CN111136742B - 一种提高速生木材家具耐久性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及家具材料性能研究技术领域，公开了一种提高速生木材家具耐久性的方法，以制备得到的硅烷改性聚醚乳液和硅溶胶配制速生木材浸渍处理液，进行水热加压浸渍反应，得到改性速生木材耐老化性能和力学强度优异，进一步加工制备木质家具，该处理方法使得速生木材具有耐磨、抗压、防腐蚀、抗水、耐老化、物理化学性质稳定等优良性能，可广泛应用于各类家具生产，具有优异的加工性能，该方法能够很好的解决家具领域速生木材加工使用性能一般，加工应用缺点较多的困境，除了提高速生木材材料的强度性能外，在其它方面也取得了较好的效果，缓解了木材的供需矛盾，速生木材得到高效利用。

Description

一种提高速生木材家具耐久性的方法
技术领域
本发明属于家具材料性能研究技术领域，具体涉及一种提高速生木材家具耐久性的方法。
背景技术
近年来，随着人们生活水平的提高，家具产品的发展很快。其中木材类家具产品深受人们喜爱，利用良好的加工技术与天然材料，结合人体学特征，加工生产出舒适的实木家具产品，成为当前的主流竞争方向。
木材作为一种可再生的天然生物质材料，被广泛的用于建筑、家具等各个领域，消耗量十分巨大。一直以来，木制家具的价格随着市场的波动水涨船高，但仍然供不应求。由于木材的色泽、天然纹理的特性，家具作为木材消耗的大户，正面临着资源短缺的问题。随着速生木材的种植推广，成为解决资源短缺与消费需求得不到满足的有效方法。然而，速生木材虽然生长速度快，再生时间段，但也存在着木质松软、强度低、硬度小、易腐蚀等缺点，限制了其在家具生产中的应用，主要用于低端家具产业中。长此以往，并不利于速生木材家具的发展。当前，提高速生木材家具性能，充分利用木材资源成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种提高速生木材家具耐久性的方法，在提高速生木材家具使用寿命的同时，具有更高的防水防霉性、耐热防火性，保障了尺寸稳定性。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种提高速生木材家具耐久性的方法，其优选方案为，以制备得到的硅烷改性聚醚乳液和硅溶胶配制速生木材浸渍处理液，进行水热加压浸渍反应，得到改性速生木材进一步加工制备木质家具；
具体的，改性速生木材的制备方法包括以下工艺步骤：
硅烷改性聚醚乳液的制备：量取170-180毫升去离子水置于烧杯中，置于磁力搅拌器上预热至44-46℃，向烧杯加入5-6克聚乙二醇和2-3克马来酸酐，搅拌至固体溶解，然后向烧杯中加入30-35毫升质量浓度为20-22%的聚醚水溶液，搅拌混合均匀，将混合物转移至三口烧瓶中，向烧瓶中加入0.4-0.5克润湿剂和0.2-0.3克乳化剂，搅拌混合均匀，进行水浴加热，升温速度为0.6-0.7℃/分钟，同时向烧瓶中滴加55-60毫升正辛基三乙氧基硅烷醇溶液，加热至55-58℃时，继续以200-230转/分钟的速度恒温搅拌2-3小时，关闭仪器，静置冷却至20-24℃后得到反应乳液，转移至干净烧杯中即为所述硅烷改性聚醚乳液。所述正辛基三乙氧基硅烷醇溶液是由正辛基三乙氧基硅烷与乙醇按照质量比为1.5-1.7:2.0的比例配制得到的。
浸渍液的制备：称取7.2-7.4毫摩正硅酸乙酯置于烧杯中，向烧杯中加入30-35毫升无水乙醇，磁力搅拌10-20分钟，转移至150-160毫升制备得到的硅烷改性聚醚乳液中，设定加热温度为35-40℃，恒温搅拌30-40分钟，搅拌转速为1000-1200转/分钟，得到分散液即为所述浸渍液。
速生木材的浸渍改性：将速生木材试样置于加压反应釜中，向反应釜中加入浸渍液，完全浸没速生木材试样即可，设定反应温度为78-80℃，反应压力为1.45-1.55MPa，反应时间为3-4小时，然后向反应釜中加入占浸渍液质量0.2-0.3%的摩尔浓度为0.15-0.18摩尔/升的偏铝酸钠水溶液，使用质量浓度为3.5-4.0%的盐酸溶液调节体系pH值在7.2-7.3之间，升温至80-90℃，持续搅拌1-2小时，然后取出试样，擦干表面水分，放入真空干燥箱中保温静置10-12小时，保温温度为75-80℃，保温结束后使用去离子水洗涤2-3次，然后放入55-60℃烘箱中干燥30-34小时，即可进行下一步加工。
加工改性处理得到的速生木材，非常适用于做家具生产原料，速生木材的干缩率和湿胀率得到降低，尺寸稳定性显著提高，抗压强度、弯曲强度、抗弯弹性、硬度等物理力学性能得到提高，不易开裂变形。另外，其抗紫外老化性能、耐腐蚀性、防水阻燃性同时得到显著提高，该处理方法得到的速生木材材料的综合性能高，使用性能优异，使用寿命得到延长，扩展了在家具领域的应用范围。
本发明相比现有技术具有以下优点：为了解决速生木材自身存在的缺陷，导致家具生产加工中性能不佳的问题，本发明提供了一种提高速生木材家具耐久性的方法，以制备得到的硅烷改性聚醚乳液和硅溶胶配制速生木材浸渍处理液，进行水热加压浸渍反应，得到改性速生木材耐老化性能和力学强度优异，进一步加工制备木质家具，该处理方法使得速生木材具有耐磨、抗压、防腐蚀、抗水、耐老化、物理化学性质稳定等优良性能，可广泛应用于各类家具生产，具有优异的加工性能，该方法能够很好的解决家具领域速生木材加工使用性能一般，加工应用缺点较多的困境，除了提高速生木材材料的强度性能外，在其它方面也取得了较好的效果，缓解了木材的供需矛盾，速生木材得到高效利用，本发明有效解决了家具生产领域，现有的速生木材应用效果不足的问题，在提高速生木材家具使用寿命的同时，具有更高的防水防霉性、耐热防火性，保障了尺寸稳定性，为一种舒适性家具加工材料，极大的发挥了速生木材的优势特性，促进了速生木材在中高端家具领域的应用和发展，提高了速生木材家具产品的耐久性能，能够实现提高家具用速生木材材料性能以及提高市场竞争力的现实意义，对于速生木材家具材料的开发研究具有较高价值，显著促进现代化家具生产与木材材料研究快速发展以及资源可持续发展，是一种极为值得推广使用的技术方案。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为实施例2试验组、对照组与空白对照组受老化试验影响色差值ΔE与试验时间的变化关系。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明所提供的技术方案。
实施例1
一种提高速生木材家具耐久性的方法，以制备得到的硅烷改性聚醚乳液和硅溶胶配制速生木材浸渍处理液，进行水热加压浸渍反应，得到改性速生木材进一步加工制备木质家具；
具体的，改性速生木材的制备方法包括以下工艺步骤：
S1：硅烷改性聚醚乳液的制备：量取170毫升去离子水置于烧杯中，置于磁力搅拌器上预热至44℃，向烧杯加入5克聚乙二醇和2克马来酸酐，搅拌至固体溶解，然后向烧杯中加入30毫升质量浓度为20%的聚醚水溶液，搅拌混合均匀，将混合物转移至三口烧瓶中，向烧瓶中加入0.4克润湿剂和0.2克乳化剂，搅拌混合均匀，进行水浴加热，升温速度为0.6℃/分钟，同时向烧瓶中滴加55毫升正辛基三乙氧基硅烷醇溶液，加热至55℃时，继续以200转/分钟的速度恒温搅拌2小时，关闭仪器，静置冷却至20℃后得到反应乳液，转移至干净烧杯中即为所述硅烷改性聚醚乳液。所述正辛基三乙氧基硅烷醇溶液是由正辛基三乙氧基硅烷与乙醇按照质量比为1.5:2.0的比例配制得到的。所述润湿剂为平平加，所述乳化剂为斯盘80。
S2：浸渍液的制备：称取7.2毫摩正硅酸乙酯置于烧杯中，向烧杯中加入30毫升无水乙醇，磁力搅拌10分钟，转移至150毫升制备得到的硅烷改性聚醚乳液中，设定加热温度为35℃，恒温搅拌30分钟，搅拌转速为1000转/分钟，得到分散液即为所述浸渍液。
S3：速生木材的浸渍改性：将速生木材试样置于加压反应釜中，向反应釜中加入浸渍液，完全浸没速生木材试样即可，设定反应温度为78℃，反应压力为1.45MPa，反应时间为3小时，然后向反应釜中加入占浸渍液质量0.2%的摩尔浓度为0.15摩尔/升的偏铝酸钠水溶液，使用质量浓度为3.5%的盐酸溶液调节体系pH值在7.2-7.3之间，升温至80℃，持续搅拌1小时，然后取出试样，擦干表面水分，放入真空干燥箱中保温静置10小时，保温温度为75℃，保温结束后使用去离子水洗涤2次，然后放入55℃烘箱中干燥30小时，即可进行下一步加工。
实施例2
一种提高速生木材家具耐久性的方法，以制备得到的硅烷改性聚醚乳液和硅溶胶配制速生木材浸渍处理液，进行水热加压浸渍反应，得到改性速生木材进一步加工制备木质家具；
具体的，改性速生木材的制备方法包括以下工艺步骤：
S1：硅烷改性聚醚乳液的制备：量取175毫升去离子水置于烧杯中，置于磁力搅拌器上预热至45℃，向烧杯加入5.5克聚乙二醇和2.5克马来酸酐，搅拌至固体溶解，然后向烧杯中加入32毫升质量浓度为21%的聚醚水溶液，搅拌混合均匀，将混合物转移至三口烧瓶中，向烧瓶中加入0.45克润湿剂和0.25克乳化剂，搅拌混合均匀，进行水浴加热，升温速度为0.65℃/分钟，同时向烧瓶中滴加58毫升正辛基三乙氧基硅烷醇溶液，加热至56℃时，继续以215转/分钟的速度恒温搅拌2.5小时，关闭仪器，静置冷却至22℃后得到反应乳液，转移至干净烧杯中即为所述硅烷改性聚醚乳液。所述正辛基三乙氧基硅烷醇溶液是由正辛基三乙氧基硅烷与乙醇按照质量比为1.6:2.0的比例配制得到的。所述润湿剂为平平加，所述乳化剂为斯盘80。
S2：浸渍液的制备：称取7.3毫摩正硅酸乙酯置于烧杯中，向烧杯中加入33毫升无水乙醇，磁力搅拌15分钟，转移至155毫升制备得到的硅烷改性聚醚乳液中，设定加热温度为38℃，恒温搅拌35分钟，搅拌转速为1100转/分钟，得到分散液即为所述浸渍液。
S3：速生木材的浸渍改性：将速生木材试样置于加压反应釜中，向反应釜中加入浸渍液，完全浸没速生木材试样即可，设定反应温度为79℃，反应压力为1.50MPa，反应时间为3.5小时，然后向反应釜中加入占浸渍液质量0.25%的摩尔浓度为0.16摩尔/升的偏铝酸钠水溶液，使用质量浓度为3.8%的盐酸溶液调节体系pH值在7.2-7.3之间，升温至85℃，持续搅拌1.5小时，然后取出试样，擦干表面水分，放入真空干燥箱中保温静置11小时，保温温度为78℃，保温结束后使用去离子水洗涤2次，然后放入58℃烘箱中干燥32小时，即可进行下一步加工。
实施例3
一种提高速生木材家具耐久性的方法，以制备得到的硅烷改性聚醚乳液和硅溶胶配制速生木材浸渍处理液，进行水热加压浸渍反应，得到改性速生木材进一步加工制备木质家具；
具体的，改性速生木材的制备方法包括以下工艺步骤：
S1：硅烷改性聚醚乳液的制备：量取180毫升去离子水置于烧杯中，置于磁力搅拌器上预热至46℃，向烧杯加入6克聚乙二醇和3克马来酸酐，搅拌至固体溶解，然后向烧杯中加入35毫升质量浓度为22%的聚醚水溶液，搅拌混合均匀，将混合物转移至三口烧瓶中，向烧瓶中加入0.5克润湿剂和0.3克乳化剂，搅拌混合均匀，进行水浴加热，升温速度为0.7℃/分钟，同时向烧瓶中滴加60毫升正辛基三乙氧基硅烷醇溶液，加热至58℃时，继续以230转/分钟的速度恒温搅拌3小时，关闭仪器，静置冷却至24℃后得到反应乳液，转移至干净烧杯中即为所述硅烷改性聚醚乳液。所述正辛基三乙氧基硅烷醇溶液是由正辛基三乙氧基硅烷与乙醇按照质量比为1.7:2.0的比例配制得到的。所述润湿剂为平平加，所述乳化剂为斯盘80。
S2：浸渍液的制备：称取7.4毫摩正硅酸乙酯置于烧杯中，向烧杯中加入35毫升无水乙醇，磁力搅拌20分钟，转移至160毫升制备得到的硅烷改性聚醚乳液中，设定加热温度为40℃，恒温搅拌40分钟，搅拌转速为1200转/分钟，得到分散液即为所述浸渍液。
S3：速生木材的浸渍改性：将速生木材试样置于加压反应釜中，向反应釜中加入浸渍液，完全浸没速生木材试样即可，设定反应温度为80℃，反应压力为1.55MPa，反应时间为4小时，然后向反应釜中加入占浸渍液质量0.3%的摩尔浓度为0.18摩尔/升的偏铝酸钠水溶液，使用质量浓度为4.0%的盐酸溶液调节体系pH值在7.2-7.3之间，升温至90℃，持续搅拌2小时，然后取出试样，擦干表面水分，放入真空干燥箱中保温静置12小时，保温温度为80℃，保温结束后使用去离子水洗涤3次，然后放入60℃烘箱中干燥34小时，即可进行下一步加工。
以实施例2为例进行试验，以速生杨木为原料，加工制备得到的试件尺寸为：500毫米·50毫米·50毫米，以酚醛树脂加压浸渍处理方法作为对照组（压力为1.4MPa，浸渍温度为55℃，浸渍时间为60分钟），设定不做处理的时间为空白对照组，采用万能力学试验机进行测定试件的力学性能；采用接触角测量仪对试件表面润湿性进行检测；使用紫外光耐气候试验箱对试件进行加速老化试验处理（辐照功率为550瓦，温度为60℃，辐照距离为10厘米，试验时长为480小时），试验阶段采用色差仪测定试样的表面材色变化；结果为：实施例2试件抗弯弹性模量为13.0Gpa，对照组弹性模量为9.5Gpa，空白对照组弹性模量为8.4Gpa；实施例2抗弯强度为112Mpa，对照组抗弯强度为88Mpa，空白对照组抗弯强度为56Mpa；实施例2抗压强度为64Mpa，对照组抗压强度为45Mpa，空白对照组抗压强度为29Mpa；实施例2表面硬度为3790 N，对照组表面硬度为2454N ，空白对照组表面硬度为1351 N；实施例2冲击韧性为23.2 KJ/m2，对照组冲击韧性为21.8KJ/m2，空白对照组冲击韧性为21.3KJ/m2；实施例2试件的接触角为130.0°，对照组的接触角为89.8°，空白对照组的接触角为63.5°。（以上试验结果均为5组有效测定结果的平均值）
测定实施例2试验组、对照组与空白对照组受老化试验影响色差值ΔE与试验时间的变化关系，结果如图1所示。结果表明本发明的提高速生木材的耐老化性能效果极好。
本发明有效解决了家具生产领域，现有的速生木材应用效果不足的问题，在提高速生木材家具使用寿命的同时，具有更高的防水防霉性、耐热防火性，保障了尺寸稳定性，为一种舒适性家具加工材料，极大的发挥了速生木材的优势特性，促进了速生木材在中高端家具领域的应用和发展，提高了速生木材家具产品的耐久性能，能够实现提高家具用速生木材材料性能以及提高市场竞争力的现实意义，对于速生木材家具材料的开发研究具有较高价值，显著促进现代化家具生产与木材材料研究快速发展以及资源可持续发展，是一种极为值得推广使用的技术方案。

Claims (5)

1.一种提高速生木材家具耐久性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）量取170-180毫升去离子水置于烧杯中，置于磁力搅拌器上预热至44-46℃，向烧杯加入5-6克聚乙二醇和2-3克马来酸酐，搅拌至固体溶解，然后向烧杯中加入30-35毫升聚醚水溶液，搅拌混合均匀，将混合物转移至三口烧瓶中，向烧瓶中加入0.4-0.5克润湿剂和0.2-0.3克乳化剂，搅拌混合均匀，进行水浴加热，升温速度为0.6-0.7℃/分钟，同时向烧瓶中滴加55-60毫升正辛基三乙氧基硅烷醇溶液，加热至55-58℃时，继续以200-230转/分钟的速度恒温搅拌2-3小时，关闭仪器，静置冷却至20-24℃后得到反应乳液，转移至干净烧杯中；
（2）称取7.2-7.4毫摩正硅酸乙酯置于烧杯中，向烧杯中加入30-35毫升无水乙醇，磁力搅拌10-20分钟，转移至150-160毫升步骤（1）制备得到的反应乳液中，设定加热温度为35-40℃，恒温搅拌30-40分钟，搅拌转速为1000-1200转/分钟，得到分散液作为速生木材浸渍液；
（3）将速生木材试样置于加压反应釜中，向反应釜中加入浸渍液，完全浸没速生木材试样即可，设定反应温度为78-80℃，反应压力为1.45-1.55MPa，反应时间为3-4小时，然后向反应釜中加入占浸渍液质量0.2-0.3%的偏铝酸钠水溶液，使用盐酸溶液调节体系pH值在7.2-7.3之间，升温至80-90℃，持续搅拌1-2小时，然后取出试样，擦干表面水分，放入真空干燥箱中保温静置10-12小时，保温温度为75-80℃，保温结束后使用去离子水洗涤2-3次，然后放入55-60℃烘箱中干燥30-34小时，即可进行下一步加工。
2.如权利要求1所述一种提高速生木材家具耐久性的方法，其特征在于，步骤（1）所述聚醚水溶液质量浓度为20-22%。
3.如权利要求1所述一种提高速生木材家具耐久性的方法，其特征在于，步骤（1）所述正辛基三乙氧基硅烷醇溶液是由正辛基三乙氧基硅烷与乙醇按照质量比为1.5-1.7:2.0的比例配制得到的。
4.如权利要求1所述一种提高速生木材家具耐久性的方法，其特征在于，步骤（3）所述偏铝酸钠水溶液摩尔浓度为0.15-0.18摩尔/升。
5.如权利要求1所述一种提高速生木材家具耐久性的方法，其特征在于，步骤（3）所述盐酸溶液质量浓度为3.5-4.0%。
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