具氣孔及纖維的仿真木材及其制法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明關(guān)于一種仿真木材，尤指一種利用熱塑性彈性體發(fā)泡制成，且具有氣孔及纖維的仿真木材，以期仿真木材不僅具備真實木材的物理特性(具備無毒性、環(huán)保收回的可重復(fù)利用性、優(yōu)良的著色性及耐候性等)及木質(zhì)紋理，尚具備較真實木材更佳的可塑性及更高的纖維強(qiáng)度。
【背景技術(shù)】
[0002]在眾多自然資源中，森林資源實乃地球資源中極為重要的資產(chǎn)，森林資源除孕育了豐富多樣的動植物生態(tài)外，亦提供人類所需的各種資材，且與人類生活息息相關(guān)，因此，如何增進(jìn)木材利用率、回收率及再利用率等，即成為世界各國亟欲突破的重要議題，以期能減少天然資源的無謂浪費，并有效減少殘料處理時所需的人力與物力。有鑒于此，近年來，對于以木材殘屑或碎片制備高分子塑料生物復(fù)合材料(woodplastic composite,以下簡稱WPC)的研究，越來越受到世界各國重視，其原因是WPC除能有效利用木質(zhì)纖維殘料制備復(fù)合材外，WPC較真實木材具備更良好的尺寸安定性及抵抗病蟲的能力，因此，無須特別維護(hù)，其使用年限即能高達(dá)25?30年之久。目前，WPC的應(yīng)用范圍主要以交通運輸工具與非結(jié)構(gòu)及半結(jié)構(gòu)建筑等用材為主，以美國為例，已有超過30家WPC戶外鋪板制造廠,且WPC所制備的戶外鋪板約達(dá)到25%的市場占有率，由此顯示，未來WPC的利用及應(yīng)用將更顯寬廣及曰 ο
[0003]一般言，復(fù)合材料是利用兩種或兩種以上不同性質(zhì)的原材料，以不同的加工法，結(jié)合在一起，以擷取各原材料的特性與優(yōu)點，發(fā)揮協(xié)同作用(synergistic effect),制成性能優(yōu)異并能滿足需求的一種新材料。在眾多復(fù)合材料中，尤以纖維強(qiáng)化(fiber reinforced)的復(fù)合材料的性能較佳，應(yīng)用也較廣。若復(fù)合材料所使用的原材料為木質(zhì)材料時，則稱為木質(zhì)復(fù)合材料(wood-based composites),其制造方式主要是利用不同尺寸大小的木質(zhì)殘屑或碎片，與膠合劑混合，并于高溫高壓下，膠合成板材。傳統(tǒng)木質(zhì)復(fù)合材料大多利用甲醛類膠合劑，使用時，常有游離甲醛等問題，若將該類木質(zhì)復(fù)合材料浸泡于水中，常會使板材發(fā)生膨脹潰散的問題。因此，為解決此問題，近年來，專家學(xué)者將木質(zhì)材料混合塑料原料，制造出木材塑料復(fù)合材料(WPC)，以減少甲醛釋出，并改善材料尺寸安定性等問題。除此之外，由于WPC結(jié)合了木材和塑料兩種原材料的特性，所以能相互改善兩種原材料的各自缺點，如:塑料比重大、抗靜電性差及彈性不佳等缺點，但在加入木質(zhì)原材料后，則能降低材料比重、提高材料抗靜電性及彈性；相對地，對于木質(zhì)原材料而言，在加入塑料原材料后，則能改善木材本身的尺寸安定性、抗蟲性、耐腐性及耐候性等特性。此外，當(dāng)添加木質(zhì)纖維比例增加時，材料的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度或彈性系數(shù)(modulus of elasticity, M0E)亦會隨之增加。
[0004]傳統(tǒng)WPC復(fù)合材的制備方式主要是將木粉或制漿纖維與典型的熱塑性塑料，如:聚乙烯(Polyethylene)、聚丙烯(Polypropylene)、聚氯乙烯(Polyvinyl chloride)或聚苯乙烯(Polystyrene)等混合,并在高溫下制成木材纖維(或木粉)塑料復(fù)合材。目前，約70%的WPC是以聚乙烯作為塑料基質(zhì)，少部分則以聚丙烯及聚氯乙烯作為塑料基質(zhì)。此外，為增進(jìn)熱塑性塑料制品的強(qiáng)度與韌性，同時，尚能降低生產(chǎn)成本，往往會在膠體中添加纖維及填料，以作為增強(qiáng)劑，早期大部分塑料工業(yè)(約93% )所使用的纖維多半為合成纖維，近年來，則多利用回收再生的木材纖維，此外，在1970年代石油危機(jī)沖擊期間，更直接助長了業(yè)界使用生質(zhì)物(B1mass)的纖維。
[0005]綜上所述，WPC復(fù)合材料即是利用木質(zhì)纖維取代傳統(tǒng)塑料中的無機(jī)纖維材料或填料，其與熱塑性塑料混合制造成復(fù)合材料時，不僅能有效改善木質(zhì)材料的物理特性與力學(xué)性質(zhì)，尚能改善其加工性。因此，近年來，WPC在使用上已大量取代傳統(tǒng)的金屬、塑料與實木材料，并常被應(yīng)用至鋪板、柵欄、外壁板、窗框及屋頂材料等制品上。然而，以木質(zhì)纖維(或木粉)作為塑料中的增強(qiáng)劑或填料，仍存在許多問題，其中，最大的問題在膠體與木質(zhì)纖維間常因表面極性的不同，阻礙二者間的化學(xué)鍵結(jié)，不僅如此，木質(zhì)纖維在膠體中，尚會因纖維與纖維間氫<鍵而造成低分散性(Poor dispers1n)的問題。
[0006]為了解決膠體與纖維兼容性(Compatibility)的問題禹合劑(Coupling agent)或膠合促進(jìn)劑(Adhes1n promoting agent),如:Maleated polyethylene (MAPE)、Maleic anhydri degrafted polypropylene (MAgPP)及 Oxidized LDPE 等的使用，雖能克服此問題，但是，對于纖維間低分散性的問題，則尚必需通過添加分散劑(Dispersingagent),如:硬脂酸(Stearic acid)、石醋(Paraffin wax)或礦物油等才能獲得改善，除此之外，從業(yè)者尚會利用接枝(Grafting)方式，將低分子聚合物(如:l_Phenylthene、
4-Methyl-2-oxy-3-oxopent-4-ene等)與木質(zhì)纖維形成共聚合體，以解決纖維極性及分散性的問題。此外，近年來，尚有從業(yè)者利用化學(xué)改質(zhì)(Chemical modificat1n)方式,來改善WPC復(fù)合材的界面性質(zhì)。一般言，通過化學(xué)改質(zhì)雖能降低WPC復(fù)合材的表面極性，進(jìn)而提高木質(zhì)材料與膠體的兼容性，但化學(xué)改質(zhì)又必須使用到許多化學(xué)藥劑，其中，最基本的化學(xué)改質(zhì)法是使用具有單官能團(tuán)的改質(zhì)藥劑；此外，亦有使用具雙官能團(tuán)，甚至，多官能團(tuán)的藥劑者，在眾多的化學(xué)改質(zhì)方法中，較受業(yè)界重視亦較實用者，為利用醋酸酐(Acetic anhydride)與木材輕基反應(yīng)的方法，即所謂的乙酰化反應(yīng)(Acetylat1n)JlI以醋酸酐進(jìn)行乙?；磻?yīng)時，若在無溶劑且未添加催化劑的環(huán)境下，則需要較長的反應(yīng)時間，方可獲得較佳的重量增加率(weight percent gain,簡稱WPG)或取代度(degreeof substitut1n),故，以醋酸酐進(jìn)行乙?；磻?yīng)時，多會使用二甲基甲酰胺(dimethylformamide,簡稱DMF)、二甲亞諷(dimethyl sulfoxide,簡稱DMS0)或卩比唆(pyridine)等溶劑，以提高與醋酸酐混合的反應(yīng)效率，使其在較短的反應(yīng)時間內(nèi)，達(dá)到較佳的乙?；ЧＨ欢?，添加溶劑除必然會增加成本及增加此類溶劑帶來的毒性等缺點外，反應(yīng)時間仍需數(shù)小時，方可達(dá)較佳的乙酰化效果。
[0007]近年來，在環(huán)保意識日益高漲的氛圍下，前述WPC復(fù)合材或其它塑料復(fù)合材仍因存在前述諸多結(jié)構(gòu)性缺點及毒性問題，而始終無法被普及使用或應(yīng)用至人們的日常生活需求中。據(jù)此，如何開發(fā)出一種仿真木材，以使仿真木材本身不僅具有高彈性及高強(qiáng)度，具備無毒性、環(huán)保收回的可重復(fù)利用性、優(yōu)良的著色性及耐候性等諸多優(yōu)點之外，尚能模擬出真實木材的木質(zhì)特性及紋理，且具備較真實木材更佳的可塑性及更高的纖維強(qiáng)度，即成為世界各國從業(yè)者長久以來亟思解決的重要課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明主要的目的是提供一種具氣孔及纖維的仿真木材及其制法。
[0009]一方面，本發(fā)明提供了一種具氣孔及纖維的仿真木材的制法，