CN107283566B - 乐器指板木质材料及其制备方法及其声学功能体浸渍液 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种乐器指板木质材料的制备方法，包括如下步骤：将带有醇羟基的呋喃类化合物、硼酸、磷酸和四氯化碳进行混合，之后逐滴加入三乙胺，充分反应后所得溶液中，再次加入1,2,3,4‑丁烷四羧酸和纳米碳材料，即得到所需的声学功能体浸渍液；将所需木材通过浸渍导入其中，然后用一定功率的微波或加热预处理，使声学功能体中形成低聚体，进行热压处理；最后将热压后的木材在真空下烘干，冷却后经过刨切、打磨之后，即得到乐器指板木质材料；本发明还涉及由该方法制备的乐器指板木质材料，本发明所制备的乐器指板木质材料，含水率和密度可控，色差均匀，实木质感强，且声学振动性能堪比天然木材，音质良好，可代替濒危珍贵的天然木材。

Description

乐器指板木质材料及其制备方法及其声学功能体浸渍液
技术领域
本发明涉及一种材料的制备方法，尤其涉及乐器指板木质材料及其制备方法及其声学功能体浸渍液。
背景技术
目前，乐器指板多采用密度高、质量好的非洲乌木、玫瑰木等天然珍贵木材，这类木材已经列入“濒危物种国际贸易公约组织”(Convention on International Trade inEndangered Spieces)之中，大多数国家已经开始禁伐禁运。而且，天然木材其生长周期长，随着这类木材资源的逐年减少，乐器指板的成本逐渐升高。
此外，由于天然木材的性质，其干燥周期较长；乐器指板出于木材纹理的特定选材，导致其木材的整体利用率很低；天然木材不同位置的色差变化大，对乐器整体的颜色匹配要求较高。
已有公开号CN102314859A用ABS塑料制作吉他指板基材和CN1486825A用树脂和多个木制板层压得到的层叠木用于乐器木质件。前者ABS塑料指板无论从外观、手感和音质，都无法和天然木材相媲美。后者层叠木尽管外观、手感和音质均接近天然木材，但其类似胶合板制备方式得到层叠木，每层之间均有一定厚度的树脂层填充其间，对其音质会有较大影响。而且，由于其终归不是实木，没有实木的质感。因此，本领域亟需一种更好的乐器指板木质材料的制备方法。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明以软质木材为基材，采用化学修饰的方式，从分子层级将声学功能体以化学键的形式接枝到木材的细胞腔的化学结构上，声学功能体在1,2,3,4-丁烷四羧酸的催化作用下，不但自身可以发生聚合反应，更可以木材中的纤维素、木质素及半纤维素的羟基发生化学反应。更为重要的是，为了提高木材的声学性能和力学强度，将纳米碳材料也与化学键的形式接枝到木材的细胞腔的化学结构上，所选用的纳米碳材料带有一定的羧基基团，在1,2,3,4-丁烷四羧酸交联作用下，将纳米碳材料通过1,2,3,4-丁烷四羧酸的“桥梁”方式接枝到木材细胞壁的羟基上。所制备的乐器指板木质材料，其含水率和密度可控，外观色差均匀，具有优良的实木质感，更重要的是，其声学振动性能堪比天然木材，音质良好，可代替濒危珍贵的天然木材。由此，本发明提供了一种含水率和密度可控、外观色差均匀、良好声学振动性能和实木质感的乐器指板木质材料的制备方法。
本发明的方案是：
一种乐器指板木质材料的制备方法，包括以下列步骤：
1)将带有醇羟基的呋喃类化合物、硼酸、磷酸和四氯化碳按照一定比例进行混合，之后逐滴加入一定量的三乙胺，于20-80℃下反应1-12小时，经过滤之后，所得溶液A待用；然后将一定量1,2,3,4-丁烷四羧酸和纳米碳材料用乙醇溶解分散后，按一定比例加入到溶液A中充分混合5-60分钟，即得到所需的声学功能体浸渍液；
2)将含水率在1-10％的木材于沿弦切面方向锯材成一定尺寸的长方体形状，于10-30℃下浸渍在步骤1)得到的声学功能体浸渍液中保持1-12小时；
3)取出步骤2)浸渍后的木材沥干，用功率为50-500瓦的微波预处理1-15分钟或在50-100℃加热预处理1-5小时，使声学功能体中的单体分子形成分子量为500-5000的低聚体，然后在压力0.5-4.9MPa下，温度为100-160℃进行热压处理20-60分钟；
4)将步骤3)热压后得到的木材，于-0.1MPa真空环境下，温度为60-120℃加热1-12小时，完毕后取出冷却至室温，然后经过刨切、打磨之后，即得到乐器指板木质材料。
作为优选的技术方案，所述步骤1)中所述的带醇羟基的呋喃类化合物为2-呋喃甲醇、3-呋喃甲醇、2-呋喃乙醇、2-呋喃甲醛缩二乙醇中的一种或多种的混合物。
作为优选的技术方案，所述步骤1)中所述的带醇羟基的呋喃类化合物、硼酸、磷酸的摩尔比为150:10:1-70:1:10，四氯化碳、三乙胺与磷酸的摩尔比相同。
作为优选的技术方案，所述步骤1)中所述的1,2,3,4-丁烷四羧酸添加量为所述溶液A质量的0.1-2wt％，所述纳米碳材料添加量为所述溶液A质量的1-20wt％。
作为优选的技术方案，所述步骤1)中所述纳米碳材料为羧基化单壁碳纳米管、羧基化多壁碳纳米管、羟基化单壁碳纳米管、羟基化多壁碳纳米管、氧化石墨烯其中的一种或多种的混合物。
作为优选的技术方案，所述步骤2)中所述木材为辐射松、杉木、柳杉、云杉与樟子松其中的一种。
作为优选的技术方案，所述步骤2)中所述木材为辐射松。
作为优选的技术方案，所述步骤2)中所述木材长方体的长宽厚尺度为40-1000mm*20-300mm*3-100mm，厚度方向为弦切面。
本发明还提供一种乐器指板木质材料的制备方法所用声学功能体浸渍液，包括：
一主要材料，包括带有醇羟基的呋喃类化合物、硼酸、磷酸、四氯化碳与三乙胺，其中，所述的带醇羟基的呋喃类化合物、硼酸、磷酸的摩尔比为150:10:1-70:1:10，四氯化碳、三乙胺与磷酸的摩尔比相同；
一辅助材料，包括1,2,3,4-丁烷四羧酸、纳米碳材料与乙醇，其中，所述的1,2,3,4-丁烷四羧酸添加量为所述主要材料质量的0.1-2wt％，所述纳米碳材料添加量为所述主要材料质量的1-20wt％。
本发明还提供一种乐器指板木质材料，根据上述所述的乐器指板木质材料的制备方法制备，所述乐器指板木质材料的密度为0.7至1.3g/cm3，含水率为0至5.0％，声辐射阻尼系数为3.0至6.0，比动态弹性模量为15.0至25.0GPa·cm3/g，声阻抗为3.0至5.0MPa·s/m，对数衰减率为0.04至0.06。
本发明的有益效果在于：本发明以软质木材为基材，采用化学修饰的方式，从分子层级将声学功能体和纳米碳材料通过1,2,3,4-丁烷四羧酸的催化和交联作用，以化学键的形式接枝到木材的细胞腔的化学结构上；所制备的乐器指板木质材料，其含水率和密度可控，外观色差均匀，具有优良的实木质感，更重要的是，其声学振动性能堪比天然木材，音质良好，可代替濒危珍贵的天然木材。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
实施例一：
1)将带686.7g 2-呋喃甲醇、61.8g硼酸、9.8g磷酸和15.4g四氯化碳进行混合，之后逐滴加入10.1g三乙胺，于40℃下反应6小时，经过滤之后，所得溶液A待用；然后将3.8g1,2,3,4-丁烷四羧酸和37.9g羧基化单壁碳纳米管用100mol乙醇溶解分散后，加入到溶液A中充分混合30分钟，即得到所需的声学功能体浸渍液；
2)将含水率在5％的辐射松木材于沿弦切面方向锯材成长宽厚为400mm*30mm*10mm的长方体形状，于20℃下浸渍在步骤1)得到的声学功能体浸渍液中6小时；
3)取出步骤2)浸渍后的木材沥干，用功率为400瓦的微波预处理3分钟，使声学功能体中的单体分子形成分子量为800-2000的低聚体，然后在压力1.0MPa下，温度为150℃进行热压处理20分钟；
4)将步骤3)得到热压后得到的木材，于-0.1MPa真空环境下，温度为70℃处理后10小时，完毕后取出冷却至室温，然后经过刨切、打磨之后，即得到乐器指板木质材料。
制备得到乐器指板木质材料，经过测试得到其密度为0.84g/cm3，含水率为3.1％，声辐射阻尼系数为4.8，比动态弹性模量为16.5GPa·cm3/g，声阻抗为3.4MPa·s/m，对数衰减率为0.05。
实施例二：
1)将带833.8g 3-呋喃二甲醇、6.2g硼酸、97.9g磷酸和153.8g四氯化碳进行混合，之后逐滴加入101.1g三乙胺，于50℃下反应5小时，经过滤之后，所得溶液A待用；然后将7.5g 1,2,3,4-丁烷四羧酸和93.7g羧基化多壁碳纳米管用120mol乙醇溶解分散后，加入到溶液A中充分混合35分钟，即得到所需的声学功能体浸渍液；
2)将含水率在6％的杉木木材于沿弦切面方向锯材成长宽厚为450mm*35mm*12mm的长方体形状，于25℃下浸渍在步骤1)得到的声学功能体浸渍液中8小时；
3)取出步骤2)浸渍后的木材沥干，用功率为450瓦的微波预处理4分钟，使声学功能体中的单体分子形成分子量为1000-3000的低聚体，然后在压力2.0MPa下，温度为140℃进行热压处理30分钟；
4)将步骤3)得到热压后得到的木材，于-0.1MPa真空环境下，温度为80℃处理后8小时，完毕后取出冷却至室温，然后经过刨切、打磨之后，即得到乐器指板木质材料。
制备得到乐器指板木质材料，经过测试得到其密度为0.91g/cm3，含水率为3.3％，声辐射阻尼系数为4.9，比动态弹性模量为20.4GPa·cm3/g，声阻抗为4.1MPa·s/m，对数衰减率为0.04。
实施例三：
1)将带1065.1g 2-呋喃乙醇、30.9g硼酸、48.9g磷酸和76.9g四氯化碳进行混合，之后逐滴加入50.6g三乙胺，于60℃下反应4小时，经过滤之后，所得溶液A待用；然后将11.4g 1,2,3,4-丁烷四羧酸和137.4g氧化石墨烯用150mol乙醇溶解分散后，加入到溶液A中充分混合30分钟，即得到所需的声学功能体浸渍液；
2)将含水率在6％的柳杉木材于沿弦切面方向锯材成长宽厚为400mm*30mm*10mm的长方体形状，于25℃下浸渍在步骤1)得到的声学功能体浸渍液中10小时；
3)取出步骤2)浸渍后的木材沥干，在60℃下加热4小时，使声学功能体中的单体分子形成分子量为1500-3500的低聚体，然后在压力3.0MPa下，温度为130℃进行热压处理40分钟；
4)将步骤3)得到热压后得到的木材，于-0.1MPa真空环境下，温度为90℃处理后6小时，完毕后取出冷却至室温，然后经过刨切、打磨之后，即得到乐器指板木质材料。
制备得到乐器指板木质材料，经过测试得到其密度为0.94g/cm3，含水率为3.2％，声辐射阻尼系数为4.8，比动态弹性模量为20.8GPa·cm3/g，声阻抗为4.3MPa·s/m，对数衰减率为0.05。
实施例四：
1)将带490.5g 2-呋喃醇和490.5g 3-呋喃甲醇、43.3g硼酸、29.4g磷酸和107.6g四氯化碳进行混合，之后逐滴加入70.8g三乙胺，于70℃下反应4小时，经过滤之后，所得溶液A待用；然后将16.8g 1,2,3,4-丁烷四羧酸和79.1g羧基化多壁碳纳米管和79.1g氧化石墨烯和用200mol乙醇溶解分散后，加入到溶液A中充分混合30分钟，即得到所需的声学功能体浸渍液；
2)将含水率在6％的辐射松木材于沿弦切面方向锯材成长宽厚为400mm*30mm*10mm的长方体形状，于25℃下浸渍在步骤1)得到的声学功能体浸渍液中10小时；
3)取出步骤2)浸渍后的木材沥干，用功率为500瓦的微波预处理5分钟，使声学功能体中的单体分子形成分子量为2000-4000的低聚体，然后在压力4.0MPa下，温度为120℃进行热压处理50分钟；
4)将步骤3)得到热压后得到的木材，于-0.1MPa真空环境下，温度为100℃处理后5小时，完毕后取出冷却至室温，然后经过刨切、打磨之后，即得到乐器指板木质材料。
制备得到乐器指板木质材料，经过测试得到其密度为1.01g/cm3，含水率为3.4％，声辐射阻尼系数为3.8，比动态弹性模量为14.6GPa·cm3/g，声阻抗为3.8MPa·s/m，对数衰减率为0.06。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界。

Claims (6)

1.一种乐器指板木质材料的制备方法，其特征在于，包括以下列步骤：
1)将带有醇羟基的呋喃类化合物、硼酸、磷酸和四氯化碳进行混合，所述的带醇羟基的呋喃类化合物、硼酸、磷酸的摩尔比为150:10:1-70:1:10，之后逐滴加入三乙胺，所述四氯化碳、三乙胺与磷酸的摩尔比相同，于20-80℃下反应1-12小时，经过滤之后，所得溶液A待用；然后将1,2,3,4-丁烷四羧酸和纳米碳材料用乙醇溶解分散后，加入到溶液A中充分混合5-60分钟，所述的1,2,3,4-丁烷四羧酸添加量为所述溶液A质量的0.1-2wt％，所述纳米碳材料添加量为所述溶液A质量的1-20wt％，即得到所需的声学功能体浸渍液；
2)将含水率在1-10％的木材于沿弦切面方向锯材成一定尺寸的长方体形状，于10-30℃下浸渍在步骤1)得到的声学功能体浸渍液中保持1-12小时，所述木材为辐射松、杉木、柳杉、云杉与樟子松其中的一种；
3)取出步骤2)浸渍后的木材沥干，用功率为50-500瓦的微波预处理1-15分钟或在50-100℃加热预处理1-5小时，使声学功能体中的单体分子形成分子量为500-5000的低聚体，然后在压力0.5-4.9MPa下，温度为100-160℃进行热压处理20-60分钟；
4)将步骤3)热压后得到的木材，在-0.1MPa真空环境下，温度为60-120℃加热1-12小时，完毕后取出冷却至室温，然后经过刨切、打磨之后，即得到乐器指板木质材料，所述乐器指板木质材料的密度为0.7-1.3g/cm3，含水率为0-5.0％，声辐射阻尼系数为3.0-6.0，比动态弹性模量为15.0-25.0GPa·cm3/g，声阻抗为3.0-5.0MPa·s/m，对数衰减率为0.04-0.06。
2.如权利要求1所述的乐器指板木质材料的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中所述的带醇羟基的呋喃类化合物为2-呋喃甲醇、3-呋喃甲醇、2-呋喃乙醇、2-呋喃甲醛缩二乙醇中的一种或多种的混合物。
3.如权利要求1所述的乐器指板木质材料的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中所述纳米碳材料为羧基化单壁碳纳米管、羧基化多壁碳纳米管、羟基化单壁碳纳米管、羟基化多壁碳纳米管、氧化石墨烯其中的一种或多种的混合物。
4.如权利要求1所述的一种乐器指板木质材料的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中所述木材为辐射松。
5.如权利要求1所述的乐器指板木质材料的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中所述木材长方体的长宽厚尺度为40-1000mm*20-300mm*3-100mm，厚度方向为弦切面。
6.一种如权利要求1乐器指板木质材料的制备方法所用声学功能体浸渍液，其特征在于：
一主要材料，包括带有醇羟基的呋喃类化合物、硼酸、磷酸、四氯化碳与三乙胺，其中，所述的带醇羟基的呋喃类化合物、硼酸、磷酸的摩尔比为150:10:1-70:1:10，四氯化碳、三乙胺与磷酸的摩尔比相同；
一辅助材料，包括1,2,3,4-丁烷四羧酸、纳米碳材料与乙醇，其中，所述的1,2,3,4-丁烷四羧酸添加量为所述主要材料质量的0.1-2wt％，所述纳米碳材料添加量为所述主要材料质量的1-20wt％。
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