CN103112067A - 纳米碳酸钙改性人工林木材的方法 - Google Patents

Abstract

纳米碳酸钙改性人工林木材的方法，是一种采用无机粉体纳米材料纳米碳酸钙改性人工林木材的方法，通过预处理、改性液配备、改性液分散、木材改性处理和后处理几个步骤，将纳米碳酸钙于水中分散及偶联剂表面改性后，形成悬浮液，对人工林木材进行浸泡处理，克服了传统的木材改性剂难以深入木材内部，尤其是与木材组分形成牢固结合、改性过程环境污染、改性后的产品性能提高不显著、产品使用范围受到限制、使用过程影响环境等问题，经过处理后的木材，其木材纤维等组织及外观均无明显变化，但其表面硬度、耐磨性、冲击韧性、防水等性能得到显著提高。

Description

纳米碳酸钙改性人工林木材的方法

技术领域

本发明涉及木材处理工艺，尤其涉及采用无机粉体纳米材料纳米碳酸钙改性人工林木材的方法。 

背景技术

随着科学技术的不断发展和人们生活水平的不断进步，木材基于健康、绿色、无污染、可再生等特点，受到人们的青睐；但是，人们对森林资源的掠夺性开发使得森林面积的大幅度逐年缩小，木材资源、尤其是优质木材资源日益紧缺，木材加工工业原料结构已经从原有的以天然林为主转为以人工林、次生林、小径材等为主。但是人工林等的材性较差；且如沿用原有加工工艺加工时，效果也并不好。研究发现，利用材料之间的复合效应和协同效应，来进行以木材为基体材料的复合改性，将是重点发展的方向。 

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种纳米碳酸钙改性人工林木材的方法，以解决上述背景技术中的缺点。 

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现： 

纳米碳酸钙改性人工林木材的方法，是将纳米碳酸钙于水中分散及表面改性后，形成悬浮液，对人工林木材进行浸泡处理的工艺，具体而言，可以通过以下步骤来实现。

①预处理：选用杉木、杨木等人工林木材，制成一定尺寸的板材或方材，进行干燥处理，含水量控制为当地平衡含水量； 

②改性液配备：将经干燥的纳米碳酸钙投入水中，再添加纳米碳酸钙重量3~5%的表面改性剂进行表面改性，最终形成纳米碳酸钙重量百分比浓度为3~5%的悬浮液，其中，按照重量，纳米碳酸钙与表面改性剂的比例为100:3-5，纳米碳酸钙+表面改性剂与水的比例为100:3-5；

③改性液分散：将配备好的改性液高速剪切分散30min左右，转速为16,000r/m，再超声分散20 min左右，分散处理时保持纳米碳酸钙水悬浮液温度为75℃；

④木材改性处理：将经过预处理的木材放入改性机组，将分散处理好的改性液注入改性机组，使木材直接浸渍的改性液中，封闭改性机组，先抽成真空，保持30min左右，加压至0.7MPa，保持24小时，同时保证温度为70~80℃，其中，按照重量，纳米碳酸钙与木材的比例为100:3~5；

⑤后处理：将改性机组的压力和温度降低至常温常压，打开改性机组，排出改性液，取出木材水洗，风干至表面无明显水迹残留，移至干燥室干燥，含水量控制为当地平衡含水量为宜。

在本发明中，所述纳米碳酸钙为平均粒度100nm的微粒，使纳米碳酸钙微粒能够通过浸渍而进入到木材内。 

在本发明中，所述整个流程中所采用的水均为去离子水，避免水中电荷对改性过程产生影响。 

有益效果： 

本发明克服了传统的木材改性剂难以深入木材内部，尤其是不能与木材组分形成牢固结合、改性过程环境污染、改性后的产品性能提高不显著、产品使用范围受到限制、使用过程影响环境等问题，经过处理后的木材，其木材纤维等组织及外观均无明显变化，但其表面硬度、耐磨性、冲击韧性、防水等性能得到显著提高。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面举实例对本发明进行详细描述。 

选材：树种为杉木，含水率13%，规格长1200mm，宽50mm，厚50mm的方材选取250根，合计0.75m³，干燥密度为0.371g/cm³； 

改性液：经分散与改性处理的纳米碳酸钙水基悬浮液，纳米碳酸钙与木材重量比例为100：5，含量为5%的改性浸渍液重量为556.5kg，利用率按照50%计，平均有效浸渍深度≥11mm；

浸渍机组真空度：-0.08MPa，抽真空时间30min；

浸渍机组压力：0.7MPa，保持压力时间12h；

改性后坯料表面水洗后，气干然后进入干燥室，在110±3℃下干燥192h。

由于纳米碳酸钙粒子的表面活性，它们与细胞壁及胞间层木材组分中的羟基等活性基团形成牢固的结合；因此经复合改性处理后的杉木方材的力学指标，相对于其改性前的素材提高如下： 

测试件的表面磨耗量平均减少20.85%，弦面平均硬度平均增加42.58%，而其径面硬度平均增加36.83%。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。 

Claims (2)

1.纳米碳酸钙改性人工林木材的方法，其特征在于，是将纳米碳酸钙于水中分散及偶联剂表面改性后，形成悬浮液，对人工林木材进行浸泡处理的工艺，具体而言，可以通过以下步骤来实现：

①预处理：选用杉木、杨木等人工林木材，制成一定尺寸的板材或方材，进行干燥处理，含水量控制为当地平衡含水量；

②改性液配备：将经干燥的纳米碳酸钙投入水中，再添加纳米碳酸钙重量3~5%的表面改性剂进行表面改性，最终形成纳米碳酸钙重量百分比浓度为3~5%的悬浮液，其中，按照重量，纳米碳酸钙与表面改性剂的比例为100:3-5，纳米碳酸钙+表面改性剂与水的比例为100:3-5；

③改性液分散：将配备好的改性液高速剪切分散30min左右，转速为16,000r/m，再超声分散20 min左右，分散处理时保持纳米碳酸钙水悬浮液温度为75℃；

④木材改性处理：将经过预处理的木材放入改性机组，将分散处理好的改性液注入改性机组，使木材直接浸渍的改性液中，封闭改性机组，先抽成真空，保持30min左右，加压至0.7MPa，保持24小时，同时保证温度为70~80℃，其中，按照重量，纳米碳酸钙与木材的比例为100:3~5；

⑤后处理：将改性机组的压力和温度降低至常温常压，打开改性机组，排出改性液，取出木材水洗，风干至表面无明显水迹残留，移至干燥室干燥，含水量控制为当地平衡含水量为宜。

2.根据权利要求1所述的纳米碳酸钙改性人工林木材的方法，其特征在于，所述纳米碳酸钙为平均粒度100nm的微粒。