CN113370335A - 有机无机复合功能型改性木材及加工工艺 - Google Patents

有机无机复合功能型改性木材及加工工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了有机无机复合功能型改性木材及加工工艺，配方包括：复合改性剂和木材基材，加工工艺包括步骤一，制备复合改性剂；步骤二，选材备料；步骤三，浸注处理；步骤四，干燥固化；步骤五，性能测试；本发明所制备的复合功能性改性剂，结合有机改性剂和无机改性剂的优点，不仅提高了木材的尺寸稳定性、耐候性，还提高了抗弯强度、顺纹抗压强度等性能，同时使木材具备了一定的阻燃性能和防腐性能，本发明通过对木材进行微波处理，提高了木材的渗透性，有效的减少了浸注时间，本发明通过采用真空加压浸渍的工艺对速生材进行真空加压浸渍处理，使复合功能性改性剂充分的浸渍木材，提高了木材的整体强度。

Description

有机无机复合功能型改性木材及加工工艺
技术领域
本发明涉及改性木材技术领域，具体为有机无机复合功能型改性木材及加工工艺。
背景技术
木材改性是指改善或改变木材的物理、力学、化学性质和构造特征的加工处理方法，现有的木材改性技术以物理填充、化学反应和纳米技术为主，现有木材改性所使用的改性剂分为有机改性机和无机改性剂，缺少一种复合功能性改性剂，无法实现木材的多种改性，现有的木材改性工艺大多是对木材表面进行改性处理，对于材质较厚的木材，表面处理的方法对木材强度的提升十分有限，木材原有的渗透性较为一般，而现有的改性工艺并没有对木材进行预处理，在对材质紧密的木材进行改性时，改性反应会十分缓慢，极大的影响了生产效率。
发明内容
本发明的目的在于提供有机无机复合功能型改性木材及加工工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：有机无机复合功能型改性木材，配方包括：复合改性剂和木材基材，各组分的质量百分比含量分别是：20-30％的复合改性剂和60-80％的木材基材。
优选的，各组分的质量百分比含量分别是：30％的复合改性剂和70％的木材基材。
有机无机复合功能型改性木材的加工工艺，包括步骤一，制备复合改性剂；步骤二，选材备料；步骤三，浸注处理；步骤四，干燥固化；步骤五，性能测试；
其中上述步骤一中，首先按照各组分的质量百分含量分别是：30-50％的去离子水，25-30％的羟甲基脲，15-20％的二羟甲基二羟基乙烯脲，8-15的纳米二氧化硅和0.5-2％的氯化镁进行备料，并按照质量百分比之和为1进行称取；然后将所称取的羟甲基脲，二羟甲基二羟基乙烯脲和纳米二氧化硅输送至搅拌釜中，在室温下搅拌20min，得到混合物；再加入氨水调节pH至7.0-8.0，在室温下搅拌10min；最后向搅拌釜中加入所称取的氯化镁，在室温下搅拌15min，得到复合改性剂；
其中上述步骤二中，选取适量的木材基材和上述步骤一中所制备的复合改性剂备用；
其中上述步骤三中，首先对所选取的木材基材进行微波处理，以此改进木材基材的自然渗透性；然后将木材基材装入真空加压浸注罐中，抽真空，注入适量的改性剂，使其淹没木材基材，固液比为1:3，加压浸注一段时间后排出改性剂，静置一段时间后取出备用；
其中上述步骤四中，首先使用加热固化设备对浸渍木材进行干燥，调节干燥温度至50-80℃，根据木材含水率变化调节温度和干燥时间，直至木材含水率为5-10％，然后调节温度至90-120℃，对干燥后的浸渍木材进行固化处理，固化时间为10h；
其中上述步骤五中，使用检测设备测试成品改性木材物理性能。
优选的，所述步骤一中，复合改性剂各组分的质量百分比含量分别是：40％的去离子水，28％的羟甲基脲，20％的二羟甲基二羟基乙烯脲，10％的纳米二氧化硅和2％的氯化镁。
优选的，所述步骤三中，微波处理使木材基材的射线薄壁细胞与轴向组织脱离，闭塞纹孔打开，纹孔膜破坏，轴向薄壁细胞细胞壁破坏，厚壁细胞细胞壁破坏。
优选的，所述步骤三中，抽真空负压0.08MPa，持续0.5-1.5h，加压至0.8-1.5MPa，浸注0.5-2h。
优选的，所述步骤三中，在加压浸注的过程中，复合改性剂预聚体与木质纤维之间发生化学反应，与木材细胞壁化学成分进行接枝交联反应。
优选的，所述步骤四中，在木材干燥的过程中，复合改性剂和木材组分之间发生化学交联反应，复合改性剂自身发生原位聚合反应，从而牢固地结合到木材组织结构中。
优选的，所述步骤五中，成品改性木材物理性能包括顺纹抗压强度和抗弯强度。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明所制备的复合功能性改性剂，结合有机改性剂和无机改性剂的优点，不仅提高了木材的尺寸稳定性、耐候性，还提高了抗弯强度、顺纹抗压强度等性能，同时使木材具备了一定的阻燃性能和防腐性能，本发明通过对木材进行微波处理，提高了木材的渗透性，有效的减少了浸注时间，本发明通过采用真空加压浸渍的工艺对速生材进行真空加压浸渍处理，使复合功能性改性剂充分的浸渍木材，提高了木材的整体强度。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供的一种技术方案：
实施例1：
有机无机复合功能型改性木材，配方包括：复合改性剂和木材基材，各组分的质量百分比含量分别是：30％的复合改性剂和70％的木材基材。
有机无机复合功能型改性木材的加工工艺，包括步骤一，制备复合改性剂；步骤二，选材备料；步骤三，浸注处理；步骤四，干燥固化；步骤五，性能测试；
其中上述步骤一中，首先按照各组分的质量百分含量分别是：40％的去离子水，28％的羟甲基脲，20％的二羟甲基二羟基乙烯脲，10％的纳米二氧化硅和2％的氯化镁进行备料，并按照质量百分比之和为1进行称取；然后将所称取的羟甲基脲，二羟甲基二羟基乙烯脲和纳米二氧化硅输送至搅拌釜中，在室温下搅拌20min，得到混合物；再加入氨水调节pH至7.0-8.0，在室温下搅拌10min；最后向搅拌釜中加入所称取的氯化镁，在室温下搅拌15min，得到复合改性剂；
其中上述步骤二中，选取适量的木材基材和上述步骤一中所制备的复合改性剂备用；
其中上述步骤三中，首先对所选取的木材基材进行微波处理，微波处理使木材基材的射线薄壁细胞与轴向组织脱离，闭塞纹孔打开，纹孔膜破坏，轴向薄壁细胞细胞壁破坏，厚壁细胞细胞壁破坏，以此改进木材基材的自然渗透性；然后将木材基材装入真空加压浸注罐中，抽真空负压0.08MPa，持续0.5-1.5h，注入适量的改性剂，使其淹没木材基材，固液比为1:3，加压至0.8-1.5MPa，浸注1h后排出改性剂，静置一段时间后取出备用，在加压浸注的过程中，复合改性剂预聚体与木质纤维之间发生化学反应，与木材细胞壁化学成分进行接枝交联反应；
其中上述步骤四中，首先使用加热固化设备对浸渍木材进行干燥，调节干燥温度至50-80℃，根据木材含水率变化调节温度和干燥时间，直至木材含水率为5-10％，然后调节温度至90-120℃，对干燥后的浸渍木材进行固化处理，固化时间为10h，在木材干燥的过程中，复合改性剂和木材组分之间发生化学交联反应，复合改性剂自身发生原位聚合反应，从而牢固地结合到木材组织结构中；
其中上述步骤五中，使用检测设备测试成品改性木材的顺纹抗压强度和抗弯强度。
实施例2：
有机无机复合功能型改性木材，配方包括：复合改性剂和木材基材，各组分的质量百分比含量分别是：30％的复合改性剂和70％的木材基材。
有机无机复合功能型改性木材的加工工艺，包括步骤一，制备复合改性剂；步骤二，选材备料；步骤三，浸注处理；步骤四，干燥固化；步骤五，性能测试；
其中上述步骤一中，首先按照各组分的质量百分含量分别是：48％的去离子水，25％的羟甲基脲，15％的二羟甲基二羟基乙烯脲，10％的纳米二氧化硅和2％的氯化镁进行备料，并按照质量百分比之和为1进行称取；然后将所称取的羟甲基脲，二羟甲基二羟基乙烯脲和纳米二氧化硅输送至搅拌釜中，在室温下搅拌20min，得到混合物；再加入氨水调节pH至7.0-8.0，在室温下搅拌10min；最后向搅拌釜中加入所称取的氯化镁，在室温下搅拌15min，得到复合改性剂；
其中上述步骤二中，选取适量的木材基材和上述步骤一中所制备的复合改性剂备用；
其中上述步骤三中，首先对所选取的木材基材进行微波处理，微波处理使木材基材的射线薄壁细胞与轴向组织脱离，闭塞纹孔打开，纹孔膜破坏，轴向薄壁细胞细胞壁破坏，厚壁细胞细胞壁破坏，以此改进木材基材的自然渗透性；然后将木材基材装入真空加压浸注罐中，抽真空负压0.08MPa，持续0.5-1.5h，注入适量的改性剂，使其淹没木材基材，固液比为1:3，加压至0.8-1.5MPa，浸注1h后排出改性剂，静置一段时间后取出备用，在加压浸注的过程中，复合改性剂预聚体与木质纤维之间发生化学反应，与木材细胞壁化学成分进行接枝交联反应；
其中上述步骤四中，首先使用加热固化设备对浸渍木材进行干燥，调节干燥温度至50-80℃，根据木材含水率变化调节温度和干燥时间，直至木材含水率为5-10％，然后调节温度至90-120℃，对干燥后的浸渍木材进行固化处理，固化时间为10h，在木材干燥的过程中，复合改性剂和木材组分之间发生化学交联反应，复合改性剂自身发生原位聚合反应，从而牢固地结合到木材组织结构中；
其中上述步骤五中，使用检测设备测试成品改性木材的顺纹抗压强度和抗弯强度。
实施例3：
有机无机复合功能型改性木材，配方包括：复合改性剂和木材基材，各组分的质量百分比含量分别是：30％的复合改性剂和70％的木材基材。
有机无机复合功能型改性木材的加工工艺，包括步骤一，制备复合改性剂；步骤二，选材备料；步骤三，浸注处理；步骤四，干燥固化；步骤五，性能测试；
其中上述步骤一中，首先按照各组分的质量百分含量分别是：40％的去离子水，28％的羟甲基脲，20％的二羟甲基二羟基乙烯脲，10％的纳米二氧化硅和2％的氯化镁进行备料，并按照质量百分比之和为1进行称取；然后将所称取的羟甲基脲，二羟甲基二羟基乙烯脲和纳米二氧化硅输送至搅拌釜中，在室温下搅拌20min，得到混合物；再加入氨水调节pH至7.0-8.0，在室温下搅拌10min；最后向搅拌釜中加入所称取的氯化镁，在室温下搅拌15min，得到复合改性剂；
其中上述步骤二中，选取适量的木材基材和上述步骤一中所制备的复合改性剂备用；
其中上述步骤三中，首先将木材基材装入真空加压浸注罐中，抽真空负压0.08MPa，持续0.5-1.5h，注入适量的改性剂，使其淹没木材基材，固液比为1:3，加压至0.8-1.5MPa，浸注5h后排出改性剂，静置一段时间后取出备用，在加压浸注的过程中，复合改性剂预聚体与木质纤维之间发生化学反应，与木材细胞壁化学成分进行接枝交联反应；
其中上述步骤四中，首先使用加热固化设备对浸渍木材进行干燥，调节干燥温度至50-80℃，根据木材含水率变化调节温度和干燥时间，直至木材含水率为5-10％，然后调节温度至90-120℃，对干燥后的浸渍木材进行固化处理，固化时间为10h，在木材干燥的过程中，复合改性剂和木材组分之间发生化学交联反应，复合改性剂自身发生原位聚合反应，从而牢固地结合到木材组织结构中；
其中上述步骤五中，使用检测设备测试成品改性木材的顺纹抗压强度和抗弯强度。
各实施例性质对比如下表：
Figure BDA0003088182640000071
基于上述，本发明所制备的复合功能性改性剂，结合有机改性剂和无机改性剂的优点，有效的提高了木材的各项性能，本发明对木材进行了微波处理，有效的减少了浸注时间，提高了生产效率，本发明采用真空加压浸渍的工艺对速生材进行真空加压浸渍处理，使复合功能性改性剂充分的浸渍木材，提高了木材的整体强度。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (9)

1.有机无机复合功能型改性木材，配方包括：复合改性剂和木材基材，其特征在于：各组分的质量百分比含量分别是：20-30％的复合改性剂和60-80％的木材基材。
2.根据权利要求1所述的有机无机复合功能型改性木材，其特征在于：各组分的质量百分比含量分别是：30％的复合改性剂和70％的木材基材。
3.有机无机复合功能型改性木材的加工工艺，包括步骤一，制备复合改性剂；步骤二，选材备料；步骤三，浸注处理；步骤四，干燥固化；步骤五，性能测试；其特征在于：
其中上述步骤一中，首先按照各组分的质量百分含量分别是：30-50％的去离子水，25-30％的羟甲基脲，15-20％的二羟甲基二羟基乙烯脲，8-15的纳米二氧化硅和0.5-2％的氯化镁进行备料，并按照质量百分比之和为1进行称取；然后将所称取的羟甲基脲，二羟甲基二羟基乙烯脲和纳米二氧化硅输送至搅拌釜中，在室温下搅拌20min，得到混合物；再加入氨水调节pH至7.0-8.0，在室温下搅拌10min；最后向搅拌釜中加入所称取的氯化镁，在室温下搅拌15min，得到复合改性剂；
其中上述步骤二中，选取适量的木材基材和上述步骤一中所制备的复合改性剂备用；
其中上述步骤三中，首先对所选取的木材基材进行微波处理，以此改进木材基材的自然渗透性；然后将木材基材装入真空加压浸注罐中，抽真空，注入适量的改性剂，使其淹没木材基材，固液比为1:3，加压浸注一段时间后排出改性剂，静置一段时间后取出备用；
其中上述步骤四中，首先使用加热固化设备对浸渍木材进行干燥，调节干燥温度至50-80℃，根据木材含水率变化调节温度和干燥时间，直至木材含水率为5-10％，然后调节温度至90-120℃，对干燥后的浸渍木材进行固化处理，固化时间为10h；
其中上述步骤五中，使用检测设备测试成品改性木材物理性能。
4.根据权利要求3所述的有机无机复合功能型改性木材的加工工艺，其特征在于：所述步骤一中，复合改性剂各组分的质量百分比含量分别是：40％的去离子水，28％的羟甲基脲，20％的二羟甲基二羟基乙烯脲，10％的纳米二氧化硅和2％的氯化镁。
5.根据权利要求3所述的有机无机复合功能型改性木材的加工工艺，其特征在于：所述步骤三中，微波处理使木材基材的射线薄壁细胞与轴向组织脱离，闭塞纹孔打开，纹孔膜破坏，轴向薄壁细胞细胞壁破坏，厚壁细胞细胞壁破坏。
6.根据权利要求3所述的有机无机复合功能型改性木材的加工工艺，其特征在于：所述步骤三中，抽真空负压0.08MPa，持续0.5-1.5h，加压至0.8-1.5MPa，浸注0.5-2h。
7.根据权利要求3所述的有机无机复合功能型改性木材的加工工艺，其特征在于：所述步骤三中，在加压浸注的过程中，复合改性剂预聚体与木质纤维之间发生化学反应，与木材细胞壁化学成分进行接枝交联反应。
8.根据权利要求3所述的有机无机复合功能型改性木材的加工工艺，其特征在于：所述步骤四中，在木材干燥的过程中，复合改性剂和木材组分之间发生化学交联反应，复合改性剂自身发生原位聚合反应，从而牢固地结合到木材组织结构中。
9.根据权利要求3所述的有机无机复合功能型改性木材的加工工艺，其特征在于：所述步骤五中，成品改性木材物理性能包括顺纹抗压强度和抗弯强度。
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