CN101913175B

CN101913175B - 一种具有阻燃和发光功能木材的制备方法

Info

Publication number: CN101913175B
Application number: CN201010232509.0A
Authority: CN
Inventors: 陈志林
Original assignee: Research Institute of Wood Industry of Chinese Academy of Forestry
Current assignee: Research Institute of Wood Industry of Chinese Academy of Forestry
Priority date: 2010-07-15
Filing date: 2010-07-15
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2030-07-15
Also published as: CN101913175A

Abstract

本发明公开了一种具有阻燃和发光功能木材的制备方法，具体为：步骤1，选用硅氧烷作为溶胶制备的前驱液，制备二氧化硅溶胶；步骤2，选取发光材料并将其与步骤1中溶胶混合搅拌，得到液体混合物；步骤3，在处理罐内对待处理木材进行负压-正压处理，并在负压处理过程中将步骤2制备的液体混合物浸注到待处理木材中；步骤4，将经步骤3处理后的木材在温度103-107℃的条件下，进行干燥，即得到具有自发光功能的木材。本发明由于采用了二氧化硅溶胶作为载体，它与木材和发光材料都有很好的结合性能，因而具有优良的耐久性和发光量度，提高了使用寿命。

Description

一种具有阻燃和发光功能木材的制备方法

技术领域

本发明涉及一种具有阻燃和发光功能木材的制备方法。

背景技术

目前，环境透支成为制约我国可持续发展的突出矛盾。节约发展要“四节一环保”，即节能、节水、节地、节材，提倡环保型的建筑方式，建筑装饰装修也要相应的进行配套。所以，资源利用和环保问题在这里就比较突出了。资源利用是如何利用我们的建筑装饰装修材料，如何节电、省水的问题；环保实际上是噪音污染、材料污染、垃圾污染等问题。

作为森林的组成部分——木材，是传统的材料，一直为人类所利用。随着自然资源和人类需求发生变化和科学技术的进步，木材的利用越来越广泛。如，木质材料在建筑、家具、包装、铁路等领域发挥着巨大作用。在不可再生资源日益枯竭、人类社会正在走向可持续发展的今天，木材及复合材料以其特有的固碳、可再生、可自然降解、美观和调节室内环境等天然属性，以及强度-重量比高和加工能耗小等加工利用特性，将为社会的可持续发展做出显著贡献。

目前，在公众场合、楼道、卫生间等，主要的光源来自电能，上述的场合是每个人所必需拥有或共有的，可想而知这些场合每年所消耗的电能应当说是一个天文数字。其次，震惊全球的纽约“9.11”事件过后，美国消防专业人士向全世界披露，由于世贸大厦使用了蓄能发光材料制成的安全指示装置，使18000人顺利走出黑暗的楼道得以逃生。可以想象，火灾、海难或其它危险时刻，假若电力系统瘫痪，人们想逃生多么需要“引航灯、救命符”。因此，人们迫切需要能够自发光的装饰装修材料，来改善生活质量。

以碱土金属铝酸盐为基质的长余辉发光材料遇水不稳定，易发生水解反应而导致基质晶格的改变，使发光特性发生改变，所以以该发明的方法制备出的发光木材，使用寿命短，在使用过程中会逐渐失去原有的发光亮度，直至亮度完全消失，失去使用价值。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种耐久性和发光量度均优良而且使用寿命长的阻燃、发光木材的制备方法。

为实现上述目的，本发明一种具有阻燃和发光功能木材的制备方法，具体为：

1)按体积记，取甲基三乙氧基硅烷4～8份，水1～3份，放入容器中充分搅拌后，加入浓度为1～10％的盐酸，调节pH值为1～6，然后加入乙醇1～3份，逐渐升温至70℃～80℃，反应30～90分钟后，加入氨水，调节pH值为7～12，继续搅拌反应20～60分钟，得到透明、澄清的溶胶，放置室温后备用；

2)将细度为300～500目的粉状发光材料分散于溶胶内，并搅拌均匀，得到粘度为3000-5000厘波的溶胶液体；

3)将待处理木材放入密闭处理罐中，将处理罐抽真空到≤0.095Mpa，在保持真空状态不变的情况下，将步骤2)所制备的溶胶液体吸入处理罐内，使待处理木材完全没入溶胶液体中，并根据待处理木材的尺寸和要求处理的深度确定保持时间后，打开进气阀，解除处理罐的真空状态，然后向处理罐内充入气体，并逐渐加压到1～2MPa，同样根据待处理木材的尺寸和要求处理的深度确定保持时间；

4)将经步骤3)处理后的木材在温度103～107℃的条件下，进行干燥，即得到具有阻燃、自发光功能的木材

进一步，所述步骤2)中采用高速搅拌机来均匀搅拌溶胶液体，并且该高速搅拌机的盛液容器中带有玻璃或搪瓷内衬。

进一步，所述步骤2)中发光材料为长余辉发光粉、长余辉高亮度发光粉、长余辉无机发光粉、长余辉蓄能自发光粉、超长余辉高亮度蓝紫色发光粉、水性丙烯酸蓄能发光粉、水性蓄能发光粉、蓄光性长余辉发光粉中的一种或几种混合物。

进一步，所述发光材料为20％的长余辉发光粉、15％的长余辉高亮度发光粉、15％长余辉无机发光粉、50％长余辉蓄能自发光粉的混合物。

进一步，所述发光材料为30％超长余辉高亮度蓝紫色发光粉、20％水性丙烯酸蓄能发光粉、20％水性蓄能发光粉、30％蓄光性长余辉发光粉的混合物。

进一步，所述发光材料为10％长余辉发光粉、10％长余辉高亮度发光粉、10％长余辉无机发光粉、10％长余辉蓄能自发光粉、20％超长余辉高亮度蓝紫色发光粉、20％水性丙烯酸蓄能发光粉、10％水性蓄能发光粉、10％蓄光性长余辉发光粉的混合物。

本发明一种具有阻燃和发光功能木材的制备方法，采用了有机硅溶胶作为载体，它与木材和发光材料都有很好的结合性能，具有优良的耐久性和发光量度，提高了使用寿命，其应用前景将十分广阔。

具体实施方式

实施例1：

取MTES 200ml、水100ml放入烧瓶中充分搅拌后，加入浓度为10％的盐酸，调节pH值为1，然后加入乙醇150ml，逐渐升温至75℃，反应60分钟后，加入氨水，调节pH值为10，继续搅拌反应30分钟，得到透明、澄清的溶胶，放置室温后备用。

发光材料选取：由于各种发光粉在接受光照后，除了分别发出不同波段的光之外，还分别具有不同的发光强度和不同的发光时间，因此，根据所需具有发光功能的木材用途、放置部位、接受光照的时间和强度等综合考虑，选择所用发光材料的构成及各种具体发光粉的配比。表1：

如选择不同的发光粉的构成和配比，可分别得到：红、浅红、深红；蓝、浅蓝、深蓝、绿、浅绿、深绿等各种不同颜色(波段)的光，以及不同的发光强度(勒克司)和不同的发光时间。

表1所列各种发光材料的构成及配比只是示例，根据需要也可选取其他的构成和配比。确定发光材料的构成及配比后，选取相应的发光粉，将不同发光粉均匀混合后即制成所需的发光材料，并作为后续工序的原材料。

将细度为300目的表1中任一种或几种发光材料采用高速搅拌机，搅拌分散于上述的澄清溶胶内，得到粘度为3000-5000厘波的液体；

取自然干燥后的杨木作为待处理木材，并制成300×20×20mm的木材试样。将试样放入处理系统的处理罐中，启动真空泵将处理罐中压力抽至0.04MPa，在保持处理罐真空状态不变的情况下，向处理罐内吸入溶胶和发光材料组成的混合液体，使木材试样完全浸入溶胶液体中，保持30分钟后，打开进气阀，解除处理罐的真空状态，然后利用高压气罐向处理罐内充入气体，并逐渐加压到1MPa，保持30分钟。

将经负压-正压处理后的木材试样放置在烘箱中，烘箱温度103℃，处理时间120min，最终得到所需的自发光木材。

实施例2：

取MTES 350ml、TEOS 400ml、水90ml放入烧瓶中充分搅拌后，加入浓度为6％的盐酸，调节pH值为4，然后加入乙醇100ml，逐渐升温至80℃，反应30分钟后，加入氨水，调节pH值为7，继续搅拌反应40分钟，得到透明、澄清的溶胶，放置室温后备用。

将细度为500目的表1中任一种或几种发光材料采用高速搅拌机，搅拌分散于上述的澄清溶胶内，得到粘度为3000-5000厘波的液体；

取自然干燥后的杨木作为待处理木材，并制成300×20×20mm的木材试样。将试样放入处理系统的处理罐中，启动真空泵将处理罐中压力抽至0.06MPa，在保持处理罐真空状态不变的情况下，向处理罐内吸入溶胶和发光材料组成的混合液体，使木材试样完全浸入溶胶液体中，保持60分钟后，打开进气阀，解除处理罐的真空状态，然后利用高压气罐向处理罐内充入气体，并逐渐加压到1.5MPa，保持60分钟。

将经负压-正压处理后的木材试样送入烘箱中进行凝胶处理，烘箱温度107℃，处理时间30min，最终得到所需的自发光木材。

实施例3：

取MTES 400ml、TEOS 200ml、水50ml放入烧瓶中充分搅拌后，加入浓度为1％的盐酸，调节pH值为6，然后加入乙醇50ml，逐渐升温至70℃，反应90分钟后，加入氨水，调节pH值为12，继续搅拌反应20分钟，得到透明、澄清的溶胶，放置室温后备用。

将细度为400目的表1中任一种或几种发光材料采用高速搅拌机，搅拌分散于上述的澄清溶胶内，得到粘度为3000-5000厘波的液体；

取自然干燥后的杨木作为待处理木材，并制成300×20×20mm的木材试样。将试样放入处理系统的处理罐中，启动真空泵将处理罐中压力抽至0.095MPa，在保持处理罐真空状态不变的情况下，向处理罐内吸入溶胶和发光材料组成的混合液体，使木材试样完全浸入溶胶液体中，保持90分钟后，打开进气阀，解除处理罐的真空状态，然后利用高压气罐向处理罐内充入气体，并逐渐加压到2MPa，保持90分钟。

将经负压-正压处理后的木材试样送入烘箱中进行凝胶处理，烘箱温度105℃，处理时间60min，最终得到所需的自发光木材。

实施例4：

取MTES 400ml、TEOS 400ml、水150ml放入烧瓶中充分搅拌后，加入浓度为3％的盐酸，调节pH值为3，然后再加入乙醇150ml，反应45分钟后，加入氨水，调节pH值为9，继续搅拌反应25分钟，得到透明、澄清的溶胶，放置室温后备用。

将细度为450目的表1中任一种或几种发光材料采用高速搅拌机，搅拌分散于上述的澄清溶胶内，得到粘度为3000-5000厘波的液体；

取自然干燥后的杨木作为待处理木材，并制成300×20×20mm的木材试样。将试样放入处理系统的处理罐中，启动真空泵将处理罐中压力抽至0.08MPa，在保持处理罐真空状态不变的情况下，向处理罐内吸入溶胶和发光材料组成的混合液体，使木材试样完全浸入溶胶液体中，保持50分钟后，打开进气阀，解除处理罐的真空状态，然后利用高压气罐向处理罐内充入气体，并逐渐加压到1.5MPa，保持120分钟。

将经负压-正压处理后的木材试样送入烘箱中进行凝胶处理，烘箱温度106℃，处理时间80min，最终得到所需的自发光木材。

需要指出的是，由于金属铁等重金属会降低发光材料的发光强度，因此，为了避免铁等重金属对发光材料发光效果的影响，最好选用带有玻璃或搪瓷内衬的搅拌机来制备溶胶和发光材料混合物。上述各实施例中的处理对象均为木材试样，实际应用中，其中的在负压状态下的保持时间、正压状态下的保持时间、以及凝胶处理时间可以根据待处理木材的尺寸及要求处理的深度进行简单试验后来确定。

本发明的具有发光功能的木材制备方法，采用了有机溶胶作为载体，将发光材料和有机溶胶的混合物浸渍到木材中，发光材料充分分散到溶胶中，这些溶胶进入木材后，其核心反应是聚合反应，一方面是自身的聚合反应，另一方面是与木材细胞壁上的羟基发生聚合反应，其结果是携带有发光材料的SiO₂凝胶部分与纤维素发生键合，部分以物理填充方式存在于木材空隙中，从而实现将无机SiO₂和发光材料复合到木材的组织内，使木材既具有阻燃性能，同时还具有自发光性能。

本发明根据木材内部具有大量孔隙的特点，将以往的正压浸注改为负压一正压浸注后，提高了溶胶向木材内部浸注的深度，增加了溶胶的浸注量，同时利用溶胶作为载体将发光材料一并带入木材，提高了处理后木材的增重率，同时使木材具备自发光功能。由于有机溶胶与木材和发光材料均有很好的结合性能，采用本发明的方法制备出的木材具有优良的耐久性和发光量度，其应用前景将十分广阔。

Claims

1.一种具有阻燃和发光功能木材的制备方法，其特征在于，该方法具体为：

1)按体积记，取甲基三乙氧基硅烷2份，水1份，放入容器中充分搅拌后，加入浓度为1～10％的盐酸，调节pH值为1～6，然后加入乙醇1.5份，逐渐升温至70℃～80℃，反应30～90分钟后，加入氨水，调节pH值为7～12，继续搅拌反应20～60分钟，得到透明、澄清的溶胶，放置室温后备用；

4)将经步骤3)处理后的木材在温度103～107℃的条件下，进行干燥，即得到具有阻燃、自发光功能的木材。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中采用高速搅拌机来均匀搅拌溶胶液体，并且该高速搅拌机的盛液容器中带有玻璃或搪瓷内衬。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中发光材料为长余辉高亮度发光粉、长余辉无机发光粉、长余辉蓄能自发光粉、超长余辉高亮度蓝紫色发光粉、水性蓄能发光粉、蓄光性长余辉发光粉中的一种或几种混合物。