CN105599085B - 木材及棉纤维处理剂、其制备方法及应用 - Google Patents

木材及棉纤维处理剂、其制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种木材及棉纤维处理剂，含有如下重量份的原料：糠醇60‑100份、马来酸酐4‑5份、硼砂4‑8份、纳米二氧化硅0‑4份和水88‑128份。用本发明提出的处理剂处理木材不但能赋予优良尺寸稳定性、疏水性、抗流失性能，同时还具有较好的力学强度。尤其能够改善抗弯强度。用本发明提出的处理剂处理棉纤维，能够降低其吸湿性，提高其抗流失率。

Description

木材及棉纤维处理剂、其制备方法及应用
技术领域
本发明属于木材的加工和保存领域，具体涉及一种木材及棉纤维处理剂，及其制备和应用。
背景技术
木材及其制品广泛应用于室内装修、家具制造、房屋建筑及外部装饰中，但其存在干缩湿胀、尺寸稳定性差、强度低的问题，影响了其制品使用寿命与用途。如何提高尺寸稳定性和力学强度已成为木材加工行业广泛关注的问题。
棉纤维广泛应用于纺织品生产，棉纤维主要成分为纤维素，吸湿性强，尺寸稳定性差，制成的服装等制品保型性差，易起皱、变形，影响产品的使用。因此，如何提高棉制品的尺寸稳定性也备受纺织行业关注。
目前，提高木材及其制品物理力学性能的方法主要有物理改性和化学改性两种方法。物理改性主要是通过对木材及其制品进行表面包覆或者细胞壁的物理填充作用以减少木材随水分的变化，并达到增强目的。例如：油漆涂刷、石蜡浸渍、树脂浸渍处理等。化学改性主要是通过与细胞壁中的吸水性羟基进行化学反应封闭或者去除亲水性羟基，进而提高木材及制品的尺寸稳定性。而棉纤维主要是通过化学改性来提高其抗皱性能，减少吸湿性。但目前的改性方法大多使用化石资源或者有毒化学物质，严重限制其推广应用。近年来，利用可再生的生物质进行木材处理得到了越来越多的关注。糠醇来源于糠醛，而糠醛来源于富含戊聚糖的农业加工剩余物中，例如稻壳、燕麦壳、甘蔗渣、玉米芯等。因此，糠醇来源于生物质资源，木材糠醇改性技术是一项前景良好的环境友好型改性技术。同时，纳米技术的发展也为木材及棉纤维改性提供了新思路。现有技术中，提出了以下几种改性技术。
例如，专利US2004/0028933A1以无溶剂的糠醇处理液，并添加马来酸、苹果酸、邻苯二甲酸、硬脂酸、马来酸酐或邻苯二甲酸酐等其中的一种或两种及多种混合作为催化剂，利用满细胞法浸渍处理木材，采用热气、热蒸汽、热油或高频加热的方式在70-140℃固化0.5-12h。该技术改性效果较好，但原料未经稀释，消耗大、成本高，且无稳定剂，易提前固化。
专利US20060094801 A1提出了以水作溶剂制备糠醇处理液，并包含硼砂、马来酸酐、对木素磺酸钠中一种或几种，浸渍处理木材，获得改性材物理性能较好。但该技术并未探索对木材力学性能的提高。而糠醇处理后木材的力学强度下降，尤其是抗弯强度。
专利CN201410533192.2提出了一种含有环保粘结剂的竹棉毛巾布的制备方法，在粘结剂的组成中包含糠醇、三乙二醇、戊二酸、丁三醇、锌氧粉、氧化镁、氯丁橡胶、弹力胶等成分。但并未涉及到利用糠醇对棉纤维的化学改性。
发明内容
针对现有技术的不足之处，本发明提出一种木材及棉纤维处理剂。
本发明的另一个目的是提出所述木材及棉纤维处理剂的制备方法。
本发明的第三个目的是提出所述一种木材及棉纤维处理剂的应用。
实现本发明目的的具体技术方案为：
一种木材及棉纤维处理剂，含有如下重量份的原料：糠醇60-100份、马来酸酐4-5份、硼砂4-8份、纳米二氧化硅0-4份和水88-128份。
所述的木材及棉纤维处理剂，优选地，由如下重量份的各原料组成：糠醇60-100份、马来酸酐4-5份、硼砂4-8份、纳米二氧化硅0-4份和水88-128份。
其中，所述糠醇的体积百分含量为95-99％，纳米二氧化硅粒径为30±5nm。
本发明所述木材及棉纤维处理剂的制备方法，包括步骤：
向反应釜中加入马来酸酐、硼砂和水，搅拌至充分溶解后加入其它成分。
进一步地，向反应釜中加入马来酸酐、硼砂和水，搅拌至充分溶解后加入糠醇，再搅拌10-15分钟后加入纳米二氧化硅，超声分散20-30分钟。
本发明所述木材及棉纤维处理剂在提高木材及棉纤维物理力学性能中的应用。
具体地，所述的应用为：将木材浸泡于本发明所述的木材及棉纤维处理剂中，在0.08-0.095MPa真空条件下浸渍处理10-30分钟，再于常压下浸渍10-300分钟；取出木材用铝箔纸包裹，在室温下放置12小时(使改性剂在木材内部均匀分布)，再于100℃下预缩聚8-24小时，最后去掉铝箔纸于105℃进行固化12-24小时。
或，将棉纤维制品浸泡于权利要求1-3任一所述木材及棉纤维处理剂中，在0.08-0.095MPa真空条件下浸渍处理10-20分钟，再于常压下浸渍10-120分钟；取出棉纤维制品在100℃下缩聚反应8-24小时。
本发明的有益效果在于：
(一)用本发明提出的处理剂处理木材不但能赋予优良尺寸稳定性、疏水性、抗流失性能，同时还具有较好的力学强度。尤其能够改善抗弯强度。处理棉纤维能够降低其吸湿性，提高其抗流失率。
(二)本发明利用纳米颗粒与聚合物复合改性木材及棉纤维，改性效果显著。
(三)本发明处理剂的制备方法和处理工艺简单，利于工业化推广。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例中，若无特别说明，所使用的方法均为本领域常规的方法。
以下实施例中涉及到的“％”，针对糠醇的浓度的，表示体积百分比浓度。
实施例1 木材及棉纤维处理剂及其制备方法
1、按以下重量配比进行原料备料：
糠醇(98％) 60g
马来酸酐 4g
硼砂 8g
水 128g
2、配制方法：
向反应釜中依次加入水、马来酸酐、硼砂，搅拌至充分溶解后加入98％糠醇，搅拌10分钟，即得。
3、处理剂技术指标：
外观淡黄色透明液体，pH值4.5。
实施例2 木材及棉纤维处理剂及其制备方法
1、按以下重量配比进行原料备料：
糠醇(98％) 100g
马来酸酐 4g
硼砂 8g
水 88g
2、配制方法：
向反应釜中依次加入水、马来酸酐、硼砂，搅拌至充分溶解后加入98％糠醇，搅拌10分钟，即得。
3、处理剂技术指标：
外观黄色透明液体，pH值3.5。
实施例3 木材及棉纤维处理剂及其制备方法
1、按以下重量配比进行原料备料：
糠醇(98％) 60g
马来酸酐 4g
硼砂 8g
纳米二氧化硅 2g
水 126g
2、配制方法：
向反应釜中依次加入水、马来酸酐、硼砂，搅拌至充分溶解后加入98％糠醇，搅拌10分钟后加入纳米二氧化硅，超声波分散20分钟，即得。
3、处理剂技术指标：
外观淡黄色液体，pH值4.5。
实施例4 木材及棉纤维处理剂及制备
1、按以下重量配比进行原料备料：
糠醇(98％) 60g
马来酸酐 4g
硼砂 8g
纳米二氧化硅 4g
水 124g
2、配制方法：
向反应釜中依次加入水、马来酸酐、硼砂，搅拌至充分溶解后加入98％糠醇，搅拌10分钟后加入纳米二氧化硅，超声波分散20分钟，即得。
3、处理剂技术指标：
外观淡黄色液体，pH值4.5。
实施例5 木材及棉纤维处理剂及制备
1、按以下重量配比进行原料备料：
糠醇(98％) 100g
马来酸酐 4g
硼砂 8g
纳米二氧化硅 2g
水 86g
2、配制方法：
向反应釜中依次加入水、马来酸酐、硼砂，搅拌至充分溶解后加入98％糠醇，搅拌10分钟后加入纳米二氧化硅，超声波分散20分钟，即得。
3、处理剂技术指标：
外观淡黄色液体，pH值3.5。
实施例6 木材及棉纤维处理剂及制备
1、按以下重量配比进行原料备料：
糠醇(98％) 100g
马来酸酐 4g
硼砂 8g
纳米二氧化硅 4g
水 84g
2、配制方法：
向反应釜中依次加入水、马来酸酐、硼砂，搅拌至充分溶解后加入98％糠醇，搅拌10分钟后加入纳米二氧化硅，超声波分散20分钟，即得。
3、处理剂技术指标：
外观淡黄色液体，pH值3.5。
实验例1 采用实施例1-4的处理剂对实木进行处理试验
分别采用本发明实施例1-4中制备的处理剂对实木进行处理。
1、实验材料
杨木，试样尺寸如表1，含水率7％-9％；
表1 木材试样尺寸
测试内容 尺寸(mm)
增重率、ASE、流失率、吸水率 20×20×20
弹性模量、抗弯强度及硬度 20×20×300(顺纹)
顺纹抗压强度 20×20×30(顺纹)
2、具体实验步骤：
1)将杨木试件分别浸泡于本发明实施例1-4的处理剂中，在0.08MPa真空条件下对试件进行浸渍处理30分钟，随后常压浸渍2小时，最后取出试件用铝箔纸包裹试件室温下放置12小时；
2)将包裹的试件在100℃烘10小时，然后在105℃条件下烘至绝干；
3)将试件于常温蒸馏水中浸泡24小时；
4)在105℃条件下烘至绝干，测其重量。
3、各项指标计算和检测
1)增重率(WPG)测试。计算公式如下：
其中，Wt为改性后试件绝干重量，Wu为未改性试件绝干重量。
2)尺寸稳定性(ASE)测试。计算公式如下：
其中，St为改性试件体积变化率，Su为未改性试件体积变化率。
3)吸水性、吸湿性测试。计算公式如下：
其中：Ww为试件吸水或吸湿重量，Wd为试件绝干重。
4)流失率测试。计算公式如下：
其中：Wiw为改性材绝干重量，Wfw为改性材24小时水浸泡后绝干重量。
5)力学性能测试。木材抗弯强度和弹性模量测定按照GB/T1936.1-2009和GB/T1936.1-2009进行，木材顺纹抗压强度测试按照GB/T 1935-2009进行。
测试结果见表2和表3。
表2 处理木材的物理性能
实验例 ASE(％) 增重率(％) 流失率(％) 吸水率(％)
实验例1 56.8 43.8 6.1 61.4
实验例2 65.8 73.8 6.2 44.6
实验例3 58.4 48.2 6.2 66.6
实验例4 60.0 56.8 6.4 64.2
对照例1 - - - 109.0
实验1、3和4及对比例1处理木材的力学性能比较结果如表3所示。
表3 处理木材的力学性能
实验例 MOE(GPa) MOR(MPa) CS(MPa) 硬度(Shore D)
实验例1 6.4 68.4 73.1 54.3
实验例3 6.6 70.7 72.4 58.1
实验例4 7.0 71.8 75.6 59.7
对照例1 4.9 75.4 46.9 43.5
试验例2 采用实施例1、5和6的处理剂对棉纤维进行处理试验
采用本发明实施例1、5和6中制备的处理剂对棉纤维进行处理。
具体实验步骤：
1)将棉纤维试样分别放入本发明实施1、5和6的处理剂中，在0.08MPa真空条件下对试样进行浸渍处理20分钟；
2)取出试样，在100℃固化反应20小时，称重；
3)将试件于20℃，95％湿度条件下进行调湿处理24小时，然后称重；
4)将试件于常温蒸馏水中浸泡24小时；
5)在105℃条件下烘至绝干，测其重量。
6)计算增重率、流失率、吸湿率，方法同实验例1-4。
测试结果见表4。
表4 处理后的棉纤维试样的物理性能
实验例 增重率(％) 流失率(％) 吸湿率(％)
实验例1 106.9 14.4 10.5
实验例5 231.5 13.4 7.2
实验例6 254.3 12.9 6.6
对照例2 - - 13.9
实验结果表明，利用本发明处理剂处理木材，表现出较高的尺寸稳定作用，且具有较好的抗流失性和良好的抗吸水性能，并且能赋予木材较高的力学强度。本发明处理剂处理棉纤维制品具有较高抗流失性和较低的吸湿性。
虽然，以上通过实施例对本发明进行了说明，但本领域技术人员应了解，在不偏离本发明精神和实质的前提下，对本发明所做的改进和变型，均应属于本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种木材及棉纤维处理剂，其特征在于，
由如下重量份的各原料组成：糠醇60份、马来酸酐4-5份、硼砂4-8份、纳米二氧化硅2-4份和水124-128份；
所述木材及棉纤维处理剂的制备方法为，向反应釜中加入马来酸酐、硼砂和水，搅拌至充分溶解后加入糠醇，再搅拌10-15分钟后加入纳米二氧化硅，超声分散20-30分钟；
其中，所述糠醇的体积百分含量为95-99％；
将木材浸泡于所述木材及棉纤维处理剂中，在0.08-0.095MPa真空条件下浸渍处理10-30分钟，再于常压下浸渍10-300分钟；取出木材用铝箔纸包裹，在室温下放置12小时，再于100℃下预缩聚8-24小时，最后去掉铝箔纸于105℃进行固化12-24小时；
或，将棉纤维制品浸泡于木材及棉纤维处理剂中，在0.08-0.095MPa真空条件下浸渍处理10-20分钟，再于常压下浸渍10-120分钟；取出棉纤维制品在100℃下缩聚反应8-24小时。
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