CN104924383A - 一种提高木材强度和耐候性的改性工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及木材改性技术领域,具体涉及一种提高木材强度和耐候性的改性工艺,包括如下步骤:A、制备浸渍液:所述浸渍液包括如下重量份的原料:三聚氰胺改性脲醛树脂10-30份、糊精4-8份、纳米改性剂1-5份、抗氧化剂0.5-1.5份、助剂1-5份和水60-100份;按重量配比称取上述原料混合均匀,制得浸渍液;B、浸渍:将木材进行真空加压浸渍处理,使木材吸附浸渍液;C、干燥:将浸渍处理后的木材进行干燥处理;D、热处理:将干燥处理后的木材在真空状态下进行热处理。本发明的改性工艺可以显著提高木材的强度和耐候性,步骤简单,操作控制方便,质量稳定,生产效率高,可大规模工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及木材改性技术领域,具体涉及一种提高木材强度和耐候性的改性工艺。
背景技术
随着国家经济建设的发展及人民生活水平的提高,人们对木材的需求量越来越大。而天然林保护工程的实施,使得木材供求矛盾更加突出。为缓解供需矛盾,我国已营造了大面积的工业人工林。人工林木材虽然有速生丰产等优点,但是人工速生林木材的物理力学性能较差,密度低,材质松软,易产生干缩变形。
为了拓展人工林木材的应用范围,提高人工林木材的经济价值,人们用各种方法对人工速生林木材进行改性。目前研究较多的是采用热固性树脂对木材进行浸渍处理,热固性合成树脂在固化后耐水性强,不流失,而且强度高,受热不软化,适用于浸渍木材。用于浸渍木材的合成树脂必须具有粘度低的特点,否则无法对木材进行充分浸渍。聚合度的高低是决定树脂浸渍处理效果好坏的主要因素,所以应采用低聚合度的初期树脂。目前已有许多不同类型的树脂能成功地在木材内部聚合,如酚醛树脂(PF)、脲醛树脂(UF)、三聚氰胺甲醛(MF)以及异氰酸酯等。具体的浸渍处理方式是将木材浸渍在水溶性低分子量的树脂溶液中,树脂扩散进入木材细胞中并使木材增容,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,沉积填充于细胞内,或与木材组分发生交联,从而使木材密度增大、硬度及强度提高、尺寸稳定性改善。
随着人们环保意识的增强,木材改性专家把目光投向较为环保的热处理木,主要为炭化木,利用高温(200℃左右)处理木材,提高了木材尺寸稳定性,其中比较典型的有以下四种热处理工艺:
1、芬兰的Thermwood工艺
Thermwood工艺方法分3个阶段进行:第一阶段,采用热和蒸汽使干燥窑内木材升温,并在高温下干燥使木材的湿度降为零,干燥窑的温度快速升温至100℃左右,之后平稳升温至130℃;第二阶段为高温热处理木材阶段,即干燥窑内的温度升高并保持为185℃~230℃,当达到目标温度后,保持在该温度下热处理2h~3h;第三阶段为冷却和调湿处理阶段,即将热处理后木材用喷水系统进行降温;当温度降低至80℃~90℃时,重新调节湿度使木材含水率达到4%~7%。Thermwood工艺主要处理树种为松木、杉木、杨木及桦木。热处理后的木材主要用于室外,例如:甲板、栅栏、庭院家具、门、窗等。室内用作厨房家具、正厅及面板等。
2、荷兰的Plato Wood工艺
Plato Wood工艺既可以处理生材又可以处理气干材,该工艺分四步进行:第一步,水热处理(hydrothermolysis):常压条件下,将木材置于温度为160℃~190℃的潮湿环境中,处理4h~5h;第二步,木材干燥:用3天~5天时间,用传统干燥工艺将木材干燥至含水率低于10%;第三步,热处理:将木材加热至170℃~190℃,处理时间为14h~16h;第四步,通常是将木材平衡含水率提高,使之与大气环境中的相当。这种处理方法已经被阿纳姆(荷兰)工厂应用于商业化生产,年生产能力达35000m3。
3、法国有两种生产工艺:Rectification工艺和Boisperdure工艺
Rectification工艺是在200℃~240℃的氮气中处理木材,处理材的含水率为12%;而Boisperdure工艺是在200℃~240℃的水蒸气中快速干燥生材。
4、德国的OHT处理工艺
OHT处理工艺采用油作为热处理介质,在高温下处理木材。首先将木材放入一个充满热油的密闭容器中处理18h~24h。油具有良好的导热及绝氧能力。但不利条件是,油将浸入木材内部使木材重量增加50%~70%,且热处理材有油烟味。
上述四种热处理工艺过程繁杂,工艺条件苛刻,控制困难,产品质量的稳定性难以保证,有的处理工艺还需要特殊的热处理介质,例如:法国的Rectification工艺需要氮气,德国的OHT处理工艺需要油作为热处理介质。
虽然木材经热处理改性后能提高其尺寸的稳定性,木材中的平衡含水率下降,耐腐性能也有所增加,胶结性能提高,木材颜色变深,改善了外观较差的木材外观,然而热处理后的木材的物理力学性能下降,木材强度值下降较大,如:抗弯强度降低、表面润湿性能下降等,且现有改性木材的耐候性较差,很大程度上限制了炭化木的应用范围。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足,本发明的目的在于提供一种提高木材强度和耐候性的改性工艺,该改性工艺可以显著提高木材的强度和耐候性,步骤简单,操作控制方便,质量稳定,生产效率高,可大规模工业化生产。
本发明的另一目的在于提供一种改性木材,该改性木材的强度高,耐候性好;且其防腐、防虫蛀、防霉变、防水、阻燃、防变形和防开裂性能得到大幅度提升;其密度、硬度、抗弯强度和弹性模量均较好,可以提升木材的使用性能和延长木材的使用寿命;还具有隔热绝缘、调温和调湿等自然属性,色泽鲜艳、明亮,物理条纹立体感强,板材颜色通透自然。
本发明的目的通过下述技术方案实现:一种提高木材强度和耐候性的改性工艺,包括如下步骤:
A、制备浸渍液:所述浸渍液包括如下重量份的原料:三聚氰胺改性脲醛树脂10-30份、糊精4-8份、纳米改性剂1-5份、抗氧化剂0.5-1.5份、助剂1-5份和水60-100份;按重量配比称取上述原料混合均匀,制得浸渍液;
B、浸渍:将木材进行真空加压浸渍处理,使木材吸附浸渍液;
C、干燥:将浸渍处理后的木材进行干燥处理;
D、热处理:将干燥处理后的木材在真空状态下进行热处理。
本发明的改性工艺可以显著提高木材的强度和耐候性,步骤简单,操作控制方便,质量稳定,生产效率高,可大规模工业化生产。
优选的,所述步骤B具体包括如下步骤:
B1、对浸渍罐内的木材进行减压抽真空处理,其中第一次减压抽真空处理的相对压力为-0.07MPa~-0.09MPa,抽真空处理时间为0.5h~1.5h;
B2、向浸渍罐内加入浸渍液,进行加压浸渍处理,其中加压浸渍处理的相对压力为0.7~2.5MPa,处理时间为1.5h~2.5h。
B3、对木材进行第二次减压抽真空处理,其中,第二次减压抽真空处理的相对压力为-0.07MPa~-0.09MPa,抽真空处理时间为0.5h~1.0h。
本发明通过采用真空加压浸渍处理,并严格控制其处理参数,使得木材能更好地吸附浸渍液,提高木材的强度和尺寸稳定性。
优选的,所述步骤C中,干燥采用梯度升温方式进行干燥,干燥温度从80℃梯度升温至120℃,其中,每10℃为一个升温梯度,每个梯度的干燥温度的干燥时间2天~3天。
本发明通过采用梯度升温方式进行干燥,并严格控制升温梯度和升温时间,使得木材的干燥效果更好,且制得的木材不易变形和开裂,尺寸稳定性好。
优选的,所述步骤D中,热处理的相对压力为-0.07MPa~-0.09MPa,热处理温度为180-220℃,热处理时间为2-6h。
本发明通过采用热处理,并严格控制热处理的压力、温度和时间,能显著提高木材的尺寸稳定性。
优选的,所述步骤A中,三聚氰胺改性脲醛树脂的制备包括如下步骤:
a、按照以下重量份配比准备原料:三聚氰胺350~450、甲醇180~240、甲醛500~540、尿素50~150;
b、将三聚氰胺和甲醛加入反应釜中,搅拌均匀后加入氢氧化钠调节三聚氰胺和甲醛混合溶液的pH值,加热升温进行反应,制得反应液,其中,调节后的pH值为9.1~9.5,反应温度为75℃~85℃,反应时间为30~50min;
c、使反应釜内反应液温度保持为65℃~75℃,然后加入氢氧化钠溶液调节反应液的pH值≥12;
d、向反应釜中加入甲醇和第一批尿素进行改性反应,反应50~70min后降低反应釜的温度至60℃~70℃,得到冷却液;第一批尿素的加入量为尿素总量的10-80%;
e、加入盐酸,调节冷却液的pH值至8.5~9.5,然后加入余量的尿素,搅拌,使尿素溶解,得到混合液;
f、加入盐酸调节混合液的pH值至7~8,然后保持混合液在温度为55℃~65℃的条件下反应40~80min后向反应釜中加入氢氧化钠溶液调节pH值为10~11,降温出料,制得三聚氰胺改性脲醛树脂。
本发明的三聚氰胺改性脲醛树脂浸渍木材后,树脂扩散进入木材细胞中并使木材增容,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,沉积填充于细胞内,或与木材组分发生交联,从而使木材密度增大、硬度及强度提高、尺寸稳定性改善。
优选的,所述步骤A中,纳米改性剂是由纳米二氧化硅和纳米二氧化钛以重量比1-3:1组成的混合物。本发明通过采用纳米二氧化硅和纳米二氧化钛作为纳米改性剂复配使用,并控制其重量比为1-3:1,可以提高木材的强度和硬度。
优选的,所述步骤A中,抗氧化剂是由抗氧剂1010和抗氧剂168以重量比1-2:1组成的混合物。本发明通过采用抗氧剂1010和抗氧剂168复配使用,并控制其重量比为1-2:1,可以延缓或抑制材料氧化过程的进行,从而阻止木材的耐候性并延长其使用寿命。
优选的,所述步骤A中,助剂由下列重量份的原料制成:纳米电气石粉0.5-0.9份、羧甲基淀粉钠6-8份、羟乙基尿素12-16份、硅酸锂1-2份、柴胡油1-2份、十二烷基苯磺酸钠2-4份和水30-50份;其制备方法为:先将羧甲基淀粉钠、羟乙基尿素、硅酸锂、十二烷基苯磺酸钠与水混合,搅拌至混合物料完全溶解,随后加入柴胡油,搅拌分散40-50min,最后加入纳米电气石粉,得到的混合溶液球磨1-1.5h,得到稳定溶液,制得助剂。
本发明的助剂通过采用上述原料,并严格控制各原料的重量配比,可以提高木材的强度和韧性,并提高木材的防腐、防虫蛀、防霉变、防水、防变形和防开裂性能。
优选的,所述步骤A中,浸渍液还包括如下重量份的原料:仲醇聚氧乙烯醚1-3份、水性硬脂酸锌乳液1-2份、甘露醇1-2份、聚丙烯酸0.5-1.5份、焦亚磷酸钠0.5-1.5份、磷酸二氢铵0.8-1.2份、钒酸钠0.8-1.2份和碘化钾0.4-0.8份。上述原料的添加使得本发明的浸渍液渗透力强,分布均匀,且性能稳定,吸湿性小,渗透入木材后不易流失,改性效果持久,不影响木材纹理和色泽,改性后的木材强度、韧性等力学性能获得一定提升,安全阻燃,制作得到的木地板经久耐用,安全性能高。
本发明的另一目的通过下述技术方案实现:一种改性木材,所述改性木材根据上述所述的改性工艺制得。
本发明的改性木材的强度高,耐候性好;且其防腐、防虫蛀、防霉变、防水、阻燃、防变形和防开裂性能得到大幅度提升;其密度、硬度、抗弯强度和弹性模量均较好,可以提升木材的使用性能和延长木材的使用寿命;还具有隔热绝缘、调温和调湿等自然属性,色泽鲜艳、明亮,物理条纹立体感强,板材颜色通透自然。
本发明的有益效果在于:本发明的改性工艺可以显著提高木材的强度和耐候性,步骤简单,操作控制方便,质量稳定,生产效率高,可大规模工业化生产。
本发明制得的改性木材强度高,抗弯强度高达166Mpa,抗弯弹性模量高达18038Mpa;尺寸稳定性好,不易变形,抗干缩能力增加,径向全干缩率低于5.7%,弦向全干缩率低于7.3%;抗湿胀能力增加,径向湿胀率低于5.6%,弦向湿胀率低于7.2%;硬度高,耐磨性好,径面硬度高达2436N,弦面硬度高达2348N。
本发明的改性木材的强度高,耐候性好;且其防腐、防虫蛀、防霉变、防水、阻燃、防变形和防开裂性能得到大幅度提升;其密度、硬度、抗弯强度和弹性模量均较好,可以提升木材的使用性能和延长木材的使用寿命;还具有隔热绝缘、调温和调湿等自然属性,色泽鲜艳、明亮,物理条纹立体感强,板材颜色通透自然。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解,下面结合实施例对本发明作进一步的说明,实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1
一种提高木材强度和耐候性的改性工艺,包括如下步骤:
A、制备浸渍液:所述浸渍液包括如下重量份的原料:三聚氰胺改性脲醛树脂30份、糊精8份、纳米改性剂5份、抗氧化剂1.5份、助剂5份和水100份;按重量配比称取上述原料混合均匀,制得浸渍液;
B、浸渍:将木材进行真空加压浸渍处理,使木材吸附浸渍液;
C、干燥:将浸渍处理后的木材进行干燥处理;
D、热处理:将干燥处理后的木材在真空状态下进行热处理。
所述步骤B具体包括如下步骤:
B1、对浸渍罐内的木材进行减压抽真空处理,其中第一次减压抽真空处理的相对压力为-0.09MPa,抽真空处理时间为1.5h;
B2、向浸渍罐内加入浸渍液,进行加压浸渍处理,其中加压浸渍处理的相对压力为2.5MPa,处理时间为2.5h。
B3、对木材进行第二次减压抽真空处理,其中,第二次减压抽真空处理的相对压力为-0.09MPa,抽真空处理时间为1.0h。
所述步骤C中,干燥采用梯度升温方式进行干燥,干燥温度从80℃梯度升温至120℃,其中,每10℃为一个升温梯度,每个梯度的干燥温度的干燥时间3天。
所述步骤D中,热处理的相对压力为-0.09MPa,热处理温度为220℃,热处理时间为6h。
所述步骤A中,三聚氰胺改性脲醛树脂的制备包括如下步骤:
a、按照以下重量份配比准备原料:三聚氰胺450、甲醇240、甲醛540、尿素150;
b、将三聚氰胺和甲醛加入反应釜中,搅拌均匀后加入氢氧化钠调节三聚氰胺和甲醛混合溶液的pH值,加热升温进行反应,制得反应液,其中,调节后的pH值为9.5,反应温度为85℃,反应时间为50min;
c、使反应釜内反应液温度保持为75℃,然后加入氢氧化钠溶液调节反应液的pH值≥12;
d、向反应釜中加入甲醇和第一批尿素进行改性反应,反应70min后降低反应釜的温度至70℃,得到冷却液;第一批尿素的加入量为尿素总量的80%;
e、加入盐酸,调节冷却液的pH值至9.5,然后加入余量的尿素,搅拌,使尿素溶解,得到混合液;
f、加入盐酸调节混合液的pH值至8,然后保持混合液在温度为65℃的条件下反应80min后向反应釜中加入氢氧化钠溶液调节pH值为11,降温出料,制得三聚氰胺改性脲醛树脂。
所述步骤A中,纳米改性剂是由纳米二氧化硅和纳米二氧化钛以重量比3:1组成的混合物。
所述步骤A中,抗氧化剂是由抗氧剂1010和抗氧剂168以重量比2:1组成的混合物。
所述步骤A中,助剂由下列重量份的原料制成:纳米电气石粉0.9份、羧甲基淀粉钠8份、羟乙基尿素16份、硅酸锂2份、柴胡油2份、十二烷基苯磺酸钠4份和水50份;其制备方法为:先将羧甲基淀粉钠、羟乙基尿素、硅酸锂、十二烷基苯磺酸钠与水混合,搅拌至混合物料完全溶解,随后加入柴胡油,搅拌分散50min,最后加入纳米电气石粉,得到的混合溶液球磨1.5h,得到稳定溶液,制得助剂。
所述步骤A中,浸渍液还包括如下重量份的原料:仲醇聚氧乙烯醚3份、水性硬脂酸锌乳液2份、甘露醇2份、聚丙烯酸1.5份、焦亚磷酸钠1.5份、磷酸二氢铵1.2份、钒酸钠1.2份和碘化钾0.8份。
一种改性木材,所述改性木材根据上述所述的改性工艺制得。
实施例2
一种提高木材强度和耐候性的改性工艺,包括如下步骤:
A、制备浸渍液:所述浸渍液包括如下重量份的原料:三聚氰胺改性脲醛树脂15份、糊精5份、纳米改性剂2份、抗氧化剂0.7份、助剂2份和水70份;按重量配比称取上述原料混合均匀,制得浸渍液;
B、浸渍:将木材进行真空加压浸渍处理,使木材吸附浸渍液;
C、干燥:将浸渍处理后的木材进行干燥处理;
D、热处理:将干燥处理后的木材在真空状态下进行热处理。
所述步骤B具体包括如下步骤:
B1、对浸渍罐内的木材进行减压抽真空处理,其中第一次减压抽真空处理的相对压力为-0.07MPa,抽真空处理时间为0.7h;
B2、向浸渍罐内加入浸渍液,进行加压浸渍处理,其中加压浸渍处理的相对压力为1MPa,处理时间为1.7h。
B3、对木材进行第二次减压抽真空处理,其中,第二次减压抽真空处理的相对压力为-0.07MPa,抽真空处理时间为0.6h。
所述步骤C中,干燥采用梯度升温方式进行干燥,干燥温度从80℃梯度升温至120℃,其中,每10℃为一个升温梯度,每个梯度的干燥温度的干燥时间2.5天。
所述步骤D中,热处理的相对压力为-0.07MPa,热处理温度为190℃,热处理时间为3h。
所述步骤A中,三聚氰胺改性脲醛树脂的制备包括如下步骤:
a、按照以下重量份配比准备原料:三聚氰胺375、甲醇190、甲醛510、尿素75;
b、将三聚氰胺和甲醛加入反应釜中,搅拌均匀后加入氢氧化钠调节三聚氰胺和甲醛混合溶液的pH值,加热升温进行反应,制得反应液,其中,调节后的pH值为9.2,反应温度为77℃,反应时间为35min;
c、使反应釜内反应液温度保持为67℃,然后加入氢氧化钠溶液调节反应液的pH值≥12;
d、向反应釜中加入甲醇和第一批尿素进行改性反应,反应55min后降低反应釜的温度至62℃,得到冷却液;第一批尿素的加入量为尿素总量的30%;
e、加入盐酸,调节冷却液的pH值至8.7,然后加入余量的尿素,搅拌,使尿素溶解,得到混合液;
f、加入盐酸调节混合液的pH值至7.2,然后保持混合液在温度为57℃的条件下反应50min后向反应釜中加入氢氧化钠溶液调节pH值为10.2,降温出料,制得三聚氰胺改性脲醛树脂。
所述步骤A中,纳米改性剂是由纳米二氧化硅和纳米二氧化钛以重量比1.5:1组成的混合物。
所述步骤A中,抗氧化剂是由抗氧剂1010和抗氧剂168以重量比1.2:1组成的混合物。
所述步骤A中,助剂由下列重量份的原料制成:纳米电气石粉0.6份、羧甲基淀粉钠6.5份、羟乙基尿素13份、硅酸锂1.2份、柴胡油1.2份、十二烷基苯磺酸钠2.5份和水35份;其制备方法为:先将羧甲基淀粉钠、羟乙基尿素、硅酸锂、十二烷基苯磺酸钠与水混合,搅拌至混合物料完全溶解,随后加入柴胡油,搅拌分散42min,最后加入纳米电气石粉,得到的混合溶液球磨1.1h,得到稳定溶液,制得助剂。
所述步骤A中,浸渍液还包括如下重量份的原料:仲醇聚氧乙烯醚1.5份、水性硬脂酸锌乳液1.2份、甘露醇1.2份、聚丙烯酸0.7份、焦亚磷酸钠0.7份、磷酸二氢铵0.9份、钒酸钠0.9份和碘化钾0.5份。
一种改性木材,所述改性木材根据上述所述的改性工艺制得。
实施例3
一种提高木材强度和耐候性的改性工艺,包括如下步骤:
A、制备浸渍液:所述浸渍液包括如下重量份的原料:三聚氰胺改性脲醛树脂20份、糊精6份、纳米改性剂3份、抗氧化剂1份、助剂3份和水80份;按重量配比称取上述原料混合均匀,制得浸渍液;
B、浸渍:将木材进行真空加压浸渍处理,使木材吸附浸渍液;
C、干燥:将浸渍处理后的木材进行干燥处理;
D、热处理:将干燥处理后的木材在真空状态下进行热处理。
所述步骤B具体包括如下步骤:
B1、对浸渍罐内的木材进行减压抽真空处理,其中第一次减压抽真空处理的相对压力为-0.08MPa,抽真空处理时间为1h;
B2、向浸渍罐内加入浸渍液,进行加压浸渍处理,其中加压浸渍处理的相对压力为1.5MPa,处理时间为2h。
B3、对木材进行第二次减压抽真空处理,其中,第二次减压抽真空处理的相对压力为-0.08MPa,抽真空处理时间为0.7h。
所述步骤C中,干燥采用梯度升温方式进行干燥,干燥温度从80℃梯度升温至120℃,其中,每10℃为一个升温梯度,每个梯度的干燥温度的干燥时间2.5天。
所述步骤D中,热处理的相对压力为-0.08MPa,热处理温度为200℃,热处理时间为4h。
所述步骤A中,三聚氰胺改性脲醛树脂的制备包括如下步骤:
a、按照以下重量份配比准备原料:三聚氰胺400、甲醇210、甲醛520、尿素100;
b、将三聚氰胺和甲醛加入反应釜中,搅拌均匀后加入氢氧化钠调节三聚氰胺和甲醛混合溶液的pH值,加热升温进行反应,制得反应液,其中,调节后的pH值为9.3,反应温度为80℃,反应时间为40min;
c、使反应釜内反应液温度保持为70℃,然后加入氢氧化钠溶液调节反应液的pH值≥12;
d、向反应釜中加入甲醇和第一批尿素进行改性反应,反应60min后降低反应釜的温度至65℃,得到冷却液;第一批尿素的加入量为尿素总量的45%;
e、加入盐酸,调节冷却液的pH值至9,然后加入余量的尿素,搅拌,使尿素溶解,得到混合液;
f、加入盐酸调节混合液的pH值至7.5,然后保持混合液在温度为60℃的条件下反应60min后向反应釜中加入氢氧化钠溶液调节pH值为10.5,降温出料,制得三聚氰胺改性脲醛树脂。
所述步骤A中,纳米改性剂是由纳米二氧化硅和纳米二氧化钛以重量比2:1组成的混合物。
所述步骤A中,抗氧化剂是由抗氧剂1010和抗氧剂168以重量比1.5:1组成的混合物。
所述步骤A中,助剂由下列重量份的原料制成:纳米电气石粉0.7份、羧甲基淀粉钠7份、羟乙基尿素14份、硅酸锂1.5份、柴胡油1.5份、十二烷基苯磺酸钠3份和水40份;其制备方法为:先将羧甲基淀粉钠、羟乙基尿素、硅酸锂、十二烷基苯磺酸钠与水混合,搅拌至混合物料完全溶解,随后加入柴胡油,搅拌分散45min,最后加入纳米电气石粉,得到的混合溶液球磨1.3h,得到稳定溶液,制得助剂。
所述步骤A中,浸渍液还包括如下重量份的原料:仲醇聚氧乙烯醚2份、水性硬脂酸锌乳液1.5份、甘露醇1.5份、聚丙烯酸1份、焦亚磷酸钠1份、磷酸二氢铵1份、钒酸钠1份和碘化钾0.6份。
一种改性木材,所述改性木材根据上述所述的改性工艺制得。
实施例4
一种提高木材强度和耐候性的改性工艺,包括如下步骤:
A、制备浸渍液:所述浸渍液包括如下重量份的原料:三聚氰胺改性脲醛树脂20份、糊精6份、纳米改性剂3份、抗氧化剂1份、助剂3份和水80份;按重量配比称取上述原料混合均匀,制得浸渍液;
B、浸渍:将木材进行真空加压浸渍处理,使木材吸附浸渍液;
C、干燥:将浸渍处理后的木材进行干燥处理;
D、热处理:将干燥处理后的木材在真空状态下进行热处理。
所述步骤B具体包括如下步骤:
B1、对浸渍罐内的木材进行减压抽真空处理,其中第一次减压抽真空处理的相对压力为-0.08MPa,抽真空处理时间为1h;
B2、向浸渍罐内加入浸渍液,进行加压浸渍处理,其中加压浸渍处理的相对压力为2MPa,处理时间为2.2h。
B3、对木材进行第二次减压抽真空处理,其中,第二次减压抽真空处理的相对压力为-0.08MPa,抽真空处理时间为0.8h。
所述步骤C中,干燥采用梯度升温方式进行干燥,干燥温度从80℃梯度升温至120℃,其中,每10℃为一个升温梯度,每个梯度的干燥温度的干燥时间3天。
所述步骤D中,热处理的相对压力为-0.09MPa,热处理温度为220℃,热处理时间为6h。
所述步骤A中,三聚氰胺改性脲醛树脂的制备包括如下步骤:
a、按照以下重量份配比准备原料:三聚氰胺420、甲醇220、甲醛530、尿素120;
b、将三聚氰胺和甲醛加入反应釜中,搅拌均匀后加入氢氧化钠调节三聚氰胺和甲醛混合溶液的pH值,加热升温进行反应,制得反应液,其中,调节后的pH值为9.4,反应温度为82℃,反应时间为45min;
c、使反应釜内反应液温度保持为72℃,然后加入氢氧化钠溶液调节反应液的pH值≥12;
d、向反应釜中加入甲醇和第一批尿素进行改性反应,反应65min后降低反应釜的温度至68℃,得到冷却液;第一批尿素的加入量为尿素总量的60%;
e、加入盐酸,调节冷却液的pH值至9.2,然后加入余量的尿素,搅拌,使尿素溶解,得到混合液;
f、加入盐酸调节混合液的pH值至7.8,然后保持混合液在温度为62℃的条件下反应70min后向反应釜中加入氢氧化钠溶液调节pH值为10.8,降温出料,制得三聚氰胺改性脲醛树脂。
所述步骤A中,纳米改性剂是由纳米二氧化硅和纳米二氧化钛以重量比2.5:1组成的混合物。
所述步骤A中,抗氧化剂是由抗氧剂1010和抗氧剂168以重量比1.8:1组成的混合物。
所述步骤A中,助剂由下列重量份的原料制成:纳米电气石粉0.8份、羧甲基淀粉钠7.5份、羟乙基尿素15份、硅酸锂1.8份、柴胡油1.8份、十二烷基苯磺酸钠3.5份和水45份;其制备方法为:先将羧甲基淀粉钠、羟乙基尿素、硅酸锂、十二烷基苯磺酸钠与水混合,搅拌至混合物料完全溶解,随后加入柴胡油,搅拌分散48min,最后加入纳米电气石粉,得到的混合溶液球磨1.4h,得到稳定溶液,制得助剂。
所述步骤A中,浸渍液还包括如下重量份的原料:仲醇聚氧乙烯醚2.5份、水性硬脂酸锌乳液1.8份、甘露醇1.8份、聚丙烯酸1.2份、焦亚磷酸钠1.2份、磷酸二氢铵1.1份、钒酸钠1.1份和碘化钾0.7份。
一种改性木材,所述改性木材根据上述所述的改性工艺制得。
实施例5
一种提高木材强度和耐候性的改性工艺,包括如下步骤:
A、制备浸渍液:所述浸渍液包括如下重量份的原料:三聚氰胺改性脲醛树脂30份、糊精8份、纳米改性剂5份、抗氧化剂1.5份、助剂5份和水100份;按重量配比称取上述原料混合均匀,制得浸渍液;
B、浸渍:将木材进行真空加压浸渍处理,使木材吸附浸渍液;
C、干燥:将浸渍处理后的木材进行干燥处理;
D、热处理:将干燥处理后的木材在真空状态下进行热处理。
所述步骤B具体包括如下步骤:
B1、对浸渍罐内的木材进行减压抽真空处理,其中第一次减压抽真空处理的相对压力为-0.09MPa,抽真空处理时间为1.5h;
B2、向浸渍罐内加入浸渍液,进行加压浸渍处理,其中加压浸渍处理的相对压力为2.5MPa,处理时间为2.5h。
B3、对木材进行第二次减压抽真空处理,其中,第二次减压抽真空处理的相对压力为-0.09MPa,抽真空处理时间为1.0h。
所述步骤C中,干燥采用梯度升温方式进行干燥,干燥温度从80℃梯度升温至120℃,其中,每10℃为一个升温梯度,每个梯度的干燥温度的干燥时间3天。
所述步骤D中,热处理的相对压力为-0.09MPa,热处理温度为220℃,热处理时间为6h。
所述步骤A中,三聚氰胺改性脲醛树脂的制备包括如下步骤:
a、按照以下重量份配比准备原料:三聚氰胺450、甲醇240、甲醛540、尿素150;
b、将三聚氰胺和甲醛加入反应釜中,搅拌均匀后加入氢氧化钠调节三聚氰胺和甲醛混合溶液的pH值,加热升温进行反应,制得反应液,其中,调节后的pH值为9.5,反应温度为85℃,反应时间为50min;
c、使反应釜内反应液温度保持为75℃,然后加入氢氧化钠溶液调节反应液的pH值≥12;
d、向反应釜中加入甲醇和第一批尿素进行改性反应,反应70min后降低反应釜的温度至70℃,得到冷却液;第一批尿素的加入量为尿素总量的80%;
e、加入盐酸,调节冷却液的pH值至9.5,然后加入余量的尿素,搅拌,使尿素溶解,得到混合液;
f、加入盐酸调节混合液的pH值至8,然后保持混合液在温度为65℃的条件下反应80min后向反应釜中加入氢氧化钠溶液调节pH值为11,降温出料,制得三聚氰胺改性脲醛树脂。
所述步骤A中,纳米改性剂是由纳米二氧化硅和纳米二氧化钛以重量比3:1组成的混合物。
所述步骤A中,抗氧化剂是由抗氧剂1010和抗氧剂168以重量比2:1组成的混合物。
所述步骤A中,助剂由下列重量份的原料制成:纳米电气石粉0.9份、羧甲基淀粉钠8份、羟乙基尿素16份、硅酸锂2份、柴胡油2份、十二烷基苯磺酸钠4份和水50份;其制备方法为:先将羧甲基淀粉钠、羟乙基尿素、硅酸锂、十二烷基苯磺酸钠与水混合,搅拌至混合物料完全溶解,随后加入柴胡油,搅拌分散50min,最后加入纳米电气石粉,得到的混合溶液球磨1.5h,得到稳定溶液,制得助剂。
所述步骤A中,浸渍液还包括如下重量份的原料:仲醇聚氧乙烯醚3份、水性硬脂酸锌乳液2份、甘露醇2份、聚丙烯酸1.5份、焦亚磷酸钠1.5份、磷酸二氢铵1.2份、钒酸钠1.2份和碘化钾0.8份。
一种改性木材,所述改性木材根据上述所述的改性工艺制得。
实施例1-5制得的改性木材的机械物理性能如表1所示:
表1
测试项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 |
抗弯强度(Mpa) | 161 | 164 | 166 | 165 | 163 |
抗弯弹性模量(Mpa) | 17903 | 17954 | 18038 | 18026 | 17972 |
径向全干缩率(%) | 6.3 | 6.1 | 5.7 | 5.9 | 6.2 |
弦向全干缩率(%) | 8.1 | 7.6 | 7.3 | 7.7 | 7.9 |
径向湿胀率(%) | 6.2 | 6.0 | 5.6 | 5.8 | 6.1 |
弦向湿胀率(%) | 8.0 | 7.6 | 7.2 | 7.3 | 7.8 |
径面硬度(N) | 2398 | 2427 | 2436 | 2419 | 2368 |
弦面硬度(N) | 2317 | 2326 | 2348 | 2335 | 2324 |
从上表可以看出,本发明制得的改性木材强度高,抗弯强度高达166Mpa,抗弯弹性模量高达18038Mpa;尺寸稳定性好,不易变形,抗干缩能力增加,径向全干缩率低于5.7%,弦向全干缩率低于7.3%;抗湿胀能力增加,径向湿胀率低于5.6%,弦向湿胀率低于7.2%;硬度高,耐磨性好,径面硬度高达2436N,弦面硬度高达2348N。
本发明的改性木材的强度高,耐候性好;且其防腐、防虫蛀、防霉变、防水、阻燃、防变形和防开裂性能得到大幅度提升;其密度、硬度、抗弯强度和弹性模量均较好,可以提升木材的使用性能和延长木材的使用寿命;还具有隔热绝缘、调温和调湿等自然属性,色泽鲜艳、明亮,物理条纹立体感强,板材颜色通透自然。
上述实施例为本发明较佳的实现方案,除此之外,本发明还可以其它方式实现,在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种提高木材强度和耐候性的改性工艺,其特征在于:包括如下步骤:
A、制备浸渍液:所述浸渍液包括如下重量份的原料:三聚氰胺改性脲醛树脂10-30份、糊精4-8份、纳米改性剂1-5份、抗氧化剂0.5-1.5份、助剂1-5份和水60-100份;按重量配比称取上述原料混合均匀,制得浸渍液;
B、浸渍:将木材进行真空加压浸渍处理,使木材吸附浸渍液;
C、干燥:将浸渍处理后的木材进行干燥处理;
D、热处理:将干燥处理后的木材在真空状态下进行热处理。
2.根据权利要求1所述的一种提高木材强度和耐候性的改性工艺,其特征在于:所述步骤B具体包括如下步骤:
B1、对浸渍罐内的木材进行减压抽真空处理,其中第一次减压抽真空处理的相对压力为-0.07MPa~-0.09MPa,抽真空处理时间为0.5h~1.5h;
B2、向浸渍罐内加入浸渍液,进行加压浸渍处理,其中加压浸渍处理的相对压力为0.7~2.5MPa,处理时间为1.5h~2.5h;
B3、对木材进行第二次减压抽真空处理,其中,第二次减压抽真空处理的相对压力为-0.07MPa~-0.09MPa,抽真空处理时间为0.5h~1.0h。
3.根据权利要求1所述的一种提高木材强度和耐候性的改性工艺,其特征在于:所述步骤C中,干燥采用梯度升温方式进行干燥,干燥温度从80℃梯度升温至120℃,其中,每10℃为一个升温梯度,每个梯度的干燥温度的干燥时间2天~3天。
4.根据权利要求1所述的一种提高木材强度和耐候性的改性工艺,其特征在于:所述步骤D中,热处理的相对压力为-0.07MPa~-0.09MPa,热处理温度为180-220℃,热处理时间为2-6h。
5.根据权利要求1所述的一种提高木材强度和耐候性的改性工艺,其特征在于:所述步骤A中,三聚氰胺改性脲醛树脂的制备包括如下步骤:
a、按照以下重量份配比准备原料:三聚氰胺350~450、甲醇180~240、甲醛500~540、尿素50~150;
b、将三聚氰胺和甲醛加入反应釜中,搅拌均匀后加入氢氧化钠调节三聚氰胺和甲醛混合溶液的pH值,加热升温进行反应,制得反应液,其中,调节后的pH值为9.1~9.5,反应温度为75℃~85℃,反应时间为30~50min;
c、使反应釜内反应液温度保持为65℃~75℃,然后加入氢氧化钠溶液调节反应液的pH值≥12;
d、向反应釜中加入甲醇和第一批尿素进行改性反应,反应50~70min后降低反应釜的温度至60℃~70℃,得到冷却液;第一批尿素的加入量为尿素总量的10-80%;
e、加入盐酸,调节冷却液的pH值至8.5~9.5,然后加入余量的尿素,搅拌,使尿素溶解,得到混合液;
f、加入盐酸调节混合液的pH值至7~8,然后保持混合液在温度为55℃~65℃的条件下反应40~80min后向反应釜中加入氢氧化钠溶液调节pH值为10~11,降温出料,制得三聚氰胺改性脲醛树脂。
6.根据权利要求1所述的一种提高木材强度和耐候性的改性工艺,其特征在于:所述步骤A中,纳米改性剂是由纳米二氧化硅和纳米二氧化钛以重量比1-3:1组成的混合物。
7.根据权利要求1所述的一种提高木材强度和耐候性的改性工艺,其特征在于:所述步骤A中,抗氧化剂是由抗氧剂1010和抗氧剂168以重量比1-2:1组成的混合物。
8.根据权利要求1所述的一种提高木材强度和耐候性的改性工艺,其特征在于:所述步骤A中,助剂由下列重量份的原料制成:纳米电气石粉0.5-0.9份、羧甲基淀粉钠6-8份、羟乙基尿素12-16份、硅酸锂1-2份、柴胡油1-2份、十二烷基苯磺酸钠2-4份和水30-50份;其制备方法为:先将羧甲基淀粉钠、羟乙基尿素、硅酸锂、十二烷基苯磺酸钠与水混合,搅拌至混合物料完全溶解,随后加入柴胡油,搅拌分散40-50min,最后加入纳米电气石粉,得到的混合溶液球磨1-1.5h,得到稳定溶液,制得助剂。
9.根据权利要求1所述的一种提高木材强度和耐候性的改性工艺,其特征在于:所述步骤A中,浸渍液还包括如下重量份的原料:仲醇聚氧乙烯醚1-3份、水性硬脂酸锌乳液1-2份、甘露醇1-2份、聚丙烯酸0.5-1.5份、焦亚磷酸钠0.5-1.5份、磷酸二氢铵0.8-1.2份、钒酸钠0.8-1.2份和碘化钾0.4-0.8份。
10.一种改性木材,其特征在于:所述改性木材根据权利要求1-9任一项所述的改性工艺制得。
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