿真树皮材料。在湿热破坏的条件下，实施例1-4所制备的仿真树树皮材料的断裂伸长率均大于或等于370%，远大于对照例中的340的的断裂伸长率，并且它们的拉伸强度均大于或等于4.8MPa，大于对照例中的原始样品的拉伸强度3.6 MPa。

因此，从表中可以看出，本发明的仿真树树皮比深圳市景之美园林装饰材料有限公司提供的复合仿真树皮具有很好的耐酸性以及耐高湿热性能，从而能够保持较好的断裂伸长率和较好的拉伸强度。

Claims (1)

1.一种耐候性的仿真树树皮，其特征在于：由如下重量份数的原料制成：

环氧树脂 50～60份；

聚苯胺 2～3份；

羧基聚硅氧烷 1～2份；

双飞粉 10～15份；

气相白炭黑 5～8份；

涂料色浆 5～6份；

玻璃纤维 6～9份；

固化剂 7～10份；

抗氧化剂 0.5～1份；

紫外线吸收剂 0.5～1份；

邻苯二甲酸二丁酯 3～5份；

混合溶剂 10～15份；

所述的固化剂为脂肪族多元胺；所述的抗氧化剂为二丁基羟基甲苯；所述的紫外线吸收剂为纳米二氧化钛；所述的混合溶剂是木质素+苯基缩水甘油醚，重量比例为4:1；

所述的耐候性的仿真树树皮的制作方法，包括以下步骤：

在反应釜中加入50～60重量份的环氧树脂，然后加入10～15重量份的混合溶剂溶解，接着在反应釜中投入2～3重量份的聚苯胺与环氧树脂混合，高速搅拌，控制反应的pH值为1，反应温度为20-25℃，反应时间1小时后加入羧基聚硅氧烷；于室温-50℃继续反应2-5小时；然后加入重量份数的邻苯二甲酸二丁酯；双飞粉；气相白炭黑；涂料色浆；玻璃纤维；固化剂；抗氧化剂；紫外线吸收剂，混合搅拌均匀后倒入预先放置好的树皮模具中，进行微压静置，最后得到成品耐候性的仿真树树皮。