CN109731747A - 一种防腐抗菌木质纤维复合材的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防腐抗菌木质纤维复合材的制备方法，先对木质纤维复合材表面喷涂一层纳米氧化物悬浮液，干燥；再在木质纤维复合材表面喷涂一层聚二甲基硅氧烷处理液，干燥；最后再在木质纤维复合材表面喷涂一层纳米氧化物悬浮液，干燥，即制得防腐抗菌木质纤维复合材；其中，所述纳米氧化物悬浮液为纳米三氧化二铝悬浮液、纳米二氧化钛悬浮液、纳米氧化锌悬浮液中的一种或几种。本发明的制备方法，在木质纤维复合材表面经过喷涂处理，在提高复合材阻燃抑烟、防腐抗菌性能的同时，显著增强了复合材表面的疏水性能，阻隔水分进入复合材内部，破坏微生物生存环境，显著提高了木材的使用寿命和防腐抗菌耐久性。

Description

一种防腐抗菌木质纤维复合材的制备方法

技术领域

本发明属于木材加工利用领域，尤其涉及一种防腐抗菌木质纤维复合材的制备方法。

背景技术

木材(木质材料)及其制品由于其独特的优良特性，是家居、建筑等领域的重要材料。木质纤维复合材料是将木材或天然植物纤维经机械分离和化学处理，掺入胶粘剂、防水剂和其他添加剂等，再经高温、高压成型制成的一种纤维复合板材。木质纤维复合材料是一种极具火灾隐患的易燃材料，一旦火灾发生，将会严重威胁到人们的生命财产安全；同时，在火灾中，木质纤维复合材料燃烧时释放的烟尘和毒气更是造成人员伤亡的主要原因。木质纤维复合材料也是一种易腐朽、易被细菌侵蚀(容易滋生细菌)、易吸水的材料，导致材料变质而影响其使用范围和使用寿命，甚至会危害人体健康。随着经济的快速增长、人们对健康要求的不断提升和人们对生活的高层化追求，木质纤维复合材料的安全和环保已经不能满足人们的需求了，必须提升到阻燃抑烟、防腐、抗菌、耐水等多功能的层次，木质纤维复合材料的多功能化己成为一种不可否认的潮流趋势。然而，现有技术中的纤维复合材只具有单一性能，很难同时实现阻燃抑烟、防腐、抗菌、耐水等具有多种性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种防腐抗菌木质纤维复合材的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种防腐抗菌木质纤维复合材的制备方法，先对木质纤维复合材表面喷涂一层纳米氧化物悬浮液，干燥；再在木质纤维复合材表面喷涂一层聚二甲基硅氧烷处理液，干燥；最后再在木质纤维复合材表面喷涂一层纳米氧化物悬浮液，干燥，即制得防腐抗菌木质纤维复合材；其中，所述纳米氧化物悬浮液为纳米三氧化二铝悬浮液、纳米二氧化钛悬浮液、纳米氧化锌悬浮液中的一种或几种。

单纯涂刷纳米氧化物悬浮液，只能是沉积在复合材表面，抗流失性能非常差，使用过程中极易脱落；而单独涂刷聚二甲基硅氧烷处理液，又不能增强复合材的抗菌防腐性能。本发明的这种刷涂方式，可以使纳米氧化物与聚二甲基硅氧烷处理液通过物理作用吸附在一起(纳米氧化物带正电荷，聚二甲基硅氧烷处理液带负电荷)，而聚二甲基硅氧烷处理液本身就属于一种油漆，能很好的粘附在复合材表面，也能很好地粘附纳米氧化物，使处理物质很好的粘附在复合材表面，使用过程中也不易脱落。

上述的制备方法，优选的，所述纳米氧化物悬浮液的质量浓度为0.5％～1.5％；所述聚二甲基硅氧烷处理液的质量浓度为0.5％～1.5％。

上述的制备方法，优选的，所述纳米氧化物悬浮液是将纳米氧化物与无水乙醇混合后经超声处理得到的；所述超声处理的时间为40-60min；所述聚二甲基硅氧烷处理液是聚二甲基硅氧烷的己烷溶液和固化剂的己烷溶液混合均匀后获得的。

上述的制备方法，优选的，所述固化剂为聚酰胺、氨乙基哌嗪、三甲基六亚甲基二胺中的一种或几种，添加量占聚二甲基硅氧烷处理液的质量的0.1％～0.3％。

上述的制备方法，优选的，所述干燥的温度为50-70℃，所述干燥的时间为5-20min。

上述的制备方法，优选的，所述木质纤维复合材的制备方法为：将木质纤维、阻燃剂、抑烟剂充分混匀后，施加胶黏剂和石蜡，进行热压成型，制备成木质纤维复合材；所述热压温度为160-180℃，热压时间为0.2-0.5min/mm，热压压力3-8MPa。

上述的制备方法，优选的，所述阻燃剂为硅酸钙、磷酸钙、磷酸氢钙、磷酸二氢钙、碳酸钙、碳酸氢钙、纳米碳酸钙中的一种或几种；所述抑烟剂为硫酸镁、硼酸锌、八钼酸铵、磷钼酸钙中的一种或几种；所述胶黏剂为改性脲醛树脂胶黏剂。

上述的制备方法，优选的，所述阻燃剂的添加量占所述纤维复合材质量的3％～7％；所述抑烟剂的添加量占所述纤维复合材质量的3％～7％；所述胶黏剂的添加量占所述纤维复合材质量的5％～9％；所述石蜡的添加量占所述纤维复合材质量的1％。

上述的制备方法，优选的，所述木质纤维为香樟纤维、银杏纤维、柚木纤维、肉桂纤维和山苍子纤维中的一种或几种。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明的制备方法，在木质纤维复合材表面经过喷涂处理，在提高复合材阻燃抑烟、防腐抗菌性能的同时，显著增强了复合材表面的疏水性能，阻隔水分进入复合材内部，破坏微生物生存环境，显著提高了木材的使用寿命和防腐抗菌耐久性。

(2)本发明采用的木质纤维选自香樟纤维、银杏纤维、柚木纤维、肉桂纤维和山苍子纤维中的一种或几种；香樟、银杏、柚木、肉桂、山苍子等植物盛产于湖南、湖北、四川、云南、贵州、广西、江西、福建、中国台湾等地，很多地区有人工栽培，属于可再生资源，来源广泛，并且成本低廉，具有广泛的推广应用价值；且本发明采用的木质纤维具有良好的防腐、抗菌、杀菌效果：香樟中含有酚类、黄酮类、单宁等成分，具有杀虫杀菌作用；银杏中含有白果醇、白果酸、白果酮、廿八醇、氢氰酸、氢化白果酸、白果酚等成分，具有抑菌和杀菌作用；柚木中含有树脂酸、萜烯、单宁酸等成分，具有抗菌杀菌作用；肉桂中苯甲酸、肉桂醇、丁香烯、香豆素等成分，具有防腐杀菌的功效；山苍子中含有枸橼醛、柠檬烯、桧烯、甲基庚酮、香茅醛等成分，对黄曲霉、桔青霉、总状毛霉、米根霉等多种霉菌均有较强的抗菌作用，对金黄色葡萄球菌、伤寒杆菌、绿脓杆菌均有抑制作用。

(3)本发明的制备方法中引入了阻燃剂和抑烟剂，显著增强了复合材料的阻燃性能，大大地降低复合材料燃烧时火焰的蔓延和渗透，抑制了烟的产生，成功的降低了复合材的产烟密度和产烟毒性，从而可以避免无谓的人员伤亡和财产损失，具有广泛的推广应用价值。

(4)本发明的制备工艺简单，生产成本相对低，制备的复合材兼具阻燃抑烟、抗菌防腐和表面疏水等功能，健康绿色环保，对人身健康危害小，可满足特殊行业如儿童娱乐场所、常用家居家具、医院、药厂及食品加工厂中对建筑装饰材料的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1制备的功复合材的疏水机理示意图。

图2为本发明实施例2制备的复合材与普通复合材的热释放速率对比图。

图3为本发明实施例2制备的复合材与普通复合材的总热释放量对比图。

图4为本发明实施例2制备的复合材与普通复合材的总烟释放量对比图。

图5为本发明实施例3制备的复合材表面喷涂氧化锌悬浮液、聚二甲基硅氧烷沉积机理示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本文发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

实施例1：

一种本发明的防腐抗菌木质纤维复合材的制备方法，包括以下步骤：

(1)将香樟木纤维与3％硅酸钙、3％硫酸镁充分混匀，再施加5％的改性脲醛树脂胶黏剂和1％石蜡，进行热压成型(热压温度为170℃，热压时间为0.3min/mm，热压压力5MPa)，制备成木质纤维复合材；

(2)将纳米三氧化二铝加入无水乙醇，超声波处理50min，制备质量浓度为0.5％的纳米三氧化二铝悬浮液；

称取5g聚二甲基硅氧烷与500mL己烷混合为溶液A，称取1g聚酰胺与500mL己烷混合为溶液B，将溶液A和溶液B分别持续搅拌20min，然后将溶液A与溶液B混合，持续搅拌20min制备质量成浓度为0.5％的聚二甲基硅氧烷处理液；

(3)对步骤(1)中制得的木质纤维复合材进行表面处理，先喷涂一层三氧化二铝纳米悬浮液，60℃条件下干燥10min；再喷涂一层聚二甲基硅氧烷处理液，60℃条件下干燥10min；最后再喷涂一层三氧化二铝纳米悬浮液，60℃干燥10min，即制得防腐抗菌木质纤维复合材。

参照GB/T 18958-2013标准“难燃中密度纤维板”，测得防腐抗菌木质纤维复合材物理力学性能，测试结果表明，本发明制备的复合材的内结合强度、静曲强度、弹性模量、表面胶合强度、吸水厚度膨胀率等指标均符合标准规定技术要求。

参照ISO5660-1标准“热释放速率测试/锥形量热仪测试”，采用锥形量热仪测定对比素板与复合材的阻燃性能，测试结果表明，本发明制备的复合材阻燃效果非常好，复合材在锥形量热仪上点燃280s后熄灭，热释放速率、总热释放量、总烟释放量显著低于素板对照板，阻燃及抑烟作用显著。

参照GB/T 4789.2-2010“食品微生物学检验菌落总数测定”，测定功能型复合材的抗细菌性能，结果表明，功能型复合材对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、大肠埃希氏菌等细菌的抗菌率大于96％；参照国家标准GB/T 13942.1-2009《木材耐久性能第1部分：天然耐腐性实验室试验方法》测定功能型复合材的耐腐性能达标准要求的I级强耐腐；采用接触角测定仪分析处理材表面的疏水性能(如附图1所示)，发现功能型复合材表面的水接触角为152.8°，滚动角为6.1°，疏水性能好。

实施例2：

一种本发明的防腐抗菌木质纤维复合材的制备方法，包括以下步骤：

(1)将银杏木纤维与5％磷酸钙、5％硼酸锌充分混匀，施加7％的改性脲醛树脂胶黏剂和1％石蜡，进行热压成型(热压温度为160℃，热压时间为0.5min/mm，热压压力5MPa)，制备成木质纤维复合材；

(2)称取纳米二氧化钛置于大烧杯中，添加无水乙醇，超声波处理50min制备质量浓度为1.0％的纳米二氧化钛悬浮液；

称取10g聚二甲基硅氧烷与500mL己烷混合为溶液A，称取2g氨乙基哌嗪与500mL己烷混合为溶液B，将溶液A和溶液B分别持续搅拌20min，然后将溶液A与溶液B混合，持续搅拌20min制备成质量浓度为1.0％的聚二甲基硅氧烷处理液；

(3)对步骤(1)中制得的木质纤维复合材进行表面处理，先喷涂一层二氧化钛纳米悬浮液，60℃条件下干燥10min；再喷涂一层聚二甲基硅氧烷处理液，60℃条件下干燥10min；最后再喷涂一层二氧化钛纳米悬浮液，60℃干燥10min，即制得防腐抗菌木质纤维复合材。

参照GB/T 18958-2013标准“难燃中密度纤维板”，测定功能型复合材物理力学性能，测试结果表明，本发明制备的复合材的内结合强度、静曲强度、弹性模量、表面胶合强度、吸水厚度膨胀率等指标均符合标准规定技术要求。

参照ISO5660-1标准“热释放速率测试/锥形量热仪测试”，采用锥形量热仪测定对比素板与复合材的阻燃性能，测试结果表明，本发明制备的复合材阻燃效果非常好，复合材在锥形量热仪上点燃235s后熄灭，热释放速率(如附图2所示)、总热释放量(如附图3所示)、总烟释放量(如附图4所示)显著低于素板对照板，阻燃及抑烟作用显著。

参照GB/T 4789.2-2010“食品微生物学检验菌落总数测定”，测定该复合材的抗细菌性能，结果表明，复合材对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、大肠埃希氏菌等细菌的抗菌率大于98％；参照国家标准GB/T 13942.1-2009《木材耐久性能第1部分：天然耐腐性实验室试验方法》测定复合材的耐腐性能达标准要求的I级强耐腐；采用接触角测定仪分析处理材表面的疏水性能，发现复合材表面的水接触角为151.5°，滚动角为6.9°，疏水性能好。

实施例3：

一种本发明的防腐抗菌木质纤维复合材的制备方法，包括以下步骤：

(1)将肉桂木纤维与7％碳酸钙、7％磷钼酸钙充分混匀，施加9％的改性脲醛树脂胶黏剂和1％石蜡，进行热压成型(热压温度为170℃，热压时间为0.2min/mm，热压压力5MPa)，制备成木质纤维复合材；

(2)称取纳米氧化锌置于大烧杯中，添加无水乙醇，超声波处理50min制备质量浓度为 1.5％的纳米氧化锌悬浮液；

称取15g聚二甲基硅氧烷与500mL己烷混合为溶液A，称取3g三甲基六亚甲基二胺与 500mL己烷混合为溶液B，将溶液A和溶液B分别持续搅拌20min，然后将溶液A与溶液B 混合，持续搅拌20min制备质量浓度为1.5％的聚二甲基硅氧烷处理液；

(3)对步骤(1)中制得的木质纤维复合材进行表面处理，先喷涂一层纳米氧化锌悬浮液，60℃条件下干燥10min；再喷涂一层聚二甲基硅氧烷处理液，60℃条件下干燥10min；最后再喷涂一层纳米氧化锌悬浮液，60℃干燥10min，即防腐抗菌木质纤维复合材。

参照GB/T 18958-2013标准“难燃中密度纤维板”，测定复合材物理力学性能，测试结果表明，本发明制备的复合材的内结合强度、静曲强度、弹性模量、表面胶合强度、吸水厚度膨胀率等指标均符合标准规定技术要求。

如附图5所示为本实施例的复合材表面喷涂氧化锌悬浮液、聚二甲基硅氧烷沉积机理示意图，纳米氧化物带正电荷，聚二甲基硅氧烷处理液带负电荷，这种刷涂3次的方法，正好使纳米氧化物与聚二甲基硅氧烷处理液通过物理作用吸附在一起，聚二甲基硅氧烷处理液本身相当于一种油漆，能很好的粘附在复合材表面，也能很好地粘附纳米氧化物，从而在复合材表面形成特殊的结构层，使用过程中也不易脱落。

参照ISO5660-1标准“热释放速率测试/锥形量热仪测试”，采用锥形量热仪测定对比素板与复合材的阻燃性能，测试结果表明，本发明制备的复合材阻燃效果非常好，复合材在锥形量热仪上点燃260s后熄灭，热释放速率、总热释放量、总烟释放量显著低于素板对照板，阻燃及抑烟作用显著。

参照GB/T 4789.2-2010“食品微生物学检验菌落总数测定”，测定复合材的抗细菌性能，结果表明，复合材对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、大肠埃希氏菌等细菌的抗菌率大于98％；参照国家标准GB/T 13942.1-2009《木材耐久性能第1部分：天然耐腐性实验室试验方法》测定复合材的耐腐性能达标准要求的I级强耐腐；采用接触角测定仪分析处理材表面的疏水性能，发现复合材表面的水接触角为154.6°，滚动角为5.3°，疏水性能好。

Claims (9)

1.一种防腐抗菌木质纤维复合材的制备方法，其特征在于，先对木质纤维复合材表面喷涂一层纳米氧化物悬浮液，干燥；再在木质纤维复合材表面喷涂一层聚二甲基硅氧烷处理液，干燥；最后再在木质纤维复合材表面喷涂一层纳米氧化物悬浮液，干燥，即制得防腐抗菌木质纤维复合材；其中，所述纳米氧化物悬浮液为纳米三氧化二铝悬浮液、纳米二氧化钛悬浮液、纳米氧化锌悬浮液中的一种或几种。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纳米氧化物悬浮液的质量浓度为0.5％～1.5％；所述聚二甲基硅氧烷处理液的质量浓度为0.5％～1.5％。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纳米氧化物悬浮液是将纳米氧化物与无水乙醇混合后经超声处理得到的；所述超声处理的时间为40-60min；

所述聚二甲基硅氧烷处理液是聚二甲基硅氧烷的己烷溶液和固化剂的己烷溶液混合均匀后获得的。

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述固化剂为聚酰胺、氨乙基哌嗪、三甲基六亚甲基二胺中的一种或几种，添加量占聚二甲基硅氧烷处理液质量的0.1％～0.3％。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述干燥的温度为50-70℃，所述干燥的时间为5-20min。

6.如权利要求1～5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述木质纤维复合材的制备方法为：将木质纤维、阻燃剂、抑烟剂充分混匀后，施加胶黏剂和石蜡，进行热压成型，制备成木质纤维复合材；所述热压温度为160-180℃，热压时间为0.2-0.5min/mm，热压压力3-8MPa。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述阻燃剂为硅酸钙、磷酸钙、磷酸氢钙、磷酸二氢钙、碳酸钙、碳酸氢钙、纳米碳酸钙中的一种或几种；所述抑烟剂为硫酸镁、硼酸锌、八钼酸铵、磷钼酸钙中的一种或几种；所述胶黏剂为改性脲醛树脂胶黏剂。

8.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述阻燃剂的添加量占所述纤维复合材质量的3％～7％；所述抑烟剂的添加量占所述纤维复合材质量的3％～7％；所述胶黏剂的添加量占所述纤维复合材质量的5％～9％；所述石蜡的添加量占所述纤维复合材质量的1％。

9.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述木质纤维为香樟纤维、银杏纤维、柚木纤维、肉桂纤维和山苍子纤维中的一种或几种。