CN108818818A - 一种木材-聚乳酸复合材料的制备方法 - Google Patents

一种木材-聚乳酸复合材料的制备方法 Download PDF

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许善峰
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Abstract

本发明公开了一种木材‑聚乳酸复合材料的制备方法，包括以下具体步骤：1）木材的预处理；2）将步骤1中处理好的木材浸没于溶有聚乳酸的三氯甲烷溶液中，并放入真空加压装置中，加压浸渍处理；3）将浸渍完的木材放在热压机中进行热压成型。采用上述方法制备的木材‑聚乳酸复合材料，具有力学强度高、无甲醛释放和可降解等优点，可用于家具和户外装修等领域。

Description

一种木材-聚乳酸复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种木材改性方法，具体涉及木材-聚乳酸复合材料的制备方法。
背景技术
第八次森林资源调查结果显示，我国人工林面积居世界首位。但力学性能低影响了人工林木材在家具制造和装饰装修中的应用。浸渍增强处理是提高人工林木材力学性能的重要手段，目前通常采用加压浸渍酚醛树脂和脲醛树脂的方法对木材进行改性处理。但酚醛树脂和脲醛树脂处理后的木材在使用过程中会释放甲醛，同时酚醛树脂和脲醛树脂无法生物降解。有文献公布了一种聚乳酸木塑复合线材及其制备方法和应用，该方法将木材打成木粉，然后与聚乳酸、聚乙烯和聚磷酸铵等混合挤出或者3D打印出复合材料。该方法将木材粉碎成木粉，生产成本高，同时失去了木材原有的天然纹理和花纹。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供木材-聚乳酸复合材料的制备方法，该方法能保持木材天然纹理和花纹，同时浸渍增强使力学性能提高，且无甲醛释放。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：提供木材-聚乳酸复合材料的制备方法，该真空干燥方法依次包括以下步骤：
(1)木材预处理：首先将木材堆放在大气中，自然干燥至含水率30-40%。然后采用功率密度为200 kW/m3的微波对木材进行预处理，使木材渗透性提高；
(2)聚乳酸树脂溶液的制备：在三氯甲烷溶液中加入1%的乙醇作稳定剂，之后匀速缓慢加入聚乳酸粉末，使用玻璃棒快速均匀搅拌，每100g聚乳酸粉末使用500ml三氯甲烷溶液进行充分溶解，不能留有较多气泡和白色固体；
(3)加压浸渍处理：将经过预处理后的木材置于加压浸渍罐中，加入步骤(2)中制备好的聚乳酸树脂溶液，并淹没所有木材。采用1Mpa的加压压力，加压浸渍处理时间60min；
(4)热压成型：将步骤(3)中加压浸渍后的木材取出，晾干至表明无明显液体，随后置于热压机中进行热压成型，采用厚度规控制热压压力，热压温度为160℃，控制压缩率为10%，热压时间为60min；
(5)冷却卸压：关闭热压机加热阀门，通入循环水让热板冷却，待压机热压板温度降低到50℃以下后，即可卸除压力，取出木材。
本发明的有益效果是：首先将木材含水率调整为30～40%范围内，此时木材内部的自由水较少，结合水处于饱和状态，细胞腔内有足够的空间容纳水蒸气，细胞壁内有足够多的水用来吸收微波能而产生蒸汽，在此含水率状态下，木材经过微波处理后，在木材细胞腔内部产生大量的水蒸气，木材的部分闭塞纹孔和纹孔塞被破坏，甚至木材产生宏观裂缝，产生新的流体通道，有利于聚乳酸溶液进入木材内部。聚乳酸能溶于三氯甲烷溶液，按照1:5的比例将聚乳酸充分溶解。采用1Mpa的加压压力能使聚乳酸溶液更好的深入木材内部，加压时间维持在60min。浸渍处理后只需控制压缩率10%，采用厚度规控制，最后冷却后出材，制备的木材-聚乳酸复合材料具有天然环保、力学性能优良等优点，同时可天然降解，不造成环境污染。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：
进一步，步骤(1)中木材含水率调整为30%；
进一步，步骤(3)中加压压力为1.5MPa；
进一步，步骤(4)中热压时间为90min；
上述参数为优选参数，在其参数下，制备的木材-聚乳酸复合材料力学性能最优。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式做详细的说明。
本发明的实施例中，提供了一种木材-聚乳酸复合材料的制备方法，包括木材预处理、聚乳酸树脂溶液的制备、加压浸渍处理、热压成型和冷却卸压等步骤。首先对木材进行含水率调整，首先将原木锯切成一定规格的板材，先测试木材的初始含水率，然后根据初始含水率计算木材的绝干重量，随后将木材堆垛自然干燥。每隔一段时间对木材进行称重，直至木材含水率达到30～40%。木材含水率调整好后，对木材进行微波预处理，处理时采用的微波功率密度为200 kW/m3，处理的时间为90s。使木材的闭塞纹孔打开，部分纹孔塞破坏，有效纹孔膜微孔的数量增多，半径增大，同时使木材产生宏观裂纹，处理后的木材液体渗透性比未处理材提高几十甚至几千倍。处理完后的木材含水率为10～15%。
在三氯甲烷溶液中加入1%的乙醇作稳定剂，之后匀速缓慢加入聚乳酸粉末，使用玻璃棒快速均匀搅拌，每100g聚乳酸粉末使用500ml三氯甲烷溶液进行充分溶解，不能留有较多气泡和白色固体。将经过预处理后的木材置于加压浸渍罐中，关闭罐体阀门后开始抽真空，真空度为0.098Mpa，真空保持时间30min，将木材中的空气排出；加入步骤(2)中制备好的聚乳酸树脂溶液，并淹没所有木材；开始加压处理，加压压力为1Mpa，加压浸渍处理时间为60min。加压结束后，卸压。将加压浸渍后的木材取出，晾干至表明无明显液体滴下，随后置于热压机中进行热压成型，采用厚度规控制热压压力，热压温度为160℃，控制压缩率为10%，热压时间为60min；冷却卸压：关闭热压机加热阀门，通入循环水让热板冷却，待压机热压板温度降低到50℃以下后，即可卸除压力，取出木材。
采用上述方法制备的木材-聚乳酸复合材料具有天然环保、力学性能优良等优点，同时可天然降解，不造成环境污染。
下面的实施例只是用于详细说明本发明，并不以任何方式限制发明的范围。
(1)实施例一
本实施方式采用500mm（长）×80mm（宽）×30mm厚的樟子松板材进行木材-聚乳酸复合材料的制备，具体步骤如下：
①将30mm厚的樟子松板材采用垫条隔开堆放在通风阴凉处，每天进行称重，直至木材含水率降到30-40%；
②对樟子松木材进行微波预处理，采用的微波功率密度为200 kW/m3，处理的时间为90s；
③将经过预处理后的木材置于加压浸渍罐中，加入聚乳酸树脂溶液，采用1Mpa的加压压力，加压浸渍处理时间60min；
④将浸渍处理后的木材置于热压机中进行热压成型，采用厚度规控制热压压力，热压温度为160℃，控制压缩率为10%，热压时间为60min；
⑤关闭热压机加热阀门，通入循环水让热板冷却，待压机热压板温度降低到50℃以下后，即可卸除压力，取出木材；
⑥本实施方式制备的木材-聚乳酸复合材料物理力学性能具体数据如下：
抗弯弹性模量(MPa） 抗弯强度(MPa）
对照材 5780 64
木材-聚乳酸复合材料 6806 85
(2)实施例二
本实施方式采用500mm（长）×80mm（宽）×30mm厚的樟子松板材进行木材-聚乳酸复合材料的制备，具体步骤如下：
①将40mm厚的樟子松板材采用垫条隔开堆放在通风阴凉处，每天进行称重，直至木材含水率降到30-40%；
②对樟子松木材进行微波预处理，采用的微波功率密度为200 kW/m3，处理的时间为120s；
③将经过预处理后的木材置于加压浸渍罐中，加入聚乳酸树脂溶液，采用1.5Mpa的加压压力，加压浸渍处理时间90min；
④将浸渍处理后的木材置于热压机中进行热压成型，采用厚度规控制热压压力，热压温度为160℃，控制压缩率为10%，热压时间为90min；
⑤关闭热压机加热阀门，通入循环水让热板冷却，待压机热压板温度降低到40℃以下后，即可卸除压力，取出木材；
⑥本实施方式制备的木材-聚乳酸复合材料物理力学性能具体数据如下：
抗弯弹性模量(MPa） 抗弯强度(MPa）
对照材 5780 64
木材-聚乳酸复合材料 6806 85

Claims (4)

1.一种木材-聚乳酸复合材料的制备方法，其特征是：依次包括以下步骤：
(1)木材预处理：采用功率密度为200 kW/m3的微波对木材进行预处理，使木材渗透性提高；
(2)聚乳酸树脂溶液的制备：在三氯甲烷溶液中加入1%的乙醇作稳定剂，每100g聚乳酸粉末使用500ml三氯甲烷溶液进行充分溶解；
(3)加压浸渍处理：将木材置于加压浸渍罐中，加入(2)中制备好的聚乳酸树脂溶液，采用1Mpa的加压压力，加压浸渍处理时间60min；
(4)热压成型：将步骤(3)中加压浸渍后的木材置于热压机中，热压温度160℃，采用厚度规控制热压压力，控制压缩率为10%，热压时间60min；
(5)冷却卸压：冷却，待压机温度降低到50℃以下后，卸除压力，取出木材。
2.根据权利要求1所述的木材-聚乳酸复合材料的制备方法，其特征是：步骤(2)中采用1%的乙醇作稳定剂，每100g聚乳酸粉末使用500ml三氯甲烷溶液进行充分溶解。
3.根据权利要求1所述的木材-聚乳酸复合材料的制备方法，其特征是：步骤(3)中采用的加压压力为1Mpa，加压浸渍处理时间60min。
4.根据权利要求1所述的楠木板材的真空干燥方法，其特征是：步骤(4)中热压温度为160℃，控制压缩率为10%，热压时间为60min。
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