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