CN106625947A - 一种用于速生木材的添加氧化石墨烯改性乳液的复合改性剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于速生木材的添加氧化石墨烯改性乳液的复合改性剂，由下列重量份的原料制备制成：甲醛3‑3.5、尿素2‑3、六亚甲基四胺1.5‑2、马来酸酐0.02‑0.03、醋酸适量、氨水适量、去离子水适量、固含量为42wt%的二羟甲基二羟基乙烯脲20‑23、六水合氯化镁1.5‑2、硅溶胶10‑11、氧化石墨烯3‑4、甲基丙烯酸甲酯7‑8、丙烯酸丁酯3‑4、壬基酚聚十氧化乙烯基醚0.8‑1、焦亚磷酸钠1.5‑2、过硫酸钾0.1‑0.12。用本发明改性后的木材具有高硬度、高强度、极佳的耐磨性，同时吸水率降低，能够阻挡外界水份进行木材内部而引起的腐败，非常适合用此木材制造户外家具、器材，降低了生产成本，同时拓宽了速生木材的使用范围。
Description
技术领域
本发明涉及木材改性技术领域，尤其涉及一种用于速生木材的添加氧化石墨烯改性乳液的复合改性剂。
背景技术
木材及木质材料作为社会经济建设中的重要生产资料,不仅广泛应用于日常生活中的各个领域,还广泛应用于交通、建筑和航天等工业领域。随着世界范围内森林资源日益短缺,特别是珍贵木材数量日益锐减,近年来大量的速生树种被广泛种植满足全球范围内的木材供应。与天然林木相比,速生树种受到生长年限短等因素限制,导致早晚材差异很大,材质疏松,力学性能较差,所以不通过处理人工速生林木材难以用在家具制造等经济高附加值领域。由于木材是一种天然的具有多孔性的高分子材料,由不同火小、形状和不同连通情况的管状单元交错连接而成,具有流体可渗透性,其特有的多孔状结构为木材改性提供了基础。对速生林木进行物理或化学改性处理, 不仅提高了速生林木的经济附加值,还起到了保护珍贵树种资源的作用。木材改性是指利用物理、化学和机械等方法对木材原木进行工艺性处理,使木材密度、硬度、强度和尺寸稳定性等物理力学性质等得到良好的改善。化学改性是速生林木改性的主要手段,其中改性过程中的化学浸渍药液的选择及浸渍材的干燥工艺是国内外学者的研究重点。但是随着人民生活水平的提高和环保意识的增强,从对人类健康角度出发,如何减少化学浸渍药液在改性材的残留是化学改性速生林木急需解决的问题, 因此如何将速生林木功能化改良一体化研究朝向绿色环保及功能化是本论文及今后速生林木改性的新方向。
《复合改性剂对速生杨木和椿木改性效应及机理研究》一文中通过自主合成低分子改性氮径甲基预聚体与二羟甲基二羟基乙烯脲进行复合，通过添加多种稳定剂制成多功能型化学改性剂，对改性前后的木材理化性质和改性机理进行了初步研究,通过浸渍干燥处理后的改性材的主要力学强度改善效果明显,热稳定性得到提高，同时改性剂浸渍到木材内部时,可以发生自身缩合作用形成三维网状结构,改性剂在木材内部充当强度较高的填充物,尤其对尺寸稳定性和力学性质改善作用较为明显。虽然改性后的速生木材在力学性能上有所提高，但是由于其对吸水性的降低不够明显影响了速生木材在户外家具、户外木器材领域的应用，需要对其复合改性剂进一步进行改性，还希望能够具有其他附加性能以满足户外家具等对速生木材的需求。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种用于速生木材的添加氧化石墨烯改性乳液的复合改性剂。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种用于速生木材的添加氧化石墨烯改性乳液的复合改性剂，由下列重量份的原料制备制成：甲醛3-3.5、尿素2-3、六亚甲基四胺1.5-2、马来酸酐0.02-0.03、醋酸适量、氨水适量、去离子水适量、固含量为42wt%的二羟甲基二羟基乙烯脲20-23、六水合氯化镁1.5-2、硅溶胶10-11、氧化石墨烯3-4、甲基丙烯酸甲酯7-8、丙烯酸丁酯3-4、壬基酚聚十氧化乙烯基醚0.8-1、焦亚磷酸钠1.5-2、过硫酸钾0.1-0.12。
所述一种用于速生木材的添加氧化石墨烯改性乳液的复合改性剂，由以下具体步骤制成：
（1）将甲醛、尿素、六亚甲基四胺放入反应釜中，加入马来酸酐，边搅拌边加热至完全溶解，加入总量1.5-2倍量的去离子水，加热至70-80℃，搅拌反应3-4小时后用醋酸和氨水调节pH值为7，结束反应；
（2）将壬基酚聚十氧化乙烯基醚溶解于30-40倍量的去离子水中，水浴加热至40-50℃，继续加入焦亚磷酸钠，搅拌至完全溶解后加入一半量的甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸丁酯混合物，以600-800转/份速度搅拌20-30分钟后升温至70-80℃，缓慢滴加过硫酸钾，再加入余下的甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸丁酯混合物，保温搅拌反应90-120分钟待用；将氧化石墨烯加入2-3倍量的去离子水中，超声分散30-40分钟形成悬浮液后加入上述反应体系中，以800-1000转/分的速度搅拌20-30分钟，得到复合乳液；
（3）将固含量为42wt%的二羟甲基二羟基乙烯脲与硅溶胶混合，以500-600转/分的速度搅拌10-15分钟后加入步骤（1）步骤（2）得到的产物以及其余剩余成分，继续超声分散15-20分钟，即得。
本发明的优点是：本发明通过一定的工艺将甲醛、尿素、六亚甲基四胺进行反应生成预聚体，再通过与二羟甲基二羟基乙烯脲、硅溶胶、氯化镁进行复配，经过超声处理后可以形成溶胶型复合改性剂，其中Si-0-Si骨架结构对改性剂体系起到稳定作用，通过对木材进行浸渍处理，可以显著提高木材浸渍改性率，提高了木材的增重率；复合改性剂能够在木材浸渍过程中很好的分散于木材的细胞壁微孔结构,在随后的加热干燥中与木材化学组分中的纤维素、半纤维素、木质素等发生原位凝胶聚合反应,化学反应最终使他们之间的官能团可以连接形成共价键,共价键非常牢固,因而改性速生木材的抗弯强度、抗弯弹性模量和顺纹抗压强度都有很大的提高；同时复合改性剂还可以与木材的主要化学成分纤维素、半纤维素和木质素发生醚化反应,该类反应可以减少木材中亲水性羟基,从而显著降低了木材吸湿性。
本发明通过共混制备了聚丙烯酸酯乳液，然后添加氧化石墨烯进行复配得到了复合乳液，配合硅溶胶等成分的添加，制成本发明产品，本发明改性剂质量均匀、性质稳定，容易存储，用于速生木材的改性，能够通过浸渍浆有效成分均匀地渗透到木材内部以及分散在木材表面，改善了速生木材抗压强度低、容易磨损的缺点，使得改性后的木材具有高硬度、高强度、极佳的耐磨性，同时吸水率降低，能够阻挡外界水份进行木材内部而引起的腐败，非常适合用此木材制造户外家具、器材，降低了生产成本，同时拓宽了速生木材的使用范围。
具体实施方式
一种用于速生木材的添加氧化石墨烯改性乳液的复合改性剂，由下列重量份（公斤）的原料制备制成：甲醛3、尿素2、六亚甲基四胺1.5、马来酸酐0.02、醋酸适量、氨水适量、去离子水适量、固含量为42wt%的二羟甲基二羟基乙烯脲20、六水合氯化镁1.5、硅溶胶10、氧化石墨烯3、甲基丙烯酸甲酯7、丙烯酸丁酯3、壬基酚聚十氧化乙烯基醚0.8、焦亚磷酸钠1.5、过硫酸钾0.1。
所述一种用于速生木材的添加氧化石墨烯改性乳液的复合改性剂，由以下具体步骤制成：
（1）将甲醛、尿素、六亚甲基四胺放入反应釜中，加入马来酸酐，边搅拌边加热至完全溶解，加入总量1.5倍量的去离子水，加热至70℃，搅拌反应3小时后用醋酸和氨水调节pH值为7，结束反应；
（2）将壬基酚聚十氧化乙烯基醚溶解于30倍量的去离子水中，水浴加热至40℃，继续加入焦亚磷酸钠，搅拌至完全溶解后加入一半量的甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸丁酯混合物，以600转/份速度搅拌20分钟后升温至70℃，缓慢滴加过硫酸钾，再加入余下的甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸丁酯混合物，保温搅拌反应90分钟待用；将氧化石墨烯加入2倍量的去离子水中，超声分散30分钟形成悬浮液后加入上述反应体系中，以800转/分的速度搅拌20分钟，得到复合乳液；
（3）将固含量为42wt%的二羟甲基二羟基乙烯脲与硅溶胶混合，以500转/分的速度搅拌10分钟后加入步骤（1）步骤（2）得到的产物以及其余剩余成分，继续超声分散15分钟，即得。
将速生木材加工成一定规格的单板，干燥至含水率为 6-10%，放入真空压力浸渍罐中，抽真空至-0.01MPa 后，保持30-40分钟，然后快速注入本发明改性剂，继续保持40-50分钟，之后加压至0.89-0.9 MPa保持15-20分钟；将板材取出后，置于室内环境气干至含水率低于30%，然后放入烘箱，先在80-90℃下干燥6-8小时，再在120-130℃下固化4-5小时，冷却后出料得到改性后的速生木材。将改性后的速生木材与未改性木材进行比较，绝干密度提高了65.4%，抗弯强度提高了63.3%，顺纹抗压强度提高了16.6%,终吸水率降低了34.7%。
Claims (2)
1.一种用于速生木材的添加氧化石墨烯改性乳液的复合改性剂，其特征在于，由下列重量份的原料制备制成：甲醛3-3.5、尿素2-3、六亚甲基四胺1.5-2、马来酸酐0.02-0.03、醋酸适量、氨水适量、去离子水适量、固含量为42wt%的二羟甲基二羟基乙烯脲20-23、六水合氯化镁1.5-2、硅溶胶10-11、氧化石墨烯3-4、甲基丙烯酸甲酯7-8、丙烯酸丁酯3-4、壬基酚聚十氧化乙烯基醚0.8-1、焦亚磷酸钠1.5-2、过硫酸钾0.1-0.12。
2.根据权利要求1所述一种用于速生木材的添加氧化石墨烯改性乳液的复合改性剂，其特征在于，由以下具体步骤制成：
（1）将甲醛、尿素、六亚甲基四胺放入反应釜中，加入马来酸酐，边搅拌边加热至完全溶解，加入总量1.5-2倍量的去离子水，加热至70-80℃，搅拌反应3-4小时后用醋酸和氨水调节pH值为7，结束反应；
（2）将壬基酚聚十氧化乙烯基醚溶解于30-40倍量的去离子水中，水浴加热至40-50℃，继续加入焦亚磷酸钠，搅拌至完全溶解后加入一半量的甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸丁酯混合物，以600-800转/份速度搅拌20-30分钟后升温至70-80℃，缓慢滴加过硫酸钾，再加入余下的甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸丁酯混合物，保温搅拌反应90-120分钟待用；将氧化石墨烯加入2-3倍量的去离子水中，超声分散30-40分钟形成悬浮液后加入上述反应体系中，以800-1000转/分的速度搅拌20-30分钟，得到复合乳液；
（3）将固含量为42wt%的二羟甲基二羟基乙烯脲与硅溶胶混合，以500-600转/分的速度搅拌10-15分钟后加入步骤（1）步骤（2）得到的产物以及其余剩余成分，继续超声分散15-20分钟，即得。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN107030822A (zh) * | 2017-06-12 | 2017-08-11 | 广西大学 | 一种多功能木材的改性剂及改性方法 |
| CN108274569A (zh) * | 2018-01-22 | 2018-07-13 | 北京林业大学 | 一种氧化石墨烯/二氧化硅复合改性剂的制备方法及其应用 |
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2016
- 2016-10-11 CN CN201610884506.2A patent/CN106625947A/zh not_active Withdrawn
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