阅读说明：本技术 一种基于苎麻骨的高强度耐候彩色板材制备方法 (A kind of high-strength weather-proof colour plate preparation method based on ramie core ) 是由 吴庆定 宋喜艳 霍皓灵 唐小杰 杜沐青 于 2019-09-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于苎麻骨的高强度耐候彩色板材制备方法,其包括苎麻骨预处理、深度单色染色、混色施胶、温压成形、后处理五个步骤该发明易于实施,适合大规模生产,是一种实现苎麻骨等麻类作物剩余物高值清洁利用的有效途径,采用本发明制备的彩色板材色泽艳丽、强度高、抗磨损、耐候性好,用途广泛。(The high-strength weather-proof colour plate preparation method based on ramie core that the invention discloses a kind of, it includes that ramie core pretreatment, depth monochrome dyeing, colour mixture sizing, five warm-pressing formation, post-processing step inventions are easy to implement, it is suitble to large-scale production, it is a kind of effective way for realizing the crudefiber crops residue high level clean utilization such as ramie core, it is widely used using autochromatic plate material prepared by the present invention is beautiful in colour, intensity is high, wear-resistant, good weatherability.)

一种基于苎麻骨的高强度耐候彩色板材制备方法

技术领域

本发明属新材料及绿色制造领域，特别涉及一种基于苎麻骨的高强度耐候彩色板材制备方法。

背景技术

具有“中国草”之称的苎麻，种植广泛，其纤维相比棉纤维具有杨氏模量高、聚合度大、单纤强力大等特点，其收割剩余物麻骨的组分与性能不亚于普通木本植物。只可惜在广大农村，苎麻骨或直接烧掉、或作为农民家庭做饭、煮猪食的烧材，因而苎麻骨的经济价值没有得到充分高效的利用。

高值清洁利用廉价木本、藤本、草本植物及其收割/加工剩余物制备高性价比木质复合(功能)材料已成为新材料开发者的重要关注点之一。苎麻骨可以用于制备高性价比木质复合(功能)板材。

通过专利检索，查询到以下有关较为接近的专利技术方案。

专利1：专利申请号CN201711391972.8，一种苎麻纤维/环氧树脂复合材料的制备方法和应用。制备方法中将苎麻纤维裁剪成段，置于模具腔中，然后放在机械振动台中，设定振动的功率为1.2～1.8KW、振动的频率为300～600HZ、振幅为1～5mm、振动的时间为10～30min；将液态环氧树脂与固化剂、硅烷偶联剂以质量比(1～1.2)∶1∶(0.01～0.066)混合均匀，得环氧树脂胶液；将模具腔从机械振动台中取出，再将环氧树脂胶液注入模具腔中浸透苎麻纤维；将浸渍处理的苎麻纤维先室温晾干，再加压成型，最后固化，即得苎麻纤维/环氧树脂复合材料。该专利添加硅烷偶联剂，利用的是苎麻的纤维，经济成本高。

专利2：申请号CN201810675026.4，一种超临界CO辅助制备苎麻纤维/环氧树脂复合材料的方法，将苎麻纤维分散在乙醇中，之后放入超临界CO处理装置中，在60～80℃、20～30Mpa下处理30～60min；处理结束后卸压至常压，取出苎麻纤维，将其在N气氛中200～300℃下热处理40～60min；将热处理后的苎麻纤维重新放入超临界CO处理装置中，同时将SiC颗粒、纳米二氧化硅、固化剂加入环氧树脂中混匀，将混匀后的物料倒入超临界CO处理装置中浸泡住苎麻纤维，在40～60℃、20～30Mpa下处理30～60min；处理结束后卸压至常压，取出苎麻纤维，室温晾干，加压成型，固化，即得苎麻纤维/环氧树脂复合材料。该专利在超临界CO处理装置处理，利用的是苎麻的纤维，经济成本高。

《湖南农学院学报》1989年第89期，苎麻骨纤维板的研制，其工艺流程为原料切断、筛选、热磨、精磨、热磨法制备粗浆、***处理、成型、热压、裁边，苎麻骨需经过热磨、精磨，浸水两小时、水温18摄氏度时，厚度膨胀率为8％。该专利从工艺到制品都存在环境污染问题，且制品苎麻骨纤维板为常规纤维板，常规纤维板将逐渐被高强度的板材替代。

以上公开的专利技术方案与论文均未公开本发明的内容，本领域普通技术人员也不能通过以上技术方案的相互结合得出本发明的技术启示。

发明内容

本发明的目的在于开辟一种苎麻骨高值清洁利用新途径，提供一种色泽艳丽、强度高、抗磨损、耐候性好的彩色板材制备方法，让人们享受到有高贵不贵的高档木制品陪伴的美好生活。

一种基于苎麻骨的高强度耐候彩色板材制备方法，包括以下步骤：

步骤1：苎麻骨预处理：在室温环境下，将经烘干的苎麻骨在浓度为2％～5％的NaOH溶液中浸泡10～12h后水洗、烘干；

步骤2：深度单色染色：对经步骤1预处理的苎麻骨实施单色染色处理45～60min，其中，染液以重量百分比计包含水性染料2％～4％、食盐2％～3％、余量软水，所述水性染料为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种单色染料中至少一种；上述单色染色处理在温度50～70℃、真空度为0.05～0.08MPa的真空环境下进行；所述深度单色染色实质是将步骤1经NaOH溶液充分浸泡后打开纹孔并经水洗与烘干后的苎麻骨由表及里实施染色的过程；

步骤3：混色施胶：将经步骤2深度染色的至少一种苎麻骨进行混杂打捆，每捆重量为3～5kg，以捆为操作单元浸润水性环氧树脂胶；

所述水性环氧树脂胶为环氧树脂复合乳液与水溶性固化剂按体积比1:1实时配制而成,其中环氧树脂复合乳液为环氧树脂乳液与环氧树脂-有机纳米蒙脱土的包覆乳液的均匀混合乳液，所述环氧树脂复合乳液中环氧树脂与环氧树脂乳液的体积比为1:9～1:3，环氧树脂复合乳液中有机纳米蒙脱土的含量为4％～6wt％；

步骤4：温压成形：将经步骤3混色施胶的苎麻骨及时铺装于四面顶成形模具中实施温压成形制成彩色板坯，成形压力为200～300MPa，成形温度为80～120℃，保温保压时间为30～60min；

步骤5：后处理：对彩色板坯进行切边、砂光、打蜡处理，最终获得基于苎麻骨的高强度耐候彩色板材。

进一步的，所述步骤1中的苎麻骨预处理前后的含水率均为12％～15％。

进一步的，所述步骤2中的软水为天然软水，为不含或含可溶性钙、镁化合物低于550mg/L的江水、河水或淡水湖的水。

进一步的，所述步骤4中的四面顶成形模具为利用模具的六个面中两两平行的四个面实施温压成形的三维双向成形模具，所述成形压力为250MPa，成形温度为100℃，保温保压时间为55min。

进一步的，所述步骤3中环氧树脂乳液为环氧树脂、马来酸酐、聚乙二醇按摩尔比2:2:1～3:3:1配制的乳化液。

进一步的，所述步骤3中有机纳米蒙脱土为将十八烷基三甲基溴化铵作为插层剂对无机蒙脱土进行有机化改性获得。

进一步的，所述步骤3中水溶性固化剂包括三乙烯四胺、环氧树脂、烯丙基缩水甘油醚和稀释剂，三乙烯四胺、环氧树脂、烯丙基缩水甘油醚按摩尔比2:1:2～5:2:4配制而成，稀释剂为丙酮和蒸馏水。

本发明的有益效果：

1.本案以苎麻骨为基材经预处理、深度染色、混色施胶、温压成形与后处理等过程，综合应用粉末冶金与粉体工程、复合材料与工程、木材科学与技术等交叉学科材料成形理论，创新了木质复合材料的成形技术与方法。

2.本发明中苎麻骨经NaOH溶液充分浸泡，苎麻骨打开纹孔后对苎麻骨由表及里实施染色，确保了染色的均质性与完全性，保证了在一定程度上不易褪色。

3.本发明的水性环氧树脂胶的成分均为环保制剂，不存在环境污染问题；制备方法简单，环氧树脂的环氧基团与其他添加物的基团进行反应，实现粘接，提高了材料的耐久性；丙酮和水作为稀释剂，从体系中脱除比较方便，利于减少能耗，带走反应中产生的热量，便于反应平稳温和进行。

4.本发明利用四面顶成形模具对混色施胶后的苎麻骨实施四个面挤压的温压成形，克服了常规人造板仅通过上下两个方向挤压成形导致板坯在所难免的内部缺陷的明显弊端，制成的彩色板坯经四个面挤压，相比两个面挤压，无内部缺陷，且色泽艳丽、强度高、抗磨损、耐候性好。

5.对比专利申请号CN201711391972.8，本发明申请对苎麻进行烘干和染色预处理，混色施胶过程中没有添加偶联剂，可以达到湿态下的同等粘合力、耐候性；真空染色，能使水性燃料达到良好的分散性；本申请中选用苎麻木质部即苎麻的废料作为原材料，利用加工剩余物制备高性价比木质复合(功能)材料，对节能减排有重大意义。

6.对比专利申请号CN201810675026.4，本发明申请经过对水性环氧树脂胶配方的精确控制，对温压成形过程的温度、压力、时间的精确把握，无需室温晾干，直接进行混色施胶，达到同等效果；本申请中选用苎麻木质部即苎麻的废料作为原材料，利用加工剩余物制备高性价比木质复合(功能)材料，对节能减排有重大意义。

7.对比《湖南农学院学报》1989年第89期，苎麻骨纤维板的研制，其增加了工艺流程和成本，洗浆过程中加入了石蜡、酚醛树脂、硫酸铝、稀硫酸，成型工序需添加脲醛树脂胶，对比本发明从工艺到制品都存在环境污染问题，且制品苎麻骨纤维板为常规纤维板，密度低、强度低、吸水膨胀率高、耐候性差，本发明工艺简短且环保、制品密度、强度、耐候性相对对比文件制备的纤维板，在功能参数上均高于1倍以上。

8.本发明的高强度耐候彩色板材的材质密度高达1.2～1.3g/cm³，吸水率≤2.0％而吸水体积膨胀率为0.0％、静曲强度≥100MPa、硬度≥8000N/mm²、磨耗性≤0.05g/100r,具有耐候性高、高密度、高强度、吸水膨胀率低且优于常规板材的特点，适用于各类高档家居产品及工艺品的制造。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实例对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

以下是具体实施例

实施例1

一种基于苎麻骨的高强度耐候彩色板材制备方法，包括以下步骤：

步骤1：苎麻骨预处理：在室温环境下，将经烘干的苎麻骨在浓度为2％的NaOH溶液中浸泡10h后水洗、烘干；所述步骤1中的苎麻骨预处理前后的含水率均为12％～15％。

步骤2：深度单色染色：对经步骤1预处理的苎麻骨实施单色染色处理45min，其中，染液以重量百分比计包含水性染料2％、食盐2％、余量软水，所述水性染料分别为为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种单色染料；上述单色染色处理在温度50℃、真空度为0.05MPa的真空环境下进行；所述深度单色染色实质是将步骤1经NaOH溶液充分浸泡后打开纹孔并经水洗与烘干后的苎麻骨由表及里实施染色的过程；所述步骤2中的软水为天然软水，含可溶性钙、镁化合物低于550mg/L的江水。

步骤3：混色施胶：将经步骤2深度染色的7种不同颜色的苎麻骨进行分别打捆，打捆7种纯色的苎麻骨，每捆重量为3kg，以捆为操作单元浸润水性环氧树脂胶；所述水性环氧树脂胶为环氧树脂复合乳液与水溶性固化剂按体积比1:1实时配制而成,其中环氧树脂复合乳液为环氧树脂乳液与环氧树脂-有机纳米蒙脱土的包覆乳液的均匀混合乳液，所述环氧树脂复合乳液中环氧树脂与环氧树脂乳液的体积比为1:9，环氧树脂复合乳液中有机纳米蒙脱土的质量含量为4％；所述步骤3中环氧树脂乳液为环氧树脂、马来酸酐、聚乙二醇按摩尔比2:2:1配制的乳化液。所述步骤3中有机纳米蒙脱土为将十八烷基三甲基溴化铵作为插层剂对无机蒙脱土进行有机化改性获得。所述步骤3中水溶性固化剂包括三乙烯四胺、环氧树脂、烯丙基缩水甘油醚和稀释剂，三乙烯四胺、环氧树脂、烯丙基缩水甘油醚按摩尔比2:1:2配制而成，稀释剂为丙酮和蒸馏水。

步骤4：温压成形：将经步骤3混色施胶的苎麻骨及时铺装于四面顶成形模具中实施温压成形制成彩色板坯，成形压力为200Mpa，成形温度为80℃，保温保压时间为30min；所述步骤4中的四面顶成形模具为利用模具的六个面中两两平行的四个面实施温压成形的三维双向成形模具。

步骤5：后处理：对彩色板坯进行切边、砂光、打蜡处理，最终获得基于苎麻骨的高强度耐候彩色板材。

以上所述的环氧树脂为标准双酚A环氧树脂E-51。

本实施例制备得到的一种7种纯色的高强度耐候彩色板材进行测试分析：密度高达1.21g/cm³，吸水率为1.1％、吸水体积膨胀率为0.0％、静曲强度为101MPa、硬度为9100N/mm²、磨耗性为0.05g/100r。

实施例2

一种基于苎麻骨的高强度耐候彩色板材制备方法，包括以下步骤：

步骤1：苎麻骨预处理：在室温环境下，将经烘干的苎麻骨在浓度为4％的NaOH溶液中浸泡11h后水洗、烘干；所述步骤1中的苎麻骨预处理前后的含水率均为13％～14％。

步骤2：深度单色染色：对经步骤1预处理的苎麻骨实施单色染色处理55min，其中，染液以重量百分比计包含水性染料3％、食盐2.8％、余量软水，所述水性染料分别为橙、黄、绿三种单色染料；上述单色染色处理在温度60℃、真空度为0.06MPa的真空环境下进行；所述深度单色染色实质是将步骤1经NaOH溶液充分浸泡后打开纹孔并经水洗与烘干后的苎麻骨由表及里实施染色的过程；所述步骤2中的软水为天然软水，含可溶性钙、镁化合物低于500mg/L的河水。

步骤3：混色施胶：将经步骤2深度染色的3种颜色苎麻骨进行混杂打捆，每捆重量为4kg，打捆橙、黄和绿三色的一种板材，以捆为操作单元浸润水性环氧树脂胶；所述水性环氧树脂胶为环氧树脂复合乳液与水溶性固化剂按体积比1:1实时配制而成,其中环氧树脂复合乳液为环氧树脂乳液与环氧树脂-有机纳米蒙脱土的包覆乳液的均匀混合乳液，所述环氧树脂复合乳液中环氧树脂与环氧树脂乳液的体积比为1:6，环氧树脂复合乳液中有机纳米蒙脱土的含量为5wt％；所述步骤3中环氧树脂乳液为环氧树脂、马来酸酐、聚乙二醇按摩尔比2.5:2.5:1配制的乳化液。所述步骤3中有机纳米蒙脱土为将十八烷基三甲基溴化铵作为插层剂对无机蒙脱土进行有机化改性获得。所述步骤3中水溶性固化剂包括三乙烯四胺、环氧树脂、烯丙基缩水甘油醚和稀释剂，三乙烯四胺、环氧树脂、烯丙基缩水甘油醚按摩尔比2.3:1:2配制而成，稀释剂为丙酮和蒸馏水。

步骤4：温压成形：将经步骤3混色施胶的苎麻骨及时铺装于四面顶成形模具中实施温压成形制成彩色板坯，所述成形压力为250MPa，成形温度为100℃，保温保压时间为55min；所述步骤4中的四面顶成形模具为利用模具的六个面中两两平行的四个面实施温压成形的三维双向成形模具，

步骤5：后处理：对彩色板坯进行切边、砂光、打蜡处理，最终获得基于苎麻骨的高强度耐候彩色板材。

以上所述的环氧树脂为标准双酚A环氧树脂E-51。

本实施例制备得到的高强度耐候彩色板材进行测试分析：密度为1.26g/cm³，吸水率为1.4％、吸水体积膨胀率为0.0％、静曲强度为103MPa、硬度为9800N/mm²、磨耗性为0.04g/100r。

实施例3

一种基于苎麻骨的高强度耐候彩色板材制备方法，包括以下步骤：

步骤1：苎麻骨预处理：在室温环境下，将经烘干的苎麻骨在浓度为4.5％的NaOH溶液中浸泡11.5h后水洗、烘干；所述步骤1中的苎麻骨预处理前后的含水率均为14％。

步骤2：深度单色染色：对经步骤1预处理的苎麻骨实施单色染色处理58min，其中，染液以重量百分比计包含水性染料3.5％、食盐2.6％、余量软水，所述水性染料分别为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫水性染料；上述单色染色处理在温度58℃、真空度为0.07MPa的真空环境下进行；所述深度单色染色实质是将步骤1经NaOH溶液充分浸泡后打开纹孔并经水洗与烘干后的苎麻骨由表及里实施染色的过程；所述步骤2中的软水为天然软水，含可溶性钙、镁化合物低于550mg/L的淡水湖的水。

步骤3：混色施胶：将经步骤2深度染色的7种颜色苎麻骨进行混杂打捆，打捆成一捆具有7种颜色的彩色苎麻骨，每捆重量为4.5kg，以捆为操作单元浸润水性环氧树脂胶；所述水性环氧树脂胶为环氧树脂复合乳液与水溶性固化剂按体积比1:1实时配制而成,其中环氧树脂复合乳液为环氧树脂乳液与环氧树脂-有机纳米蒙脱土的包覆乳液的均匀混合乳液，所述环氧树脂复合乳液中环氧树脂与环氧树脂乳液的体积比为1:7，环氧树脂复合乳液中有机纳米蒙脱土的含量为5.2wt％；所述步骤3中环氧树脂乳液为环氧树脂、马来酸酐、聚乙二醇按摩尔比2.8:2.8:1配制的乳化液。所述步骤3中水溶性固化剂包括三乙烯四胺、环氧树脂、烯丙基缩水甘油醚和稀释剂，三乙烯四胺、环氧树脂、烯丙基缩水甘油醚按摩尔比2.8:1:2配制而成，稀释剂为丙酮和蒸馏水。

步骤4：温压成形：将经步骤3混色施胶的苎麻骨及时铺装于四面顶成形模具中实施温压成形制成彩色板坯，成形压力为280MPa，成形温度为110℃，保温保压时间为48min；所述步骤4中的四面顶成形模具为利用模具的六个面中两两平行的四个面实施温压成形的三维双向成形模具。

步骤5：后处理：对彩色板坯进行切边、砂光、打蜡处理，最终获得基于苎麻骨的高强度耐候彩色板材。

以上所述的环氧树脂为标准双酚A环氧树脂E-51。

本实施例制备得到的一种高强度耐候七色彩色板材进行测试分析：密度为1.28g/cm³，吸水率为1.08％、吸水体积膨胀率为0.0％、静曲强度为105MPa、硬度为9200N/mm²、磨耗性为0.041g/100r。

实施例4

一种基于苎麻骨的高强度耐候彩色板材制备方法，包括以下步骤：

步骤1：苎麻骨预处理：在室温环境下，将经烘干的苎麻骨在浓度为5％的NaOH溶液中浸泡12h后水洗、烘干；所述步骤1中的苎麻骨预处理前后的含水率均为12％～15％。

步骤2：深度单色染色：对经步骤1预处理的苎麻骨实施单色染色处理60min，其中，染液以重量百分比计包含水性染料4％、食盐3％、余量软水，所述水性染料为黄和绿两种单色染料混合而成，为一种黄绿色染料；上述单色染色处理在温度70℃、真空度为0.08MPa的真空环境下进行；所述深度单色染色实质是将步骤1经NaOH溶液充分浸泡后打开纹孔并经水洗与烘干后的苎麻骨由表及里实施染色的过程；所述步骤2中的软水为天然软水，含可溶性钙、镁化合物低于500mg/L的江水。

步骤3：混色施胶：将经步骤2深度染色的黄绿色苎麻骨进行打捆，每捆重量为5kg，以捆为操作单元浸润水性环氧树脂胶；所述水性环氧树脂胶为环氧树脂复合乳液与水溶性固化剂按体积比1:1实时配制而成,其中环氧树脂复合乳液为环氧树脂乳液与环氧树脂-有机纳米蒙脱土的包覆乳液的均匀混合乳液，所述环氧树脂复合乳液中环氧树脂与环氧树脂乳液的体积比为1:3，环氧树脂复合乳液中有机纳米蒙脱土的含量为6wt％；所述步骤3中环氧树脂乳液为环氧树脂、马来酸酐、聚乙二醇按摩尔比3:3:1配制的乳化液。所述步骤3中有机纳米蒙脱土为将十八烷基三甲基溴化铵作为插层剂对无机蒙脱土进行有机化改性获得。所述步骤3中水溶性固化剂包括三乙烯四胺、环氧树脂、烯丙基缩水甘油醚和稀释剂，三乙烯四胺、环氧树脂、烯丙基缩水甘油醚按摩尔比5:2:4配制而成，稀释剂为丙酮和蒸馏水按质量配比1:1配成，三乙烯四胺与稀释剂按按质量配比1:2配成。

步骤4：温压成形：将经步骤3混色施胶的苎麻骨及时铺装于四面顶成形模具中实施温压成形制成彩色板坯，成形压力为300MPa，成形温度120℃，保温保压时间为60min；所述步骤4中的四面顶成形模具为利用模具的六个面中两两平行的四个面实施温压成形的三维双向成形模具。

步骤5：后处理：对彩色板坯进行切边、砂光、打蜡处理，最终获得基于苎麻骨的高强度耐候彩色板材。

以上所述的环氧树脂为标准双酚A环氧树脂E-51。

本实施例制备得到的高强度耐候黄绿色板材进行测试分析：密度为1.29g/cm³，吸水率为1.6％、吸水体积膨胀率为0.0％、静曲强度为102MPa、硬度为9600N/mm²、磨耗性为0.045g/100r。

对照例1

与实施例1的区别在于：步骤(2)中，在50℃真空环境下，0.1MPa；其它均同实施例1。

本对照例制备的彩色板材密度为1.0g/cm³，吸水率为2.4％、吸水体积膨胀率为0.9％、静曲强度为90MPa、硬度为7800N/mm²、磨耗性为0.06g/100r。

对照例2

与实施例1的区别在于：步骤(3)中，温压成形：将混色施胶的苎麻骨及时铺装于四面顶成形模具中实施温压成形制成彩色板坯，成形压力为180MPa，成形温度为60℃，保温保压时间为55min。其它均同实施例1。

本对照例制备的的彩色板材密度为1.2g/cm³、吸水率为2.8％、吸水体积膨胀率为1.1％、静曲强度为70MPa、硬度为7900N/mm²、磨耗性为0.06g/100r。

表1，实施例与对照例彩色板材性能参数表

比较实施例1～4以及对照例1～2所得彩色板材的性能数据，发现实施例1～4的性能明显优于对照例1～2。实施例1～4所得彩色性能完全满足材料要求，而对照例1～2所得彩色板材的性能则在临界值之下。硬度、静曲强度，吸水体积膨胀率不能满足部分应用要求。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。