CN109795000A - 高导热单板石墨烯浸渍改性木材的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出的是一种高导热单板石墨烯浸渍改性木材的制备方法,主要包括如下步骤:1)以石墨烯为导热填料配置石墨烯浸渍改性剂;2)分选单板板材,打磨单板表面与侧边,烘干后得到单板试件;3)将单板试件浸没于浸渍改性剂中,经真空浸渍、常压浸渍后取出沥干,得到导热系数已经提高的石墨烯浸渍改性单板。本发明的优点:1)有效降低木材孔隙率,从而在提升木材导热性能的同时,增强木材本身的密度和稳定性;2)缩短木材升温时间,提高热量传递效率,减少能源消耗;3)可作为基材应用于地采暖地板的生产中,适应于各种采暖方式,具备节能降耗、散热均匀、结构稳定等特点。

Description

高导热单板石墨烯浸渍改性木材的制备方法
技术领域
本发明涉及的是一种高导热单板石墨烯浸渍改性木材的制备方法,属于木材处理工艺技术领域。
背景技术
天然木材的导热系数较低,一般为0.04~0.12 W·m-1·K-1,不易散热也不易导热,属于不良导体。木材传热过程主要以两部分结构作为传热载体,一部分是年轮的致密部分,等同于固体导热;另一部分是木材多孔结构部分的传热。由于空气的导热系数较小,因此被空气填充的腔孔体积越大,则导热性能越差,即木材中被空气填充的腔孔体积与细胞总体积之比(孔隙率)越高,则密度越低,导热系数也就越低。
石墨烯(Graphene)是由碳六元环组成的二维周期蜂窝状点阵结构,是构筑其它维度碳质材料(零维的富勒烯、一维的碳纳米管、三维的石墨)的基本单元,具有超大的表面积、良好的导热性、极佳的载流子迁移率、高强度、高透明度等优质、独特的性能,成为具有广阔应用领域的明星材料,可用于配制木材改性剂,用于提升木材导热性能,同时增强木材本身的密度和稳定性。
发明内容
本发明的目的在于针对天然木材导热系数较低的问题,提供一种利用石墨烯制备高导热单板石墨烯浸渍改性剂,以提高木材导热系数,及以此改性剂制得的改性材作为地采暖地板木质基材的方法。
本发明的技术解决方案:高导热单板石墨烯浸渍改性木材的制备方法包括如下步骤:
1)以石墨烯为导热填料配置石墨烯浸渍改性剂;
2)分选单板板材,打磨单板表面与侧边,烘干后得到单板试件;
3)将单板试件浸没于浸渍改性剂中,经真空浸渍、常压浸渍后取出沥干,得到导热系数已经提高的石墨烯浸渍改性单板。
所述步骤1)中的石墨烯浸渍改性剂为石墨烯/酚醛树脂浸渍改性剂或石墨烯/聚乙烯醇浸渍改性剂。
所述的石墨烯/酚醛树脂浸渍改性剂的配制方法具体包括如下步骤:在水性酚醛树脂中加入适量的无水乙醇,将其稀释为固含量为15% ~ 30%的低浓度酚醛树脂,加入稀释后酚醛树脂固含量1% ~ 3%的石墨烯粉末,经过磁力搅拌10 ~ 30 min形成共混溶液,再经过超声破碎仪在超声功率80 w条件下进行超声分散20 ~ 30 min,得到石墨烯/酚醛树脂浸渍改性剂。
所述的石墨烯/聚乙烯醇浸渍改性剂的配制方法具体包括如下步骤:将聚乙烯醇和蒸馏水缓慢地倒入水浴锅中,用玻璃棒不停搅拌,经过磁力搅拌45 ~ 60 min得到质量浓度为5 ~ 15%聚乙烯醇水溶液,加入聚乙烯醇水溶液固体溶质含量1% ~ 3%的石墨烯粉末,经过磁力搅拌形成共混溶液,再经过超声破碎仪在超声功率80 w条件下进行超声分散20 ~30 min,得到石墨烯/聚乙烯醇浸渍改性剂。
所述步骤2)具体包括如下步骤:对木材单板板材进行分选,去除有虫眼虫斑、发霉的板材,选择无结无疤无霉的板材,用400目的砂纸将分选后的板材表面及侧边打磨砂光,放入烘箱中,在60 ~ 80℃条件下对试件干燥2h后,在烘箱中静置10 ~ 20 min得到单板试件。
所述步骤3)具体包括如下步骤:向真空浸渍罐内部添加石墨烯浸渍改性剂,将单板试件从烘箱中取出,浸没于石墨烯浸渍改性剂中,关闭真空浸渍罐阀门,抽真空30 min,在真空条件下(真空度14 psi)浸渍1 ~ 1.5 h;打开阀门,在常压条件下浸渍0.5 ~ 1 h,取出沥干表面浸渍改性剂,陈放干燥,即得到高导热单板石墨烯浸渍改性木材单板。
本发明的优点:
1)有效降低木材孔隙率,从而在提升木材导热性能的同时,增强木材本身的密度和稳定性;
2)不仅可以大大缩短升温时间,提高热量传递效率,也可以减少能源消耗,积极响应国家“节能减排、低碳环保”的号召,促进地采暖地板产业升级、提升产品附加价值,避免同质化竞争,促使家居木制品行业朝着“绿色家居、健康家居”的方向发展;
3)改性后的的木材可作为基材应用于地采暖地板的生产中,不仅适应于低温热水辐射采暖、发热电缆辐射采暖、电热膜采暖等各种采暖方式,而且能够有效缩短地板的传热时间,具备节能降耗、散热均匀、结构稳定等优点。
附图说明
图1是石墨烯/酚醛树脂浸渍改性剂制备方法流程图。
图2是石墨烯/聚乙烯醇浸渍改性剂制备方法流程图。
图3是本发明高导热单板石墨烯浸渍改性木材的制备方法流程图。
具体实施方式
下面根据实施例进一步说明本发明的技术方案。
利用石墨烯提高木材导热系数的方法,主要是先以石墨烯为导热填料,配制浸渍改性剂;再经分选无结无疤无霉、打磨单板表面与侧边,得到单板试件;将单板试件浸没于浸渍改性剂中,经真空浸渍、常压浸渍一段时间后取出沥干,得到导热系数已经提高的石墨烯浸渍改性单板。
实施例1:石墨烯/酚醛树脂浸渍改性单板的制备
由于水溶性酚醛树脂固含量较高,不易浸渍且会固化于设备,造成设备清理的困难,需用无水乙醇对其稀释至固含量为15% ~ 30%。将稀释后的酚醛树脂与添加量为1% ~ 3%的石墨烯混合得到共混溶液,此处添加量定义为:混合后的酚醛树脂的质量比(固含量)为1% ~3%;将共混溶液进行磁力搅拌10 ~ 30 min后采用超声破碎仪进行超声分散(超声功率为80w,超声时间为20 ~ 30min),即得到石墨烯/酚醛树脂浸渍改性剂。
对速生杨木单板进行分选,去除有虫眼虫斑、发霉的板材,以便于浸渍剂更好的进入木材细胞。以400目的砂纸将分选后的试件表面及侧边打磨砂光,避免破坏试件表面纹理、试件表面平整细腻即可。以60 ~ 80℃对试件干燥2 h后,避免立即取出,在烘箱中静置10 ~ 20 min,取出浸没于石墨烯/酚醛树脂浸渍改性剂中。关闭真空浸渍罐阀门,抽真空30min至真空度为14 psi,达到真空条件,在此条件下浸渍1 ~ 1.5 h;打开阀门,在常压条件下浸渍0.5 ~ 1 h,取出沥干表面浸渍液,陈放干燥,得到石墨烯/酚醛树脂浸渍改性单板。
实施例2:石墨烯/聚乙烯醇浸渍改性单板的制备
将聚乙烯醇(p1788型,醇解度:87.0~89.0%(mol/mol))缓慢地倒入水浴锅中,并用玻璃棒不停搅拌,与锅内蒸馏水充分接触以避免凝结成团,最后磁力搅拌45 ~ 60 min得到质量浓度为5 ~ 15%的聚乙烯醇水溶液;将聚乙烯醇水溶液与添加量为1% ~ 3%的石墨烯混合得到共混溶液,此处添加量定义为:混合后的聚乙烯醇水溶液溶质质量的1% ~ 3%;将共混溶液放入超声破碎仪中进行超声分散(超声功率为80w,超声时间为20 ~ 30 min),即得到石墨烯/聚乙烯醇浸渍改性剂。
对速生杨木单板进行分选,去除有虫眼虫斑、发霉的板材,以便于浸渍剂更好的进入木材细胞。以400目的砂纸将分选后的试件表面及侧边打磨砂光,避免破坏试件表面纹理、试件表面平整细腻即可。以60 ~ 80℃对试件干燥2 h后,避免立即取出,在烘箱中静置10 ~ 20 min,取出浸没于石墨烯/聚乙烯醇浸渍改性剂中。关闭真空浸渍罐阀门,抽真空30min至真空度为14 psi,达到真空条件,在此条件下浸渍1 ~ 1.5 h;打开阀门,在常压条件下浸渍0.5 ~ 1 h,取出沥干表面浸渍液,陈放干燥,得到石墨烯/聚乙烯醇浸渍改性单板。
以上所述仅为本发明较佳的几种具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.高导热单板石墨烯浸渍改性剂的配制方法,其特征是包括如下步骤:
1)以石墨烯为导热填料配置石墨烯浸渍改性剂;
2)分选单板板材,打磨单板表面与侧边,烘干后得到单板试件;
3)将单板试件浸没于浸渍改性剂中,经真空浸渍、常压浸渍后取出沥干,得到高导热单板石墨烯浸渍改性单板。
2.根据权利要求1所述的高导热单板石墨烯浸渍改性剂的配制方法,其特征是所述步骤1)中的石墨烯浸渍改性剂为石墨烯/酚醛树脂浸渍改性剂或石墨烯/聚乙烯醇浸渍改性剂。
3.根据权利要求2所述的高导热单板石墨烯浸渍改性剂的配制方法,其特征是所述的石墨烯/酚醛树脂浸渍改性剂的配制方法具体包括如下步骤:在水性酚醛树脂中加入无水乙醇,将其稀释为固含量为15% ~ 30%的低浓度水性酚醛树脂,加入质量为稀释后低浓度水性酚醛树脂中酚醛树脂固含量的1% ~ 3%的石墨烯粉末,经过磁力搅拌10 ~ 30 min形成共混溶液,再经过超声破碎仪在超声功率80 W条件下进行超声分散20 ~ 30 min,得到石墨烯/酚醛树脂浸渍改性剂。
4.根据权利要求2所述的高导热单板石墨烯浸渍改性剂的配制方法,其特征是所述的石墨烯/聚乙烯醇浸渍改性剂的配制方法具体包括如下步骤:将聚乙烯醇和蒸馏水缓慢地倒入水浴锅中,用玻璃棒不停搅拌,经过磁力搅拌45 ~ 60 min得到质量浓度为5% ~ 15%聚乙烯醇水溶液,加入质量为聚乙烯醇水溶液中固体溶质含量的1% ~ 3%的石墨烯粉末,经过磁力搅拌形成共混溶液,再经过超声破碎仪在超声功率80w条件下进行超声分散20 ~30min,得到石墨烯/聚乙烯醇浸渍改性剂。
5.根据权利要求1所述的高导热单板石墨烯浸渍改性剂的配制方法,其特征是所述步骤2)具体包括如下步骤:对木材单板板材进行分选,去除有虫眼虫斑、发霉的板材,选择无结无疤无霉的板材,用400目的砂纸将分选后的板材表面及侧边打磨砂光,放入烘箱中,在60 ~ 80 ℃条件下对试件干燥2 h后,在烘箱中静置10 ~ 20 min,得到单板试件。
6.根据权利要求1所述的高导热单板石墨烯浸渍改性剂的配制方法,其特征是所述步骤3)具体包括如下步骤:向真空浸渍罐内部添加石墨烯浸渍改性剂,将单板试件从烘箱中取出,浸没于石墨烯浸渍改性剂中,关闭真空浸渍罐阀门,抽真空30 min,在真空度为14psi的条件下浸渍1 ~ 1.5 h;打开阀门,在常压条件下浸渍0.5 ~ 1 h,取出沥干表面浸渍改性剂,陈放干燥,即得到高导热单板石墨烯浸渍改性木材单板。
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