CN108582349A - 一种耐热木质复合材料的制备方法 - Google Patents

一种耐热木质复合材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种耐热木质复合材料的制备方法，包括以下步骤：将甲基丙烯酸缩水甘油酯和聚乙二醇（200）二甲基丙烯酸酯的混合物、偶氮二异丁腈和γ‑（甲基丙烯酰氧）‑丙基三甲氧基硅烷混合加热得混合物A；将正硅酸乙酯、无水乙醇和去离子水混合调节pH，加热搅拌；加入四氢呋喃，得溶胶B；将马来酸酐溶于丙酮中，加入混合物A和溶胶B，搅拌得混合液C；在真空－加压条件下注入木材或竹材中，用锡泡纸包裹后陈放；在50℃下加热48h，70℃下加热24h，110℃下加热24h即得。本方法所制备的材料具有很好的耐热性能，同时具有很好的力学性能，比原始木材的耐热性和力学性能提高了很多倍。

Description

一种耐热木质复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种耐热木质复合材料的制备方法。
背景技术
随着社会经济的快速发展，石油、天然气等不可再生资源的日益枯竭，人们对资源的需求与日俱增；同时，石油基材料的大量使用对自然环境造成的严重污染和破坏，对人类赖以生存的环境造成了严重的威胁，使得人们的环保意识也在不断增强。在这能源与环境的双重压力下，如何高效开发利用可再生的、来源广泛、储量丰富的绿色环保生物质资源，替代不可再生资源，满足人类社会建康高速发展的需求，逐渐得到广泛共识和世界各国的重视。在这储量丰富的生物质资源中，木材是最为庞大的一类。木材和竹材具有可再生循环利用、低能耗绿色加工、固碳减排、吸声减震、环境友好等特性，被视为天然的生态环境材料，但是天然材料力学性能差，同时耐热性也不佳。因此，提高这二者的性能能够大大增加其使用的范围，提高利用价值。
发明内容
要解决的技术问题：本发明的目的是提供一种耐热木质复合材料的制备方法，所制备的材料具有很好的耐热性能，同时具有很好的力学性能，比原始木材的耐热性和力学性能提高了很多倍。
技术方案：一种耐热木质复合材料的制备方法，成分按重量份计，包括以下步骤：
（1）将35-50份甲基丙烯酸缩水甘油酯和聚乙二醇（200）二甲基丙烯酸酯的混合物、0.3-0.5份偶氮二异丁腈和7-10份γ-（甲基丙烯酰氧）-丙基三甲氧基硅烷混合，加热至70℃，保持50-60min，降至室温得混合物A；
（2）将10-15份正硅酸乙酯、20-30份无水乙醇和20-30份去离子水混合后加入烧杯中，用38%的盐酸调节pH为3.5，加热至45℃，并不断搅拌3-3.5h；
（3）加入10-20份四氢呋喃，得溶胶B；
（4）将2-5份马来酸酐溶于2-5份丙酮中，加入混合物A和溶胶B，剧烈搅拌20-30min得混合液C；
（5）在真空-加压条件下，0.8MPa下10min将混合液C注入木材或竹材中，用锡泡纸包裹后陈放24-30h；
（6）在50℃下加热48h，70℃下加热24h，110℃下加热24h即得。
进一步优选的，所述甲基丙烯酸缩水甘油酯和聚乙二醇（200）二甲基丙烯酸酯的混合物中甲基丙烯酸缩水甘油酯和聚乙二醇（200）二甲基丙烯酸酯的摩尔比为2:1。
进一步优选的，所述木材为针叶木或阔叶木。
进一步优选的，所述针叶木为马尾松、落叶松、红松或云杉。
进一步优选的，所述阔叶木为桦木、杨木、椴木或桉木。
有益效果：
1. 正硅酸乙酯在水解缩聚的同时，与有机单体聚合形成的聚合物化学键合，并均匀分布于基体中，使得有机-无机体兼具了有机体和无机体的优点，呈现良好的抗弯强度和抗压强度，并通过聚合物与木材的化学键合和良好复合，赋予木材综合改良的力学性能。
2. 有机聚合物因与木材组分化学键合、且与无机组分在木材孔隙结构中原位复合，使得三相化学键联在一起，借助无机质的-Si-O-基团整体提高了木材-有机-无机纳米复合材料的热稳定性。
3. 本发明耐热木质复合材料具有很好的耐热性能，最高初始温度可达336℃，而原始的木材的初始热解温度仅为272℃，同时其具有很好的力学性能，抗弯强度和抗压强度分别高达113.47MPa和134.92MPa，比原始木材的力学性能提高了很多倍。
具体实施方式
实施例1
一种耐热木质复合材料的制备方法，成分按重量份计，包括以下步骤：
（1）将35份甲基丙烯酸缩水甘油酯和聚乙二醇（200）二甲基丙烯酸酯的混合物、0.3份偶氮二异丁腈和7份γ-（甲基丙烯酰氧）-丙基三甲氧基硅烷混合，加热至70℃，保持50min，降至室温得混合物A；
（2）将10份正硅酸乙酯、20份无水乙醇和20份去离子水混合后加入烧杯中，用38%的盐酸调节pH为3.5，加热至45℃，并不断搅拌3h；
（3）加入10份四氢呋喃，得溶胶B；
（4）将2份马来酸酐溶于2份丙酮中，加入混合物A和溶胶B，剧烈搅拌20min得混合液C；
（5）在真空－加压条件下，0.8MPa下10min将混合液C注入马尾松中，用锡泡纸包裹后陈放24h；
（6）在50℃下加热48h，70℃下加热24h，110℃下加热24h即得。
实施例2
一种耐热木质复合材料的制备方法，成分按重量份计，包括以下步骤：
（1）将40份甲基丙烯酸缩水甘油酯和聚乙二醇（200）二甲基丙烯酸酯的混合物、0.4份偶氮二异丁腈和8份γ-（甲基丙烯酰氧）-丙基三甲氧基硅烷混合，加热至70℃，保持55min，降至室温得混合物A；
（2）将12份正硅酸乙酯、25份无水乙醇和25份去离子水混合后加入烧杯中，用38%的盐酸调节pH为3.5，加热至45℃，并不断搅拌3h；
（3）加入15份四氢呋喃，得溶胶B；
（4）将3份马来酸酐溶于3份丙酮中，加入混合物A和溶胶B，剧烈搅拌25min得混合液C；
（5）在真空－加压条件下，0.8MPa下10min将混合液C注入红松中，用锡泡纸包裹后陈放26h；
（6）在50℃下加热48h，70℃下加热24h，110℃下加热24h即得。
实施例3
一种耐热木质复合材料的制备方法，成分按重量份计，包括以下步骤：
（1）将45份甲基丙烯酸缩水甘油酯和聚乙二醇（200）二甲基丙烯酸酯的混合物、0.4份偶氮二异丁腈和9份γ-（甲基丙烯酰氧）-丙基三甲氧基硅烷混合，加热至70℃，保持55min，降至室温得混合物A；
（2）将13份正硅酸乙酯、25份无水乙醇和25份去离子水混合后加入烧杯中，用38%的盐酸调节pH为3.5，加热至45℃，并不断搅拌3.5h；
（3）加入15份四氢呋喃，得溶胶B；
（4）将4份马来酸酐溶于4份丙酮中，加入混合物A和溶胶B，剧烈搅拌25min得混合液C；
（5）在真空－加压条件下，0.8MPa下10min将混合液C注入桦木中，用锡泡纸包裹后陈放28h；
（6）在50℃下加热48h，70℃下加热24h，110℃下加热24h即得。
实施例4
一种耐热木质复合材料的制备方法，成分按重量份计，包括以下步骤：
（1）将50份甲基丙烯酸缩水甘油酯和聚乙二醇（200）二甲基丙烯酸酯的混合物、0.5份偶氮二异丁腈和10份γ-（甲基丙烯酰氧）-丙基三甲氧基硅烷混合，加热至70℃，保持60min，降至室温得混合物A；
（2）将15份正硅酸乙酯、30份无水乙醇和30份去离子水混合后加入烧杯中，用38%的盐酸调节pH为3.5，加热至45℃，并不断搅拌3.5h；
（3）加入20份四氢呋喃，得溶胶B；
（4）将5份马来酸酐溶于5份丙酮中，加入混合物A和溶胶B，剧烈搅拌30min得混合液C；
（5）在真空－加压条件下，0.8MPa下10min将混合液C注入竹材中，用锡泡纸包裹后陈放30h；
（6）在50℃下加热48h，70℃下加热24h，110℃下加热24h即得。
对比例1
本实施例与实施例1的差别在于以甲基丙烯酸缩水甘油酯代替聚乙二醇（200）二甲基丙烯酸酯，具体为：
一种耐热木质复合材料的制备方法，成分按重量份计，包括以下步骤：
（1）将35份甲基丙烯酸缩水甘油酯、0.3份偶氮二异丁腈和7份γ-（甲基丙烯酰氧）-丙基三甲氧基硅烷混合，加热至70℃，保持50min，降至室温得混合物A；
（2）将10份正硅酸乙酯、20份无水乙醇和20份去离子水混合后加入烧杯中，用38%的盐酸调节pH为3.5，加热至45℃，并不断搅拌3h；
（3）加入10份四氢呋喃，得溶胶B；
（4）将2份马来酸酐溶于2份丙酮中，加入混合物A和溶胶B，剧烈搅拌20min得混合液C；
（5）在真空－加压条件下，0.8MPa下10min将混合液C注入马尾松中，用锡泡纸包裹后陈放24h；
（6）在50℃下加热48h，70℃下加热24h，110℃下加热24h即得。
对比例2
本实施例与实施例1的差别在于以聚乙二醇（200）二甲基丙烯酸酯代替甲基丙烯酸缩水甘油酯，具体为：
（1）将35份聚乙二醇（200）二甲基丙烯酸酯的混合物、0.3份偶氮二异丁腈和7份γ-（甲基丙烯酰氧）-丙基三甲氧基硅烷混合，加热至70℃，保持50min，降至室温得混合物A；
（2）将10份正硅酸乙酯、20份无水乙醇和20份去离子水混合后加入烧杯中，用38%的盐酸调节pH为3.5，加热至45℃，并不断搅拌3h；
（3）加入10份四氢呋喃，得溶胶B；
（4）将2份马来酸酐溶于2份丙酮中，加入混合物A和溶胶B，剧烈搅拌20min得混合液C；
（5）在真空－加压条件下，0.8MPa下10min将混合液C注入马尾松中，用锡泡纸包裹后陈放24h；
（6）在50℃下加热48h，70℃下加热24h，110℃下加热24h即得。
表1 耐热木质复合材料的部分性能指标
本发明方法所制备的耐热木质复合材料的部分性能指标见上表，我们可以看到其具有很好的耐热性能，最高初始温度可达336℃，而原始的木材的初始热解温度仅为272℃，同时其具有很好的力学性能，抗弯强度和抗压强度分别高达113.47MPa和134.92MPa，比原始木材的力学性能提高了很多倍。

Claims (5)

1.一种耐热木质复合材料的制备方法，其特征在于：成分按重量份计，包括以下步骤：
（1）将35-50份甲基丙烯酸缩水甘油酯和聚乙二醇（200）二甲基丙烯酸酯的混合物、0.3-0.5份偶氮二异丁腈和7-10份γ-（甲基丙烯酰氧）-丙基三甲氧基硅烷混合，加热至70℃，保持50-60min，降至室温得混合物A；
（2）将10-15份正硅酸乙酯、20-30份无水乙醇和20-30份去离子水混合后加入烧杯中，用38%的盐酸调节pH为3.5，加热至45℃，并不断搅拌3-3.5h；
（3）加入10-20份四氢呋喃，得溶胶B；
（4）将2-5份马来酸酐溶于2-5份丙酮中，加入混合物A和溶胶B，剧烈搅拌20-30min得混合液C；
（5）在真空－加压条件下，0.8MPa下10min将混合液C注入木材或竹材中，用锡泡纸包裹后陈放24-30h；
（6）在50℃下加热48h，70℃下加热24h，110℃下加热24h即得。
2.根据权利要求 1所述的一种耐热木质复合材料的制备方法，其特征在于：所述甲基丙烯酸缩水甘油酯和聚乙二醇（200）二甲基丙烯酸酯的混合物中甲基丙烯酸缩水甘油酯和聚乙二醇（200）二甲基丙烯酸酯的摩尔比为2:1。
3.根据权利要求 1所述的一种耐热木质复合材料的制备方法，其特征在于：所述木材为针叶木或阔叶木。
4.根据权利要求 3所述的一种耐热木质复合材料的制备方法，其特征在于：所述针叶木为马尾松、落叶松、红松或云杉。
5.根据权利要求 3所述的一种耐热木质复合材料的制备方法，其特征在于：所述阔叶木为桦木、杨木、椴木或桉木。
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