CN101829788A - 低质速生材原位密实与抗菌防腐处理技术 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低质速生材原位密实与抗菌防腐处理技术，属于木材学领域。采用溶胶-凝胶法制备掺杂纳米Ag的SiO₂/木材复合材料，其中采用液相化学法制备尺寸在10～100nm纳米银，将纳米银分散溶解在由正硅酸乙酯、乙醇及冰醋酸混合制得溶胶中，并加入PVP、粘合剂FWT。得到不同纳米银粒径、浓度的原位密实处理溶胶。通过整理工艺，浸渍2h，干燥凝胶后形成抗菌防腐原位密实材，该发明所处理制备的木材在保持较好的尺寸温度性上，力学性能也有较大的提高，并同时具有良好的抗菌防腐性能。

Description

低质速生材原位密实与抗菌防腐处理技术

一、技术领域

本发明涉及低质速生材无机溶液浸渍密实技术及配方，并通过掺杂纳米银实现抗菌防腐的功能性，属于木材学领域。

二、背景技术

密实技术能较大程度上提高木材的力学性能，目前，国内外低质速生材密实技术主要有：

1)压缩密实。主要是沿木材横纹方向进行径向或弦向压缩。木材经压缩密实后最突出的一个问题是压缩变形的不稳定性，当木材在施加外力作用下发生较大变形时，其内部就会产生一定的应力，随着时间的延续，特别是当木材处于湿热环境时，其内部的残余应力就会逐渐得以释放，产生变形回复。

2)浸渍密实。目前，包括有机树脂溶液浸渍和无机溶液浸渍。

有机溶液浸渍是将树脂扩散进入木材细胞壁并使木材增容，经干燥除去水分，树脂由于加热而固化，生成不溶于水的聚合物，沉积填充于细胞壁内，或与木材组分发生交联，从而使木材密度增大、强度提高。目前主要选用酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺改性树脂、异氰酸酯等树脂来浸渍密实处理木材，木材表面密实的效果主要取决于这些物质在木材横向上的渗透性。使用有机树脂溶液会对人体健康和生态环境产生一定的影响。

无机溶胶浸渍采用溶胶-凝胶法。通过阳离子溶液和阴离子溶液交替扩散渗透到木材空隙中发生无机反应，生成非水溶性盐而获得的一种木材/无机复合材料溶胶，进入木材内部后，在一定温度作用下与木材发生凝胶反应，凝胶填充在木材孔隙内，同时也与木材的细胞壁发生化学键结合。因为填充的无机物质可阻止木材的热分解、腐朽真菌丝体的成长和白蚁的侵食等，可获得良好的阻燃性、耐腐性和抗蚁性，同时所生成的非水溶性盐相当于复合材料中的增强体，分散到木材基体中，因而木材的强度也可得至一定程度的提高，此方法能实现与木材在分子水平上的原位复合，保留了木材的优良环境学特性，且尺寸稳定性较好。

在无机溶胶浸渍方法里，通过掺杂特定的金属离子对木材进行浸渍能赋予木材一些特定的功能性。在潮湿的环境下，木材容易变色、发霉、脆化降解，而且还会危害人体健康。人们对木制品的抗菌防腐的要求正在逐渐提高。银无论是在抗菌能力方面，还是在对人体的安全性方面，都大大优于其他金属，所以国际上比较成熟的无机抗菌剂是银系抗菌剂。纳米银由丁具有纳米材料的特殊结构和性能，具有比普通银更优异的抗菌活性，因此在抗菌材料领域有着广阔的应用前景。

三、发明内容

本发明目的在于设计一种低质速生材原位密实及抗菌防腐处理技术，能保证木材力学性能得到较大的提高，具有良好的尺寸稳定性，且具有良好的抗菌防腐性能。

本发明的实验方法是溶胶-凝胶法。生产步骤如下：

1)采用正硅酸乙酯(TEOS)、冰醋酸(CH3COOH)、乙醇(EtOH)制备溶胶一

2)利用成本低廉的液相化学法制备纳米银，并将纳米银粒子均匀分散于溶胶一中形成稳定的分散体系，制得溶胶二。

3)将待处理低质速生材样品置丁装有溶胶二的器皿，并置于真空压力浸渍烘干机中，抽真空，消除溶胶与样品内气泡，浸渍2h。

4)将装有溶胶的器皿移出，对样品干燥，干燥温度为80℃，直至烘干。本发明操作温度低，对木材无压缩，属原位密实，处理周期短，并且原料无毒，可安全使用在木材处理行业，处理后木材抗弯强度、抗弯弹性模量及表面硬度与未处理木材对比分别提高5.7％、36.2％、43.5％。该技术进入国内外市场，有着巨大的经济和社会效益。

四、具体实施方式

实施方式一：将正硅酸乙酯、乙醇及冰醋酸混合制得溶胶一，将制备好的粒子尺寸为10nm纳米银粒子均匀分散到溶胶一中形成分散体系，然后先后加入PVP、FWT，利用电动搅拌机搅拌30min，形成纳米银复合分散体系，正硅酸乙酯、乙醇、冰醋酸、纳米银、PVP及FWT摩尔比为1∶1∶0.01∶0.01∶0.01∶0.001。将待处理的低质速生材样品浸渍在溶胶二中，置入真空压力浸渍烘干机中，抽真空，2h后将样品取出干燥，干燥温度为80℃，直至烘干，即可得抗菌防腐原位密实材。

实施方式二：将正硅酸乙酯、乙醇及冰醋酸混合制得溶胶一，将制备好的粒子尺寸为20nm纳米银粒子均匀分散到溶胶一中形成分散体系，然后先后加入PVP、FWT，利用电动搅拌机搅拌30min，形成纳米银复合分散体系，正硅酸乙酯、乙醇、冰醋酸、纳米银、PVP及FWT摩尔比为1∶1∶0.01∶0.04∶0.02∶0.002。将待处理的低质速生材样品浸渍在溶胶二中，置入真空压力浸渍烘干机中，抽真空，2h后将样品取出干燥，干燥温度为80℃，直至烘干，即可得抗菌防腐原位密实材。

实施方式三：将正硅酸乙酯、乙醇及冰醋酸混合制得溶胶一，将制备好的粒子尺寸为40nm纳米银粒子均匀分散到溶胶一中形成分散体系，然后先后加入PVP、FWT，利用电动搅拌机搅拌30min，形成纳米银复合分散体系，正硅酸乙酯、乙醇、冰醋酸、纳米银、PVP及FWT摩尔比为1∶1∶0.01∶0.02∶0.01∶0.001。将待处理的低质速生材样品浸渍在溶胶二中，置入真空压力浸渍烘干机中，抽真空，2h后将样品取出干燥，干燥温度为80℃，直至烘干，即可得抗菌防腐原位密实材。

实施方式四：将正硅酸乙酯、乙醇及冰醋酸混合制得溶胶一，将制备好的粒子尺寸为50nm纳米银粒子均匀分散到溶胶一中形成分散体系，然后先后加入PVP、FWT，利用电动搅拌机搅拌30min，形成纳米银复合分散体系，正硅酸乙酯、乙醇、冰醋酸、纳米银、PVP及FWT摩尔比为1∶1∶0.01∶0.04∶0.02∶0.002。将待处理的低质速生材样品浸渍在溶胶二中，置入真空压力浸渍烘干机中，抽真空，2h后将样品取出干燥，干燥温度为80℃，直至烘干，即可得抗菌防腐原位密实材。

实施方式五：将正硅酸乙酯、乙醇及冰醋酸混合制得溶胶一，将制备好的粒子尺寸为100nm纳米银粒子均匀分散到溶胶一中形成分散体系，然后先后加入PVP、FWT，利用电动搅拌机搅拌30min，形成纳米银复合分散体系，正硅酸乙酯、乙醇、冰醋酸、纳米银、PVP及FWT摩尔比为1∶1∶0.01∶0.04∶0.02∶0.002。将待处理的低质速生材样品浸渍在溶胶二中，置入真空压力浸渍烘干机中，抽真空，2h后将样品取出干燥，干燥温度为80℃，直至烘干，即可得抗菌防腐原位密实材

Claims (5)

1.利用液相化学法制备具有不同粒径大小球状纳米银粒子，纳米银粒子尺寸在10～100nm大小可调。

2.低质速生材原位密实技术，木材抗弯强度、抗弯弹性模量及表面硬度与未处理木材对比分别提高5.7％、36.2％、43.5％，且木材尺寸稳定性较好。

3.经浸渍处理制备的低质速生材具有高效、速效的广谱抗菌活性，200mg/L浓度的纳米银分散液在5min内对白色念珠菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的杀灭率大于99.99％。

4.通过溶胶-凝胶法将掺杂Ag的SiO₂凝胶充分渗透进入木材内部，利用PVP、FWT黏合剂等对纳米银粒子进行表面处理，纳米银浆料配方为(摩尔百分比)：纳米银(0.01～0.04mol)、PVP(0.01～0.02g)、FWT(0.001～0.002g)。

5.将浸渍2h的低质速生材从溶胶二中取出，干燥直至烘干，即可得抗菌防腐原位密实材。