CN101279457B - 一种基于淀粉的木材改性前驱液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于淀粉的木材改性前驱液及其制备方法属于木材改性技术领域。现有木材改性前驱液存在价格高、污染环境，改性效果不理想等问题。本发明所提供的前驱液由5-33.3wt％的酸变性淀粉、10～50wt％的脲醛树脂、0～50wt％硅溶胶或水玻璃和15～73.3wt％的水组成。本发明通过将淀粉预处理后将其制成淀粉液，再将淀粉液与脲醛树脂和硅溶胶或水玻璃按淀粉25～83.3wt％、脲醛树脂10～50wt％和硅溶胶或水玻璃0～50wt％混合制得基于淀粉的木材改性前驱液。本发明具有成本低、环境友好、性能好，制备简单等优点。
Description
技术领域
本发明属于木材改性技术领域，具体涉及一种基于淀粉的木材改性前驱液及其制备方法。
背景技术
木材是唯一可再生生物工程材料，又是一种生态环境材料，具有固碳、加工能耗少、环境污染小，可自然降解和回收利用等环境协调性，越来越关注和重视的发展趋势。所以，面临人类对木材需求的不断增加与木材资源严重短缺的矛盾，采用化学、物理或者机械等方法加工或处理木材和木质材料，改良木材性质，赋予木材新功能，从而开辟木材利用的新领域，实现木材的高效利用已经成为十分重要的现实课题。
在木材中添加各种物质形成复合材料是提高木材性能的重要方法之一。根据木材起始单元形状的不同可以将木材复合材料划分为两大类型：(一)木材原位复合改性，即不分离木材实体，通过浸渍注入有机化合物明显提高木材的尺寸稳定性和耐久性等性能，或者注入无机物改变木材的吸湿性，提高木材力学性能、防腐性、阻燃性等。其中，用于木材浸渍改性的有机组分浸渍液多为低分子量的热固性合成树脂、热塑性乙烯单体或聚合物如酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺树脂等。无机组分浸渍液多为含硅醇盐、磷酸钡盐等。(二)木材单元的重复组合，即先将木材分离成不同的木质单元：纤维、刨花、单板等，再将木质单元与其他材料重新组合成新的产品。
由于用第一种方法制备的木质复合材料，保持了木材原有的基本框架、花纹和形状，在建筑和室内装修方面具有广阔的应用前景，但是也存在一些不足：
1)采用有机单体前驱液浸渍木材，然后进行固化或聚合，在浸渍及固化过程中由于有机单体易挥发而易造成环境污染，如脲醛树脂、酚醛树脂、三聚氰胺树脂等在加热处理的过程中释放甲醛，对环境造成不利影响；而且有机树脂类产品价格较高，导致复合木材成本升高。
2)用无机盐前驱液浸渍木材，虽然木材在硬度、强度、阻燃性和耐磨性等方面有了一定的改善，但材料的脆性增加，韧性下降，降低了木材的使用性能。
3)无机组分与有机组分共混制备的木材改性前驱液，成分复杂，由于无机组分与有机组分之间存在界面相容性问题，导致前驱液不稳定，及改性木材均不稳定。
淀粉是一类资源丰富、价格便宜、用途广泛的天然高分子材料，具有无毒无害、价格低廉、可生物降解、对环境友好等特点。但还未见将淀粉应用于木材改性领域的报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用天然高分子材料淀粉为主要原料的木材改性前驱液及其制备方法。
本发明所提供的基于淀粉的木材改性前驱液的制备方法，包括以下步骤：
1)淀粉的预处理：在原淀粉中加入质量浓度为8～10％盐酸，原淀粉与盐酸的质量比例为1∶2，将溶液搅成薄糊状，于40～50摄氏度浸渍24小时或在室温下放置6～7天，浸渍或放置完毕后，将上层清液排掉，水洗数次直至不含氯离子；
2)淀粉液的制备：将预处理后的淀粉与水按质量比2～4∶6～8混合，并加热至溶液由悬浊转透明，加入碱溶液调节pH至大于8，再加入占淀粉质量1/30～1/10的交联剂，制得淀粉液；
3)前驱液的制备：将步骤2)中制得的淀粉液与脲醛树脂和无机物按淀粉液25～83.3wt％、脲醛树脂10～50wt％和无机物0～50wt％混合并调节pH至中性状态，其中，所述的无机物为硅溶胶或水玻璃。
其中，步骤2)中所述的碱溶液为KOH溶液或NaOH溶液；所述的交联剂为硼砂、乙二胺、三乙醇胺或四氯化锡。
与现有技术相比较，本发明具有以下有益效果：
1)成本低：本发明所采用的主要原料淀粉、脲醛树脂和水玻璃或硅溶胶，均来源广泛，价格低廉。
2)无毒无害、对环境友好：原料中天然高分子材料-淀粉和无机材料均毒无害，脲醛树脂对环境的污染主要是其中游离甲醛的释放，在本发明中淀粉与其复配后对其游离甲醛有所改善。
3)易于操作：本发明的制备方法简单、操作方便。
4)性能好：本发明制备的前驱液含有有机组分和无机组分，在性能上既有无机物的高强度、高热稳定和耐磨，还具有有机物的柔韧性、抗变形的特点，适合用于木材改性。
具体实施方式
本发明所使用的原淀粉、脲醛树脂、硅溶胶和水玻璃均为市售商品。
实施例1
1)在原淀粉中加入8％的盐酸，将溶液搅成薄糊状，于40℃浸渍24小时，浸渍完毕后，将上层清液排掉，然后水洗数次直至不含氯离子；
2)将经过预处理的淀粉与水按质量比2∶8混合，加热直至由悬浊液转变为清亮透明溶液，取50g透明溶液加入10mlNaOH溶液(5％)、1g交联剂硼砂，制得淀粉液；
3)淀粉液与脲醛树脂按质量比5∶1混合，得到淀粉与无机物复合前驱液。
实施例2
1)在原淀粉中加入10％的盐酸，将溶液搅成薄糊状，于50℃浸渍24小时，浸渍完毕后，将上层清液排掉，然后水洗数次直至不含氯离子；
2)将经过预处理的淀粉与水按质量比3∶7混合，加热直至由悬浊液转变为清亮透明溶液，取50g透明溶液加入10ml NaOH溶液(5％)、1g交联剂硼砂，制得淀粉液；
3)将淀粉液与脲醛树脂按质量比4∶1混合，得到淀粉与无机物复合前驱液。
实施例3
1)在原淀粉中加入8％的盐酸，将溶液搅成薄糊状，于室温下放置7天，浸渍完毕后，将上层清液排掉，然后水洗数次直至不含氯离子；
2)将经过预处理的淀粉与水按质量比4∶6混合，加热直至由悬浊液转变为清亮透明溶液，取透明50g溶液加入10mlNaOH溶液(10％)、1g交联剂三乙醇胺，制得淀粉液；
3)将淀粉液与脲醛树脂按质量比2∶1混合，得到淀粉与无机物复合前驱液。
实施例4
1)在原淀粉中加入10％的盐酸，将溶液搅成薄糊状，于室温下放置7天，浸渍完毕后，将上层清液排掉，然后水洗数次直至不含氯离子；
2)将经过预处理的淀粉与水按质量比3∶7混合，加热直至由悬浊液转变为清亮透明溶液，取50g透明溶液加入10ml NaOH溶液(10％)、0.5g交联剂三乙醇胺，制得淀粉液；
3)将淀粉液与脲醛树脂按质量比1∶1混合，得到淀粉/无机物复配前驱液；
实施例5
1)在原淀粉中加入8％的盐酸，将溶液搅成薄糊状，于40℃浸渍24小时，浸渍完毕后，将上层清液排掉，然后水洗数次直至不含氯离子；
2)将经过预处理的淀粉与水按质量比2∶8混合，加热直至由悬浊液转变为清亮透明溶液，取50g溶液加入10ml NaOH溶液(5％)、1g交联剂硼砂，制得淀粉液；
3)将淀粉液与脲醛树脂、水玻璃按质量比5∶1∶4混合，得到淀粉与无机物复合前驱液。
实施例6
1)在原淀粉中加入10％的盐酸，将溶液搅成薄糊状，于50℃浸渍24小时，浸渍完毕后，将上层清液排掉，然后水洗数次直至不含氯离子；
2)将经过预处理的淀粉与水按质量比3∶7混合，加热直至由悬浊液转变为清亮透明溶液，取50g透明溶液加入10mlNaOH溶液(5％)、1g交联剂硼砂，制得淀粉液；
3)将淀粉液与脲醛树脂、水玻璃按质量比4∶1∶2混合，得到淀粉与无机物复合前驱液。
实施例7
1)在原淀粉中加入8％的盐酸，将溶液搅成薄糊状，于室温下放置7天，浸渍完毕后，将上层清液排掉，然后水洗数次直至不含氯离子止；
2)将经过预处理的淀粉与水按质量比4∶6混合，加热直至由悬浊液转变为清亮透明溶液，取50g透明溶液加入10mlNaOH溶液(10％)、1g交联剂硼砂，制得淀粉液；
3)将淀粉液与脲醛树脂、水玻璃按质量比2∶1∶2混合，得到淀粉与无机物复合前驱液。
实施例8
1)在原淀粉中加入10％的盐酸，将溶液搅成薄糊状，于室温下放置7天，浸渍完毕后，将上层清液排掉，然后水洗数次直至不含氯离子；
2)将经过预处理的淀粉与水按质量比3∶7混合，加热直至由悬浊液转变为清亮透明溶液，取50g透明溶液加入10ml NaOH溶液(10％)、0.5g交联剂硼砂，制得淀粉液；
3)将淀粉液与脲醛树脂、水玻璃按质量比1∶1∶2混合，得到淀粉与无机物复合前驱液。
实施例9
1)在原淀粉中加入8％的盐酸，将溶液搅成薄糊状，于40℃浸渍24小时，浸渍完毕后，将上层清液排掉，然后水洗数次直至不含氯离子；
2)将经过预处理的淀粉与水按质量比2∶8混合，加热直至由悬浊液转变为清亮透明溶液，取50g透明溶液加入10ml NaOH溶液(5％)、1g交联剂硼砂，制得淀粉液；
3)将淀粉液与脲醛树脂、硅溶胶按质量比5∶1∶4混合并调节pH至中性，得到淀粉与无机物复合前驱液。
实施例10
1)在原淀粉中加入10％的盐酸，将溶液搅成薄糊状，于50℃浸渍24小时，浸渍完毕后，将上层清液排掉，然后水洗数次直至不含氯离子；
2)将经过预处理的淀粉与水按质量比3∶7混合，加热直至由悬浊液转变为清亮透明溶液，取50g透明溶液加入10ml NaOH溶液(5％)、1g交联剂硼砂，制得淀粉液；
3)将淀粉液与脲醛树脂、硅溶胶按质量比4∶1∶2混合并调节pH至中性，得到淀粉与无机物复合前驱液。
实施例11
1)在原淀粉中加入8％的盐酸，将溶液搅成薄糊状，于室温下放置7天，浸渍完毕后，将上层清液排掉，然后水洗数次直至不含氯离子；
2)将经过预处理的淀粉与水按质量比4∶6混合，加热直至由悬浊液转变为清亮透明溶液，取50g透明溶液加入10ml NaOH溶液(10％)、1g交联剂硼砂，制得淀粉液；
3)将淀粉液与脲醛树脂、硅溶胶按质量比2∶1∶2混合并调节pH至中性，得到淀粉与无机物复合前驱液。
实施例12
1)在原淀粉中加入10％的盐酸，将溶液搅成薄糊状，于室温下放置7天，浸渍完毕后，将上层清液排掉，然后水洗数次直至不含氯离子；
2)将经过预处理的淀粉与水按质量比3∶7混合，加热直至由悬浊液转变为清亮透明溶液，取50g透明溶液加入10ml NaOH溶液(10％)、0.5g交联剂硼砂，制得淀粉液；
3)将淀粉液与脲醛树脂、硅溶胶按质量比1∶1∶2混合并调节pH至中性，得到淀粉与无机物复合前驱液。
参考ZL200310121477.7，分别取实施例1～12中制备的淀粉与无机物复合前驱液对木材进行浸渍处理，制备复合木材，具体步骤为：①将干燥过的原木木材置于处理罐中，先抽真空至0.08MPa，抽真空时间60min，在放真空的过程中使木材改性前驱液吸入处理罐；②当罐内注入浸渍液后，卸除真空，慢慢地加压至1.0MPa，保持60min；③当达到浸渍要求后，卸压，从处理罐中放出处理前驱液，将木材从罐内取出，自然条件下放置12h，进行陈化处理；④将经过陈化处理的木材放入烘干装置内，103±2℃的温度下保持7h，烘干结束后取出，即制得复合木材。浸渍液处理后的复合木材各项性能指标如表1所示，浸渍液对木材性能有明显的改善，木材的抗压、抗弯均有大幅提高。
表1各实施例得到的复合木材的性能
Claims (4)
1.一种基于淀粉的木材改性前驱液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)淀粉的预处理：在原淀粉中加入质量浓度为8～10％盐酸，原淀粉与盐酸的质量比例为1∶2，将溶液搅成薄糊状，于40～50摄氏度浸渍24小时或在室温下放置6～7天，浸渍或放置完毕后，将上层清液排掉，水洗数次直至不含氯离子；
2)淀粉液的制备：将预处理后的淀粉与水按质量比2～4∶6～8混合，并加热至溶液转透明，加入碱溶液调节pH至大于8，再加入占淀粉质量1/30～1/10的交联剂，制得淀粉液；
3)前驱液的制备：将步骤2)中制得的淀粉液与脲醛树脂和无机物按淀粉液25～83.3wt％、脲醛树脂10～50wt％和无机物0～50wt％混合并调节pH至中性状态，其中，所述的无机物为硅溶胶或水玻璃。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中所述的碱溶液为KOH溶液或NaOH溶液。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中所述的交联剂为硼砂、乙二胺、三乙醇胺或四氯化锡。
4.按照权利要求1、2或3的制备方法制备的一种基于淀粉的木材改性前驱液。
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