CN1174113A - 泡桐木－树脂复合板的制造方法及产品 - Google Patents

泡桐木－树脂复合板的制造方法及产品 Download PDF

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Abstract

本发明是用泡桐木制作复合板的生产技术,通过抽空和加压把特制的初级树脂浸渍于加工成型好的泡桐木板材内、经γ射线辐照(或加热)处理,使其进一步聚合交联,再经抛光等精加工便得到了可以上市出售的泡桐木一树脂复合板材。其各项力学性能指标都接近、达到或超过了硬杂木的水平。这种材料有多种用途、尤其适合制作地板块。产品物美价廉,耐磨防腐、耐水阻燃、色彩多样,铺设简便。发明内容包括浸渍初级树脂配方及合成方法,木材树脂浸渍工艺和树脂聚合交联处理技术。

Description

泡桐木-树脂复合板的制造方法及产品
本发明属于泡桐木(Panlownia)板材产品的改性方法，更具体说是用泡桐木制造地板块的方法。
木材制造的地板块(条)是传统的室内装饰材料之一，以其重量轻，保温，隔音和有舒适感而深受欢迎。但是现有市售产品都是用质硬耐磨的硬杂木(如柞木、榆木等)为原料制成的。这类原料资源不足且价格较昂贵，所以这种产品尚不能进入一般工薪阶层家庭。同时，硬杂木的纵向和横向胀缩率差异大，产品只能做成小地板条(如20×5×1.5厘米规格的最多)，铺设施工比较困难，也限制了这种地板的应用。
我国泡桐木资源丰富，价格便宜，急待开发利用。查阅国内外专利及公开文献，均未见有关于用泡桐木做建筑装饰材料，特别是做地板块的报导。这是因为泡桐木虽然纹理直、胀缩性小，但结构不均匀，甚轻、甚软、硬度低、不耐磨、抗冲击韧性差。所以不能直接用于制造地板块。
本发明的目的就是为了开拓地板块生产的新材料来源和为泡桐木开拓新的应用途径。本发明提出了泡桐木-树脂复合地板材的设想，研制了廉价的初级合成树脂，找到了有效地将树脂浸渍于木材中的方法和使其在木材内部进一步聚合、交联的生产工艺，形成了一整套的木材-树脂复合材料(Wood-Resin Composites)的生产技术，即木板材成型、初级树脂的配制、成型板材的树脂浸渍、树脂的聚合交联以及产品的抛光等工艺。本发明中初级树脂的配制采用甲醛和尿素合成尿醛树脂，用三聚氰胺为改性剂，六次甲基四胺用于调节pH值以控制反应条件，硫酸铵用作阻燃剂，磷酸三丁脂用作表面活性剂，此外是染色的颜料，用加热方法使树脂聚合交联时还要加脲苯二甲酸溶液作固化剂。本发明的成型板材的浸渍工艺是先将其分散放入浸渍罐内，抽真空20-30分钟罐内气压低于100帕，继续抽20-30分钟，将初级树脂导入浸渍罐，保持浸渍20-30分钟，再向浸渍罐内加压缩空气至1.0-1.2兆帕，保持加压浸渍20-30分钟，然后缓开阀门使浸渍罐内缓慢和大气压平衡。浸渍后的成型板材放置一天后再进行聚合交联处理。本发明的浸渍树脂的聚合交联采用两种方法，一种是用γ射线源辐照，累计剂量达到15-40千戈瑞；另一种是放入烘干炉内控制温度50-60℃时置1.5-2.0小时，80-100℃C时置4-6小时。
以下结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
图1是本发明的工艺流程示意图。图2是本发明使用设备配置的示意图。其中A是真空泵，B是真空罐，C是贮气罐，D是压缩空气机，E是浸渍罐，F是贮液罐，G是回收罐，H是反应釜，1是液体泵，J是γ辐射源或烘干炉，1-10是阀门开关。
实施例1
初级树脂配方原料         分子式       规格         用量(重量比)甲醛         HCHO        浓度37％       600-700尿素         (NH2)2CO  工业品        210-270三聚氰胺     C3H6N6   工业品         76-94六次甲基四胺 C6H12N6  工业品         28-34硫酸铵       (NH4)2SO4工业品          3-5磷酸三丁脂       C12H27O4P  三级试剂    0.6-1.0颜料                           色浆        适量
初级树脂的配制可以使用通用的反应釜，带搅拌器及加热和水冷系统，容量不限，视生产规模而定。也可用简单的设备生产。配制的工艺是先将甲醛加入反应釜，再加六次甲基四胺，开搅拌器，待溶解后溶液pH值应为7.0-7.5。加尿素，再搅拌10分钟后加三聚氰胺。缓慢加热使反应液在20-30分钟内温度升至65-75℃ 。反应液呈透明后，再继续保温20-40分钟，降温至40℃以下，加硫酸铵、磷酸三丁脂和颜料，搅拌均匀后放料入贮液罐待用。
成型板材的树脂浸渍工艺
初级树脂向木材内的浸渍过程，实质是树脂代替木材内的空气的过程。本发明采用的是抽真空和加压的联合手段来排除木材内的空气，并在树脂液中添加了表面活性剂(磷酸三丁脂)，以促进浸渍过程的进行。浸渍的设备包括高压密封浸渍罐及与其配套的真空泵、真空罐、贮液罐、空气压缩机、贮气罐和树脂回收罐等(见附图2)。浸渍的工艺是将成型的木板材(地板块)分散放入浸渍罐E内固定，并在罐内的上部留有足够的空间。关闭E的密闭门和各个连接阀。开真空泵A和阀门1和3对E(包括木材)进行抽气，经20-30分钟E内空气压力应低于100帕，再继续抽20-30分钟。关A和阀门1，开阀门5使贮液罐F中的初级树脂进入E中，达预期量后关闭阀门5，保持浸渍20-30分钟。关闭阀门3，开空气压缩机D、阀门2和阀门4，向E加压至1.0-1.2兆帕，并保持加压浸渍20-30分钟。关D、阀门2和阀门4，并缓慢开阀门10，使E内慢慢和大气平衡。开阀门6，使剩余树脂进入回收罐G。打开E的密闭门，取出木材，浸渍过程即告完成。若浸渍量没有达到要求，可重复上述过程。
成型木材内树脂的聚合交联
浸渍入木材内的初级树脂进一步聚合交联，变成不溶不熔的固体并与木材形成木材-树脂复合物。本实施例中采用γ辐照处理，主要设备是一台60Coγ-射线辐照源。把经过浸渍的木材，晾放一天以后，装入辐照容器内，接受γ-射线辐照，累计剂量达到15-40千戈瑞时，辐照处理即完成。
实施例2
初级树脂配方原料             分子式          规格     用量(重量比)甲醛             HCHO            浓度37％  600-700尿素             (NH2)2CO     工业品    210-270三聚氰胺         C3H6N6      工业品     76-94六次甲基四胺     C6H12N6     工业品     28-34硫酸铵           (NH2)2SO4   工业品      3-5脲苯二甲酸溶液                   浓度50％    1-4磷酸三丁脂       C12H27O4P    三级试剂  0.6-1.0颜料                             色浆        适量
初级树脂的配制和实施例1基本相同，在保温20-40℃时加入固化剂脲苯二甲酸溶液。
成型板材的树脂浸渍工艺和实施例1完全相同。
成型木材内树脂的聚合交联
本实施例采用加热处理，主要设备是一座烘干炉。把经浸渍的木材晾放一天后，放入炉内，控制温度50-60℃，置1.5-2.0小时，80-10℃，置4-6小时后自然降温，加热处理即告完成。
本发明配制的初级树脂的性能如下：固体含量(％)               45-55pH值                       6.5-7.5游离甲醛含量(％)           ＜1.2活性期(天)                 15-20比重(克/厘米3)            1.19-1.22粘度(20℃，毫帕·秒)       90-140
这种树脂聚合度低，分子量小(300-500)，流动性好，渗透性强，不但可浸入木材的细胞间，而且可渗透入木材纤维的细胞内。因此，泡桐木板材经过这种树脂浸渍后，初级树脂绝对含量都在100％以上(树脂与原木材的重量比达到1∶1)。经进一步聚合交联处理，所得到的泡桐木-树脂复合地板块性能颇佳，参数如下：
  密度(g/cm3)           干缩系数(％) 顺文抗压强度(Kgf/cm2) 抗弯弹性模量(1000Kgf/cm2) 抗弯弹性模量(1000Kgf/cm2)
  径向   弦向   体积
原素材(泡桐木)   0.278   0.107  0.208   0.333     220     415     58
地板块(复合木)   0.417   0.106  0.186   0.296     540     863     106
顺文抗剪强度(Kgf/cm2) 横文抗压强度(Kgf/cm2) 顺文抗拉强度(Kgf/cm2) 冲击韧性(Kgf.m/cm2)           硬度(kgf/cm2)       抗劈力(Kgf/cm2)
   径面   弦面    径向   弦向 端面 径面 弦面   径面 弦面
原素材(泡桐木)     59     54     76    55     568     0.416  198  142  143   10.2  9.8
地板块(复合木)     99     92     81    63     1321     0.602  599  500  504   12.0  11.2
用本发明方法生产的泡桐木-树脂复合材料，胀缩性小，横向与纵向的差异不大。通常用于制成30×30×1.5厘米和20×20×1.5厘米规格的地板块，而硬杂木地板块多为20×5×1.5厘米规格的，因此本发明的产品美观大方，铺设简便。
本发明的浸渍液中含有防腐剂和阻燃剂。实验表明本发明产品的耐候、阻燃、防霉腐和抗蚊蛀等性能远超过硬杂本。
浸渍液中适当加入颜料，可得到不同色彩的地板块。可染成类似于紫植、核桃木或桃花心木等名贵木材的颜色，也可染成其他喜欢的色调。因此产品色泽多样，能满足不同场合和不同人的需要。
本发明的产品所用材料(泡桐木)资源丰富，价格便宜，所用的浸渍液是由廉价原料制成，所用设备除γ辐射源以外，都是市售的产品，加上其他的处理开支，总成本低于硬杂木地板块。因此，本发明的产品效益大，方法简便，有巨大的市场潜力。
虽然本发明是用泡桐木的板材实施例具体说明的并由权利要求加以限定，但是本发明不限于泡桐木板材，本领域的技术人员在阅读了说明书以后，所能联想到的本发明的变形技术方案，只要是利用了本发明的基本构思，都应认为是实施了本发明。

Claims (3)

1.泡桐木-树脂复合板的制造方法，包括木板材成型、初级树脂的配制、成型板材的树脂浸渍、树脂的聚合交联以及产品的抛光等工艺，其特征是：
A.初级树脂的配制，按如下配方：
原料                         用量(重量比)
甲醛(浓度37％)               600-700
尿素                         210-270
三聚氰胺                      76-94
六次甲基四胺                  28-34
硫酸铵                         3-5
磷酸三丁脂                     0.6-1.0
颜料(色浆)                     适量
先将甲醛加入反应釜，再加六次甲基四胺，开搅拌器待溶解后溶液的pH值为7.0-7.5，加尿素，再搅拌10分钟后加三聚氰胺；缓慢加热使反应液在20-30分钟内温度升至65-75℃，反应液呈透明状后，再继续保温20-40分钟，降温至40℃以下，加硫酸铵、磷酸三丁脂和颜料，搅拌均匀后放入贮液罐待用；
B.成型木材的树脂浸渍
将成型木材分散放入浸渍罐内，抽真空20-30分钟罐内气压低于100帕，继续抽20-30分钟；将贮液罐内的初级树脂导入浸渍罐，保持浸渍20-30分钟；再向浸渍罐内加压缩空气至1.0-1.2兆帕，保持加压浸渍20-30分钟；然后缓开阀门使浸渍罐内缓慢和大气压平衡；
C.浸渍树脂的聚合交联
经过树脂浸渍的成型木材自然放置一天后，用γ射线辐照，累计剂量达15-40千戈瑞。
2.泡桐木-树脂复合板的制造方法，包括木板材成型、初级树脂的配制、成型板材的树脂浸渍、树脂的聚合交联以及产品的抛光等工艺，其特征是：
A.初级树脂的配制，按如下配方：
原料                          用量(重量比)
甲醛(浓度37％)                600-700
尿素                          210-270
三聚氰胺                       76-94
六次甲基四胺                   28-34
硫酸铵                          3-5
脲苯二甲酸溶液(浓度50％)         1-4
磷酸三丁脂                      0.6-1.0
颜料(色浆)                      适量
先将甲醛加入反应釜，再加六次甲基四胺，开搅拌器待溶解后溶液的pH值为7.0-7.5，加尿素，再搅拌10分钟后加三聚氰胺，缓慢加热使反应液在20-30分钟内温度升至65-75℃，反应液呈透明状后，再继续保温20-40分钟，加入脲苯二甲酸溶液，降温至40℃以下，加硫酸铵、磷酸三丁脂和颜料，搅拌均匀后放入贮液罐待用；
B.成型木材的树脂浸渍
将成型木材分散放入浸渍罐内，抽真空20-30分钟罐内气压低于100帕，继续抽20-30分钟，将贮液罐内的初级树脂导入浸渍罐，保持浸渍20-30分钟；再向浸渍罐内加压缩空气至1.0-1.2兆帕，保持加压浸渍20-30分钟；然后缓开阀门使浸渍罐内缓慢和大气压平衡；
C.浸渍树脂的聚合交联
经过树脂浸渍的成型木材自然放置一天后，放入烘干炉内，控制温度50-60℃时1.5-2.0小时，80-100℃时4-6小时。
3.用权利要求1或2的方法制造的产品。
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