CN110605767A - 一种杉木的耐磨处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种杉木的耐磨处理方法，属于木材耐磨处理技术领域。所述杉木的耐磨处理方法是先用3‑氨丙基三乙氧基硅烷溶液对杉木进行一次处理，再用3‑(2，3‑环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷改性氧化石墨烯和3‑(2，3‑环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷改性纳米二氧化硅的混合分散液对杉木进行二次处理。本发明提供的耐磨处理方法不仅能够显著提高杉木的耐磨性和耐磨稳定性，而且可以提高杉木的硬度和尺寸稳定性，具有显著的经济价值和社会效益。

Description

一种杉木的耐磨处理方法
技术领域
本发明属于木材耐磨处理技术领域，具体涉及一种杉木的耐磨处理方法。
背景技术
杉木是我国南方具有悠久栽培历史的人工速生林树种。因具有生长快、产量大、加工性能好、耐腐蚀等优点，杉木被广泛应用于建筑、家具、造船等领域。但是杉木存在材质松软、强度低、不耐磨、尺寸不稳定等缺陷。为了使杉木能更好地满足使用要求，需要对杉木进行改性处理。将无机纳米粒子运用于木材改性是近年来木材耐磨改性处理研究的新趋势。但是单纯的无机纳米粒子容易发生团聚，不适合作为杉木的改性剂。陈超(陈超，袁光明；杉木/纳米SiO2复合材料制备及其耐磨性能研究，中南林业科技大学学报，2013，33(4)：97-101)先对纳米二氧化硅进行改性分散，得到稳定的悬浮液，再用双真空法，直接浸渍杉木。试验结果表明，当真空度为0.095MPa，保真空时间为100min，浸渍次数为2次时，杉木的耐磨性能提高20.63％。但是，这种改性纳米二氧化硅不易进入杉木内部，并且与杉木表面不存在化学键合作用，在杉木长期使用过程中，改性纳米二氧化硅极易流失。
发明内容
本发明针对杉木材质松软、不耐磨、尺寸稳定性差等问题，提供一种杉木的耐磨处理方法。本发明提供的耐磨处理方法不仅能够显著提高杉木的耐磨性和耐磨稳定性，而且可以提高杉木的硬度和尺寸稳定性，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：
一种杉木的耐磨处理方法是先用3-氨丙基三乙氧基硅烷溶液对杉木进行一次处理，再用3-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷改性氧化石墨烯和3-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷改性纳米二氧化硅的混合分散液对杉木进行二次处理
所述杉木的耐磨处理方法具体包括以下步骤：
(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0.06～0.09MPa，保压30～60min后，注入重量百分比为5～10％的3-氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液，加压至0.5～1MPa，保压2～4h，卸压，在常压下继续浸注6～12h后，取出杉木试样并去除表面多余残留液，在60℃下干燥48h，得到一次处理杉木试样；
(2)将5～15g 3-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷改性氧化石墨烯(陈建剑，俞科静，钱坤，曹海建；石墨烯改性对环氧树脂/碳纤维复丝拉伸性能的影响，合成纤维工业，2012，35(6)：12-16)、20～90g 3-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷改性纳米二氧化硅(刘会媛，李德玲，李星；硅烷偶联剂KH-560改性纳米二氧化硅，化学世界，2011，52(8)：456-458)、2～6g非离子型表面活性剂、2～10g乙醇钠和1～8g消泡剂加入到1000～2000mL乙醇中，室温下超声2～4h，制得3-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷改性氧化石墨烯和3-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷改性纳米二氧化硅的混合分散液；
(3)将一次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60～90min后，注入上述混合分散液，加压至1～1.5MPa，保压1～2h，卸压，在常压下继续浸注4～8h后，取出杉木试样并去除表面多余残留液，在60℃下干燥48h，得到耐磨杉木。
所述非离子型表面活性剂为聚乙二醇辛基苯基醚、聚乙二醇、聚氧丙烯聚氧乙烯共聚物、异构十三醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯(20)山梨醇酐单油酸酯中的任意一种。
所述消泡剂为聚二甲基硅氧烷、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚、消泡剂DF7010和消泡剂DF681F中的任意一种。
本发明的显著优点在于：
(1)采用化学方法将氧化石墨烯和纳米二氧化硅接枝在杉木表面，不仅可以提高杉木的耐磨性、硬度和尺寸稳定性，而且可以有效防止在使用过程中氧化石墨烯和纳米二氧化硅流失，赋予杉木优异的耐磨稳定性。
(2)本发明提供的耐磨处理方法不仅能够显著提高杉木的耐磨性和耐磨稳定性，而且可以提高杉木的硬度和尺寸稳定性，处理前杉木的硬度为2.6kN，全干干缩率为8.2％，流失实验前后的磨耗值分别为1.1g/100r和2.5g/100r，处理后杉木的硬度为3.2～4.3kN，全干干缩率为5.1～6.7％，流失实验前后的磨耗值分别为0.40～0.61g/100r和0.54～0.92g/100r，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的耐磨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30min后，注入重量百分比为5％的3-氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液，加压至0.5MPa，保压4h，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60℃下干燥48h，得到一次处理杉木试样；
(2)将5g 3-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷改性氧化石墨烯、20g 3-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷改性纳米二氧化硅、2g聚乙二醇辛基苯基醚、2g乙醇钠和1g聚二甲基硅氧烷加入到1000mL乙醇中，室温下超声2h，制得3-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷改性氧化石墨烯和3-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷改性纳米二氧化硅的混合分散液；
(3)将一次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60min后，注入上述混合分散液，加压至1MPa，保压2h，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60℃下干燥48h，得到耐磨杉木。
实施例2
(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8％的3-氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液，加压至0.8MPa，保压3h，卸压，在常压下继续浸注9h后，取出杉木试样并去除表面多余残留液，在60℃下干燥48h，得到一次处理杉木试样；
(2)将10g 3-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷改性氧化石墨烯、50g 3-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷改性纳米二氧化硅、4g聚氧丙烯聚氧乙烯共聚物、6g乙醇钠和5g聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚加入到1500mL乙醇中，室温下超声3h，制得3-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷改性氧化石墨烯和3-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷改性纳米二氧化硅的混合分散液；
(3)将一次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75min后，注入上述混合分散液，加压至1.2MPa，保压1.5h，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60℃下干燥48h，得到耐磨杉木。
实施例3
(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0.09MPa，保压60min后，注入重量百分比为10％的3-氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液，加压至1 MPa，保压2h，卸压，在常压下继续浸注12h后，取出杉木试样并去除表面多余残留液，在60℃下干燥48h，得到一次处理杉木试样；
(2)将15g 3-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷改性氧化石墨烯、90g3-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷改性纳米二氧化硅、6g聚氧乙烯(20)山梨醇酐单油酸酯、10g乙醇钠和8g消泡剂DF681F加入到2000mL乙醇中，室温下超声4h，制得3-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷改性氧化石墨烯和3-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷改性纳米二氧化硅的混合分散液；
(3)将一次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90min后，注入上述混合分散液，加压至1.5MPa，保压1h，卸压，在常压下继续浸注8h后，取出杉木试样并去除表面多余残留液，在60℃下干燥48h，得到耐磨杉木。
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0.09MPa，保压60min后，注入重量百分比为10％的3-氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液，加压至1MPa，保压2h，卸压，在常压下继续浸注12h后，取出杉木试样并去除表面多余残留液，在60℃下干燥48h，得到耐磨杉木。
对比例2
(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0.09MPa，保压60min后，注入重量百分比为10％的3-氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液，加压至1MPa，保压2h，卸压，在常压下继续浸注12h后，取出杉木试样并去除表面多余残留液，在60℃下干燥48h，得到一次处理杉木试样；
(2)将15g 3-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷改性氧化石墨烯、6g聚氧乙烯(20)山梨醇酐单油酸酯、10g乙醇钠和8g消泡剂DF681F加入到2000mL乙醇中，室温下超声4h，制得3-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷改性氧化石墨烯的分散液；
(3)将一次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90min后，注入上述分散液，加压至1.5MPa，保压1h，卸压，在常压下继续浸注8h后，取出杉木试样并去除表面多余残留液，在60℃下干燥48h，得到耐磨杉木。
对比例3
(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0.09MPa，保压60min后，注入重量百分比为10％的3-氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液，加压至1MPa，保压2h，卸压，在常压下继续浸注12h后，取出杉木试样并去除表面多余残留液，在60℃下干燥48h，得到一次处理杉木试样；
(2)将90g 3-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷改性纳米二氧化硅、6g聚氧乙烯(20)山梨醇酐单油酸酯、10g乙醇钠和8g消泡剂DF681F加入到2000mL乙醇中，室温下超声4h，制得3-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷改性纳米二氧化硅的分散液；
(3)将一次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90min后，注入上述分散液，加压至1.5MPa，保压1h，卸压，在常压下继续浸注8h后，取出杉木试样并去除表面多余残留液，在60℃下干燥48h，得到耐磨杉木。
将三组实施例和三组对比例制得的耐磨杉木按GB/T 15036.2-2009进行耐磨性能测试，按文献(余丽萍，曹金珍；醇类化合物对硼基木材防腐剂抗流失性的影响，北京林业大学学报，2009，(s1)：6-10)进行流失试验，按GB/T 1941-2009进行硬度测试，按GB/T 1932-2009进行尺寸稳定性能测试，性能测试结果如表1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，采用化学方法将氧化石墨烯和纳米二氧化硅接枝在杉木表面，不仅可以提高杉木的耐磨性、硬度和尺寸稳定性，而且可以有效防止在使用过程中氧化石墨烯和纳米二氧化硅流失，赋予杉木优异的耐磨稳定性。
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 (3)

1.一种杉木的耐磨处理方法，其特征在于：先用3-氨丙基三乙氧基硅烷溶液对杉木进行一次处理，再用3-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷改性氧化石墨烯和3-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷改性纳米二氧化硅的混合分散液对杉木进行二次处理；具体包括以下步骤：
(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0.06～0.09MPa，保压30～60min后，注入重量百分比为5～10％的3-氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液，加压至0.5～1MPa，保压2～4h，卸压，在常压下继续浸注6～12h后，取出杉木试样并去除表面多余残留液，在60℃下干燥48h，得到一次处理杉木试样；
(2)将5～15g 3-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷改性氧化石墨烯、20～90g 3-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷改性纳米二氧化硅、2～6g非离子型表面活性剂、2～10g乙醇钠和1～8g消泡剂加入到1000～2000mL乙醇中，室温下超声2～4h，制得3-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷改性氧化石墨烯和3-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷改性纳米二氧化硅的混合分散液；
(3)将一次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60～90min后，注入上述混合分散液，加压至1～1.5MPa，保压1～2h，卸压，在常压下继续浸注4～8h后，取出杉木试样并去除表面多余残留液，在60℃下干燥48h，得到耐磨杉木。
2.根据权利要求1所述杉木的耐磨处理方法，其特征在于：所述非离子型表面活性剂为聚乙二醇辛基苯基醚、聚乙二醇、聚氧丙烯聚氧乙烯共聚物、异构十三醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯(20)山梨醇酐单油酸酯中的任意一种。
3.根据权利要求1所述杉木的耐磨处理方法，其特征在于：所述消泡剂为聚二甲基硅氧烷、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚、消泡剂DF7010和消泡剂DF681F中的任意一种。
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