CN104608222B - 木材/竹材改性剂及改性方法 - Google Patents

木材/竹材改性剂及改性方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于改性剂技术领域，涉及一种木材/竹材改性剂，按质量百分比计，包括以下组分：纳米陶瓷颗粒5%～20%；玻璃粉末5%～15%；防腐剂1%～5%；氯菊酯1%～5%；水40%～80%。相对于现有技术，本发明通过合理的配方，将纳米陶瓷颗粒、玻璃粉末、防腐剂和氯菊酯溶解在水中形成改性剂，采用该改性剂处理后的木材和竹材具有尺寸稳定性好、阻燃性能好、抗腐性能好、抗白蚁性能好和物理力学性能好等诸多优点。而且，改性后的木材、竹材板面平整、颜色美观、纹理清晰。

Description

木材/竹材改性剂及改性方法
技术领域
本发明属于改性剂技术领域，涉及一种木材/竹材改性剂及改性方法。
背景技术
木材、竹材及其制品是一种性能优良的天然高分子材料，特别是以天然、美丽的纹理、调温调湿等优点，广泛应用于室内装修、家具制造、房屋建筑及外部装饰中。由于木材及其制品这些材料属于可燃材料，极易引起火灾，且干缩湿胀、尺寸稳定性较差，如何提高材料的阻燃性与尺寸稳定性已成为全世界广泛关注的问题，并逐渐成为研究的热点。
而且，木材和竹材容易被白蚁侵蚀，储存的木材遭遇雨水时又容易腐烂，从而造成大量木材的浪费。
因此，人们开始逐渐研究出一些木材、竹材改性剂，以改善木材、竹材的各项性能，但是现有技术中的改性剂很难渗透到木材、竹材的内部，因此其对木材、竹材的性能改善能力一般，尚不能满足市场需求。
有鉴于此，确有必要提供一种木材/竹材改性剂及改性方法，采用该改性剂和改性方法处理后的木材和竹材具有尺寸稳定性好、阻燃性能好、抗腐性能好、抗白蚁性能好和物理力学性能好等诸多优点。
发明内容
本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种木材/竹材改性剂，采用该改性剂处理后的木材和竹材具有尺寸稳定性好、阻燃性能好、抗腐性能好、抗白蚁性能好和物理力学性能好等诸多优点。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种木材/竹材改性剂，按质量百分比计，包括以下组分：
纳米陶瓷颗粒 5%～20%；
玻璃粉末 5%～15%；
防腐剂 1%～5%；
氯菊酯 1%～5%；
水 40%～80%。
其中，纳米陶瓷颗粒比表面积小，玻璃粉末的比表面积也较小，在水的带动下可以很容易地渗透到木才和竹材内，而且陶瓷纳米颗粒和玻璃粉末的阻燃性能好，相较于含磷、氮、硼和卤素等化合物的阻燃剂而言，阻燃性更好，且不产生有毒气体、不析出、不挥发、价格低廉、来源广泛、安全性高。
防腐剂具有防腐的作用，可以减缓木材和竹材的腐败速度，延长木材的使用寿命。
氯菊酯具有良好的杀害白蚁的作用，从而能够提高木材和竹材的抗白蚁性能。
水作为溶剂使用，以溶解有效成分，并带着有效成分渗透到木材和竹材的内部。使用水作为溶剂，既环保又廉价。
作为本发明木材/竹材改性剂的一种改进，按质量百分比计，改性剂包括以下组分：
纳米陶瓷颗粒 7%～15%；
玻璃粉末 7%～12%；
防腐剂 2%～4%；
氯菊酯 2%～4%；
水 50%～70%。
作为本发明木材/竹材改性剂的一种改进，按质量百分比计，改性剂包括以下组分：
纳米陶瓷颗粒 12%；
玻璃粉末 10%；
防腐剂 3%；
氯菊酯 3%；
水 72%。
作为本发明木材/竹材改性剂的一种改进，所述纳米陶瓷颗粒为纳米三氧化二铝颗粒、纳米氧化硅颗粒、纳米二氧化钛颗粒、纳米二氧化锌颗粒、纳米氧化铬颗粒、纳米碳化硅颗粒和纳米钛酸钡中的至少一种，这些纳米颗粒均具有较好的阻燃性能。
作为本发明木材/竹材改性剂的一种改进，所述纳米陶瓷颗粒的中值粒径为50nm～10μm，这些陶瓷颗粒的粒径小，比表面积大，活性高，容易渗透到木材和竹材的内部。
作为本发明木材/竹材改性剂的一种改进，所述玻璃粉末的中值粒径为500nm～50μm。玻璃粉末也具有阻燃的作用，这些玻璃粉末的粒径较小，比表面积较大，活性较高，容易渗透到木材和竹材的内部。
作为本发明木材/竹材改性剂的一种改进，所述防腐剂为己二烯酸、苯甲酸钠、山梨酸和山梨酸钾中的至少一种。其中，己二烯酸对霉菌、酵母菌、好气性腐败菌有强力抗菌作用，其阻止有害菌的繁殖作用。苯甲酸钠具有较好的防腐效果，山梨酸对酵母、霉菌和许多真菌都具有抑制作用。山梨酸钾能有效地抑制霉菌，酵母菌和好氧性细菌的活性，还能防止肉毒杆菌、葡萄球菌、沙门氏菌等有害微生物的生长和繁殖。
相对于现有技术，本发明通过合理的配方，将纳米陶瓷颗粒、玻璃粉末、防腐剂和氯菊酯溶解在水中形成改性剂，采用该改性剂处理后的木材和竹材具有尺寸稳定性好、阻燃性能好、抗腐性能好、抗白蚁性能好和物理力学性能好等诸多优点。而且，改性后的木材。竹材板面平整、颜色美观、纹理清晰。
本发明的另一个目的在于提供一种木材/竹材改性方法，将本发明的木材/竹材改性剂稀释10～200倍，得到改性剂溶液，将木材或竹材浸到改性剂溶液中，浸渍时间为10min～10天，然后将木材或竹材取出，自然气干或在70～120℃的温度下固化处理。
相对于现有技术，采用本发明的方法进行改性后的竹材和木材尺寸稳定性好、不变形、不开裂、阻燃、防腐、抗白蚁，无毒无味，绿色环保。
本发明的改性剂和改性方法使改性剂渗透能力大幅提高，如原来杨木边、芯材交界处改性剂难以渗入，到现在竹材、比重大于“1”的红木都可渗入，正因为改性剂渗透力大幅提高，从而使改性后的木竹材阻燃性能可以轻松地达到阻燃材料国标实际难燃级，改性后的木竹材料板面平整、颜色美观、纹理清晰。
作为本发明木材/竹材改性方法的一种改进，浸渍包括抽真空阶段和加压阶段，其中抽真空阶段的相对真空度为-0.08～-0.085Mpa，加压阶段的压力为9MPa~12MPa。这种方式适合于杨木等易浸渍材料，即渗透性能良好的材料，浸渍过程中，改性剂溶液被木材或竹材内部吸入。
作为本发明木材/竹材改性方法的一种改进，浸渍为常压浸渍。浸渍时间根据材种、材料尺寸大小而定，一般需数天乃至数十天。
具体实施方式
实施例1，本实施例提供的作为本发明木材/竹材改性剂的一种改进，按质量百分比计，该改性剂包括以下组分：
纳米二氧化硅颗粒 12%；
玻璃粉末 10%；
苯甲酸钠 3%；
氯菊酯 3%；
水 72%。
其中，纳米二氧化硅颗粒的中值粒径为100nm，玻璃粉末的粒径为1μm。
实施例2，本实施例提供的作为本发明木材/竹材改性剂的一种改进，按质量百分比计，该改性剂包括以下组分：
纳米碳化硅颗粒 15%；
玻璃粉末 12%；
己二烯酸 2.5%；
氯菊酯 1.5%；
水 69%。
其中，纳米二氧化硅颗粒的中值粒径为200nm，玻璃粉末的粒径为5μm。
实施例3，本实施例提供的作为本发明木材/竹材改性剂的一种改进，按质量百分比计，该改性剂包括以下组分：
纳米二氧化钛颗粒 8%；
玻璃粉末 14%；
山梨酸 1.5%；
氯菊酯 1.5%；
水 75%。
其中，纳米二氧化硅颗粒的中值粒径为1000nm，玻璃粉末的粒径为20μm。
实施例4，本实施例提供的作为本发明木材/竹材改性剂的一种改进，按质量百分比计，该改性剂包括以下组分：
纳米钛酸钡 8%；
纳米氧化铬 10%；
玻璃粉末 8%；
山梨酸 2%；
山梨酸钾 2.5%
氯菊酯 3.5%；
水 66%。
其中，纳米二氧化硅颗粒的中值粒径为5μm，玻璃粉末的粒径为30μm。
改性处理时，可依据木竹和竹材的自身特点（如渗透力和比重等）配成不同浓度的溶液，即可用于木竹材料的浸渍。
实施例5，本实施例提供了一种木材/竹材改性方法。
采用实施例1提供的木材/竹材改性剂对杨木进行改性处理，将实施例1提供的木材/竹材改性剂稀释50倍，得到改性剂溶液，将杨木浸到改性剂溶液中，先抽真空阶段，其中抽真空阶段的相对真空度为-0.08～-0.085Mpa，抽真空阶段的持续时间为5h，再进行加压阶段，且加压阶段的压力为9MPa~12MPa，加压阶段持续的时间为5h，然后将杨木取出，自然气干。
杨木经改性处理后，由于改性剂代替了杨木的细胞壁中的水分存在于细胞壁中，因此容易引起充胀现象，所以处理后的杨木比未处理的杨木的体积大，增加值为7%，处理后的杨木的抗缩率为60%。经中国物流与采购联合会木材保护质量监督检测测试中心检测，改性后的木材与“炭化木”的尺寸稳定性实际相当。
杨木的力学性能检测表明改性后杨木的各项物理力学性能基本保持不变。杨木颜色基本不变，但纹理更加清晰美观。
经试验，经过改性处理后的杨木的阻燃性能达GB8624-B1级，属实际难燃级；经过改性处理后的杨木已达到天然材1级防腐要求；经过改性处理后的杨木试块蛀蚀等级达到1级。
实施例6，本实施例提供了一种木材/竹材改性方法。
采用实施例3提供的木材/竹材改性剂对竹子进行改性处理，将实施例3提供的木材/竹材改性剂稀释30倍，得到改性剂溶液，将竹子浸到改性剂溶液中，浸渍时间为3天后将竹子取出，在80℃的温度下固化处理。
竹子经改性处理后，由于改性剂代替了竹子的细胞壁中的水分存在于细胞壁中，因此容易引起充胀现象，所以处理后的竹子比未处理的竹子的体积大，增加值为4%，处理后的竹子的抗缩率为75%。经中国物流与采购联合会木材保护质量监督检测测试中心检测，改性后的木材与“炭化木”的尺寸稳定性实际相当。
竹子的力学性能检测表明改性后竹子的各项物理力学性能基本保持不变。竹子颜色基本不变，但纹理更加清晰美观。
经试验，经过改性处理后的竹子的阻燃性能达GB8624-B1级，属实际难燃级；经过改性处理后的竹子已达到天然材1级防腐要求；经过改性处理后的竹子试块蛀蚀等级达到1级。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (6)

1.木材/竹材改性剂，其特征在于，按质量百分比计，包括以下组分：
纳米陶瓷颗粒 5%～20%；
玻璃粉末 5%～15%；
防腐剂 1%～5%；
氯菊酯 1%～5%；
水 40%～80%；
其中，所述纳米陶瓷颗粒为纳米三氧化二铝颗粒、纳米氧化硅颗粒、纳米二氧化钛颗粒、纳米二氧化锌颗粒、纳米氧化铬颗粒、纳米碳化硅颗粒和纳米钛酸钡中的至少一种，所述纳米陶瓷颗粒的中值粒径为50nm～10μm；所述玻璃粉末的中值粒径为500nm～50μm；所述防腐剂为己二烯酸、苯甲酸钠、山梨酸和山梨酸钾中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的木材/竹材改性剂，其特征在于，按质量百分比计，包括以下组分：
纳米陶瓷颗粒 7%～15%；
玻璃粉末 7%～12%；
防腐剂 2%～4%；
氯菊酯 2%～4%；
水 50%～70%。
3.根据权利要求2所述的木材/竹材改性剂，其特征在于，按质量百分比计，包括以下组分：
纳米陶瓷颗粒 12%；
玻璃粉末 10%；
防腐剂 3%；
氯菊酯 3%；
水 72%。
4.一种木材/竹材改性方法，其特征在于：将权利要求1至3任一项所述的的木材/竹材改性剂稀释10～200倍，得到改性剂溶液，将木材或竹材浸到改性剂溶液中，浸渍时间为10min～10天，然后将木材或竹材取出，自然气干或在70～120℃的温度下固化处理。
5.根据权利要求4所述的木材/竹材改性方法，其特征在于：浸渍为抽真空加压浸渍，其中相对真空度为-50kPa～-1kPa。
6.根据权利要求4所述的木材/竹材改性方法，其特征在于：浸渍为常压浸渍。
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