專利名稱:溫敏可逆變色木質(zhì)材料及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種可在一定溫度區(qū)間內(nèi)隨環(huán)境溫度變化而智能變色的木質(zhì)材料及其制造方法。
背景技術(shù):
目前,人們?cè)谑褂媚举|(zhì)材料時(shí),通常采用涂刷油漆的方式來(lái)獲得所需要的色彩,當(dāng) 人們想要使材料表面呈現(xiàn)不同的顏色時(shí),則需要去除原來(lái)的油漆,重新涂刷新的顏色的油 漆,這不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)工,而且還會(huì)對(duì)材料表面造成損傷。而如果木質(zhì)材料自身能夠根據(jù)人們的 需要變換顏色,不僅給人們的使用帶來(lái)方便,而且將會(huì)進(jìn)一步豐富木質(zhì)材料的功能,大大拓 展其應(yīng)用領(lǐng)域。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種溫敏可逆變色木質(zhì)材料及其制造方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明溫敏可逆變色木質(zhì)材料的表面帶有溫敏可逆變色功能 層,該功能層由通過(guò)浸漬將溫致變色劑從木質(zhì)材料表面向其內(nèi)部浸入并留置在木質(zhì)材料孔 隙中而形成,溫敏可逆變色功能層能夠在預(yù)定的溫度區(qū)間內(nèi)隨溫度的變化而從一種預(yù)定顏 色可逆地向另一種預(yù)定顏色轉(zhuǎn)變。本發(fā)明溫敏可逆變色木質(zhì)材料的制造方法為通過(guò)浸漬將溫致變色劑從木質(zhì)材料 表面向其內(nèi)部浸入,并使浸入的溫致變色劑留置在木質(zhì)材料孔隙中,從而在木質(zhì)材料表面 形成向其內(nèi)部延伸的溫敏可逆變色功能層,由此得到本發(fā)明溫敏可逆變色木質(zhì)材料。在溫致變色劑能夠浸透整個(gè)木質(zhì)材料的情況下,整個(gè)材料即形成整體溫敏可逆變 色木質(zhì)材料;在溫致變色劑未浸透木質(zhì)材料的情況下,則在木質(zhì)材料表面形成厚度與溫致 變色劑浸入深度相對(duì)應(yīng)的溫敏可逆變色功能層。為了便于溫致變色劑的浸入,浸漬前,可對(duì)木質(zhì)材料進(jìn)行預(yù)處理,如微波處理、蒸 汽處理,等等,這樣有助于打開(kāi)木質(zhì)材料中阻礙流體流動(dòng)的通道,便于溫致變色劑充滿木質(zhì) 材料中的孔隙并向其內(nèi)部深處浸入;另外,還可以采用超聲浸漬和真空浸漬,這樣更有利于 溫致變色劑充滿木質(zhì)材料中的孔隙和提高浸入深度。為了提高木質(zhì)材料中溫致變色劑的化學(xué)穩(wěn)定性和有效壽命,可在浸漬處理后的木 制品表面涂覆透明涂料,將木質(zhì)材料中的溫致變色劑與外界隔離。如果在浸漬前利用其他材料包裹溫致變色劑,將其制成大小滿足向木質(zhì)材料微孔 隙中浸入的膠囊,如納米膠囊,然后再將其浸漬到木質(zhì)材料中,不僅提高溫致變色劑的化學(xué) 穩(wěn)定性和有效壽命,而且更加方便溫致變色劑的后期使用。本發(fā)明溫敏可逆變色木質(zhì)材料既可作為木制品的基體材料使用,也可作為木制品 的飾面材料來(lái)使用。本發(fā)明溫敏可逆變色木質(zhì)材料中所用溫致變色劑為專用溫致變色劑,該變色劑主 要包括隱色劑、顯色劑和溶劑三種成分,其中,隱色劑決定顏色的變化、顯色劑決定顏色變化的深淺、溶劑決定變色的溫度,可通過(guò)調(diào)整三種成分之間的配比實(shí)現(xiàn)對(duì)溫致變色木質(zhì)材料的顏色、顏色變化的程度、以及變色溫度區(qū)間的控制。隱色劑可選用三芳甲烷類、熒烷類、吲哚啉苯酞類、吩噻嗪類、螺吡哺類、席夫堿 類、螺環(huán)類、雙葸酮類等隱色劑中的一種或其中幾種的混合;顯色劑可選用的有酚羥基化合物及其衍生物、羧基化合物及其衍生物,以及一些 可以提供質(zhì)子的路易斯酸,等等;溶劑可選用高級(jí)脂肪酮、醇、酯、醚、酰胺、羧酸類化合物等溶劑中的一種或其中幾 種的混合。本發(fā)明專用溫致變色劑在制備時(shí),首先取一定量的溶劑放入浸漬處理罐內(nèi),并加 熱成液態(tài),然后按隱色劑、顯色劑、溶劑質(zhì)量比1 (0.1-30) (1-200)稱取隱色劑和顯色 劑放入浸漬處理罐內(nèi),充分?jǐn)嚢瑁闺[色劑、顯色劑、溶劑混合均勻,即制成本發(fā)明專用溫致 變色劑。本發(fā)明專用溫致變色劑中除了包含隱色劑、顯色劑和溶劑三種主要成分外,還可 增加增感劑、抗氧化劑、紫外線吸收劑等其他輔助成分;而且,根據(jù)最終設(shè)計(jì)溫敏可逆變色 木質(zhì)材料的變色溫度范圍,既可選擇使用一種溶劑,也可選擇兩種以及兩種以上溶劑混合 使用;同時(shí),根據(jù)最終設(shè)計(jì)溫敏可逆變色木質(zhì)材料的顏色,既可選擇一種單色隱色劑單獨(dú)使 用,也可選擇兩種以及兩種以上顏色的隱色劑混合使用。本發(fā)明溫敏可逆變色木質(zhì)材料與普通的木質(zhì)材料相比,增加了兩項(xiàng)新的功能智 能變色和熱能轉(zhuǎn)換功能,即溫敏可逆變色木質(zhì)材料可在一定的溫度區(qū)間內(nèi),隨環(huán)境溫度的 變化其顏色發(fā)生智能變色功能和材料本身與周圍環(huán)境之間智能的熱能轉(zhuǎn)換功能。當(dāng)環(huán)境 溫度高于溫敏可逆變色木質(zhì)材料的起始變色溫度時(shí),材料可從一種顏色智能變成另一種顏 色,此時(shí)材料從環(huán)境中吸收熱能并存儲(chǔ)在材料內(nèi)部,存儲(chǔ)的熱能總量等于材料從變色前顏 色變成變色后顏色所需的能量;當(dāng)環(huán)境溫度低于終止變色溫度時(shí),材料由從變色后的顏色 智能變成變色前的顏色,此時(shí)材料將存儲(chǔ)在內(nèi)部的能量釋放到周圍環(huán)境中,調(diào)節(jié)了環(huán)境溫 度的平衡。本發(fā)明溫敏可逆變色木質(zhì)材料能夠根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)從期望顏色到木質(zhì)材料本色、從 木質(zhì)材料本色到期望顏色和一種期望顏色到另一種期望顏色之間的可逆變化;該材料既可 作為木質(zhì)制品的結(jié)構(gòu)材料,也可作為木質(zhì)制品的飾面材料;即可用于室內(nèi)使用,也可用于室 外使用。當(dāng)溫敏可逆變色木質(zhì)材料用于室外時(shí),變色溫度可控制在-40°C——80°C之間;當(dāng) 溫敏可逆變色木質(zhì)材料用于室內(nèi)時(shí),變色溫度可控制在0°C——50°C之間。此外,溫敏可逆 變色木質(zhì)材料的變色性能穩(wěn)定,變色靈敏性高,尺寸穩(wěn)定性好。本發(fā)明溫敏可逆變色木質(zhì)材料不僅能滿足消費(fèi)者對(duì)普通木質(zhì)材料制品的使用要 求,還能提供消費(fèi)者其他需求和價(jià)值,如為人們?cè)诓煌瑴囟认绿峁┎煌纳虱h(huán)境,通過(guò) 吸收外部熱量而調(diào)節(jié)環(huán)境溫度,通過(guò)色彩在不同溫度下的變換為人們?cè)谥車h(huán)境中分隔出 不同的功能區(qū)域,以及通過(guò)色彩變換為人們提供醒目的指示功能,等等。目前在國(guó)內(nèi)外木質(zhì)材料領(lǐng)域,未見(jiàn)相關(guān)的產(chǎn)品、研究報(bào)告以及專利文獻(xiàn)。因此,研 制溫敏可逆變色木質(zhì)材料的制造方法,開(kāi)發(fā)溫敏可逆變色木質(zhì)材料對(duì)木材工業(yè)的發(fā)展和產(chǎn) 品創(chuàng)新意義重大。加之本發(fā)明木質(zhì)材料整體或其表面的功能層具有一定的厚度,即便后期 加工時(shí)切削掉部分表層材料,而未將功能層全部去掉的情況下,仍然保持有效的變色功能,因此,方便了材料的后期使用。本發(fā)明材料將成為木質(zhì)材料新的市場(chǎng)活力點(diǎn)和木材工業(yè)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn),特別應(yīng)用于高端產(chǎn)品,具有巨大的市場(chǎng)潛力和前景。
圖1為本發(fā)明實(shí)施例1效果對(duì)比圖;圖2為本發(fā)明實(shí)施例2效果對(duì)比圖;圖3為本發(fā)明實(shí)施例3效果對(duì)比圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1(1)木質(zhì)材料準(zhǔn)備木質(zhì)材料浸漬前既可以進(jìn)行預(yù)處理,也可以直接進(jìn)行浸漬處理。對(duì)木質(zhì)材料進(jìn)行 微波、蒸汽等預(yù)處理,有助于打開(kāi)阻礙流體在木材內(nèi)部流動(dòng)的閉塞通道,有利于溫致變色劑 充滿木質(zhì)材料中的微空隙并向木質(zhì)材料內(nèi)部更深部位轉(zhuǎn)移。(2)溫致變色劑制備選用結(jié)晶紫內(nèi)酯作為隱色劑,雙酚A作為顯色劑,正十二醇作為溶劑。首 先取一定量的十二醇加入浸漬罐中,如50kg,然后按隱色劑、顯色劑、溶劑質(zhì)量比 1 (0.1-30) (1-200)取結(jié)晶紫內(nèi)酯和雙酚A加入浸漬罐,如結(jié)晶紫內(nèi)酯50kg、雙酚 AlOkg,充分?jǐn)嚢?,使三種成分混合均勻,即制成所需溫致變色劑。(3)木質(zhì)材料的浸漬將未經(jīng)預(yù)處理的木質(zhì)材料放入浸漬罐中,控制浸漬溫度為70°C,浸漬4h,即完成 木質(zhì)材料的浸漬。(4)木質(zhì)材料浸漬后的處理從浸漬罐中取出浸漬好的木質(zhì)材料,用50-100°C的清水將附著在木質(zhì)材料表面的 溫致變色劑洗凈,干燥后即得到圖1所示的溫敏可逆變色木質(zhì)材料。該木質(zhì)材料可在溫度為17°C的藍(lán)色和溫度為22°C的木材本色之間可逆地變色, 即溫度從17°C升至22°C時(shí),木質(zhì)材料的顏色逐漸由藍(lán)色A變成木材本色B,反之,溫度從 22°C降至17°C時(shí),木質(zhì)材料的顏色又逐漸由木材本色B變回藍(lán)色A。上述工藝為木質(zhì)材料的基本浸漬處理工藝,將浸漬溫度控制在20-200°C可獲得比 較理想的變色效果;而浸漬時(shí)間越長(zhǎng),溫致變色劑侵入木質(zhì)材料中的深度越深也越充分,因 此,通常根據(jù)所要達(dá)到的浸漬深度以及具體的木質(zhì)材料的種類來(lái)選擇浸漬時(shí)間,該時(shí)間大 致在為 30-240min。本申請(qǐng)發(fā)明人經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期研究發(fā)現(xiàn),在浸漬的同時(shí),如果向浸漬液中施加超聲波,超 聲波產(chǎn)生的聲空化作用可以破壞浸漬液與基材的界面層,提高浸漬液與基材的接觸幾率, 提高浸漬液的擴(kuò)散速度,降低浸漬液的聚集度,提高溶解度,因此,對(duì)上述木質(zhì)材料還可采 用超聲波浸漬處理工藝,與上述基本浸漬工藝相比,超聲波浸漬具有節(jié)能、縮短浸漬時(shí)間、 提高溫致變色劑利用率、提高生產(chǎn)效率等優(yōu)點(diǎn)。超聲波浸漬工藝中可采用常見(jiàn)的清洗槽式的超聲波施加方式以及超聲波器件,具 體的超聲波功率、浸漬時(shí)間、浸漬溫度等參數(shù),本領(lǐng)域技術(shù)人員則可通過(guò)簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)獲得。如超聲波功率可在0-500W范圍內(nèi)選擇。另外,還可采用真空浸漬處理工藝,即在一定真空度下對(duì)木質(zhì)材料進(jìn)行浸漬處 理,這樣,不但能夠加快溫致變色劑向木質(zhì)材料中的擴(kuò)散,而且還能夠加大擴(kuò)散深度。真空 浸漬工藝所涉及的真空度、浸漬時(shí)間、浸漬溫度等工藝參數(shù),本領(lǐng)域技術(shù)人員可在參照基本 浸漬條件基礎(chǔ)上,通過(guò)簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)獲得。如真空度可在0-5X IO4Pa范圍內(nèi)來(lái)選擇,浸漬時(shí)間 和浸漬溫度的選擇范圍分別為30-240min和20_200°C。在真空浸漬處理工藝基礎(chǔ)上,可進(jìn)一步發(fā)展出真空加壓處理工藝, S卩首先抽 真空、保壓,然后再加壓、保壓,兩工藝步驟各自保持適當(dāng)時(shí)間,來(lái)完成木質(zhì)材料的浸漬處 理,這種處理方式,在真空浸漬效果的基礎(chǔ)上,可進(jìn)一步提高溫致變色劑在木質(zhì)材料中 的擴(kuò)散深度,并有助于溫致變色劑完全充盈木質(zhì)材料中的微孔隙。抽真空的真空度可在 0-5 X IO4Pa范圍內(nèi)選擇,加壓壓力則可在0至5Mpa范圍內(nèi)來(lái)選擇。實(shí)施例2(1)木質(zhì)材料準(zhǔn)備對(duì)待浸漬木質(zhì)材料進(jìn)行蒸氣預(yù)處理,蒸汽溫度180°C,處理時(shí)間lOmin。處理后,將 木材干燥至含水率為8-12%。(2)溫致變色劑制備選用熱敏紅、熱敏黃作為隱色劑,雙酚A作為顯色劑,正十六醇作為溶劑配制溫致 變色劑。(3)木質(zhì)材料的浸漬對(duì)木質(zhì)材料進(jìn)行超聲浸漬處理,浸漬溫度70°C,浸漬時(shí)間3h,超聲波功率120W。(4)木質(zhì)材料浸漬后的處理用50-100°C的清水洗凈浸漬后木質(zhì)材料并將其干燥后即得到圖2所示的溫敏可 逆變色木質(zhì)材料。該溫敏可逆變色木質(zhì)材料可在溫度為26°C的橙黃色和溫度為32°C的木材本色之 間可逆地變色,即溫度從26°C升至32°C時(shí),木質(zhì)材料的顏色逐漸由橙黃色A變成木材本色 B,反之,溫度從32°C降至26°C時(shí),木質(zhì)材料的顏色又逐漸由木材本色B變回到橙黃色A。實(shí)施例3(1)木質(zhì)材料準(zhǔn)備控制木材含水率為20-40%,并利用微波對(duì)木材進(jìn)行預(yù)處理。對(duì)木材進(jìn)行微波預(yù)處 理,在不破壞木材自身結(jié)構(gòu)的前提下,能夠盡可能多的疏通木材內(nèi)部阻礙流體流通的通道, 提高溫致變色劑在木材基體上的滲透深度、滲透均勻性和整體性。將微波輻射功率密度控 制在0. l-10w/cm3、輻射溫度控制在80°C _120°C、輻射時(shí)間控制在l-30min可獲得比較理想 的木材浸漬效果。(2)溫致變色劑制備選用熱敏紅、熱敏綠作為隱色劑,雙酚A作為顯色劑,正十四醇作為溶劑配制溫致 變色劑。(3)木質(zhì)材料的浸漬對(duì)木質(zhì)材料進(jìn)行真空浸漬處理,真空度2 X IO4Pa,浸漬溫度70°C,浸漬時(shí)間3h。(4)木質(zhì)材料浸漬后的處理
用50-100°C的清水洗凈浸漬后木質(zhì)材料并將其干燥后即得到圖3所示的溫敏可 逆變色木質(zhì)材料。該溫敏可逆變色木質(zhì)材料可在溫度為31°C的深紅色和溫度為37°C的木材本色之 間可逆地變色,即溫度從31°C升至37°C時(shí),木質(zhì)材料的顏色逐漸由深紅色A變成木材本色 B,反之,溫度從37°C降至31°C時(shí),木質(zhì)材料的顏色逐漸由木材本色B變回到深紅色A。上述實(shí)施例中所用的結(jié)晶紫內(nèi)酯、熱敏紅、熱敏黃、熱敏綠均為三芳甲烷類隱色 齊U,除此之外,三芳甲烷類隱色劑還有孔雀綠內(nèi)酯、甲酚紅,等等。另外,還可選用熒烷類、吲 哚啉苯酞類、吩噻嗪類、螺吡哺類、席夫堿類、螺環(huán)類、雙葸酮類等陰色劑。顯色劑可選用的有酚羥基化合物及其衍生物、羧基化合物及其衍生物,以及一些可以提供質(zhì)子的路易斯酸等,如雙酚A、對(duì)羥基苯甲酸芐酯、己酸、辛酸、硬脂酸、對(duì)苯二甲酸寸。溶劑可選用的有高級(jí)脂肪酮、醇、酯、醚、酰胺、羧酸類化合物,正十二醇、正十四 醇、正十六醇、正十八醇等。
權(quán)利要求
一種溫敏可逆變色木質(zhì)材料,其特征在于,所述溫敏可逆變色木質(zhì)材料的表面帶有溫敏可逆變色功能層,該功能層由通過(guò)浸漬將溫致變色劑從木質(zhì)材料表面向其內(nèi)部浸入并留置在木質(zhì)材料孔隙中而形成,溫敏可逆變色功能層能夠在預(yù)定的溫度區(qū)間內(nèi)隨溫度的變化而從一種預(yù)定顏色可逆地向另一種預(yù)定顏色轉(zhuǎn)變。
2.如權(quán)利要求1所述的溫敏可逆變色木質(zhì)材料,其特征在于,所述的溫敏可逆變色木 質(zhì)材料在結(jié)構(gòu)上其整體均具有變色功能。
3.如權(quán)利要求1所述的溫敏可逆變色木質(zhì)材料,其特征在于,該溫敏可逆變色木質(zhì)材 料可控的變色溫度區(qū)間為用于室外時(shí),-400C -80°C,用于室內(nèi)時(shí),0°C -50°C。
4.一種權(quán)利要求1-3所述材料的制造方法,其特征在于,通過(guò)浸漬將溫致變色劑從木 質(zhì)材料表面向其內(nèi)部浸入,并使浸入的溫致變色劑留置在木質(zhì)材料孔隙中,從而在木質(zhì)材 料表面形成向其內(nèi)部延伸的溫敏可逆變色功能層,由此得到本發(fā)明溫敏可逆變色木質(zhì)材 料。
5.如權(quán)利要求4所述的制造方法,其特征在于,在溫致變色劑能夠浸透整個(gè)木質(zhì)材料 的情況下,整個(gè)材料即形成整體溫敏可逆變色木質(zhì)材料;在溫致變色劑未浸透木質(zhì)材料的 情況下,則在木質(zhì)材料表面形成厚度與溫致變色劑浸入深度相對(duì)應(yīng)的溫敏可逆變色功能層。
6.如權(quán)利要求4所述的制造方法,其特征在于,在對(duì)木質(zhì)材料進(jìn)行浸漬處理前,首先對(duì) 其進(jìn)行微波預(yù)處理或蒸汽預(yù)處理,以打開(kāi)木質(zhì)材料中阻礙流體流動(dòng)的通道,便于溫致變色 劑充滿木質(zhì)材料中的孔隙并向其內(nèi)部深處浸入;所述的浸漬為超聲浸漬或真空浸漬或真空 加壓浸漬。
7.如權(quán)利要求4所述的制造方法,其特征在于,還包括木質(zhì)材料浸漬后的后續(xù)處理工 藝,具體為利用50-100°C的清水將附著在木質(zhì)材料表面的溫致變色劑洗凈,再將水洗后 溫敏可逆變色木質(zhì)材料進(jìn)行干燥處理,得到所需溫敏可逆變色木質(zhì)材料。
8.—種權(quán)利要求4-7所述方法中所用的專用溫致變色劑,其特征在于,該變色劑主要 包括隱色劑、顯色劑和溶劑三種成分,其中,隱色劑決定顏色的變化、顯色劑決定顏色變化 的深淺、溶劑決定變色的溫度,并通過(guò)調(diào)整三種成分之間的配比實(shí)現(xiàn)對(duì)溫致變色木質(zhì)材料 的顏色、顏色變化的程度、以及變色溫度區(qū)間的控制;隱色劑、顯色劑、溶劑三種成分的質(zhì)量 比為1 (0.1-30) (1-200);隱色劑為三芳甲烷類、熒烷類、吲哚啉苯酞類、吩噻嗪類、螺 吡哺類、席夫堿類、螺環(huán)類、雙葸酮類隱色劑中的一種或其中幾種的混合;顯色劑為酚羥基 化合物及其衍生物、羧基化合物及其衍生物或可以提供質(zhì)子的路易斯酸;溶劑為高級(jí)脂肪 酮、醇、酯、醚、酰胺、羧酸類化合物溶劑中的一種或其中幾種的混合。
9.如權(quán)利要求8所述的溫致變色劑,其特征在于,所述溫致變色劑中還包含有輔助成 分增感劑和/或抗氧化劑和/或紫外線吸收劑。
10.一種權(quán)利要求1-3所述木質(zhì)材料的使用方法,其特征在于,所述溫敏可逆變色木質(zhì) 材料既可作為木質(zhì)材料制品的結(jié)構(gòu)材料,也可作為木質(zhì)材料制品的飾面材料;既可在室外 使用,也可在室內(nèi)使用;既可作為木制品的基體材料使用,也可作為木制品的飾面材料來(lái)使 用;加工成木制品后,木質(zhì)材料表面還涂覆有將木質(zhì)材料中的溫致變色劑與外界隔離的透 明涂料。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種溫敏可逆變色木質(zhì)材料及其制造方法,該溫敏可逆變色木質(zhì)材料的表面帶有溫敏可逆變色功能層,該功能層由通過(guò)浸漬將溫致變色劑從木質(zhì)材料表面向其內(nèi)部浸入并留置在木質(zhì)材料孔隙中而形成,溫敏可逆變色功能層能夠在預(yù)定的溫度區(qū)間內(nèi)隨溫度的變化而從一種預(yù)定顏色可逆地向另一種顏色轉(zhuǎn)變。本發(fā)明木質(zhì)材料既可作為木質(zhì)結(jié)構(gòu)材料使用,也可作為木質(zhì)飾面材料使用。本發(fā)明還公開(kāi)了一種專用溫致變色劑,該變色劑主要包括隱色劑、顯色劑和溶劑三種成分,其中,隱色劑決定顏色的變化、顯色劑決定顏色變化的深淺、溶劑決定變色的溫度,并通過(guò)調(diào)整三種成分之間的配比實(shí)現(xiàn)對(duì)溫致變色木質(zhì)材料的顏色、顏色變化的程度、以及變色溫度區(qū)間的控制。
文檔編號(hào)B27K3/12GK101817192SQ201010138950
公開(kāi)日2010年9月1日 申請(qǐng)日期2010年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月31日
發(fā)明者傅峰, 劉志佳, 盧克陽(yáng), 彭立民, 林蘭英, 陳志林, 鮑甫成 申請(qǐng)人:中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院木材工業(yè)研究所