CN110014490A - 基于高湿环境用的木材改性剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于属于木材改性技术领域，特别涉及一种基于高湿环境用的木材改性剂及其制备方法，木材改性剂的原料包括石蜡、硬脂酸、三乙醇胺、K12、氨水、水、三聚氰胺、尿素、二羟甲基二乙基脲、纳米二氧化硅、聚乙烯醇；制备方法包括如下步骤：在反应釜中加入所述水、石蜡、硬脂酸，调pH＝8.8‑9.3，搅拌条件下升温至50～60℃时，向反应釜中加入所述尿素、三聚氰胺并搅拌均匀；继续加热，依次加入所述聚乙烯醇、二羟甲基二乙基脲(DM)、三乙醇胺、K12、浓氨水、水；加入所述催化剂，保温至反应终点，加入纳米二氧化硅，保温反应；调节反应体系pH＝8.0‑8.5，制得产品；该木材改性剂能显著提高木材的强度和密度，降低木材的湿涨性和干缩性。

Description

基于高湿环境用的木材改性剂及其制备方法
技术领域
本发明属于属于木材改性技术领域，特别涉及一种基于高湿环境用的木材改性剂及其制备方法。
背景技术
木材及木材质材料作为社会经济建设中的重要生产资料，不仅广泛应用于日常生活中的各个技术领域，还广泛应用于交通、建筑、航天等工业领域，随着世界范围内森林资源日益短缺，特别是珍贵木材数量日益锐减，近年来大量的速生树种被广泛栽培，以满足全球范围内的木材供应，因此利用速生材进行物理或化学改性处理，不仅提高了速生材的附加值，还起到了保护珍贵树种资源的作用，但是与天然林木相比，速生树种受到生产年限短等因素限制，导致早晚材差异很大，树质疏松，力学性能较差，因此限制了速生材在生活中的应用，由于木材是一种天然的具有多孔性的高分子材料，由不同大小、形状和不同连通情况的管状单元交错连接而成，具有流体可渗透性，其特有的多孔状结构为木材改性提供了基础。正是这种特殊的结构为木材改性提供了依据。
由于木制品在使用的过程中容易受潮，特别是在高湿环境下就更容易吸湿受潮导致尺寸变化而影响其使用甚至报废，现有的木材改性剂在防潮方面，特别是高温环境下的防潮效果均不佳。
另外现有的木材改性剂形成的聚合物往往与木材基质界面相互作用力弱，导致水分和微生物可继续通过界面缝隙侵蚀木材基质，改善木材耐久性的程度减弱；另外，这些木材改性剂虽然含有功能键可实现与木材基质的键合，但往往具有毒性，且来源窄、制备困难，因此导致其价格昂贵，限制了此类方法在木材改性中的应用。
发明内容
本发明解决现有技术中存在的上述技术问题，提供一种基于高湿环境用的木材改性剂及其制备方法。
为解决上述问题，本发明的技术方案如下：
一种高湿环境用木材改性剂，包括以下重量份的原料：
石蜡 9-20份；
硬脂酸 0.8-4份；
三乙醇胺 1.2-2.5份；
K12 0.4-0.6份；
浓氨水(NH3·H2O) 0.5-0.8份；
水 46-68份；
三聚氰胺 10-15份；
尿素 2-5份；
二羟甲基二乙基脲(DM) 5-8份；
纳米二氧化硅 0.2-0.6份；
聚乙烯醇 0.8-1.2份；
催化剂 0.3-0.6份。
优选地，所述的催化剂包括硫酸铵，柠檬酸、甲酸、硼酸的一种或几种。
优选地，所述的水为去离子水。
上述高湿环境用木材改性剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，在反应釜中加入所述水、石蜡、硬脂酸，调pH＝8.8-9.3，搅拌条件下升温；
步骤2，步骤1所述反应釜内温度上升至50～60℃时，向反应釜中加入所述尿素、三聚氰胺并搅拌均匀；
步骤3，继续加热，温度上升至70～90℃时，向反应釜中依次加入所述聚乙烯醇、二羟甲基二乙基脲(DM)、三乙醇胺、K12、浓氨水、水，保持pH>7.5；
步骤4，冷却至73℃，加入所述催化剂，在71-75℃下，保温至反应终点，调pH＝8.5-8.8，加入纳米二氧化硅，保温反应；
步骤5，调节反应体系pH＝8.0-8.5，制得产品。
优选地，所述制备方法中，搅拌速度为400-800转/分钟。
优选地，所述步骤3的具体步骤为：温度上升至70～90℃时，加入聚乙烯醇，二羟甲基二乙基脲(DM)，搅拌均匀后，加三乙醇胺，保温15min，加K12保温15min，加浓氨水保温10min，加H2O保温10min，保持pH>7.5。
优选地，所述步骤4中，保温至反应终点的判断方法为：将反应液滴入30℃水呈颗粒片状下沉为止。
优选地，所述步骤4中，加入纳米二氧化硅之前，反应体系先冷却至65℃；加入纳米二氧化硅之后，保温反应的条件为：在55-60℃条件下，保温反应15分钟。
优选地，所述步骤5中，先将反应体系温度降至45℃以下，再调节反应体系pH。
相对于现有技术，本发明的优点如下，
本发明提供了一种基于高湿环境用的木材改性剂，该木材改性剂能显著提高木材的强度和密度，降低木材的湿涨性和干缩性，同时其环境友好性好；
使用本发明的木材改性剂对意杨进行改性处理后，木材的气干密度由改性前的0.380g/cm3提高到0.583g/cm3，基本密度由原来的0.332g/cm3，提高到0.513g/cm3，木材的抗弯强度由改造前的45MPa提高到68MPa，顺纹抗压强度由改造前的35MPa提高到54MPa，且其吸水率降低60％。
具体实施方式
实施例1：
一种高湿环境用木材改性剂，原料包括石蜡、硬脂酸、三乙醇胺、K12、浓氨水、水、三聚氰胺、尿素、二羟甲基二乙基脲、纳米二氧化硅、聚乙烯醇。各组分的重量份为：石蜡9份、硬脂酸0.8份、三乙醇胺1.2份、K12 0.4份、浓氨水(NH3·H2O)0.5份、三聚氰胺10份、尿素4份、二羟甲基二乙基脲(DM)5份、纳米二氧化硅0.3份、聚乙烯醇1份、催化剂0.4份，去离子水67.4份；其中催化剂采用硫酸铵；
(1)在反应釜中加入水(去离子水总质量的80％)、石蜡、硬脂酸，调pH＝8.8-9.3升温；
(2)加热至温度上升至50～60℃时，向反应釜中加入尿素、三聚氰胺并搅拌均匀；
(3)继续加热，温度上升至70～90℃时，向反应釜中加入聚乙烯醇，二羟甲基二乙基脲(DM)，加三乙醇胺，保温15min，加K12保温15min，加NH3·H2O保温10min，加H2O(去离子水总质量的20％)保温10min，保持pH>7.5。
(4)冷却至73℃，加入所述催化剂，pH＝6.5-6.7，在71-75℃下，保温至终点为：胶滴入30℃水呈颗粒片状下沉为止，调pH＝8.5-8.8，冷却至65℃，加入纳米二氧化硅，在55-60℃，保温至15分钟。
(5)降温在45℃以下，调pH＝8.0-8.5，出料，贮存。
实施例2：
本实施例与实施例1的不同之处在于：本实施例中所述的高湿环境用木材改性剂，各组分的重量份为：各组分的重量石蜡12份、硬脂酸1.3份、三乙醇胺1.5份、K12 0.6份、氨水(NH3·H2O)0.5份、三聚氰胺12份、尿素5份、二羟甲基二乙基脲(DM)8份、纳米二氧化硅0.，2份、聚乙烯醇0.8份、催化剂0.6份，去离子水57.5份；其中催化剂采用柠檬酸。
实施例3：
本实施例与实施例1的不同之处在于：本实施例中所述的高湿环境用木材改性剂，各组分的重量份为：石蜡20份、硬脂酸4份、三乙醇胺2.5份、K12 0.4份、氨水(NH3·H2O)0.8份、三聚氰胺15份、尿素2份、二羟甲基二乙基脲(DM)7份、纳米二氧化硅0.6份、聚乙烯醇1.2份、催化剂0.3份，去离子水46.2份；其中催化剂采用甲酸。
实施例4：
本实施例与实施例1的不同之处在于：催化剂采用盐酸。
实施例5：
本实施例与实施例1的不同之处在于步骤(4)和(5)为：
(4)冷却至73℃，加入所述催化剂，pH＝6.5-6.7，在71-75℃下，保温至终点为：胶滴入30℃水呈颗粒片状下沉为止，出料，贮存。
实施例6：
本实施例与实施例1的不同之处在于步骤(4)和(5)为：
(4)冷却至73℃，加入所述催化剂，pH＝6.5-6.7，在71-75℃下，保温至终点为：胶滴入30℃水呈颗粒片状下沉为止，调pH＝8.5-8.8，冷却至65℃，加入纳米二氧化硅1.0重量份，在55-60℃，保温至15分钟。
(5)降温在45℃以下，调pH＝8.0-8.5，出料，贮存。
实施例7：
本实施例与实施例1的不同之处在于步骤(4)和(5)为：
(4)冷却至73℃，加入所述催化剂，pH＝6.5-6.7，在71-75℃下，保温至终点为：胶滴入30℃水呈颗粒片状下沉为止，调pH＝8.5-8.8，冷却至65℃，加入纳米二氧化钛0.3重量份，在55-60℃，保温至15分钟。
(5)降温在45℃以下，调pH＝8.0-8.5，出料，贮存。
实施例8：
本实施例与实施例1的不同之处在于步骤(4)和(5)为：
(4)冷却至73℃，加入所述催化剂，pH＝6.5-6.7，在71-75℃下，保温至终点为：胶滴入30℃水呈颗粒片状下沉为止，调pH＝8.0，冷却至65℃，加入纳米二氧化硅，在55-60℃，保温至15分钟。
(5)降温在45℃以下，出料，贮存。
实施例9：
本实施例与实施例1的不同之处在于步骤(5)为：
先调pH＝8.0-8.5，再降温在45℃以下，出料，贮存。
实施例10：
使用实施例1-9制备的木材改性剂对意杨进行改性处理，对木材的气干密度、基本密度、抗弯强度、顺纹抗压强度、吸水率等性能进行测试，结果如表1所示。
表1
其中，吸水率降低程度＝未经改性的意杨吸水率-经改性的意杨吸水率
需要说明的是上述实施例仅仅是本发明的较佳实施例，并没有用来限定本发明的保护范围，在上述基础上做出的等同替换或者替代均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种高湿环境用木材改性剂，其特征在于，包括以下重量份的原料：
石蜡9-20份；
硬脂酸0.8-4份；
三乙醇胺1.2-2.5份；
K12 0.4-0.6份；
浓氨水0.5-0.8份；
水46-68份；
三聚氰胺10-15份；
尿素2-5份；
二羟甲基二乙基脲5-8份；
纳米二氧化硅0.2-0.6份；
聚乙烯醇0.8-1.2份；
催化剂0.3-0.6份。
2.如权利要求1所述的高湿环境用木材改性剂，其特征在于，所述的催化剂包括硫酸铵，柠檬酸、甲酸、硼酸的一种或几种。
3.如权利要求1所述的高湿环境用木材改性剂，其特征在于，所述的水为去离子水。
4.如权利要求1所述的高湿环境用木材改性剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，在反应釜中加入所述水、石蜡、硬脂酸，调pH＝8.8-9.3，搅拌条件下升温；
步骤2，步骤1所述反应釜内温度上升至50～60℃时，向反应釜中加入所述尿素、三聚氰胺并搅拌均匀；
步骤3，继续加热，温度上升至70～90℃时，向反应釜中依次加入所述聚乙烯醇、二羟甲基二乙基脲(DM)、三乙醇胺、K12、浓氨水、水，保持pH>7.5；
步骤4，冷却至73℃，加入所述催化剂，在71-75℃下，保温至反应终点，调pH＝8.5-8.8，加入纳米二氧化硅，保温反应；
调节反应体系pH＝8.0-8.5，制得产品。
5.如权利要求4所述的高湿环境用木材改性剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法中，搅拌速度为400-800转/分钟。
6.如权利要求4所述的高湿环境用木材改性剂的制备方法，其特征在于，所述步骤3的具体步骤为：温度上升至70～90℃时，加入聚乙烯醇，二羟甲基二乙基脲(DM)，搅拌均匀后，加三乙醇胺，保温15min，加K12保温15min，加浓氨水保温10min，加H2O保温10min，保持pH>7.5。
7.如权利要求4所述的高湿环境用木材改性剂的制备方法，其特征在于，所述步骤4中，保温至反应终点的判断方法为：将反应液滴入30℃水呈颗粒片状下沉为止。
8.如权利要求4所述的高湿环境用木材改性剂的制备方法，其特征在于，所述步骤4中，加入纳米二氧化硅之前，反应体系先冷却至65℃；加入纳米二氧化硅之后，保温反应的条件为：在55-60℃条件下，保温反应15分钟。
9.如权利要求4所述的高湿环境用木材改性剂的制备方法，其特征在于，所述步骤5中，先将反应体系温度降至45℃以下，再调节反应体系pH。
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