CN108789710A - 一种木材用耐磨防水剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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- B27K2240/00—Purpose of the treatment
- B27K2240/70—Hydrophobation treatment
Abstract
本发明公开了一种木材用耐磨防水剂及其制备方法和应用，属于防水改性剂技术领域。木材用耐磨防水剂，以重量份数计，其原料包括以下成分：环氧树脂：40份‑50份，乳酸乙酯：15份‑25份，甘氨酸：5份‑10份，月桂酰胺：2份‑5份，炭黑：1份‑6份，氢氧化铝：2份‑4份；将环氧树脂、乳酸乙酯、甘氨酸、月桂酰胺、炭黑和氢氧化铝放入在反应釜中进行混合均匀，随后转移到真空脱泡机中进行脱泡处理，即得。本发明创新性地引入了环氧树脂、乳酸乙酯和甘氨酸，其中环氧树脂、乳酸乙酯和甘氨酸的联合使用能够提高环氧树脂材料的防水和耐磨性能，其防水性能和耐磨性能均优于现有技术。
Description
技术领域
本发明属于防水改性剂技术领域，具体地说，涉及一种木材用耐磨防水剂及其制备方法和应用。
背景技术
木材是一种天然生物材料，具有纹理美观、强重比高、可加工性强等优点。随着人们生活水平的提高以及对低碳生活的追求，天然可再生材料的使用越来越受到欢迎，在营建公园及住宅小区时越来越多地将木材作为一种主要的户外景观用材，如亭台、栈道、栏杆等。与其它材料相比，木材在制造时所需的能源少，释放出碳的量低，是一种生态环境材料。
木材的主要成分是纤维素、半纤维素和木素，含有大量吸湿性的羟基。因此，木材很容易受水分的影响而出现干缩湿胀、变形开裂等问题，在一定程度上限制了木材的使用价值和应用范围。暴露于室外环境的木材及木制品，由于受雨水淋溶、潮湿环境等气候因子的作用，其表面性状和品质会发生劣化。此外，木材表面由于经常受到外界摩擦，容易出现木材表面的表皮脱落，不仅影响外观，而且会导致外界水分进入到木材内部，造成木材内部腐蚀；因此研发一种既能耐磨又能防水的木材用溶剂是非常重要的。
目前关于木材用耐磨防水剂的改性研究较少；中国发明专利(申请号：201510835934.1，公开公告号：CN 105293992A)公开了一种木材高效渗透型有机硅防水剂及其制备方法，由以下原料配制而成，硅树脂预聚物30-40％，羟基硅油与二甲基硅油混合物35-40％，有机硅交联剂5-10％，长链烷基硅烷5-10％，有机硅季铵盐1-2％，pH调节有机溶液1-2％，助剂2-10％，纳米填料2-5％；所述硅树脂预聚物为丙基与辛基硅树脂共聚物，所述百分比均为质量百分比；中国发明专利(申请号：201610065494.0，公开公告号：CN105729600A)公开了一种木材防水剂、其制备方法及利用防水剂制备防水木材的方法，所述木材防水剂的制备方法包括首先制备包括羟基硅油、含氢硅油、表面活性剂、纳米二氧化硅、微米二氧化硅和水的硅油乳液原液；接着将硅油乳液原液稀释成不同浓度的硅油乳液；然后加入催化剂，溶解混合均匀。但上述现有专利中提及到的试剂存在以下问题：含硅油等有毒物质，在木材表面发生燃烧或者接触高温时容易挥发到环境中，对人体健康产生影响；制备的防水剂防水性能一般，耐磨性能也非常差，涂覆在木材表面很容易脱落，会造成木材表面防水层的损伤，使得外界水分容易进入木材内部。
发明内容
1、要解决的问题
针对现有的木材用耐磨防水剂的防水耐磨性能较差的问题，本发明提供一种木材用耐磨防水剂及其制备方法和应用，它可以提高耐磨防水剂的防水耐磨性能。
2、技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种木材用耐磨防水剂，以重量份数计，其原料包括以下成分：
环氧树脂：40份-50份，具体应用时，可以选择40份、41份、42份、43份、44份、45份、46份、47份、48份、49份、50份等数值；
乳酸乙酯：15份-25份，具体应用时，可以选择15份、16份、17份、18份、19份、20份、21份、22份、23份、24份、25份等数值；
甘氨酸：5份-10份，具体应用时，可以选择5份、6份、7份、8份、9份、10份等数值；
月桂酰胺：2份-5份，具体应用时，可以选择2份、3份、4份、5份等数值；
炭黑：1份-6份，具体应用时，可以选择1份、2份、3份、4份、5份、6份等数值；
氢氧化铝：2份-4份，具体应用时，可以选择2份、3份、4份等数值。
优选地，所述的木材用耐磨防水剂，以重量份数计，其原料包括以下成分：
环氧树脂：43份-47份，
乳酸乙酯：18份-23份，
甘氨酸：6份-7份，
月桂酰胺：2份-5份，
炭黑：3份-5份，
氢氧化铝：2份-4份。
优选地，所述的木材用耐磨防水剂，以重量份数计，其原料包括以下成分：
环氧树脂：45份，
乳酸乙酯：20份，
甘氨酸：7份，
月桂酰胺：4份，
炭黑：4份，
氢氧化铝：3份。
优选地，所述的环氧树脂、所述的乳酸乙酯、所述的甘氨酸三者之间的重量比为8：4：1。
优选地，所述的月桂酰胺与所述的炭黑的重量比为1：1。
优选地，所述的炭黑为N220、N330、N550、N774、N990复配而成，质量份数比为1:2:2:3:2。
一种木材用耐磨防水剂的制备方法，其步骤包括：
将环氧树脂、乳酸乙酯、甘氨酸、月桂酰胺、炭黑和氢氧化铝放入在反应釜中进行混合均匀，随后转移到真空脱泡机中进行脱泡处理，即得。
优选地，反应釜的温度为120℃-160℃，具体应用时，可以选择120℃、121℃、122℃、123℃、124℃、125℃、126℃、127℃、128℃、129℃、130℃、131℃、132℃、133℃、134℃、135℃、136℃、137℃、138℃、139℃、140℃、141℃、142℃、143℃、144℃、145℃、146℃、147℃、148℃、149℃、150℃、150℃、151℃、152℃、153℃、154℃、155℃、156℃、157℃、158℃、159℃、160℃等数值，反应釜的压强为0.6MPa-1.2MPa，具体应用时，可以选择0.6MPa、0.7MPa、0.8MPa、0.9MPa、1.0MPa、1.1MPa、1.2MPa等数值。
优选地，脱泡的温度为50℃-60℃，具体应用时，可以选择50℃、51℃、52℃、53℃、54℃、55℃、56℃、57℃、58℃、59℃、60℃等数值；脱泡的时间为3h-4h，具体应用时，可以选择3h、3.1h、3.2h、3.3h、3.4h、3.5h、3.6h、3.7h、3.8h、3.9h、4h等数值。
一种木材用耐磨防水剂在木材耐磨防水上的应用。
3、有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
本发明创新性地引入了环氧树脂、乳酸乙酯和甘氨酸，其中环氧树脂、乳酸乙酯和甘氨酸的联合使用能够提高环氧树脂材料的防水和耐磨性能，其耐磨性能指标和防水性能指标均优于现有技术；同时耐磨防水剂的配方中原料均为低毒性或无毒性物质，降低了耐磨防水剂使用时对人体健康的伤害；此外，月桂酰胺和炭黑的联合使用不仅能改善耐磨防水剂的疏水性能，促使乳酸乙酯和甘氨酸能够填充环氧树脂分子之间的缝隙，而且还增强了木材表面的耐磨性；氢氧化铝作为水合氢氧化物，其可以在聚合物表面形成Al2O3保护膜，既阻挡了水分的进入，又减少了耐磨防水层的磨损。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
实施例1
本实施例木材用耐磨防水剂，以重量份数计，其原料包括以下成分：
环氧树脂：50份，
乳酸乙酯：15份，
甘氨酸：5份，
月桂酰胺：2份，
炭黑：1份，所述的炭黑为N220、N330、N550、N774、N990复配而成，质量份数比为1:2:2:3:2，
氢氧化铝：2份。
上述木材用耐磨防水剂的制备方法，其步骤包括：
将环氧树脂、乳酸乙酯、甘氨酸、月桂酰胺、炭黑和氢氧化铝放入在反应釜中进行混合均匀，反应釜的温度为120℃，反应釜的压强为0.6MPa，随后转移到真空脱泡机中进行脱泡处理，脱泡的温度为50℃，脱泡的时间为3h，即得。
实施例2
本实施例木材用耐磨防水剂，以重量份数计，其原料包括以下成分：
环氧树脂：40份-，
乳酸乙酯：5份，
甘氨酸：10份，
月桂酰胺：5份，
炭黑：6份，所述的炭黑为N220、N330、N550、N774、N990复配而成，质量份数比为1:2:2:3:2，
氢氧化铝：4份。
上述木材用耐磨防水剂的制备方法，其步骤包括：
将环氧树脂、乳酸乙酯、甘氨酸、月桂酰胺、炭黑和氢氧化铝放入在反应釜中进行混合均匀，反应釜的温度为160℃，反应釜的压强为1.2MPa，随后转移到真空脱泡机中进行脱泡处理，脱泡的温度为50℃，脱泡的时间为3h，即得。
实施例3
本实施例木材用耐磨防水剂，以重量份数计，其原料包括以下成分：
环氧树脂：42份，
乳酸乙酯：23份，
甘氨酸：9份，
月桂酰胺：3份，
炭黑：2份，所述的炭黑为N220、N330、N550、N774、N990复配而成，质量份数比为1:2:2:3:2，
氢氧化铝：4份。
上述木材用耐磨防水剂的制备方法，其步骤包括：
将环氧树脂、乳酸乙酯、甘氨酸、月桂酰胺、炭黑和氢氧化铝放入在反应釜中进行混合均匀，反应釜的温度为140℃，反应釜的压强为0.8MPa，随后转移到真空脱泡机中进行脱泡处理，脱泡的温度为60℃，脱泡的时间为4h，即得。
实施例4
本实施例木材用耐磨防水剂，以重量份数计，其原料包括以下成分：
环氧树脂：43份，
乳酸乙酯：23份，
甘氨酸：6份，
月桂酰胺：2份，
炭黑：3份，所述的炭黑为N220、N330、N550、N774、N990复配而成，质量份数比为1:2:2:3:2，
氢氧化铝：2份。
上述木材用耐磨防水剂的制备方法，其步骤包括：
将环氧树脂、乳酸乙酯、甘氨酸、月桂酰胺、炭黑和氢氧化铝放入在反应釜中进行混合均匀，反应釜的温度为130℃，反应釜的压强为0.9MPa，随后转移到真空脱泡机中进行脱泡处理，脱泡的温度为55℃，脱泡的时间为3.5h，即得。
实施例5
本实施例木材用耐磨防水剂，以重量份数计，其原料包括以下成分：
环氧树脂：47份，
乳酸乙酯：18份，
甘氨酸：7份，
月桂酰胺：5份，
炭黑：5份，所述的炭黑为N220、N330、N550、N774、N990复配而成，质量份数比为1:2:2:3:2，
氢氧化铝：4份。
上述木材用耐磨防水剂的制备方法，其步骤包括：
将环氧树脂、乳酸乙酯、甘氨酸、月桂酰胺、炭黑和氢氧化铝放入在反应釜中进行混合均匀，反应釜的温度为150℃，反应釜的压强为1.1MPa，随后转移到真空脱泡机中进行脱泡处理，脱泡的温度为54℃，脱泡的时间为3h，即得。
实施例6
本实施例木材用耐磨防水剂，以重量份数计，其原料包括以下成分：
环氧树脂：46份，
乳酸乙酯：22份，
甘氨酸：6份，
月桂酰胺：3份，
炭黑：3份，所述的炭黑为N220、N330、N550、N774、N990复配而成，质量份数比为1:2:2:3:2，
氢氧化铝：4份。
上述木材用耐磨防水剂的制备方法，其步骤包括：
将环氧树脂、乳酸乙酯、甘氨酸、月桂酰胺、炭黑和氢氧化铝放入在反应釜中进行混合均匀，反应釜的温度为150℃，反应釜的压强为0.7MPa，随后转移到真空脱泡机中进行脱泡处理，脱泡的温度为56℃，脱泡的时间为3.7h，即得。
实施例7
本实施例木材用耐磨防水剂，以重量份数计，其原料包括以下成分：
环氧树脂：45份，
乳酸乙酯：20份，
甘氨酸：7份，
月桂酰胺：4份，
炭黑：4份，所述的炭黑为N220、N330、N550、N774、N990复配而成，质量份数比为1:2:2:3:2，
氢氧化铝：3份。
上述木材用耐磨防水剂的制备方法，其步骤包括：
将环氧树脂、乳酸乙酯、甘氨酸、月桂酰胺、炭黑和氢氧化铝放入在反应釜中进行混合均匀，反应釜的温度为145℃，反应釜的压强为0.8MPa，随后转移到真空脱泡机中进行脱泡处理，脱泡的温度为60℃，脱泡的时间为4h，即得。
实施例8
本实施例木材用耐磨防水剂，以重量份数计，其原料包括以下成分：
环氧树脂：44份，
乳酸乙酯：22份，
甘氨酸：5.5份，
月桂酰胺：3份，
炭黑：4份，所述的炭黑为N220、N330、N550、N774、N990复配而成，质量份数比为1:2:2:3:2，
氢氧化铝：3份；
其中所述的环氧树脂、所述的乳酸乙酯、所述的甘氨酸三者之间的重量比为8：4：1，具体应用时，环氧树脂的重量份数可以选择40份、48份等数值，对应乳酸乙酯的重量份数可以选择20份、24份等数值，对应的甘氨酸的重量份数可以选择5份、6份等数值。
上述木材用耐磨防水剂的制备方法，其步骤包括：
将环氧树脂、乳酸乙酯、甘氨酸、月桂酰胺、炭黑和氢氧化铝放入在反应釜中进行混合均匀，反应釜的温度为120℃，反应釜的压强为0.6MPa，随后转移到真空脱泡机中进行脱泡处理，脱泡的温度为58℃，脱泡的时间为4h，即得。
实施例9
本实施例木材用耐磨防水剂，以重量份数计，其原料包括以下成分：
环氧树脂：47份，
乳酸乙酯：22份，
甘氨酸：7份，
月桂酰胺：4份，
炭黑：4份，所述的炭黑为N220、N330、N550、N774、N990复配而成，质量份数比为1:2:2:3:2，
氢氧化铝：3份；
其中所述的月桂酰胺与所述的炭黑的重量比为1：1，具体应用时，月桂酰胺的重量份数可以选择2份、3份、5份等数值，相应的炭黑的重量份数可以选择2份、3份、5份等数值。
上述木材用耐磨防水剂的制备方法，其步骤包括：
将环氧树脂、乳酸乙酯、甘氨酸、月桂酰胺、炭黑和氢氧化铝放入在反应釜中进行混合均匀，反应釜的温度为135℃，反应釜的压强为1.2MPa，随后转移到真空脱泡机中进行脱泡处理，脱泡的温度为57℃，脱泡的时间为4h，即得。
对比例1
本实施例木材用耐磨防水剂，以重量份数计，其原料包括以下成分：
环氧树脂：47份，
月桂酰胺：4份，
炭黑：4份，所述的炭黑为N220，
氢氧化铝：3份；
上述木材用耐磨防水剂的制备方法，其步骤包括：
将环氧树脂、月桂酰胺、炭黑和氢氧化铝放入在反应釜中进行混合均匀，反应釜的温度为135℃，反应釜的压强为1.2MPa，随后转移到真空脱泡机中进行脱泡处理，脱泡的温度为57℃，脱泡的时间为4h，即得。
对比例2
本实施例木材用耐磨防水剂，以重量份数计，其原料包括以下成分：
环氧树脂：44份，
乳酸乙酯：22份，
甘氨酸：5.5份，
氢氧化铝：3份；
上述木材用耐磨防水剂的制备方法，其步骤包括：
将环氧树脂、乳酸乙酯、甘氨酸和氢氧化铝放入在反应釜中进行混合均匀，反应釜的温度为120℃，反应釜的压强为0.6MPa，随后转移到真空脱泡机中进行脱泡处理，脱泡的温度为58℃，脱泡的时间为4h，即得。
对比例3
本实施例木材用耐磨防水剂，以重量份数计，其原料包括以下成分：
环氧树脂：45份，
甘氨酸：7份，
炭黑：4份，所述的炭黑为N990复配而成，
氢氧化铝：3份；
上述木材用耐磨防水剂的制备方法，其步骤包括：
将环氧树脂、甘氨酸、炭黑和氢氧化铝放入在反应釜中进行混合均匀，反应釜的温度为145℃，反应釜的压强为0.8MPa，随后转移到真空脱泡机中进行脱泡处理，脱泡的温度为60℃，脱泡的时间为4h，即得。
对比例4
中国发明专利，申请号：201610065494.0，公开公告号：CN 105729600A，公开一种木材防水剂、其制备方法及利用防水剂制备防水木材的方法，参照其说明书的实施例3；
本实施例木材用耐磨防水剂：
(1)制备硅油乳液原液：
(1A)按照如下重量配比准备原料(g)
其中，所述羟基硅油的羟基含量为4％；含氢硅油为含氢量为1.0％的甲基含氢硅油；表面活性剂选择非离子表面活性剂烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)；纳米二氧化硅的粒径为16nm-50nm；微米二氧化硅的粒径为4000目-6000目；
(1B)首先将羟基硅油、含氢硅油混合均匀后依次加入表面活性剂、纳米二氧化硅、微米二氧化硅和水，并搅拌混匀；接着在搅拌速度为8000rpm的状态下搅拌30min；然后将混合物料放入超声波清洗器中进行超声波处理，制成硅油初乳液，其中超声波处理时间为20mi n；超声波频率为40KHz；
(1C)将硅油初乳液置于高压均质机中进行高压均质处理，均质压力为40MPa，均质处理2次，制得硅油乳液原液，备用。
硅油乳液原液的固含量按照如下方法测得：称取硅油乳液原液20g，放入103℃烘箱烘至恒重，称量，计算固含量为27％。
(2)向硅油乳液原液中加入水，稀释成固含量为12％的硅油乳液。
(3)向硅油乳液中加入催化剂硝酸锌，搅拌，溶解均匀，制得木材耐磨防水剂，其中乙酸锌的添加量与硅油乳液的重量之比为0.4:100。
实施例11
实施例1-9和对比例1-4中木材用耐磨防水剂在木材耐磨防水上的应用：
(1)将木材置于压力浸注罐内先进行真空处理，相对真空度为-0.085MPa，处理时间为60min；
(2)将木材用耐磨防水剂导入浸注罐内，进行加压处理，加压处理的相对压力为0.5Mp a，处理时间为60min；
(3)取出木材，并在60℃条件下烘干24小时，然后在103℃条件下烘干至恒重，制得耐磨防水木材。
随后，我们考察不同耐磨防水木材相应耐磨防水剂的性能指标，其结果如下(如表1所示)：
表1
| 耐磨性能 | 防水性能 | |
| 对比例1 | 阿克隆磨耗体积0.82cm3/1.61km | 1.0MPa，12min不透水 |
| 对比例2 | 阿克隆磨耗体积0.71cm3/1.61km | 1.0MPa，17min不透水 |
| 对比例3 | 阿克隆磨耗体积0.74cm3/1.61km | 1.0MPa，10min不透水 |
| 对比例4 | 阿克隆磨耗体积0.57cm3/1.61km | 1.0MPa，26min不透水 |
| 实施例1 | 阿克隆磨耗体积0.35cm3/1.61km | 1.0MPa，42min不透水 |
| 实施例2 | 阿克隆磨耗体积0.37cm3/1.61km | 1.0MPa，40min不透水 |
| 实施例3 | 阿克隆磨耗体积0.32cm3/1.61km | 1.0MPa，47min不透水 |
| 实施例4 | 阿克隆磨耗体积0.26cm3/1.61km | 1.0MPa，55min不透水 |
| 实施例5 | 阿克隆磨耗体积0.31cm3/1.61km | 1.0MPa，51min不透水 |
| 实施例6 | 阿克隆磨耗体积0.22cm3/1.61km | 1.0MPa，63min不透水 |
| 实施例7 | 阿克隆磨耗体积0.18cm3/1.61km | 1.0MPa，58min不透水 |
| 实施例8 | 阿克隆磨耗体积0.14cm3/1.61km | 1.0MPa，74min不透水 |
| 实施例9 | 阿克隆磨耗体积0.19cm3/1.61km | 1.0MPa，69min不透水 |
注：耐磨性能的测试标准采用GB/T 1689-2014《硫化橡胶耐磨性能的测定(用阿克隆磨耗试验机)》；氧指数的测试标准采用GB18173-2012《高分子防水材料》，其中标准测试条件包括0.2MPa压力下，本发明采用1.0MPa，其他条件不变。
综上所述，本发明创新性地引入了环氧树脂、乳酸乙酯和甘氨酸，其中环氧树脂、乳酸乙酯和甘氨酸的联合使用能够提高环氧树脂材料的防水和耐磨性能，其耐磨性能指标和防水性能均优于现有技术，尤其是所述的环氧树脂、所述的乳酸乙酯、所述的甘氨酸三者之间的重量比为8：4：1，显著性差异最大。
以上内容是结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，不能认定本发明具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明所提交的权利要求书确定的保护范围。
Claims (10)
1.一种木材用耐磨防水剂，其特征在于：以重量份数计，其原料包括以下成分：
环氧树脂：40份-50份，
乳酸乙酯：15份-25份，
甘氨酸：5份-10份，
月桂酰胺：2份-5份，
炭黑：1份-6份，
氢氧化铝：2份-4份。
2.根据权利要求1所述的一种木材用耐磨防水剂，其特征在于：所述的木材用耐磨防水剂，以重量份数计，其原料包括以下成分：
环氧树脂：43份-47份，
乳酸乙酯：18份-23份，
甘氨酸：6份-7份，
月桂酰胺：2份-5份，
炭黑：3份-5份，
氢氧化铝：2份-4份。
3.根据权利要求1或2所述的一种木材用耐磨防水剂，其特征在于：所述的木材用耐磨防水剂，以重量份数计，其原料包括以下成分：
环氧树脂：45份，
乳酸乙酯：20份，
甘氨酸：7份，
月桂酰胺：4份，
炭黑：4份，
氢氧化铝：3份。
4.根据权利要求1所述的一种木材用耐磨防水剂，其特征在于：所述的环氧树脂、所述的乳酸乙酯、所述的甘氨酸三者之间的重量比为8：4：1。
5.根据权利要求1或2所述的一种木材用耐磨防水剂，其特征在于：所述的月桂酰胺与所述的炭黑的重量比为1：1。
6.根据权利要求1或2所述的一种木材用耐磨防水剂，其特征在于：所述的炭黑为N220、N330、N550、N774、N990复配而成，质量份数比为1:2:2:3:2。
7.一种木材用耐磨防水剂的制备方法，其步骤包括：
将环氧树脂、乳酸乙酯、甘氨酸、月桂酰胺、炭黑和氢氧化铝放入在反应釜中进行混合均匀，随后转移到真空脱泡机中进行脱泡处理，即得。
8.根据权利要求7所述的一种木材用耐磨防水剂的制备方法，其特征在于：反应釜的温度为120℃-160℃，反应釜的压强为0.6MPa-1.2MPa。
9.根据权利要求7所述的一种木材用耐磨防水剂的制备方法，其特征在于：脱泡的温度为50℃-60℃，脱泡的时间为3h-4h。
10.一种木材用耐磨防水剂在木材耐磨防水上的应用。
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