CN107030822A - 一种多功能木材的改性剂及改性方法 - Google Patents

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廖木荣
张敏
魏鑫
莫柳婷
牟继平
朱琪琦
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    • B27K3/00—Impregnating wood, e.g. impregnation pretreatment, for example puncturing; Wood impregnation aids not directly involved in the impregnation process
    • B27K3/52—Impregnating agents containing mixtures of inorganic and organic compounds
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    • B27K3/02—Processes; Apparatus
    • B27K3/08—Impregnating by pressure, e.g. vacuum impregnation

Abstract

本发明公开了一种多功能木材的改性剂，各组分及其质量百分比含量为：石墨烯0.5～5％，功能性单体94～99.4％，引发剂0.1％～1％；以上各组分的质量百分比含量总和为100％。本发明的改性方法：用真空‑加压法使改性剂浸渍进木材内部，然后干燥木材即得。本发明的改性剂和改性方法，使改性木材具有强度高、硬度高、耐冲击性高的优点，同时赋予了木材的导电、导热性能，其性能改进大，制备工艺简单，适应性广，能产生良好的效益。

Description

一种多功能木材的改性剂及改性方法
技术领域
本发明涉及木材改性技术领域，具体涉及一种多功能木材的改性剂及改性方法。
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、易腐蚀、导电性能差等问题，直接影响了其制品的使用效果与应用领域。如何提升应用效果已成为木材加工行业广泛关注的问题。
石墨烯是一种比表面积较大、比强度最大、导电导热性能较好的新型纳米材料，受到广泛关注。
甲基丙烯酸缩水甘油酯分子中有活泼的乙烯基及有离子性反应的环氧基两个官能团，可以通过官能团与其他活性基团发生聚合，能很好地和木材结合，进而对木材进行改性处理，以提高木材的各项性能。
乙二醇二甲基丙烯酸酯作为木材改性的功能性单体，其双键使单体聚合和交联，赋予聚合物较高的力学强度，同时借助其柔性链段赋予聚合物一定的柔韧性，使改性木材同时兼具良好的冲击韧性和强度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种有效增强木材强度、提高木材的耐磨性、耐热性和耐冲击性，改变木材的导电和导热性能的多功能木材的改性剂及改性方法。
本发明通过以下技术方案解决上述技术问题：
一种多功能木材的改性剂，其特征在于，各组分及其质量百分比含量为：
石墨烯0.5～5％；
功能性单体94～99.4％；
引发剂0.1％～1.0％；
以上各组分的质量百分比含量总和为100％。
所述石墨烯为氧化石墨烯。
所述功能性单体为甲基丙烯酸缩水甘油酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯中的一种或两种。
所述引发剂为偶氮二异丁腈或过氧化苯甲酰。
一种多功能木材的改性剂的制备方法，按质量百分比含量将引发剂和功能性单体混合搅拌充分得悬浊液，再将所述质量百分比含量的石墨烯使用超声波分散于上述悬浊液中，超声功率200W～1800W，分散时间10～120min，即得所述改性剂。
一种多功能木材的改性方法，采用上述的改性剂，用真空-加压法使所述改性剂浸渍进木材内部，然后干燥木材即得。
所述木材的原料为桉木、杨木、松木或杉木。
所述木材含水率控制在8％～15％。
所述真空-加压法为：将干燥后的木材置于罐内，向罐内加入所述改进剂直至浸没木材，抽真空使罐内负压为0.08～0.095MPa，浸渍10～30min；然后解除罐内真空状态，向罐内施加气压，使其内部压力维持在0.6～1.2MPa，浸渍1～4小时。
所述干燥木材的方法为在温度100～140℃下干燥24h。
本发明的优点：采用本发明的改性剂及改性方法，使改性木材具有强度高、耐磨性好、耐冲击性高的优点，同时提高了木材的导电、导热性能，其性能改进大，制备工艺简单，适应性广，能产生良好的效益。
具体实施方式
下面结合具体的优选实例来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1：
一种多功能木材改性剂，其组分按质量百分数配比为：石墨烯0.5％、过氧化苯甲酰0.2％、甲基丙烯酸缩水甘油酯99.3％。
按质量百分数配比将引发剂和甲基丙烯酸缩水甘油酯混合搅拌充分得悬浊液，再将所述质量百分比含量的石墨烯使用超声波分散于上述悬浊液中，超声功率400W，分散时间40min，即得所述改性剂。
原料：尾巨桉木材，含水率控制在8％～15％。
将所述改性剂加入罐内，完全浸没已干燥完成的尾巨桉木材，抽真空使罐内负压为0.08MPa，浸渍30min。解除罐体内真空状态，向罐内施加气压，使其内部压力维持在1.1MPa，浸渍2个小时。完成后取出木材进行干燥24h，温度120℃，即得到改性木材。
为了验证本发明所述改性剂对木材改性的性能，采用本发明实施例1和对照例1-2进一步展开了一系列试验。
其中：
对照例1：与本发明实施例1相比，区别点在尾巨桉木材未经过任何处理。
对照例2：与本发明实施例1相比，原料与改性方法相同，区别点在改性剂中未加入氧化石墨烯。
参照国家标准GB/T1928—2009《木材物理力学试验方法》检测方法对实施例和对照例木材进行性能检测，检测结果见表1。
表1实施例与对照例木材的力学性能对比
实施例2：
一种多功能木材改性剂，其组分按质量百分数配比为：石墨烯1％、偶氮二异丁腈0.5％、乙二醇二甲基丙烯酸酯98.5％。
按质量百分数配比将引发剂偶氮二异丁腈和乙二醇二甲基丙烯酸酯混合搅拌充分得悬浊液，再将所述质量百分比含量的石墨烯使用超声波分散于上述悬浊液中，超声功率1200W，分散时间60min，即得所述改性剂。
原料：杨木木材，含水率控制在8％～15％。
将所述改性剂加入罐内，完全浸没已干燥完成的杨木木材，抽真空使罐内负压为0.085MPa，浸渍30min。解除罐体内真空状态，向罐内施加气压，使其内部压力维持在0.9MPa，浸渍3个小时。完成后取出木材进行干燥24h，温度100℃，得到改性木材。
为了验证本发明所述改性剂对木材改性的性能，采用本发明实施例1和对照例3-4进一步展开了一系列试验。
其中：
对照例3：与本发明实施例2相比，区别点在杨木木材未经过任何处理。
对照例4：与本发明实施例2相比，原料与改性方法相同，区别点在改性剂中未加入氧化石墨烯。
参照国家标准GB/T1928—2009《木材物理力学试验方法》检测方法对实施例和对照例木材进行性能检测，检测结果见表2。
表2实施例与对照例木材的力学性能对比
实施例3：
一种多功能木材改性剂，其组分按质量百分数配比为：石墨烯4％、过氧化苯甲酰1％、甲基丙烯酸缩水甘油酯25％、乙二醇二甲基丙烯酸酯70％。
按质量百分数配比将引发剂过氧化苯甲酰和甲基丙烯酸缩水甘油酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯混合搅拌充分得悬浊液，再将所述质量百分比含量的石墨烯使用超声波分散于上述悬浊液中，超声功率1800W，分散时间120min，即得所述改性剂。
原料：马尾松木材，含水率控制在8％～15％。
将所述改性剂加入罐内，完全浸没已干燥完成的马尾松木材，抽真空使罐内负压为0.09MPa，浸渍30min。解除罐体内真空状态，向罐内施加气压，使其内部压力维持在0.75MPa，浸渍2个小时。完成后取出木材进行干燥24h，温度100℃，得到改性木材。
为了验证本发明所述改性剂对木材改性的性能，采用本发明实施例1和对照例5-6进一步展开了一系列试验。
其中：
对照例5：与本发明实施例3相比，区别点在马尾松木材未经过任何处理。
对照例6：与本发明实施例3相比，原料与改性方法相同，区别点在改性剂中未加入氧化石墨烯。
参照国家标准GB/T1928—2009《木材物理力学试验方法》检测方法对实施例和对照例木材进行性能检测，检测结果见表3。
表3实施例与对照例木材的力学性能对比
上述试验结果表明，本发明多功能木材改性助剂及改性方法制备的改性木材，其冲击韧性、抗压强度，硬度、弹性模量与对应对照例相比，均有大幅提高，其中硬度提高最为明显。
本发明改进剂在功能性单体(甲基丙烯酸缩水甘油酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯)中加入了石墨烯，能提高木材强度、硬度和抗冲击性，同时还赋予了木材的导电、导热性能。
虽然上述实施例用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明构思基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明构思的基础上所做的修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种多功能木材的改性剂，其特征在于，各组分及其质量百分比含量为：
石墨烯0.5～5％；
功能性单体94～99.4％；
引发剂0.1％～1.0％；
以上各组分的质量百分比含量总和为100％。
2.根据权利要求1所述的一种多功能木材的改性剂，其特征在于，所述石墨烯为氧化石墨烯。
3.根据权利要求1所述的一种多功能木材的改性剂，其特征在于，所述功能性单体为甲基丙烯酸缩水甘油酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯中的一种或两种。
4.根据权利要求1所述的一种多功能木材的改性剂，其特征在于，所述引发剂为偶氮二异丁腈或过氧化苯甲酰。
5.根据权利要求1至4之一所述的一种多功能木材的改性剂的制备方法，其特征在于，按质量百分比含量将引发剂和功能性单体混合搅拌充分得悬浊液，再将所述质量百分比含量的石墨烯使用超声波分散于上述悬浊液中，超声功率200W～1800W，分散时间10～120min，即得所述改性剂。
6.一种多功能木材的改性方法，其特征在于，采用如权利要求5所述的改性剂，用真空-加压法使所述改性剂浸渍进木材内部，然后干燥木材即得。
7.根据权利要求6所述的一种多功能木材的改性方法，其特征在于，所述木材的原料为桉木、杨木、松木或杉木。
8.根据权利要求6所述的一种多功能木材的改性方法，其特征在于，所述木材含水率控制在8％～15％。
9.根据权利要求6所述的一种多功能木材的改性方法，其特征在于，所述真空-加压法为：将干燥后的木材置于罐内，向罐内加入所述改进剂直至浸没木材，抽真空使罐内负压为0.08～0.095MPa，浸渍10～30min；然后解除罐内真空状态，向罐内施加气压，使其内部压力维持在0.6～1.2MPa，浸渍1～4小时。
10.根据权利要求6所述的一种多功能木材的改性方法，其特征在于，所述干燥木材的方法为在温度100～140℃下干燥24h。
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