一種高溫低氧環(huán)境制備用于無機改性速生材的改性劑的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高溫低氧環(huán)境制備用于無機改性速生材的改性劑，屬于木材改性領(lǐng)域，其制備方法為混合正硅酸四乙酯、硅烷偶聯(lián)劑、乙醇，發(fā)生原位聚合反應(yīng)生成氫氧化鋁、氫氧化鎂等納米無機化合物，利用納米二氧化硅減少硅醇基的量，降低了吸水量，加之膨潤土、水、水性樹脂、納米纖維素、納米銀的引入，在熱作用下浸漬物與木材組分發(fā)生交聯(lián)聚合反應(yīng)，進而聚合、固化，與木材與結(jié)構(gòu)形成一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，提升了物理學(xué)強度及尺寸穩(wěn)定性等特性。
【專利說明】
一種高溫低氧環(huán)境制備用于無機改性速生材的改性劑
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種高溫低氧環(huán)境制備用于無機改性速生材的改性劑及其制備方法，屬于木材改性領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]無機改性速生材是指在不改變木材原有優(yōu)良性能的前提下，經(jīng)由木材細胞壁組成成分與無機改性劑之間發(fā)生原位聚合反應(yīng)，并進一步形成化學(xué)鍵，得到性能優(yōu)良的改性木。由于目前世界各國為保護地球環(huán)境兒減少對原始森林的砍伐，限制了天然林的大規(guī)模開采使用，又加之速生林性能低劣，所以高效地生產(chǎn)性能優(yōu)良的改性木材成為未來我國以及世界范圍內(nèi)木材加工行業(yè)研究的問題。改性木通過對木材內(nèi)部填充無機改性劑，結(jié)合高溫低氧環(huán)境處理技術(shù)和無機改性技術(shù)，來改變木材的理化性質(zhì)，克服了人工楊木速生林密度低，強度差，材質(zhì)松軟，干燥極易皺縮變形等缺陷，減少因外界環(huán)境條件的侵蝕而受到的破壞，在降低速生材吸濕性的同時，提高速生材的密實化、耐腐性和阻燃性，并且賦予木材一些新的功能，增加木材的附加值。近年來，國內(nèi)外專家學(xué)者在速生材無機改性技術(shù)方面進行了大量的，系統(tǒng)化的研究工作，但是由于實驗室內(nèi)的試件尺寸不夠大，缺少高效的浸漬設(shè)備，所依賴的化學(xué)物質(zhì)面臨二次污染等問題的存在，嚴重制約了速生材無機改性技術(shù)的發(fā)展。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明目的在于提供一種高溫低氧環(huán)境處理技術(shù)與無機改性技術(shù)相結(jié)合的制備方法，混合正硅酸四乙酯、硅烷偶聯(lián)劑、乙醇，發(fā)生原位聚合反應(yīng)生成氫氧化鋁、氫氧化鎂等納米無機化合物，利用納米二氧化硅減少硅醇基的量，降低了吸水量，加之膨潤土、水、水性樹脂、納米纖維素、納米銀的引入，在熱作用下浸漬物與木材組分發(fā)生交聯(lián)聚合反應(yīng)，進而聚合、固化，與木材與結(jié)構(gòu)形成一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，提升了物理學(xué)強度及尺寸穩(wěn)定性等特性，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案:一種高溫低氧環(huán)境制備無機改性速生材改性劑，由以下重量份的原材料制成:
[0006]20?40份的正硅酸四乙酯，
[0007]I?10份的硅烷偶聯(lián)劑，
[0008]20?40份的乙醇，
[0009]10?50份的膨潤土，
[0010]I?5份的水，
[0011]5?30份的水性樹脂，
[0012]0.1?3份的納米纖維素，
[0013]0.1?3份的納米銀，
[0014]0.1?5份的納米二氧化硅。
[0015]—種高溫低氧環(huán)境制備無機改性速生材的制備方法，包括以下步驟:
[0016](一)、將正硅酸四乙酯、乙醇、硅烷偶聯(lián)劑混合，其中正硅酸四乙酯重量份數(shù)控制在15?40份，乙醇重量份數(shù)控制在1?30份，硅烷偶聯(lián)劑重量份數(shù)控制在15?40份；
[0017](二)、向上述體系中依次加入膨潤土、水、水性樹脂、納米纖維素、納米銀、納米二氧化硅，其中膨潤土重量份數(shù)控制在10?50份，水重量份數(shù)控制在I?5份，水性樹脂重量份數(shù)控制在5?30份，納米纖維素重量份數(shù)控制在0.1?3份，納米銀重量份數(shù)控制在0.1?3份，納米二氧化硅重量份數(shù)控制在0.1?5份；
[0018](三)、攪拌3Omin;
[0019](四)、反應(yīng)結(jié)束后，所得產(chǎn)物即為所述高溫低氧環(huán)境制備可用于無機改性速生材的改性劑。
[0020]本發(fā)明的優(yōu)點:通過混合正硅酸四乙酯、硅烷偶聯(lián)劑、乙醇浸漬木材，并在實驗中引入水性樹脂、水、納米銀、納米二氧化硅、納米纖維素等物質(zhì)，在高溫低氧環(huán)境下引發(fā)浸漬物與木材組成成分發(fā)生交聯(lián)聚合反應(yīng)，在原位聚合生成的氫氧化鋁、氫氧化鎂等納米無機化合物沉積，并填充在木材的孔隙結(jié)構(gòu)中，從而提高了木材的物理學(xué)性能，得到改性木材。硅烷偶聯(lián)的良好水溶性，試劑混合注入木材內(nèi)，加入水性樹脂與水溶合，利用乙醇與硅烷偶聯(lián)劑良好的水溶性，正硅酸四乙酯發(fā)生水解、聚合反應(yīng)，生成二氧化硅，硅烷偶聯(lián)劑使木材組分與二氧化硅間產(chǎn)生共價鍵，連接程度增大，界面結(jié)合力更強，結(jié)合形成的木材/ 二氧化硅無機復(fù)合物，提高了木材的力學(xué)強度。再加上本發(fā)明中的輔助組份納米纖維素具有增強基體與界面結(jié)合的功能，阻止缺陷與裂紋的產(chǎn)生和延伸。納米銀作為高活性催化劑，加速交聯(lián)聚合反應(yīng)的進行，納米銀還具有抑制和殺蟲作用，納米銀本身是一種具有長效性和耐候性的抗菌劑，提高了改性速勝材的抗白蟻性。同時加入的納米二氧化硅在分散于材料中，提高了改性木材的硬度和強度。簡單的說，本發(fā)明是利用木材處理劑與木材組分(纖維素，半纖維素、木素等)中的活性反應(yīng)基團發(fā)生了交聯(lián)聚合反應(yīng)，聚合產(chǎn)物沉淀并填充在細胞壁/細胞間隙甚至細胞腔內(nèi)，提高材料密度。加之水性樹脂、水、納米銀、納米二氧化硅、納米纖維素的引入，減少木材組分中大量的親水基團(羥基)，降低速生材吸濕性的同時，并提高了速生材的密實化、耐腐性和阻燃性。另外本發(fā)明還根據(jù)制備方法的特點，除了對各配方組分進行設(shè)定，還要求使用催化劑進行原位聚合反應(yīng)，提出了相應(yīng)的工藝流程與技術(shù)參數(shù)，以此來有效控制高溫低氧環(huán)境制備用于無機改性速生材的性能。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明所述速生材無機改性增值利用關(guān)鍵技術(shù)研究的方法流程圖。
【具體實施方式】
[0022]結(jié)合以下具體實例對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0023]—種改性速生材改性劑，包括由以下重量份制成:
[0024]20?40份的正硅酸四乙酯，
[0025]I?10份的硅烷偶聯(lián)劑，
[0026]20?40份的乙醇，
[0027]10?50份的膨潤土，
[0028]I?5份的水，
[0029]5?30份的水性樹脂，
[0030]0.1?3份的納米纖維素，
[0031]0.1?3份的納米銀，
[0032]0.1?5份的納米二氧化娃。
[0033]加入娃燒偶聯(lián)劑能提尚木材和改性劑的粘接強度、并增強木材的耐水、耐氣候等性能。硅烷偶聯(lián)劑往往可以解決某些材料長期以來無法粘接的難題，用于高溫低氧環(huán)境制備無機改性速生材的改性劑時，能有效改善界面結(jié)合程度。納米銀作為催化劑，粒徑小、比表面積大、表面活性高、催化效率高，用于高溫低氧環(huán)境制備用于無機改性速生材時，可以有效地加速反應(yīng)進行。
[0034]納米二氧化硅，是一種無毒、無味、無污染的非金屬材料，具有抗老化性和耐化學(xué)性，將納米二氧化硅分散在材料中，可以提高材料的硬度、強度。
[0035]所述的高溫低氧環(huán)境制備用于無機改性速生材的改性劑，包括由以下重量份制成:21?38份的正硅酸四乙酯，2?10份的硅烷偶聯(lián)劑，22?38份的乙醇，12?45份的膨潤土，2?5份的水，6?25份的水性樹脂，0.5?2份的納米纖維素，0.5?2份的納米銀，0.5?4份的納米二氧化硅。
[0036]所述的高溫低氧環(huán)境制備用于無機改性速生材的改性劑，由以下重量份制成:23?35份的正娃酸四乙酯，3?8份的娃燒偶聯(lián)劑，23?35份的乙醇，15?38份的膨潤土，2?4份的水，7?20份的水性樹脂，I?1.5份的納米纖維素，I?1.5份的納米銀，I?3份的納米二氧化硅。
[0037]如圖1所示，一種高溫低氧環(huán)境制備用于無機改性速生材改性劑的制備方法，包括以下步驟:
[0038](一)、將正硅酸四乙酯、乙醇、硅烷偶聯(lián)劑混合，其中正硅酸四乙酯重量份數(shù)控制在15?40份，乙醇重量份數(shù)控制在1?30份，硅烷偶聯(lián)劑重量份數(shù)控制在15?40份；
[0039](二)、向上述體系中依次加入膨潤土、水、水性樹脂、納米纖維素、納米銀、納米二氧化硅，其中膨潤土重量份數(shù)控制在10?50份，水重量份數(shù)控制在I?5份，水性樹脂重量份數(shù)控制在5?30份，納米纖維素重量份數(shù)控制在0.1?3份，納米銀重量份數(shù)控制在0.1?3份，納米二氧化硅重量份數(shù)控制在0.1?5份；
[0040](三)、攪拌30min;
[0041 ](四)、反應(yīng)結(jié)束后，所得產(chǎn)物即為所述高溫低氧環(huán)境制備可用于無機改性速生材的改性劑。
[0042]本發(fā)明由于首先通過正硅酸四乙酯與硅烷偶聯(lián)劑與乙醇混合，所得溶液具有增強硬度，結(jié)合速生材界面等優(yōu)異特點。加入膨潤土能在速生材表面覆蓋一層阻燃物質(zhì)，有效降低速生材的易燃性。加入水性樹脂與水融合，形成溶液，待水揮發(fā)后，形成樹脂模材料。能與底材具有極高的附著力，固化后的涂膜耐腐蝕性和耐化學(xué)藥品性能優(yōu)異，涂膜收縮小、硬度高、耐磨性好、抗腐蝕性能。同時加入納米纖維素，可在表面形成一層穩(wěn)定的氣體薄膜，制成雙疏性界面織物，既可防水，又可防油、防污，有效防止速生材開裂，增長壽命。納米銀本身的高活性，在試劑中起到催化劑的作用。作為當今使用廣泛的化學(xué)物質(zhì)，在很多領(lǐng)域都有涉及。納米銀具有抑制和殺蟲作用，而且不會產(chǎn)生耐藥性，能延長速生材使用壽命。
[0043]結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述:
[0044]實施例1
[0045]—種高溫低氧環(huán)境制備用于無機改性速生材的改性劑的制備方法，包括以下步驟:
[0046](一)、將20kg正硅酸四乙酯、20kg乙醇、4kg硅烷偶聯(lián)劑混合。
[0047](二)、向上述體系中依次加入35kg膨潤土、3kg水、13kg水性樹脂、3kg納米纖維素、I kg納米銀、I kg納米二氧化娃。
[0048](三)、攪拌3Omin;
[0049](四)、反應(yīng)結(jié)束后，所得產(chǎn)物即為所述高溫低氧環(huán)境制備可用于無機改性速生材的改性劑。
[0050]實施例2
[0051]—種高溫低氧環(huán)境制備用于無機改性速生材的改性劑的制備方法，包括以下步驟:
[0052](一)、將40kg正硅酸四乙酯、20kg乙醇、5kg硅烷偶聯(lián)劑混合。
[0053](二)、向上述體系中依次加入20kg膨潤土、1.5kg水、1kg水性樹脂、1.5kg納米纖維素、I kg納米銀、I kg納米二氧化娃。
[0054](三)、攪拌30min;
[0055](四)、反應(yīng)結(jié)束后，所得產(chǎn)物即為所述高溫低氧環(huán)境制備可用于無機改性速生材的改性劑。
[0056]實施例3
[0057]一種高溫低氧環(huán)境制備用于無機改性速生材的改性劑的制備方法，包括以下步驟:
[0058](一)、將38.6kg正硅酸四乙酯、38.6kg乙醇、Ikg硅烷偶聯(lián)劑混合。
[0059](二)、向上述體系中依次加入1kg膨潤土、4kg水、5kg水性樹脂、0.2kg納米纖維素、0.3kg納米銀、2.3kg納米二氧化娃。
[0060](三)、攪拌30min;
[0061 ](四)、反應(yīng)結(jié)束后，所得產(chǎn)物即為所述高溫低氧環(huán)境制備可用于無機改性速生材的改性劑。
[0062]實施例4
[0063]—種高溫低氧環(huán)境制備用于無機改性速生材的改性劑的制備方法，包括以下步驟:
[0064](一)、將27kg正硅酸四乙酯、23kg乙醇、1kg硅烷偶聯(lián)劑混合。
[0065](二)、向上述體系中依次加入14kg膨潤土、5kg水、15kg水性樹脂、0.5kg納米纖維素、0.5kg納米銀、5kg納米二氧化娃。
[0066](三)、攪拌30min;
[0067](四)、反應(yīng)結(jié)束后，所得產(chǎn)物即為所述高溫低氧環(huán)境制備可用于無機改性速生材的改性劑。
[0068]實施例5
[0069]—種高溫低氧環(huán)境制備用于無機改性速生材的改性劑的制備方法，包括以下步驟:
[0070](一)、將22.5kg正硅酸四乙酯、22kg乙醇、Ikg硅烷偶聯(lián)劑混合。
[0071 ] (二)、向上述體系中依次加入41kg膨潤土、Ikg水、5kg水性樹脂、2.5kg納米纖維素、2.5kg納米銀、2.5kg納米二氧化娃。
[0072](三)、攪拌3Omin;
[0073](四)、反應(yīng)結(jié)束后，所得產(chǎn)物即為所述高溫低氧環(huán)境制備可用于無機改性速生材的改性劑。
[0074]實施例6
[0075]—種高溫低氧環(huán)境制備用于無機改性速生材的改性劑的制備方法，包括以下步驟:
[0076](一)、將34kg正硅酸四乙酯、25kg乙醇、2kg硅烷偶聯(lián)劑混合。
[0077](二)、向上述體系中依次加入12kg膨潤土、2kg水、20kg水性樹脂、0.5kg納米纖維素、0.5kg納米銀、4kg納米二氧化娃。
[0078](三)、攪拌3Omin;
[0079](四)、反應(yīng)結(jié)束后，所得產(chǎn)物即為所述高溫低氧環(huán)境制備可用于無機改性速生材的改性劑。
[0080]實施例7
[0081]—種高溫低氧環(huán)境制備用于無機改性速生材的改性劑的制備方法，包括以下步驟:
[0082](一)、將23kg正硅酸四乙酯、22kg乙醇、7kg硅烷偶聯(lián)劑混合。
[0083](二)、向上述體系中依次加入1kg膨潤土、2kg水、28kg水性樹脂、2kg納米纖維素、3kg納米銀、3kg納米二氧化娃。
[0084](三)、攪拌30min;
[0085](四)、反應(yīng)結(jié)束后，所得產(chǎn)物即為所述高溫低氧環(huán)境制備可用于無機改性速生材的改性劑。
[0086]盡管本發(fā)明是參照具體實施例來描述，但這種描述并不意味著對本發(fā)明構(gòu)成限制。參照本發(fā)明的描述，所公開的實施例的其他變化，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員都是可以預(yù)料的，這種的變化應(yīng)屬于所屬權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種高溫低氧環(huán)境制備用于無機改性速生材的改性劑，其特征在于，由以下重量份的原材料制成: 20?40份的正硅酸四乙酯， I?10份的硅烷偶聯(lián)劑， 20?40份的乙醇， 10?50份的膨潤土， I?5份的水， 5?30份的水性樹脂， 0.1?3份的納米纖維素， 0.1?3份的納米銀， 0.1?5份的納米二氧化娃。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫低氧環(huán)境制備用于無機改性速生材的改性劑，其特征在于，由以下重量份制成:21?38份的正硅酸四乙酯，2?10份的硅烷偶聯(lián)劑，22?38份的乙醇，12?45份的膨潤土，2?5份的水，6?25份的水性樹脂，0.5?2份的納米纖維素，0.5?2份的納米銀，0.5?4份的納米二氧化娃。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫低氧環(huán)境制備用于無機改性速生材的改性劑，其特征在于，由以下重量份制成:23?35份的正硅酸四乙酯，3?8份的硅烷偶聯(lián)劑，23?35份的乙醇，15?38份的膨潤土，2?4份的水，7?20份的水性樹脂，I?1.5份的納米纖維素，I?1.5份的納米銀，I?3份的納米二氧化娃。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種高溫低氧環(huán)境制備用于無機改性速生材的改性劑，其特征在于，所述納米纖維素具有抗開裂的功能，所述納米銀作為催化劑，具有高活性、加快反應(yīng)進行的功能。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種高溫低氧環(huán)境制備用于無機改性速生材的改性劑，其特征在于，所述納米二氧化硅可用來增強硬度。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種高溫低氧環(huán)境制備用于無機改性速生材的改性劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (一)、將正硅酸四乙酯、乙醇、硅烷偶聯(lián)劑混合，其中正硅酸四乙酯重量份數(shù)控制在20?40份，乙醇重量份數(shù)控制在20?40份，硅烷偶聯(lián)劑重量份數(shù)控制在I?10份； (二)、向上述體系中依次加入膨潤土、水、水性樹脂、納米纖維素、納米銀、納米二氧化硅，其中膨潤土重量份數(shù)控制在10?50份，水重量份數(shù)控制在I?5份，水性樹脂重量份數(shù)控制在5?30份，納米纖維素重量份數(shù)控制在0.1?3份，納米銀重量份數(shù)控制在0.1?3份，納米二氧化硅重量份數(shù)控制在0.1?5份； (三)、攪拌30min; (四)、反應(yīng)結(jié)束后，所得產(chǎn)物即為所述高溫低氧環(huán)境制備可用于無機改性速生材的改性劑。
【文檔編號】B27K3/52GK106003314SQ201610333771
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月19日
【發(fā)明人】閆小星, 袁也蘋, 蔡云婷, 徐偉, 吳智慧, 過斌, 王杰
【申請人】南京林業(yè)大學(xué)