CN110228114B - 一种杉木防腐改性处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种杉木防腐改性处理方法,属于木材防腐处理技术领域。所述杉木防腐改性处理方法是先用铜离子负载氧化石墨烯分散液对杉木进行一次防腐改性处理,再用硼酸钠水溶液对杉木进行二次防腐改性处理,最后用聚氨酯水溶液对杉木进行三次防腐改性处理。本发明提供的处理方法不仅可以显著提高杉木的防腐性和防腐稳定性,而且可以大幅度提高杉木的硬度、耐磨性和尺寸稳定性,具有显著的经济价值和社会效益。
Description
技术领域
本发明属于木材防腐处理技术领域,具体涉及一种杉木防腐改性处理方法。
背景技术
杉木是我国重要的人工速生林树种,其具有生长快、干形通直、易加工、有特殊香气等优点。但在实际应用中,杉木制品普遍存在耐腐抗蛀差、强度和硬度低、不耐磨等缺陷。木材防腐可以减少木材在贮存、运输过程中由于变质降等造成的浪费和损失。通过防腐改性技术能达到延长杉木使用寿命、扩大应用范围的目的。常用的木材防腐剂大都存在毒性大、易流失、价格昂贵以及处理材的后处理麻烦等问题,开发低毒、高效、环保和经济的木材防腐剂成为当下的研究热点。铜由于具有广谱杀菌性及低毒性,而被广泛作为防腐剂的主要活性成分。但在木材的使用过程中,铜离子极易流失,造成防腐效果下降。研究表明将季铵盐与铜复配,在较低的保持量下就能达到较好的防腐效果,降低了成本,并且能够提高防腐剂的固着效果。例如,二甲基二癸基氯化铵和3-碘代-2-丙炔基甲氨酸丁酯混合使用具有广泛的杀菌性并提高了抗流失性。但是胺铜类防腐剂对环境和胺配位体的要求较高,制备过程复杂。
发明内容
本发明针对杉木制品普遍存在耐腐抗蛀差、强度和硬度低、不耐磨等性能缺陷,提供一种杉木防腐改性处理方法。本发明提供的处理方法不仅可以显著提高杉木的防腐性和防腐稳定性,而且可以大幅度提高杉木的硬度、耐磨性和尺寸稳定性,具有显著的经济价值和社会效益。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种杉木防腐改性处理方法是先用铜离子负载氧化石墨烯分散液对杉木进行一次防腐改性处理,再用硼酸钠水溶液对杉木进行二次防腐改性处理,最后用聚氨酯水溶液对杉木进行三次防腐改性处理。
所述杉木防腐改性处理方法包括以下步骤:
(1)将20~60g铜离子负载氧化石墨烯(李宝铭,林立,施明伟;一种室温固化单组分环氧胶及其制备方法,中国发明专利,申请号:CN106947421A)、2~8g分散剂和1~10g消泡剂加入到1000~2000mL水中,室温下先机械搅拌60~120min,再超声60~120min,最后再机械搅拌30~60min,制备铜离子负载氧化石墨烯分散液;
(2)将烘干处理后的杉木试样置于自动真空加压罐中,抽真空至真空度为0.04~0.08MPa,保压30~60min后,注入上述铜离子负载氧化石墨烯分散液,加压至1~2MPa,保压60~120min,卸压;在常压下继续浸注4~6h后,取出杉木试样并去除表面多余残留液,在40℃下干燥48h,得到一次防腐改性处理杉木试样;
(3)将一次防腐改性处理杉木试样置于自动真空加压罐中,抽真空至真空度为0.06~0.1MPa,保压30~60min后,注入重量百分比为1~2%的硼酸钠水溶液,加压至1~1.5MPa,保压20~40min,卸压;在常压下继续浸注2~4h后,取出杉木试样并去除表面多余残留液,在40℃下干燥48h,得到二次防腐改性处理杉木试样;
(4)将二次防腐改性处理杉木试样置于自动真空加压罐中,抽真空至真空度为0.04~0.08MPa,保压20~40min后,注入重量百分比为10~20%的聚氨酯水溶液,加压至1~2MPa,保压30~60min,卸压;在常压下继续浸注2~6h后,取出杉木试样并去除表面多余残留液,在40℃下干燥48h,得到三次防腐改性处理杉木试样,即为成品。
所述铜离子负载氧化石墨烯中,铜离子的重量百分比为12.6~22.4%。
所述杉木试样按照GB/T 1929-2009进行截取。
所述分散剂为聚丙烯酸钠和双癸基二甲基氯化铵中的任意一种。
所述消泡剂为中聚二甲基硅氧烷、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚、DF7010和DF681F中的任意一种。
本发明的显著优点在于:
(1)本发明将铜离子和硼酸根离子先后引入到杉木内部,不仅能够起到显著的防腐效果,而且铜离子和硼酸根离子先后负载在氧化石墨烯的表面后,还可以提高铜离子和硼酸根离子的分散性,以及有效防止氧化石墨烯片层的团聚,充分发挥氧化石墨烯的力学性能,提高杉木的硬度、耐磨性和尺寸稳定性。
(2)氧化石墨烯是片层状结构物质,其厚度尺寸为纳米量级,其径向尺寸为微米量级,这种结构的物质一旦进入到杉木内部,很难从杉木中流失,因此利用氧化石墨烯作为载体可以在一定程度上防止铜离子和硼酸根离子的流失。
(3)聚氨酯具有优异的耐磨性能,将聚氨酯浸注到杉木中,可以在杉木表面和空隙中形成保护层,不仅能够有效防止氧化石墨烯、铜离子和硼酸根离子的流失,而且可以赋予杉木良好的化学稳定性、优异的防水性、耐磨性和尺寸稳定性。
(4)本发明提供的处理方法不仅可以显著提高杉木的防腐性和防腐稳定性,而且可以大幅度提高杉木的硬度、耐磨性和尺寸稳定性,处理后的杉木的防腐等级为I级,铜的含量为13~16kg/cm3,铜的流失率为4.2~5.6%,硼的含量为6.1~8.9kg/cm3,硼的流失率为11~15%,磨耗值为0.06~0.13g/100r,硬度为5.1~5.8kN,全干干缩率为3.0~3.9%,具有显著的经济价值和社会效益。
具体实施方式
下面通过几组实施例和对比例对本实施方式中杉木防腐改性处理方法的优势及其效果作进一步的阐述。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
实施例1
(1)将40g铜离子重量百分比为17.5%的铜离子负载氧化石墨烯、4.5g双癸基二甲基氯化铵和4.5g聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚加入到1500mL水中,室温下先机械搅拌90min,再超声90min,最后再机械搅拌45min,制备铜离子负载氧化石墨烯分散液;
(2)将烘干处理后的杉木试样置于自动真空加压罐中,抽真空至真空度为0.06MPa,保压45min后,注入上述铜离子负载氧化石墨烯分散液。加压至1.5MPa,保压90min,卸压;在常压下继续浸注5h后,取出杉木试样并去除表面多余残留液,在40℃下干燥48h,得到一次防腐改性处理杉木试样;
(3)将一次防腐改性处理杉木试样置于自动真空加压罐中,抽真空至真空度为0.08MPa,保压45min后,注入重量百分比为1.5%的硼酸钠水溶液,加压至1.3MPa,保压30min,卸压;在常压下继续浸注3h后,取出杉木试样并去除表面多余残留液,在40℃下干燥48h,得到二次防腐改性处理杉木试样;
(4)将二次防腐改性处理杉木试样置于自动真空加压罐中,抽真空至真空度为0.06MPa,保压30min后,注入重量百分比为15%的聚氨酯水溶液,加压至1.5MPa,保压45min,卸压;在常压下继续浸注4h后,取出杉木试样并去除表面多余残留液,在40℃下干燥48h,得到三次防腐改性处理杉木试样,即为成品。
实施例2
(1)将20g铜离子重量百分比为22.4%的铜离子负载氧化石墨烯、2g聚丙烯酸钠和1g聚二甲基硅氧烷加入到1000mL水中,室温下先机械搅拌60min,再超声60min,最后再机械搅拌30min,制备铜离子负载氧化石墨烯分散液;
(2)将烘干处理后的杉木试样置于自动真空加压罐中,抽真空至真空度为0.04MPa,保压30min后,注入上述铜离子负载氧化石墨烯分散液,加压至1MPa,保压120min,卸压;在常压下继续浸注6h后,取出杉木试样并去除表面多余残留液,在40℃下干燥48h,得到一次防腐改性处理杉木试样;
(3)将一次防腐改性处理杉木试样置于自动真空加压罐中,抽真空至真空度为0.06MPa,保压30min后,注入重量百分比为1%的硼酸钠水溶液,加压至1MPa,保压40min,卸压;在常压下继续浸注4h后,取出杉木试样并去除表面多余残留液,在40℃下干燥48h,得到二次防腐改性处理杉木试样;
(4)将二次防腐改性处理杉木试样置于自动真空加压罐中,抽真空至真空度为0.04MPa,保压20min后,注入重量百分比为10%的聚氨酯水溶液,加压至1MPa,保压60min,卸压;在常压下继续浸注6h后,取出杉木试样并去除表面多余残留液,在40℃下干燥48h,得到三次防腐改性处理杉木试样,即为成品。
实施例3
(1)将60g铜离子重量百分比为12.6%的铜离子负载氧化石墨烯、8g双癸基二甲基氯化铵和10g消泡剂DF681F加入到2000mL水中,室温下先机械搅拌120min,再超声120min,最后再机械搅拌60min,制备铜离子负载氧化石墨烯分散液;
(2)将烘干处理后的杉木试样置于自动真空加压罐中,抽真空至真空度为0.08MPa,保压60min后,注入上述铜离子负载氧化石墨烯分散液,加压至2MPa,保压60min,卸压;在常压下继续浸注4h后,取出杉木试样并去除表面多余残留液,在40℃下干燥48h,得到一次防腐改性处理杉木试样;
(3)将一次防腐改性处理杉木试样置于自动真空加压罐中,抽真空至真空度为0.1MPa,保压60min后,注入重量百分比为2%的硼酸钠水溶液,加压至1.5MPa,保压20min,卸压;在常压下继续浸注2h后,取出杉木试样并去除表面多余残留液,在40℃下干燥48h,得到二次防腐改性处理杉木试样;
(4)将二次防腐改性处理杉木试样置于自动真空加压罐中,抽真空至真空度为0.08MPa,保压40min后,注入重量百分比为20%的聚氨酯水溶液,加压至2MPa,保压30min,卸压;在常压下继续浸注2h后,取出杉木试样并去除表面多余残留液,在40℃下干燥48h,得到三次防腐改性处理杉木试样,即为成品。
对比例1
(1)将烘干处理后的杉木试样置于自动真空加压罐中,抽真空至真空度为0.08MPa,保压45min后,注入重量百分比为1.5%的硼酸钠水溶液,加压至1.3MPa,保压30min,卸压;在常压下继续浸注3h后,取出杉木试样并去除表面多余残留液,在40℃下干燥48h,得到一次防腐改性处理杉木试样;
(2)将一次防腐改性处理杉木试样置于自动真空加压罐中,抽真空至真空度为0.06MPa,保压30min后,注入重量百分比为15%的聚氨酯水溶液,加压至1.5MPa,保压45min,卸压;在常压下继续浸注4h后,取出杉木试样并去除表面多余残留液,在40℃下干燥48h,得到二次防腐改性处理杉木试样,即为成品。
对比例2
(1)将40g铜离子重量百分比为17.5%的铜离子负载氧化石墨烯、4.5g双癸基二甲基氯化铵和4.5g聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚加入到1500mL水中,室温下先机械搅拌90min,再超声90min,最后再机械搅拌45min,制备铜离子负载氧化石墨烯分散液;
(2)将烘干处理后的杉木试样置于自动真空加压罐中,抽真空至真空度为0.06MPa,保压45min后,注入上述铜离子负载氧化石墨烯分散液,加压至1.5MPa,保压90min,卸压;在常压下继续浸注5h后,取出杉木试样并去除表面多余残留液,在40℃下干燥48h,得到一次防腐改性处理杉木试样;
(3)将一次防腐改性处理杉木试样置于自动真空加压罐中,抽真空至真空度为0.06MPa,保压30min后,注入重量百分比为15%的聚氨酯水溶液,加压至1.5MPa,保压45min,卸压;在常压下继续浸注4h后,取出杉木试样并去除表面多余残留液,在40℃下干燥48h,得到二次防腐改性处理杉木试样,即为成品。
对比例3
(1)将40g铜离子重量百分比为17.5%的铜离子负载氧化石墨烯、4.5g双癸基二甲基氯化铵和4.5g聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚加入到1500mL水中,室温下先机械搅拌90min,再超声90min,最后再机械搅拌45min,制备铜离子负载氧化石墨烯分散液;
(2)将烘干处理后的杉木试样置于自动真空加压罐中,抽真空至真空度为0.06MPa,保压45min后,注入上述铜离子负载氧化石墨烯分散液,加压至1.5MPa,保压90min,卸压;在常压下继续浸注5h后,取出杉木试样并去除表面多余残留液,在40℃下干燥48h,得到一次防腐改性处理杉木试样;
(3)将一次防腐改性处理杉木试样置于自动真空加压罐中,抽真空至真空度为0.08MPa,保压45min后,注入重量百分比为1.5%的硼酸钠水溶液,加压至1.3MPa,保压30min,卸压;在常压下继续浸注3h后,取出杉木试样并去除表面多余残留液,在40℃下干燥48h,得到二次防腐改性处理杉木试样,即为成品。
将三组实施例和三组对比例制备的防腐改性处理杉木试样按GB/T 13942.1-2009进行防腐性能测试,按文献(郑兴国,蒙脱土在杉木的乙醇胺铜处理中的应用,北京林业大学,2008)进行铜的含量和铜的流失率测试,按文献(余丽萍,曹金珍,闫丽;金属盐对无机硼类防腐剂抗水流失性的改善,北京林业大学学报,2016,31(6):86-89)进行硼的含量和硼的流失率测试,按GB/T 1941-2009进行硬度测试,按GB/T 15036.2-2009进行耐磨性能测试,按GB/T1932-2009进行尺寸稳定性能测试,测试结果如下表所示。
表1性能测试结果
从实施例和对比例的测试结果可以看出,先用铜离子负载氧化石墨烯分散液对杉木进行一次防腐改性处理,再用硼酸钠水溶液对杉木进行二次防腐改性处理,最后用聚氨酯水溶液对杉木进行三次防腐改性处理,不仅可以显著提高杉木的防腐性和防腐稳定性,而且可以大幅度提高杉木的硬度、耐磨性和尺寸稳定性。
上述说明示出并描述了本发明的优选实施例,如前所述,应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式,不应看作是对其他实施例的排除,而可用于各种其他组合、修改和环境,并能够在本文所述发明构想范围内,通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围,则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (5)
1.一种杉木防腐改性处理方法,其特征在于:先用铜离子负载氧化石墨烯分散液对杉木进行一次防腐改性处理,再用硼酸钠水溶液对杉木进行二次防腐改性处理,最后用聚氨酯水溶液对杉木进行三次防腐改性处理;具体包括以下步骤:
(1)将20~60 g铜离子负载氧化石墨烯、2~8 g分散剂和1~10 g消泡剂加入到1000~2000mL水中,室温下先机械搅拌60~120 min,再超声60~120 min,最后再机械搅拌30~60 min,制备铜离子负载氧化石墨烯分散液;
(2)将烘干处理后的杉木试样置于自动真空加压罐中,抽真空至真空度为0.04~0.08MPa,保压30~60 min后,注入上述铜离子负载氧化石墨烯分散液,加压至1~2 MPa,保压60~120 min,卸压;在常压下继续浸注4~6 h后,取出杉木试样并去除表面多余残留液,在40 ℃下干燥48 h,得到一次防腐改性处理杉木试样;
(3)将一次防腐改性处理杉木试样置于自动真空加压罐中,抽真空至真空度为0.06~0.1 MPa,保压30~60 min后,注入重量百分比为1~2 %的硼酸钠水溶液,加压至1~1.5 MPa,保压20~40 min,卸压;在常压下继续浸注2~4 h后,取出杉木试样并去除表面多余残留液,在40 ℃下干燥48 h,得到二次防腐改性处理杉木试样;
(4)将二次防腐改性处理杉木试样置于自动真空加压罐中,抽真空至真空度为0.04~0.08 MPa,保压20~40 min后,注入重量百分比为10~20 %的聚氨酯水溶液,加压至1~2 MPa,保压30~60 min,卸压;在常压下继续浸注2~6 h后,取出杉木试样并去除表面多余残留液,在40 ℃下干燥48 h,得到三次防腐改性处理杉木试样,即为成品。
2. 根据权利要求1所述的杉木防腐改性处理方法,其特征在于:所述铜离子负载氧化石墨烯中,铜离子的重量百分比为12.6~22.4 %。
3. 根据权利要求1所述的杉木防腐改性处理方法,其特征在于:所述杉木试样按照GB/T 1929-2009进行截取。
4.根据权利要求1所述的杉木防腐改性处理方法,其特征在于:所述分散剂为聚丙烯酸钠和双癸基二甲基氯化铵中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的杉木防腐改性处理方法,其特征在于:所述消泡剂为中聚二甲基硅氧烷、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚、DF7010和DF681F中的任意一种。
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