CN114055590A - 一种用于室外装饰的抗紫外线纤维板 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于室外装饰的抗紫外线纤维板，涉及纤维板加工技术领域，制备方法如下：1）将氧化石墨烯、钛酸丁酯混合后经恒温水浴处理，再经热处理，得到抗紫外复合物；2）将抗紫外复合物分散于去离子水中形成悬浮液，将四氧化三铁纳米线加入到悬浮液中，加入还原剂，经加热反应得到抗紫外气凝胶复合物；3）将植物纤维、竹粉、麦麸、石蜡、抗紫外气凝胶复合物以及脲醛树脂胶混匀后铺装，经预压、热压处理，得到抗紫外线纤维板。本发明中的抗紫外纤维板具有优异的抗紫外线能力，并且随着时间的延长，纤维板的抗紫外线能力未发生明显的减弱，依然具有优异的抗紫外线能力。

Description

一种用于室外装饰的抗紫外线纤维板

技术领域

本发明属于纤维板加工技术领域，具体涉及一种用于室外装饰的抗紫外线纤维板。

背景技术

纤维板又名密度板，是以木质纤维或其他植物素纤维为原料，施加脲醛树脂或其他适用的胶粘剂制成的人造板，纤维板在制造过程中可以施加胶粘剂、添加剂等；纤维板具有材质均匀、纵横强度差小、不易开裂等优点，其用途十分广泛；制造1立方米纤维板约需2.5～3立方米的木材，可代替3立方米锯材或5立方米原木，因此，发展纤维板生产是木材资源综合利用的有效途径。

现有复合木纤维材料人造板件技术中，以玻丝、矿棉丝等作为韧丝，在生产过程中与胶及填充丝进行混合，喷在压机工位进行压铸成形，玻丝及矿绵丝自身材料特性在加工时在受到高温时会产生热应力(暂时应力和残余应力)，使得板材成型后或使用后受温度变化，产生变形，材质变脆化，并且其在紫外线下容易产生降解变色，老化速度极快，影响纤维板的使用效果，降低维板的使用寿命，因此对木材进行抗紫外线处理对延长木材使用寿命、提高木材使用价值、节约木材资源以及增加木材附加值有重要意义。例如中国专利CN2016105348956公开了一种抗菌、抗紫外线木材的制备方法及所得产物，包括依次用木材浸渍液A和木材浸渍液B对木材进行浸渍处理，所述木材浸渍液A为锌盐的水溶液，所述木材浸渍液B为碱的水溶液，本发明提出的木材处理工艺，利用湿化学方法在木材内部原位生成纳米氧化锌，纳米颗粒与木材成分之间的结合力较强，不易流失，改性效果持久；但是单一的浸渍处理，造成浸渍液渗入进木材中的深度较浅，导致纳米氧化锌存在于木材的浅层结构中，从而造成在使用过程中，纳米氧化锌在木材中的留存率越来越低，从而导致其抗紫外线性能逐渐降低，无法实现长效作用。

发明内容

本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种用于室外装饰的抗紫外线纤维板。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种用于室外装饰的抗紫外线纤维板，制备方法如下：

1）将氧化石墨烯、钛酸丁酯混合后经恒温水浴处理，再经热处理，得到抗紫外复合物；

2）将抗紫外复合物分散于去离子水中形成悬浮液，将四氧化三铁纳米线加入到悬浮液中，加入还原剂，经加热反应得到抗紫外气凝胶复合物；

3）将植物纤维、竹粉、麦麸、石蜡、抗紫外气凝胶复合物以及脲醛树脂胶混匀后铺装，经预压、热压处理，得到抗紫外线纤维板。

在一种具体的实施方式中，步骤1）具体操作如下：

S1）将钛酸丁酯缓慢加入到无水乙醇中，磁力搅拌混匀，即为A液，在蒸馏时中加入氧化石墨烯，经水浴振荡后形成氧化石墨烯溶液，将其加入到无水乙醇中，磁力搅拌后冰醋酸调节pH值小于3，得到B液，备用；

S2）保持B液持续搅拌，将A液缓慢滴入到B液中，滴加完毕后继续反应，停止搅拌后在恒温水浴中处理得到凝胶，将凝胶烘干，研磨后置于电阻炉中，加热处理，冷却至室温，得到抗紫外复合物。

本发明中，以钛酸丁酯为钛的前驱体，以氧化石墨烯为原料，利用氧化石墨烯具有丰富的羟基、环氧基等亲水的含氧官能团，可为钛源原位水解生成二氧化钛提供位点，采用溶胶-凝胶法，并通过热处理还原氧化石墨烯，从而具有抗紫外性性能的抗紫外复合物，形成的抗紫外复合物具有很好的散射和吸收紫外线的能力，从而减少紫外线对纤维板的伤害，减缓纤维板在紫外线下的老化速率，从而增强纤维板在室外使用的性能。

进一步，S1）中，所述A液中，钛酸丁酯与无水乙醇的比例为100-160mL:350-500mL。

进一步，S1）中，所述磁力搅拌的时间10-20min。

进一步，S1）中，所述氧化石墨烯的粒径为1-5μm。

进一步，S1）中，所述B液中，氧化石墨烯、蒸馏水、无水乙醇以及冰醋酸的比例为3-10g:100-160mL:350-500mL:40-52mL。

进一步，S1）中，所述水浴温度60-70℃。

进一步，S1）中，所述振荡功率200-300W，时间1-3h。

进一步，S2）中，所述持续搅拌的转速为30-80r/min。

进一步，S2）中，所述继续反应时间0.5-2.0h。

进一步，S2）中，所述恒温水浴温度45-50℃，水浴处理30-60min。

进一步，S2）中，所述烘干温度105-110℃，烘干时间3-7h。

进一步，S2）中，所述加热温度450-470℃，时间2-5h。

进一步，S2）中，所述抗紫外复合物粒径5-15μm。

在一种具体的实施方式中，步骤2）具体操作如下：

将抗紫外复合物加入到去离子水中形成悬浮液，将四氧化三铁纳米线加入到悬浮液中，超声处理后得到分散体，将抗坏血酸加入到分散体中，混匀后密封于高压釜中加热反应，冷却至室温后，将产物乙醇反复洗涤，冷冻后粉碎研磨，经真空干燥得到抗紫外气凝胶复合物。

为了使抗紫外复合物具有长效的抗紫外线性能，防止因二氧化钛的脱落流失导致其抗紫外线性能的降低，本发明中对抗紫外复合物进行了二次处理，通过化学还原法使用还原剂还原抗紫外复合物中的氧化石墨烯进而使其溶液凝胶化，从而自组装成三维网状石墨烯水凝胶，随着氧化石墨烯还原程度的增加，氧化石墨烯上的含氧团能团减少，导致二氧化钛逐渐发生脱落，脱落的二氧化钛则会掉落入石墨烯水凝胶的三维网状结构中，并且由于引入的四氧化三铁纳米线具有一维超长结构，与石墨烯水凝胶形成互穿结构，使得四氧化三铁纳米线存在于石墨烯水凝胶内部以及外部，其中，嵌入在石墨烯水凝胶内部的四氧化三铁纳米线可以起到限固作用，抑制二氧化钛的流动迁移，从而减少了二氧化钛的流失，提高了抗紫外气凝胶复合物中二氧化钛的留存率，从而使得抗紫外气凝胶复合物具有长效的抗紫外线的性能；同时，暴露在石墨烯水凝胶外部的四氧化三铁纳米线则起到“桥接”作用，这部分四氧化三铁纳米线则可以与植物纤维形成相互缠绕，从而与植物纤维形成牢固的结合，从而减少了抗紫外气凝胶复合物的流失，提高了纤维板中抗紫外气凝胶复合物的留存率，从而使得纤维板具有长效的抗紫外线能力，使得纤维板可以长期适用于室外环境。

进一步，所述悬浮液的浓度为2-5mg/mL。

进一步，所述四氧化三铁纳米线、悬浮液、抗坏血酸的比例为100-400mg:80-130mL:400-1000mg。

进一步，所述超声处理功率200-300W，处理时间20-50min。

进一步，所述加热反应温度90-95℃，反应时间3-5h。

进一步，所述冷冻温度-50--60℃，冷冻时间10-15h。

进一步，所述真空干燥的真空度0.1-1.0KPa，温度50-80℃，时间3-10h。

进一步，所述抗紫外气凝胶复合物粒径为20-50μm。

进一步，所述四氧化三铁纳米线的制备方法如下：

将硫酸亚铁和硫代硫酸钠混合，随后移入水热反应釜中，加入PEG水溶液，再加入氢氧化钠，密封完全后进行水热反应，反应结束后使其冷却至室温，将得到的产物经离心洗涤后冷冻干燥，得到四氧化三铁纳米线。

更进一步，上述硫酸亚铁、硫代硫酸钠、PEG水溶液以及氢氧化钠的比例为40-70mmmoL:20-35mmoL:100-160mL:500-620mmoL。

更进一步，上述PEG水溶液中，PEG与水的体积比为1:3.0-3.5。

更进一步，上述水热反应温度180-186℃，反应时间3-7h。

更进一步，上述冷冻干燥的温度-30--50℃，干燥时间12-16h。

在一种具体的实施方式中，步骤3）具体操作如下：

将植物纤维、竹粉、麦麸、石蜡放入搅拌机中，然后将抗紫外气凝胶复合物加入到脲醛树脂胶，高速搅拌，混匀后喷入到搅拌机中，搅拌均匀后铺装，然后置于预压机中进行预压，再移入热压机中进行热压，得到抗紫外线纤维板。

进一步的，相对于100重量份植物纤维，竹粉5-10重量份，麦麸10-20重量份，石蜡5-10重量份，抗紫外气凝胶复合物5-10重量份，脲醛树脂胶20-30重量份。

进一步的，所述脲醛树脂胶固含量为50-60%。

进一步的，所述高速搅拌转速1000-1500r/min，搅拌时间10-20min。

进一步的，所述预压压力0.8-1.3Mpa，预压时间20-40s。

进一步的，所述热压温度100-130℃，热压时间30-60s/mm，热压压力0.5-1.0MPa。

本发明相比现有技术具有以下优点：

在现有技术中，普遍采用真空浸渍的方法，将具有抗紫外线功能的纳米颗粒填充进多孔隙载体中，从而获得具有抗紫外线功能的物质，但是上述工艺存在纳米颗粒填充进载体中的深度较浅，大量纳米颗粒存在于载体的浅层结构中，从而造成在使用过程中，纳米颗粒在载体中的留存率越来越低，从而导致其抗紫外线性能逐渐降低，无法实现长效作用；针对现有技术中存在的缺陷，本发明中采用先将二氧化钛颗粒负载于氧化石墨烯表面，然后通过对氧化石墨烯进行还原处理，使其自组装成三维网状石墨烯水凝胶，利用氧化石墨烯还原程度的增加，负载于氧化石墨烯表面的二氧化钛颗粒逐渐发生脱落，并掉落入石墨烯水凝胶的三维网状结构中，从而完成二氧化钛颗粒填充在石墨烯水凝胶的多孔结构深处，从而实现二氧化钛留存率的提升，从而使得纤维板具有长效的抗紫外线能力，使得纤维板可以长期适用于室外环境。

具体实施方式

实施例1

一种用于室外装饰的抗紫外线纤维板，具体制备方法如下：

1）将100mL钛酸丁酯缓慢加入到350mL无水乙醇中，磁力搅拌10min，混匀后即为A液，在100mL蒸馏水中加入3g粒径为1μm的氧化石墨烯，60℃水浴下经200W超声振荡1h，形成氧化石墨烯溶液，将其加入到350mL无水乙醇中，磁力搅拌10min，加入40mL冰醋酸，得到B液，备用；

2）保持B液以30r/min持续搅拌，将A液缓慢滴入到B液中，滴加完毕后继续反应0.5，停止搅拌后在45℃恒温水浴30min后得到凝胶，将凝胶在105℃下烘干3h，研磨后置于电阻炉中，450℃下热处理2h，冷却至室温，得到粒径5μm的抗紫外复合物；

3）将40mmoL的硫酸亚铁和20mmoL的硫代硫酸钠混合，随后移入水热反应釜中，加入100mLPEG水溶液，其中PEG与水的体积比为1:3，再加入500mmoL氢氧化钠，密封完全后在180℃下反应3h，反应结束后使其冷却至室温，将得到的产物经离心洗涤后在-30℃下冷冻干燥12h，得到四氧化三铁纳米线；

4）将抗紫外复合物加入到去离子水中，形成浓度为2mg/mL的悬浮液，将100mg四氧化三铁纳米线加入到80mL悬浮液中，200W超声处理20min，得到分散体，将400mg抗坏血酸加入到分散体中，混匀后密封于高压釜中，90℃加热3h，冷却至室温后，将产物乙醇反复洗涤，然后在-50℃下冷冻10h，粉碎研磨，在0.1KPa、50℃条件下真空干燥3h，得到粒径为20μm的抗紫外气凝胶复合物；

5）按照重量份数计，将100份植物纤维、5份竹粉、10份麦麸、5份石蜡放入搅拌机中，然后将5份抗紫外气凝胶复合物加入到20份固含量为50%的脲醛树脂胶，以1000r/min高速搅拌10min，混匀后喷入到搅拌机中，搅拌均匀后铺装，然后置于预压机中进行预压（预压压力0.8Mpa，预压时间20s），再移入热压机中进行热压（热压温度100℃，热压时间30s/mm，热压压力0.5MPa），得到抗紫外线纤维板。

实施例2

一种用于室外装饰的抗紫外线纤维板，具体制备方法如下：

1）将130mL钛酸丁酯缓慢加入到400mL无水乙醇中，磁力搅拌15min，混匀后即为A液，在130mL蒸馏水中加入6g粒径为5μm的氧化石墨烯，65℃水浴下经200W超声振荡2h，形成氧化石墨烯溶液，将其加入到400mL无水乙醇中，磁力搅拌15min，加入45mL冰醋酸，得到B液，备用；

2）保持B液以50r/min持续搅拌，将A液缓慢滴入到B液中，滴加完毕后继续反应1.5h，停止搅拌后在50℃恒温水浴50min后得到凝胶，将凝胶在110℃下烘干5h，研磨后置于电阻炉中，460℃下热处理3h，冷却至室温，得到粒径10μm的抗紫外复合物；

3）将50mmoL的硫酸亚铁和25mmoL的硫代硫酸钠混合，随后移入水热反应釜中，加入140mLPEG水溶液，其中PEG与水的体积比为1:3.2，再加入560mmoL氢氧化钠，密封完全后在185℃下反应5h，反应结束后使其冷却至室温，将得到的产物经离心洗涤后在-40℃下冷冻干燥15h，得到四氧化三铁纳米线；

4）将抗紫外复合物加入到去离子水中，形成浓度为3mg/mL的悬浮液，将200mg四氧化三铁纳米线加入到100L悬浮液中，200W超声处理30min，得到分散体，将600mg抗坏血酸加入到分散体中，混匀后密封于高压釜中，90℃加热5h，冷却至室温后，将产物乙醇反复洗涤，然后在-55℃下冷冻15h，粉碎研磨，在0.1KPa、70℃条件下真空干燥5h，得到粒径为30μm的抗紫外气凝胶复合物；

5）按照重量份数计，将100份植物纤维、6份竹粉、15份麦麸、7份石蜡放入搅拌机中，然后将8份抗紫外气凝胶复合物加入到25份固含量为60%的脲醛树脂胶，以1300r/min高速搅拌15min，混匀后喷入到搅拌机中，搅拌均匀后铺装，然后置于预压机中进行预压（预压压力0.8Mpa，预压时间40s），再移入热压机中进行热压（热压温度120℃，热压时间50s/mm，热压压力0.8MPa），得到抗紫外线纤维板。

实施例3

一种用于室外装饰的抗紫外线纤维板，具体制备方法如下：

1）将160mL钛酸丁酯缓慢加入到500mL无水乙醇中，磁力搅拌20min，混匀后即为A液，在160mL蒸馏水中加入10g粒径为5μm的氧化石墨烯，70℃水浴下经300W超声振荡3h，形成氧化石墨烯溶液，将其加入到500mL无水乙醇中，磁力搅拌20min，加入52mL冰醋酸，得到B液，备用；

2）保持B液以80r/min持续搅拌，将A液缓慢滴入到B液中，滴加完毕后继续反应2.0h，停止搅拌后在50℃恒温水浴60min后得到凝胶，将凝胶在110℃下烘干7h，研磨后置于电阻炉中，470℃下热处理5h，冷却至室温，得到粒径15μm的抗紫外复合物；

3）将70mmoL的硫酸亚铁和35mmoL的硫代硫酸钠混合，随后移入水热反应釜中，加入160mLPEG水溶液，其中PEG与水的体积比为1:3.5，再加入620mmoL氢氧化钠，密封完全后在186℃下反应7h，反应结束后使其冷却至室温，将得到的产物经离心洗涤后在-50℃下冷冻干燥16h，得到四氧化三铁纳米线；

4）将抗紫外复合物加入到去离子水中，形成浓度为4mg/mL的悬浮液，将400mg四氧化三铁纳米线加入到120mL悬浮液中，300W超声处理50min，得到分散体，将1000mg抗坏血酸加入到分散体中，混匀后密封于高压釜中，95℃加热5h，冷却至室温后，将产物乙醇反复洗涤，然后在-60℃下冷冻15h，粉碎研磨，在1.0KPa、80℃条件下真空干燥10h，得到粒径为50μm的抗紫外气凝胶复合物；

5）按照重量份数计，将100份植物纤维、10份竹粉、20份麦麸、10份石蜡放入搅拌机中，然后将10份抗紫外气凝胶复合物加入到30份固含量为60%的脲醛树脂胶，以1500r/min高速搅拌20min，混匀后喷入到搅拌机中，搅拌均匀后铺装，然后置于预压机中进行预压（预压压力1.3Mpa，预压时间40s），再移入热压机中进行热压（热压温度130℃，热压时间60s/mm，热压压力1.0MPa），得到抗紫外线纤维板。

对照组：

普通纤维板，制备方法如下：

按照重量份数计，将100份植物纤维、10份竹粉、20份麦麸、10份石蜡放入搅拌机中，然后将30份固含量为60%的脲醛树脂胶喷入到搅拌机中，搅拌均匀后铺装，然后置于预压机中进行预压（预压压力1.3Mpa，预压时间40s），再移入热压机中进行热压（热压温度130℃，热压时间60s/mm，热压压力1.0MPa），得到普通纤维板。

对比例：

常规抗紫外纤维板，制备方法如下：

采用专利号CN2016105348956中实施例1提供的工艺方法，将对照组中的普通纤维板进行处理，得到常规抗紫外纤维板。

将实施例1-3以及对照组和对比例提供的纤维板样品放置于紫外箱中，在紫外灯照射下，通过测定样品表面颜色变化评估样品对紫外线的抵抗能力。其中，用分光光度仪测试样品经过6周紫外照射后表面明度变化(ΔL*)，红绿色度变化(Δa*)，黄蓝色度变化(Δb*)，按照如下公式计算颜色变化(ΔE*)：

测试结果如表一：

采用上述同样的方法，对实施例1-3以及对比例提供的纤维板样品进行6个月紫外灯照射，计算颜色变化(ΔE*)，测试结果如表二：

通过上述测试结果可知，本发明中的抗紫外纤维板具有优异的抗紫外线能力，并且随着时间的延长，纤维板的抗紫外线能力未发生明显的减弱，依然具有优异的抗紫外线能力。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种用于室外装饰的抗紫外线纤维板，其特征在于，制备方法如下：

1）将氧化石墨烯、钛酸丁酯混合后经恒温水浴处理，再经热处理，得到抗紫外复合物；

2）将抗紫外复合物分散于去离子水中形成悬浮液，将四氧化三铁纳米线加入到悬浮液中，加入还原剂，经加热反应得到抗紫外气凝胶复合物；

3）将植物纤维、竹粉、麦麸、石蜡、抗紫外气凝胶复合物以及脲醛树脂胶混匀后铺装，经预压、热压处理，得到抗紫外线纤维板。

2.如权利要求1所述一种用于室外装饰的抗紫外线纤维板，其特征在于，所述氧化石墨烯与钛酸丁酯的用量比例为3-10g:100-160mL。

3.如权利要求1所述一种用于室外装饰的抗紫外线纤维板，其特征在于，所述恒温水浴处理温度45-50℃，处理时间30-60min。

4.如权利要求1所述一种用于室外装饰的抗紫外线纤维板，其特征在于，所述热处理温度450-470℃，处理时间2-4h。

5.如权利要求1所述一种用于室外装饰的抗紫外线纤维板，其特征在于，所述悬浮液的浓度为2-5mg/mL。

6.如权利要求1所述一种用于室外装饰的抗紫外线纤维板，其特征在于，所述四氧化三铁纳米线、悬浮液以及还原剂的比例为10-40mg:8-13mL:40-100mg。

7.如权利要求1所述一种用于室外装饰的抗紫外线纤维板，其特征在于，所述还原剂为柠檬酸钠、亚硫酸氢钠和抗坏血酸中至少一种。

8.如权利要求1所述一种用于室外装饰的抗紫外线纤维板，其特征在于，所述加热反应温度90-95℃，反应时间3-5h。

9.如权利要求1所述一种用于室外装饰的抗紫外线纤维板，其特征在于，相对于100重量份植物纤维，竹粉5-10重量份，麦麸10-20重量份，石蜡5-10重量份，抗紫外气凝胶复合物5-10重量份，脲醛树脂胶20-30重量份。