CN101134330A - 二氧化硅/木材复合材料的制造方法 - Google Patents
二氧化硅/木材复合材料的制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101134330A CN101134330A CNA2007100500820A CN200710050082A CN101134330A CN 101134330 A CN101134330 A CN 101134330A CN A2007100500820 A CNA2007100500820 A CN A2007100500820A CN 200710050082 A CN200710050082 A CN 200710050082A CN 101134330 A CN101134330 A CN 101134330A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- timber
- silicon dioxide
- composite material
- phosphoric acid
- days
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Chemical And Physical Treatments For Wood And The Like (AREA)
Abstract
一种二氧化硅/木材复合材料的制造方法，将木材浸渍于由正硅酸乙酯作陶瓷前驱体、乙醇(EtOH)为溶剂、磷酸为催化剂的溶液中进行化学处理后，再经陈化、干燥，其特征是将含水率为28％～32％的木材浸渍于正硅酸乙酯∶乙醇∶磷酸＝1.01～1.2∶0.8～0.99∶0.01～0.03摩尔比的混合溶液中，浸渍16～20天后取出，经陈化7～10天后用微波干燥得成品。用本发明的方法可使木材的缺陷得以改良，性能提高；同时保留了木材的多孔性，生产工艺简单，质量稳定，成本降低，可以将密度小、材质松软的木材用于制备各类木地板、室内装饰及家具用材，具有广阔的发展前景。
Description
技术领域
本发明属二氧化硅/木材复合材料的制造方法领域。
背景技术
二氧化硅/木材复合材料由于其强度、性能等均超过一般未经处理的天然木材，引起了有关木材制造业科技工作者的广泛关注，也取得了不少引人注目的成果。二氧化硅/木材复合材料中的二氧化硅生成于木材内部的固有空隙中，实现在这些空隙中引入了二氧化硅无机相，制备成分散相为二氧化硅、连续相为木材的二氧化硅/木材复合材料，明显提高了木材的强度、性能，同时还保留了木材的多孔、调温、调湿、易降解等优良特性。
据有关报道，目前制备二氧化硅/木材复合材料有多种方法：例如在《陶瓷化木材的化学方法》(材料研究学报，2000，14(1)：51～55，王西成等)等文中，曾对陶瓷化木材提出过多种制备方案，最初提出以正硅酸乙酯作为陶瓷前驱体，将其浸渍液加压注入木材后，在不同温度下养护，最后热处理得产品；后提出将偶联剂(GPTMS)用压力注入木材试块后再养护、热处理；2000年又将正硅酸乙酯、硅烷偶联剂3-缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷(GTTMS)、高盐基度碱式氯化铝及乙醇充分混合、搅拌，制得溶胶后将溶胶压入木材内部。未使用催化剂，陈化时间5d；用干燥箱干燥。由于未使用催化剂，反应过程慢，且因采用干燥箱干燥，干燥中二氧化硅粒子产生团聚，使制得产品性能受影响，导致二氧化硅/木材复合材料的性能一般。
在《陶瓷化复合木材复合方法与性能的基础性研究》(博士学位论文，北京工业大学2003，陈志林)一文中提出：先将陶瓷前驱体溶液水解获得溶胶，使用盐酸作催化剂，将经干燥的木材试样置于真空处理罐内抽真空，再将溶胶吸入处理罐中的木材，经一定时间后转为正压处理，取出后再陈化、干燥，得成品。采用这种方法压入的溶胶基本存留在木材的细胞腔中，很难进入细胞壁，因此，得到的复合材料不再保留木材的优良特性——多孔性，而影响木材稳定性的细胞壁中的空隙，仍然保留着空隙状态，所以其稳定性也没有提高。
在《超临界干燥制备木材-SiO2气凝胶复合材料及其纳米结构》(东北林业大学学报，2005，33(3)：3-4，邱坚等)一文中，提出了用超临界干燥制备木材-SiO2气凝胶复合材料，效果虽不错，但采用超临界干燥法工艺复杂，设备贵，成本高。
本申请的发明人符韵林等采用溶胶-凝胶法制备二氧化硅/木材复合材料(见《木材/二氧化硅复合材料的微细构造》，北京林业大学学报，2006，28(5)：119～124)，先将试样预处理，用正硅酸乙酯(TEOS)为陶瓷前驱体，冰醋酸(CH3 COOH)为催化剂，乙醇(EtOH)为溶剂，三者以1∶1∶0.01摩尔比混合。将经预处理的试样分两组进行化学处理，一组直接加入TEOS、CH3COOH及EtOH混合液进行化学处理[可称为直接溶胶-凝胶法(Sol-gel)]；另一组先经硅烷偶联剂处理，然后加入TEOS、CH3 COOH及EtOH混合液进行化学处理，[可称为加硅烷偶联剂法(SCA-sol-gel)]。TEOS、CH3 COOH及EtOH混合液和硅烷偶联剂处理的时间均为10d。化学处理完成后，试样先放置5d，使生成的二氧化硅陈化，然后再将其转入干燥箱中干燥至绝干。由于采用乙酸作催化剂，反应过程较慢；又因陈化时间短，溶胶未充分转化成凝胶；还因用干燥箱干燥，二氧化硅粒子发生团聚，得到的复合材料性能不够理想。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种制备工艺简单、产品质量好、生产成本降低的二氧化硅/木材复合材料的制造方法。
本发明以如下技术方案解决上述技术问题：将含水率为28％～32％的木材浸渍于正硅酸乙酯：乙醇：磷酸=1.01～1.2∶0.8～0.99∶0.01～0.03摩尔比的混合溶液中，浸渍16～20天后取出，经陈化7～10天后用微波干燥方法进行干燥到含水率为10～14％，制备成二氧化硅/木材复合材料。
采用本发明的方法制备二氧化硅/木材复合材料，使木材的缺陷得以改良，密度、硬度、抗弯强度、抗弯弹性模量分别提高25％、130％、50％、50％以上，顺纹抗压强度、横纹抗压强度(全部)提高60％以上；同时保留了木材的多孔性，且生产工艺简单，反应过程快，产品质量稳定，产品成本明显降低，特别是可以将密度小、材质松软的木材如速生桉树、杉木等树种用于制备各类木地板、室内装饰及家具用材方面，前景极为广阔。
具体实施方式
本发明二氧化硅/木材复合材料的制造方法，将含水率为30％左右的木材浸渍于正硅酸乙酯：乙醇：磷酸=1.01～1.2∶0.8～0.99∶0.01～0.03摩尔比的混合溶液中，浸渍16～20天后取出，经陈化7～10天后用微波干燥方法进行干燥到含水率为10-14％，制备成二氧化硅/木材复合材料。
对于达不到起始含水率要求的木材，根据木材吸湿性原理利用水调节被处理木材的含水率至达到含水率要求。
本发明在浸渍的化学处理过程中，采用磷酸作为催化剂，较其他现用催化剂能加快水解-缩聚反应的速度。同时，本发明的陈化时间也由现有技术的5天左右延长为7～10天，使生成的溶胶充分转化成凝胶。复合材料的干燥方法采用了微波干燥，避免了用干燥箱干燥容易造成的二氧化硅粒子发生团聚现象的发生，生成的二氧化硅能呈较好的分散状，保证了复合材料质量的稳定、质优；微波干燥可采用频率为915MHz或2450MHz。
在制造二氧化硅/木材复合材料过程中，首先要对木材进行调湿试验，要求所有的木材原料符合含水率为30％左右的要求，以含水率为28％～32％为佳。对含水率低于26％的木材，根据木材吸湿性原理利用水调节木材的含水率，此步骤可称之为预处理。之后进行化学处理：使用正硅酸乙酯(TEOS)为陶瓷前驱体，磷酸(H3PO4)为催化剂，乙醇(EtOH)为溶剂，正硅酸乙酯、乙醇及磷酸以1.01～1.2∶0.8～0.99∶0.01～0.03摩尔比混合。然后将木材置入该混合液中浸渍进行化学处理。发生的主要化学反应过程简式为：
Si(OR)n+H2O→Si(OH)n+nHOR
Si(OH)n+Si(OH)n→(HO)n-1Si-O-Si(OH)n-1+H2O
Si(OH)n+Si(OR)n→(HO)n-1Si-O-Si(OR)n-1+HOR
实际上，TEOS的反应过程复杂，硅原子上的4个乙氧基很难完全水解替换成4个氢氧基团，而是有一部分乙氧基水解后即开始发生缩聚反应，水解生成的硅醇也和TEOS自身发生缩聚反应，因此，以反应简式表示它们的反应过程为：
Si-OR+H2O→Si-OH+ROH
Si-OR+HO-Si→Si-O-Si+ROH
Si-OH+HO-Si→Si-O-Si+H2O
同时，木材上的羟基可与硅醇发生缩聚反应：
Wood-OH+Si-OH→Wood-O-Si+H2OTEOS、H3PO4及EtOH混合液浸渍木材处理的时间为16～20d。化学处理完成后，进行陈化放置，陈化的时间为7～10d，使生成的二氧化硅溶胶完全转化成凝胶。然后再采用微波干燥法对木材进行干燥，微波的频率可以采用915MHz或2450MHz，干燥到含水率至10～14％左右，即制造成功二氧化硅/木材复合材料。
实施例1
1.含水率为30％的杉木，采用正硅酸乙酯114.4kg、乙醇18.4kg、磷酸0.49kg(摩尔比为1.10∶0.85∶0.01)配制的混合液在常温常压条件下浸渍木材16d。
2、浸渍完成后陈化，陈化的时间为10d。
3、采用微波方法进行干燥，微波的频率为915MHz，干燥至含水率为10％。
4、制造成功的二氧化硅/木材复合材料气干密度为0.455g/cm3，硬度：端面为52.5MPa，弦面为47.6MPa，径面46.3MPa，抗弯强度为82.3MPa，抗弯弹性模量为12381.5MPa，顺纹抗压强度46.5MPa，径向横纹抗压强度(全部)为3.4MPa，弦向横纹抗压强度(全部)为3.2MPa。
可用于制造木地板。
实施例2
1、含水率为28％的速生桉木，采用正硅酸乙酯124.8kg、乙醇22.77kg、磷酸1.47kg(摩尔比为1.20∶0.99∶0.03)配制的混合液在常温常压条件下浸渍木材20d。
2、浸渍完成后陈化，陈化的时间为7d。
3、采用微波方法进行干燥，微波的频率为2450MHz，干燥至含水率为12％。
4、制造成功的二氧化硅/木材复合材料气干密度为0.448g/cm3，硬度：端面为53.3MPa，弦面为46.6MPa，径面45.3MPa，抗弯强度为80.3MPa，抗弯弹性模量为12301.4MPa，顺纹抗压强度47.6MPa，径向横纹抗压强度(全部)为3.4MPa，弦向横纹抗压强度(全部)为3.3MPa。成品可用作室内装饰用材。
实施例3
1、含水率为32％的速生桉木，采用正硅酸乙酯105.04kg、乙醇19.55kg及磷酸0.98kg(摩尔比为1.01∶0.8∶0.02)配制的混合液在常温常压条件下浸渍木材18d。
2、浸渍完成后陈化，陈化的时间为8d。
3、采用微波方法进行干燥，微波的频率为2450MHz，干燥至含水率为14％。
4、制造成功的二氧化硅/木材复合材料气干密度为0.451g/cm3，硬度：端面为51.8MPa，弦面为47.1MPa，径面45.4MPa，抗弯强度为81.8MPa，抗弯弹性模量为12005.6MPa，顺纹抗压强度48.7MPa，径向横纹抗压强度(全部)为3.7MPa，弦向横纹抗压强度(全部)为3.5MPa。可用作室内装饰用材。
Claims (1)
1.一种二氧化硅/木材复合材料的制造方法，将木材浸渍于由正硅酸乙酯作陶瓷前驱体、乙醇(EtOH)为溶剂、磷酸为催化剂的混合溶液中进行化学处理后，再经陈化、干燥，其特征是将含水率为28％～32％的木材浸渍于正硅酸乙酯∶乙醇∶磷酸＝1.01～1.2∶0.8～0.99∶0.01～0.03摩尔比的混合溶液中，浸渍16～20天后取出，经陈化7～10天后用微波干燥方法进行干燥到含水率为10～14％，制备成二氧化硅/木材复合材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNA2007100500820A CN101134330A (zh) | 2007-09-14 | 2007-09-14 | 二氧化硅/木材复合材料的制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNA2007100500820A CN101134330A (zh) | 2007-09-14 | 2007-09-14 | 二氧化硅/木材复合材料的制造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101134330A true CN101134330A (zh) | 2008-03-05 |
Family
ID=39158753
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNA2007100500820A Pending CN101134330A (zh) | 2007-09-14 | 2007-09-14 | 二氧化硅/木材复合材料的制造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101134330A (zh) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101988883B (zh) * | 2009-07-31 | 2012-05-30 | 中国制浆造纸研究院 | 一种快速测定造纸原料浸渍程度的方法 |
| CN103817756A (zh) * | 2014-03-14 | 2014-05-28 | 福州大学 | 一种快速制备二氧化硅/木材复合材料的方法 |
| CN104647501A (zh) * | 2013-11-19 | 2015-05-27 | 黄培伟 | 一种橡胶木功能改性用浸渍液 |
| CN104647500A (zh) * | 2013-11-19 | 2015-05-27 | 黄培伟 | 一种橡胶木地热地板加工用浸渍液 |
| CN106827137A (zh) * | 2016-12-30 | 2017-06-13 | 周益铭 | 一种竹材用抗流失型防霉剂的制备方法 |
| CN107139289A (zh) * | 2017-06-15 | 2017-09-08 | 浙江润格木业科技有限公司 | 一种木材改性的方法 |
| CN107866885A (zh) * | 2017-11-14 | 2018-04-03 | 唐林元 | 一种木材防霉的处理方法 |
| CN112825698A (zh) * | 2021-01-18 | 2021-05-25 | 南京林业大学 | 一种诱导活立木产生木材/无机纳米复合材料的方法 |
| CN116619496A (zh) * | 2023-07-19 | 2023-08-22 | 广东清森美新材料科技有限公司 | 一种装修用无甲醛轻质复合板及其制备方法 |
-
2007
- 2007-09-14 CN CNA2007100500820A patent/CN101134330A/zh active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101988883B (zh) * | 2009-07-31 | 2012-05-30 | 中国制浆造纸研究院 | 一种快速测定造纸原料浸渍程度的方法 |
| CN104647501A (zh) * | 2013-11-19 | 2015-05-27 | 黄培伟 | 一种橡胶木功能改性用浸渍液 |
| CN104647500A (zh) * | 2013-11-19 | 2015-05-27 | 黄培伟 | 一种橡胶木地热地板加工用浸渍液 |
| CN103817756A (zh) * | 2014-03-14 | 2014-05-28 | 福州大学 | 一种快速制备二氧化硅/木材复合材料的方法 |
| CN103817756B (zh) * | 2014-03-14 | 2016-01-06 | 福州大学 | 一种快速制备二氧化硅/木材复合材料的方法 |
| CN106827137A (zh) * | 2016-12-30 | 2017-06-13 | 周益铭 | 一种竹材用抗流失型防霉剂的制备方法 |
| CN107139289A (zh) * | 2017-06-15 | 2017-09-08 | 浙江润格木业科技有限公司 | 一种木材改性的方法 |
| CN107866885A (zh) * | 2017-11-14 | 2018-04-03 | 唐林元 | 一种木材防霉的处理方法 |
| CN112825698A (zh) * | 2021-01-18 | 2021-05-25 | 南京林业大学 | 一种诱导活立木产生木材/无机纳米复合材料的方法 |
| CN116619496A (zh) * | 2023-07-19 | 2023-08-22 | 广东清森美新材料科技有限公司 | 一种装修用无甲醛轻质复合板及其制备方法 |
| CN116619496B (zh) * | 2023-07-19 | 2023-10-13 | 广东清森美新材料科技有限公司 | 一种装修用无甲醛轻质复合板及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101134330A (zh) | 二氧化硅/木材复合材料的制造方法 | |
| CN101913835B (zh) | 一种泡沫陶瓷增强纤维气凝胶隔热材料及其制备方法 | |
| CN108484098B (zh) | 一种二氧化硅/凹凸棒土纤维复合气凝胶的常压制备方法 | |
| CN105541306B (zh) | 一种氧化铝纤维增强的氧化铝闭孔泡沫陶瓷及其制备方法 | |
| CN107892582A (zh) | 一种炭纤维增强纳米孔炭隔热复合材料的制备方法 | |
| CN110643141B (zh) | 一种氧化硅/酚醛二元复合气凝胶的制备方法 | |
| CN104496401B (zh) | 高效隔热气凝胶复合板材及其制备方法 | |
| CN110282995A (zh) | 一种基于纤维素气凝胶模板的多孔碳化硅木陶瓷制备方法 | |
| CN101164744A (zh) | 一种陶瓷化复合木材的制备方法 | |
| CN109251005B (zh) | 一种增强二氧化硅气凝胶材料的制备方法 | |
| CN108117370A (zh) | 一种二氧化硅气凝胶隔热板的常压制备方法 | |
| CN110787745B (zh) | 一种二氧化硅气凝胶复合材料的制备方法及二氧化硅气凝胶复合材料 | |
| CN112851292B (zh) | 一种透波、高效隔热气凝胶复合材料及其制备方法 | |
| CN105367032A (zh) | 一种纳米保温板的制备方法 | |
| CN113636824A (zh) | 一种增强型二氧化硅气凝胶复合材料的制备方法 | |
| CN113024168A (zh) | 一种耐污型墙地一体饰面板及其制备方法 | |
| CN102898053B (zh) | 改性胶粘剂及一种硅酸铝纤维纸板的制备方法 | |
| CN107043224A (zh) | 一种泡沫玻璃‑SiO2气凝胶的制备方法 | |
| CN108484097B (zh) | 一种木质素增强二氧化硅气凝胶毡的制备方法 | |
| CN114409320B (zh) | 一种碳矿化纤维水泥板及其二次压制成型制备方法和应用 | |
| CN112265998A (zh) | 超低密度、低热导的大尺寸氧化硅气凝胶及其制备方法 | |
| CN115583829B (zh) | 一种低导热系数纤维复合气凝胶湿法毡及其制备方法 | |
| CN110304894B (zh) | 一种发泡疏水氯氧化镁水泥的制备方法 | |
| CN109336487B (zh) | 一种新型建筑用保温砂浆 | |
| CN108658575B (zh) | 一种纤维增强气凝胶复合材料的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20080305 |