CN112659299B - 一种基于纳米技术的高耐水性运输包装箱改性木材 - Google Patents
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Abstract
本发明属于木材防水技术领域，具体涉及一种基于纳米技术的高耐水性运输包装箱改性木材。本发明提供的改性木材由以下步骤制备得到：（S1）将木材分切成厚度为20‑50mm的片状；（S2）将片状木材在常温下用水浸泡24‑36h；（S3）将浸泡后的木材放入温度为160‑170℃的水蒸气气流中吹扫5‑8h；（S4）将水蒸气处理后的木材置于75‑80℃的疏水改性处理液中浸泡8‑10h；（S5）将经改性处理液中浸泡的木材置于温度为200‑220℃的水蒸气气流中吹扫2‑3h；（S6）将步骤（S5）所得木材置于烘房中烘干，含水率控制在11‑14%范围内，得到所述的高耐水性改性木材。发明提供的基于纳米技术的高耐水性改性木材，通过疏水改性处理，获得稳定持续的疏水性改性木材，从而显著提高木材在使用过程中的耐水性能。
Description
技术领域
本发明属于木材防水技术领域，具体涉及一种基于纳米技术的高耐水性运输包装箱改性木材。
背景技术
木材具有重量轻、强重比高、弹性好、耐冲击、保温性好、绝缘性好、纹理色调丰富美观，加工容易等优点，在包装、建筑等领域广泛应用。但木材不耐水，长期泡水已发生变形和腐烂，损耗率高，使用寿命短。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种基于纳米技术的高耐水性改性木材。
本发明提供的基于纳米技术的高耐水性改性木材，由以下步骤制备得到：
(S1)将木材分切成厚度为20-50mm的片状；
(S2)将片状木材在常温下用水浸泡24-36h；
(S3)将浸泡后的木材放入温度为160-170℃的水蒸气气流中吹扫5-8h；
(S4)将水蒸气处理后的木材置于75-80℃的疏水改性处理液中浸泡8-10h；
(S5)将经改性处理液中浸泡的木材置于温度为200-220℃的水蒸气气流中吹扫2-3h；
(S6)将步骤(S5)所得木材置于烘房中烘干，含水率控制在11-14％范围内，得到所述的高耐水性改性木材。
其中，疏水改性处理液通过以下步骤制备得到：
(T1)按体积计，将200份乙醇与5份浓氨水混合，在60℃条件下加入6份四乙氧基硅烷，搅拌6-8h，再加入2份1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷，再搅拌24h，调节pH至7.0-7.5，得疏水纳米二氧化硅悬浮液A；
(T2)按重量计，将水200份、乙醇18-25份、月桂基磺化琥珀酸单酯二钠3-5份、1-乙基乙基醚-3-甲基咪唑溴盐2-3份、单十二烷基磷酸酯钾1-2份、亚甲基丁二酸1-2份混合均匀，得改性分散液B；
(T3)将疏水纳米二氧化硅悬浮液A和改性分散液B按重量计1:100-200混合均匀，得疏水改性处理液。
进一步地，上述的基于纳米技术的高耐水性改性木材，步骤(S1)中，木材的厚度优选为35mm；步骤(S3)中，水蒸气蒸气压优选为2.2atm；步骤(S5)中，水蒸气蒸气压优选为8atm；步骤(T3)中，疏水纳米二氧化硅悬浮液A和改性分散液B按重量计的配比优选为1:140。
进一步地，上述的基于纳米技术的高耐水性改性木材，步骤(S6)中，木材烘干分以下两个阶段，第一阶段是在45℃下烘干48h，第二阶段是在100℃下烘干，直至含水率控制在11-14％范围内。
本发明通过对木材进行疏水改性，获得一种高耐水性的木材。其中，步骤(S2)和步骤(S3)对木材进行前处理，去除木材表面的附着颗粒物，使木材纤维表面溶胀，便于后续疏水改性处理。步骤(S4)对木材纤维进行疏水改性处理，通过纳米二氧化硅粒子的渗透作用，在木材纤维表层范围内形成疏水保护层。步骤(S5)对木材再次进行水蒸气吹扫，且提高温度和压力，通过水蒸气老化作用，使渗透到木材纤维表层的纳米二氧化硅粒子固化，同时去除少量未充分结合的纳米二氧化硅粒子。其中，疏水改性处理液由疏水纳米二氧化硅悬浮液A和改性分散液B复配得到，疏水纳米二氧化硅悬浮液A提供改性所需的纳米二氧化颗粒，改性分散液B提供木材纤维与纳米二氧化颗粒相容渗透溶液环境，分散液B通过的改变木材纤维的表面微环境，促进纳米二氧化颗粒的渗透和附着固化。
有益效果：与现有技术相比，本发明提供的基于纳米技术的高耐水性改性木材，通过疏水改性处理，获得稳定持续的疏水性改性木材，从而显著提高木材在使用过程中的耐水性能。
附图说明
图1为实施例1的接触角测试图。
图2为对比例1的接触角测试图。
具体实施方式
下面通过具体实施例进一步阐明本发明，这些实施例是示例性的，旨在说明问题和解释本发明，并不是一种限制。
实施例1
一种基于纳米技术的高耐水性改性木材，由以下步骤制备得到：
(S1)将木材分切成厚度为35mm的片状；
(S2)将片状木材在常温下用水浸泡30h；
(S3)将浸泡后的木材放入温度为160℃的水蒸气气流中吹扫6h；
(S4)将水蒸气处理后的木材置于75℃的疏水改性处理液中浸泡9h；
(S5)将经改性处理液中浸泡的木材置于温度为205℃的水蒸气气流中吹扫2.5h；
(S6)将步骤(S5)所得木材置于烘房中烘干，含水率控制在11-14％范围内，得到所述的高耐水性改性木材。
其中，疏水改性处理液通过以下步骤制备得到：
(T1)按体积计，将200份乙醇与5份浓氨水混合，在60℃条件下加入6份四乙氧基硅烷，搅拌8h，再加入2份1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷，再搅拌24h，调节pH至7.0-7.5范围内，得疏水纳米二氧化硅悬浮液A；
(T2)按重量计，将水200份、乙醇22份、月桂基磺化琥珀酸单酯二钠4份、1-乙基乙基醚-3-甲基咪唑溴盐3份、单十二烷基磷酸酯钾2份、亚甲基丁二酸2份混合均匀，得改性分散液B；
(T3)将疏水纳米二氧化硅悬浮液A和改性分散液B按重量计1:140混合均匀，得所述的疏水改性处理液。
步骤(S3)中，水蒸气蒸气压为2.2atm，流速为2m/s；步骤(S5)中，水蒸气蒸气压为8atm，流速为2m/s。
步骤(S6)中，木材烘干分以下两个阶段，第一阶段是在45℃下烘干48h，第二阶段是在100℃下烘干，直至含水率控制在11-14％范围内。
实施例2
一种基于纳米技术的高耐水性改性木材，由以下步骤制备得到：
(S1)将木材分切成厚度为20mm的片状；
(S2)将片状木材在常温下用水浸泡24h；
(S3)将浸泡后的木材放入温度为160℃的水蒸气气流中吹扫8h；
(S4)将水蒸气处理后的木材置于75℃的疏水改性处理液中浸泡8h；
(S5)将经改性处理液中浸泡的木材置于温度为200℃的水蒸气气流中吹扫3h；
(S6)将步骤(S5)所得木材置于烘房中烘干，含水率控制在11-14％范围内，得到所述的高耐水性改性木材。
其中，疏水改性处理液通过以下步骤制备得到：
(T1)按体积计，将200份乙醇与5份浓氨水混合，在60℃条件下加入6份四乙氧基硅烷，搅拌6h，再加入2份1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷，再搅拌24h，调节pH至7.0-7.5，得疏水纳米二氧化硅悬浮液A；
(T2)按重量计，将水200份、乙醇18份、月桂基磺化琥珀酸单酯二钠3份、1-乙基乙基醚-3-甲基咪唑溴盐2份、单十二烷基磷酸酯钾1份、亚甲基丁二酸1份混合均匀，得改性分散液B；
(T3)将疏水纳米二氧化硅悬浮液A和改性分散液B按重量计1:100混合均匀，得所述的疏水改性处理液。
步骤(S3)中，水蒸气蒸气压为2.2atm，流速为2m/s；步骤(S5)中，水蒸气蒸气压为8atm，流速为2m/s。
步骤(S6)中，木材烘干分以下两个阶段，第一阶段是在45℃下烘干48h，第二阶段是在100℃下烘干，直至含水率控制在11-14％范围内。
实施例3
一种基于纳米技术的高耐水性改性木材，由以下步骤制备得到：
(S1)将木材分切成厚度为50mm的片状；
(S2)将片状木材在常温下用水浸泡36h；
(S3)将浸泡后的木材放入温度为170℃的水蒸气气流中吹扫5h；
(S4)将水蒸气处理后的木材置于80℃的疏水改性处理液中浸泡10h；
(S5)将经改性处理液中浸泡的木材置于温度为220℃的水蒸气气流中吹扫2h；
(S6)将步骤(S5)所得木材置于烘房中烘干，含水率控制在11-14％范围内，得到所述的高耐水性改性木材。
其中，疏水改性处理液通过以下步骤制备得到：
(T1)按体积计，将200份乙醇与5份浓氨水混合，在60℃条件下加入6份四乙氧基硅烷，搅拌8h，再加入2份1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷，再搅拌24h，调节pH至7.0-7.5，得疏水纳米二氧化硅悬浮液A；
(T2)按重量计，将水200份、乙醇25份、月桂基磺化琥珀酸单酯二钠5份、1-乙基乙基醚-3-甲基咪唑溴盐3份、单十二烷基磷酸酯钾2份、亚甲基丁二酸2份混合均匀，得改性分散液B；
(T3)将疏水纳米二氧化硅悬浮液A和改性分散液B按重量计1:100-200混合均匀，得所述的疏水改性处理液。
步骤(S3)中，水蒸气蒸气压为2.2atm，流速为2m/s；步骤(S5)中，水蒸气蒸气压为8atm，流速为2m/s。
步骤(S6)中，木材烘干分以下两个阶段，第一阶段是在45℃下烘干48h，第二阶段是在100℃下烘干，直至含水率控制在11-14％范围内。
对比例1
省略处理步骤(S4)，其余步骤按照实施例1进行。
对比例2
使用水200重量份和乙醇22重量份的混合物替换(T2)中的改性分散液B，其余步骤按照实施例1进行。
对比例3
使用以下混合物替换(T2)中的改性分散液B，其余步骤按照实施例1进行。
按重量计，水200份、乙醇25份、月桂基磺化琥珀酸单酯二钠5份、单十二烷基磷酸酯钾2份、亚甲基丁二酸2份。
对比例4
使用以下混合物替换(T2)中的改性分散液B，其余步骤按照实施例1进行。
按重量计，水200份、乙醇25份、月桂基磺化琥珀酸单酯二钠5份、1-乙基乙基醚-3-甲基咪唑溴盐3份、亚甲基丁二酸2份。
对比例5
使用以下混合物替换(T2)中的改性分散液B，其余步骤按照实施例1进行。
按重量计，水200份、乙醇25份、月桂基磺化琥珀酸单酯二钠5份、1-乙基乙基醚-3-甲基咪唑溴盐3份、单十二烷基磷酸酯钾2份份。
对各实施例和对比例得到的木材进行表面性状的记录，并测试其水接触角，结果如表1所示。
可见，通过本发明提供的方法对木材进行处理所得到的木材，板材平整，无明显变形。本发明得到的板材，水接触角显著提高，标明其疏水性能显著提升。进一步地，通过对疏水改性处理液各组分的深入分析对比发现，改性分散液B对疏水纳米二氧化硅离子的渗透和固化作用具有至关重要要的作用，取消或调整改性分散液B都会导致板材经烘干处理后纳米二氧化硅析出和集聚，导致疏水性能显著下降。其中，对比例3与对比例2的接触角基本相当，显示1-乙基乙基醚-3-甲基咪唑溴盐对疏水纳米二氧化硅粒子的固化起到至关重要的作用，对比例4和5较实施例的接触角也显著降低，显示单十二烷基磷酸酯钾与亚甲基丁二酸在改性分散液B中也发挥着非常重要的作用。
表1
| 样例 | 成品性状 | 接触角 |
| 实施例1 | 板材平整，表面光滑无颗粒感 | 128° |
| 实施例2 | 板材平整，表面光滑无颗粒感 | 125° |
| 实施例3 | 板材平整，表面光滑无颗粒感 | 127° |
| 对比例1 | 板材平整，表面光滑无颗粒感 | 18° |
| 对比例2 | 板材平整，表面附着有少量白色颗粒附着物 | 27° |
| 对比例3 | 板材平整，表面附着有少量白色颗粒附着物 | 29° |
| 对比例4 | 板材平整，表面附着有少量白色颗粒附着物 | 65° |
| 对比例5 | 板材平整，表面附着有少量白色颗粒附着物 | 81° |
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种基于纳米技术的高耐水性改性木材，其特征在于：由以下步骤制备得到：
（S1）将木材分切成厚度为20-50mm的片状；
（S2）将片状木材在常温下用水浸泡24-36h；
（S3）将浸泡后的木材放入温度为160-170℃的水蒸气气流中吹扫5-8h；
（S4）将水蒸气处理后的木材置于75-80℃的疏水改性处理液中浸泡8-10h；
（S5）将经改性处理液中浸泡的木材置于温度为200-220℃的水蒸气气流中吹扫2-3h；
（S6）将步骤（S5）所得木材置于烘房中烘干，含水率控制在11-14%范围内，得到所述的高耐水性改性木材；
所述疏水改性处理液通过以下步骤制备得到：
（T1）按体积计，将200份乙醇与5份浓氨水混合，在60℃条件下加入6份四乙氧基硅烷，搅拌6-8h，再加入2份1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷，再搅拌24h，调节pH至7.0-7.5，得疏水纳米二氧化硅悬浮液A；
（T2）按重量计，将水200份、乙醇18-25份、月桂基磺化琥珀酸单酯二钠3-5份、1-乙基乙基醚-3-甲基咪唑溴盐2-3份、单十二烷基磷酸酯钾1-2份、亚甲基丁二酸1-2份混合均匀，得改性分散液B；
（T3）将疏水纳米二氧化硅悬浮液A和改性分散液B按重量计1:100-200混合均匀，得所述的疏水改性处理液。
2.根据权利要求1所述的基于纳米技术的高耐水性改性木材，其特征在于：步骤（S1）中，木材的厚度优选为35mm。
3.根据权利要求1所述的基于纳米技术的高耐水性改性木材，其特征在于：步骤（S3）中，水蒸气蒸气压优选为2.2atm。
4.根据权利要求1所述的基于纳米技术的高耐水性改性木材，其特征在于：步骤（S5）中，水蒸气蒸气压优选为8atm。
5.根据权利要求1所述的基于纳米技术的高耐水性改性木材，其特征在于：步骤（T3）中，疏水纳米二氧化硅悬浮液A和改性分散液B按重量计的配比优选为1:140。
6.根据权利要求1所述的基于纳米技术的高耐水性改性木材，其特征在于：步骤（S6）中，木材烘干分以下两个阶段，第一阶段是在45℃下烘干48h，第二阶段是在100℃下烘干，直至含水率控制在11-14%范围内。
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