CN112025888A - 基于废弃木材制备透明隔热建筑材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于建筑材料加工技术领域，尤其涉及一种基于废弃木材制备透明隔热建筑材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.木材预处理，S2.木材乙酰化处理，S3.浸渍树脂，S4.热压成型，制得致密木材，即为所得。该方法简单易行，所制备出的致密木材板具有较好的隔热性能，应用前景良好。

Description

基于废弃木材制备透明隔热建筑材料的方法
【技术领域】
本发明属于建筑材料加工技术领域，尤其涉及一种基于废弃木材制备透明 隔热建筑材料的方法。
【背景技术】
随着经济的快速发展和社会生活水平的不断提高，在各个行业对木材的需 求也越来越多，很多产品都需要用木质材料制作，这就使得过多的树木遭到砍 伐使森林面积不断的缩小，环境恶化严重。而随着时间的推移，众多木质产品 更新迭代，进而会产生大量的废弃木材，这些废弃木材或被丢弃、或被焚烧、 或被闲置，使得这些废弃木材失去了重新利用的空间，造成了严重的资源浪费。
随着技术的提高，人们开始将这些废弃木材进行重新利用，一般来说废弃 木材的利用，指的是将成大块的木材碾碎后形成的小块状废弃木材，或者经预 加工成薄片状的废弃木材，人们利用这些木材可以重新加工成木质地板、木质 板墙等产品。但是基于技术原因，很少将这些废弃木材应用于制备建筑隔热材 料，虽然也有少数在这方面的应用，但是他们通过废弃木材制备的建筑材料的 强度、硬度较差，对废弃木材的改性效果不佳。
公布号为CN105171866A的中国专利提供了一种树脂浸渍增强、真空干燥和 热处理联合改性木材的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：(1)树脂浸渍 增强：将板材置于密闭罐体内，将罐体内抽真空至0.08～0.1MPa负压状态时， 保持20～60min；然后在该负压状态下将树脂溶液注入并充满罐体；再将罐体内 压力调至0.1～1.0MPa，保持1～8h，使树脂溶液注入木材；解除压力，将剩余 树脂溶液排出，再对罐体抽真空至0.08～0.1MPa的负压状态，保持30～60min， 以清除板材表面多余的液体，解除罐体真空后排出液体；所述树脂溶液是将三 聚氰胺脲醛树脂溶解于水中制得，树脂与水的体积比例为1:4；(2)真空干燥处 理：将经步骤(1)处理过的木材码垛放入真空干燥罐内，加热至木材温度达到 40℃～60℃，再对热处理罐抽真空至-0.04MPa～-0.06MPa之间，保持罐内温度 和真空状态，干燥木材至含水率5％～12％；(3)前期热处理：对罐体内木材加 热至100℃～130℃，同时，抽真空至罐体内真空度在-0.06MPa～-0.09MPa之 间，干燥木材至绝干；(4)热处理阶段：热处理温度160℃～240℃，热处理时间 4h～10h，热处理过程保持罐体内真空度在-0.06MPa～-0.09MPa之间；热处理后 的木材依次经调湿和降温后从罐内取出。通过上述方法对木材进行改性后，其 对紫外、红外的屏蔽功能性效果有限，而且制备步骤较为复杂。
【发明内容】
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于废弃木材制备透明隔 热建筑材料的方法，该方法简单易行，所制备出的致密木材板具有较好的隔热 性能，应用前景良好。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于废弃木材制备透明 隔热建筑材料的方法，该方法包括以下步骤：
S1.木材预处理：
S1.1.将废弃木材置于常温下通风干燥至含水率为3％～7％；
S1.2.将干燥后的废弃木材浸没于过氧化氢溶液中，加热；
S1.3.再向步骤S1.2中的溶液中加入络合剂溶液，加热，然后加入缓冲剂 溶液，搅拌并反应0.8h～1.2h，将反应后的木材取出清洗并干燥至含水率为 3％～7％，即得预处理的木材；
S2.木材乙酰化处理：
S2.1.将预处理后的木材装载在压力容器中，并抽真空至真空度为 0.75atm～0.85atm；
S2.2.向压力容器中加入乙酰化流体，同时降低容器压力至真空度≤ 0.7atm，保持3～4h；
S2.3.将压力容器加压至表压为10atm，温度提升至100℃～130℃，保持 1h～2h；
S3.浸渍树脂：
S3.1.按质量份数计，将4～6份氧化锡锑纳米颗粒投加到25～30份甲基丙烯 酸甲酯单体溶液中，升温至75℃～85℃；然后再加入60～65份甲基丙烯酸甲酯单 体和1～2份过氧化苯甲酰，搅拌并进行预聚反应，制得预聚液；
S3.2.将乙酰化处理后的木材通过过氧化氢进行漂白，清洗，干燥；
S3.3.将经步骤S3.2处理的木材置于真空渗透机的下腔中，并抽真空处理；
S3.4.将步骤S3.1制备的预聚液经真空渗透机的上腔流入、渗透到所述下 腔中木材中；
S3.5.收集剩余预聚液，重复步骤S3.4；
S4.热压成型：
S4.1.将渗透的木板用夹板夹紧，并用铝箔包裹，在80℃～85℃烘箱中聚合 5h～6h；
S4.2.将经步骤S4.1处理的木材套入热压成型机的模板中，在4MPa～5MPa 的压力下压制20h～28h，压制温度为90℃～100℃，制得致密木材，即为所得。
优选地，步骤S1.2中，废弃木材与过氧化氢溶液的体积比为1:(2.5～3)。
优选地，步骤S1.2为，在65℃～80℃条件下配置9wt％的过氧化氢溶液，将 干燥后的废弃木材浸没于过氧化氢溶液中，加热至85℃～95℃并搅拌。
优选地，步骤S1.3中，加入的络合剂、缓冲剂与废弃木材的体积比为0.1： 0.5：1。
优选地，步骤S1.3中，络合剂为0.1wt％的硫酸镁和0.1wt％的二乙烯三胺 五乙酸按体积比1:1组成；缓冲剂为3.0wt％的硅酸钠和3.0wt％的氢氧化钠按体 积比1:1组成。
优选地，步骤S2.2中，乙酰化流体主要由乙酸酐、吡啶和N-甲基吡咯烷酮 组成。
优选地，所述乙酸酐、吡啶和N-甲基吡咯烷酮按体积比为(6～8):(5～7):100 混合，组成乙酰化流体。
优选地，步骤S2.2中，乙酰化流体与压力容器中加入的木材的体积比为 (1.5～2):1。
本发明的有益效果是：
创新地采用了保留木质素的方法对木材进行预处理，保持了木材完整的微 观结构，从而使透明木材保留了高强度、高硬度的特点，同时该方法相比传统 去木质素方法更加环保高效；
创新地对脱色后的木材进行乙酰化处理，使细胞壁表面的部分羟基酯化， 使细胞壁表面疏水化，提高与聚合物之间的相容性，使木材厚度增加的同时仍 旧保持较高的透明度；
创新地添加了ATO(锑掺杂氧化锡)纳米颗粒以增强木材的紫外红外屏蔽能 力，该方法具有操作简单、成本低廉、性能提升效果明显的特点。
【具体实施方式】
下面通过具体实施例，对本发明做进一步详细说明，但本发明不仅局限于以 下具体实施例。
实施例1
一种基于废弃木材制备透明隔热建筑材料的方法，该方法包括以下步骤：
S1.木材预处理：
S1.1.将废弃木材置于常温下通风干燥至含水率为5％；
S1.2.反应釜中通入水，将水加热至75℃并保温10min，然后加入高浓度 的过氧化氢，进而配置出9wt％的过氧化氢溶液，将干燥后的废弃木材浸没于配 置的过氧化氢溶液中，加热至90℃并搅拌；其中废弃木材与9wt％的过氧化氢溶 液的体积比为1:2.7；
S1.3.再向步骤S1.2中的过氧化氢溶液中加入络合剂溶液，加热，然后加 入缓冲剂溶液，搅拌并反应1.0h，将反应后的木材取出清洗并干燥至含水率为 5％，即得预处理的木材；
S2.木材乙酰化处理：
S2.1.将预处理后的木材装载在压力容器中，并抽真空至真空度为0.8atm；
S2.2.向压力容器中加入乙酰化流体，加入的乙酰化流体的体积与压力容器 中加入的木材的体积比为1.8:1，以便使木材完全被浸没，同时降低容器压力至 真空度为0.6atm，保持4h；
S2.3.将压力容器加压至表压为10atm，温度提升至120℃，保持1.5h；
S3.浸渍树脂：
S3.1.按质量份数计，将5份氧化锡锑纳米颗粒投加到28份甲基丙烯酸甲 酯单体溶液中，升温至80℃；然后再加入63份甲基丙烯酸甲酯单体和2份过氧 化苯甲酰，搅拌并进行预聚反应，制得预聚液；
S3.2.将乙酰化处理后的木材通过过氧化氢进行漂白，清洗，干燥；
S3.3.将经步骤S3.2处理的木材置于真空渗透机的下腔(低压腔)中，并 抽真空处理，具体可以抽真空至真空度为0.5atm；
S3.4.将步骤S3.1制备的预聚液经真空渗透机的上腔(高压腔)流入、渗 透到所述下腔中木材中；
S3.5.收集剩余预聚液，重复步骤S3.4；
S4.热压成型：
S4.1.将渗透的木板用夹板夹紧，并用铝箔包裹，在85℃烘箱中聚合6h；
S4.2.将经步骤S4.1处理的木材套入热压成型机的模板中，在5MPa的压力 下压制25h，压制温度为95℃，制得致密木材，即为所得。
进一步地，步骤S1.3中，加入的络合剂、缓冲剂与废弃木材的体积比为0.1： 0.5：1；且络合剂为0.1wt％的硫酸镁和0.1wt％的二乙烯三胺五乙酸按体积比1:1 组成；缓冲剂为3.0wt％的硅酸钠和3.0wt％的氢氧化钠按体积比1:1组成。
进一步地，步骤S2.2中，乙酰化流体主要由乙酸酐、吡啶和N-甲基吡咯烷 酮组成；且乙酸酐、吡啶和N-甲基吡咯烷酮按体积比为7:6:100。
实施例2
一种基于废弃木材制备透明隔热建筑材料的方法，该方法包括以下步骤：
S1.木材预处理：
S1.1.将废弃木材置于常温下通风干燥至含水率为3％；
S1.2.反应釜中通入水，将水加热至65℃并保温10min，然后加入高浓度 的过氧化氢，进而配置出9wt％的过氧化氢溶液，将干燥后的废弃木材浸没于配 置的过氧化氢溶液中，加热至85℃并搅拌；其中废弃木材与9wt％的过氧化氢溶 液的体积比为1:2.5；
S1.3.再向步骤S1.2中的过氧化氢溶液中加入络合剂溶液，加热，然后加 入缓冲剂溶液，搅拌并反应0.8h，将反应后的木材取出清洗并干燥至含水率为 3％，即得预处理的木材；
S2.木材乙酰化处理：
S2.1.将预处理后的木材装载在压力容器中，并抽真空至真空度为0.75atm；
S2.2.向压力容器中加入乙酰化流体，加入的乙酰化流体的体积与压力容器 中加入的木材的体积比为1.5:1，以便使木材完全被浸没，同时降低容器压力至 真空度≤0.7atm，保持3h；
S2.3.将压力容器加压至表压为10atm，温度提升至100℃，保持2h；
S3.浸渍树脂：
S3.1.按质量份数计，将4份氧化锡锑纳米颗粒投加到25份甲基丙烯酸甲 酯单体溶液中，升温至75℃；然后再加入60份甲基丙烯酸甲酯单体和1份过氧 化苯甲酰，搅拌并进行预聚反应，制得预聚液；
S3.2.将乙酰化处理后的木材通过过氧化氢进行漂白，清洗，干燥；
S3.3.将经步骤S3.2处理的木材置于真空渗透机的下腔(低压腔)中，并 抽真空处理，具体可以抽真空至真空度为0.3atm；
S3.4.将步骤S3.1制备的预聚液经真空渗透机的上腔(高压腔)流入、渗 透到所述下腔中木材中；
S3.5.收集剩余预聚液，重复步骤S3.4；
S4.热压成型：
S4.1.将渗透的木板用夹板夹紧，并用铝箔包裹，在80℃烘箱中聚合6h；
S4.2.将经步骤S4.1处理的木材套入热压成型机的模板中，在4MPa的压力 下压制28h，压制温度为90℃，制得致密木材，即为所得。
进一步地，步骤S1.3中，加入的络合剂、缓冲剂与废弃木材的体积比为0.1： 0.5：1；且络合剂为0.1wt％的硫酸镁和0.1wt％的二乙烯三胺五乙酸按体积比1:1 组成；缓冲剂为3.0wt％的硅酸钠和3.0wt％的氢氧化钠按体积比1:1组成。
进一步地，步骤S2.2中，乙酰化流体主要由乙酸酐、吡啶和N-甲基吡咯烷 酮组成；且乙酸酐、吡啶和N-甲基吡咯烷酮按体积比为6:5:100。
实施例3
一种基于废弃木材制备透明隔热建筑材料的方法，该方法包括以下步骤：。
S1.木材预处理：
S1.1.将废弃木材置于常温下通风干燥至含水率为7％；
S1.2.反应釜中通入水，将水加热至80℃并保温10min，然后加入高浓度 的过氧化氢，进而配置出9wt％的过氧化氢溶液，将干燥后的废弃木材浸没于配 置的过氧化氢溶液中，加热至95℃并搅拌；其中废弃木材与9wt％的过氧化氢溶 液的体积比为1:3；
S1.3.再向步骤S1.2中的过氧化氢溶液中加入络合剂溶液，加热，然后加 入缓冲剂溶液，搅拌并反应1.2h，将反应后的木材取出清洗并干燥至含水率为 7％，即得预处理的木材；
S2.木材乙酰化处理：
S2.1.将预处理后的木材装载在压力容器中，并抽真空至真空度为0.85atm；
S2.2.向压力容器中加入乙酰化流体，加入的乙酰化流体的体积与压力容器 中加入的木材的体积比为2:1，以便使木材完全被浸没，同时降低容器压力至真 空度≤0.7atm，保持4h；
S2.3.将压力容器加压至表压为10atm，温度提升至130℃，保持1h；
S3.浸渍树脂：
S3.1.按质量份数计，将6份氧化锡锑纳米颗粒投加到30份甲基丙烯酸甲 酯单体溶液中，升温至85℃；然后再加入65份甲基丙烯酸甲酯单体和2份过氧 化苯甲酰，搅拌并进行预聚反应，制得预聚液；
S3.2.将乙酰化处理后的木材通过过氧化氢进行漂白，清洗，干燥；
S3.3.将经步骤S3.2处理的木材置于真空渗透机的下腔(低压腔)中，并 抽真空处理，具体可以抽真空至真空度为0.6atm；
S3.4.将步骤S3.1制备的预聚液经真空渗透机的上腔(高压腔)流入、渗 透到所述下腔中木材中；
S3.5.收集剩余预聚液，重复步骤S3.4；
S4.热压成型：
S4.1.将渗透的木板用夹板夹紧，并用铝箔包裹，在85℃烘箱中聚合5h；
S4.2.将经步骤S4.1处理的木材套入热压成型机的模板中，在5MPa的压力 下压制20h，压制温度为100℃，制得致密木材，即为所得。
进一步地，步骤S1.3中，加入的络合剂、缓冲剂与废弃木材的体积比为0.1： 0.5：1；且络合剂为0.1wt％的硫酸镁和0.1wt％的二乙烯三胺五乙酸按体积比1:1 组成；缓冲剂为3.0wt％的硅酸钠和3.0wt％的氢氧化钠按体积比1:1组成。
进一步地，步骤S2.2中，乙酰化流体主要由乙酸酐、吡啶和N-甲基吡咯烷 酮组成；且乙酸酐、吡啶和N-甲基吡咯烷酮按体积比为8:7:100。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不同限于 此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到 变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。并且，本发明各个实施方式 之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为 基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的 结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应 以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种基于废弃木材制备透明隔热建筑材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.木材预处理：
S1.1.将废弃木材置于常温下通风干燥至含水率为3％～7％；
S1.2.将干燥后的废弃木材浸没于过氧化氢溶液中，加热；
S1.3.再向步骤S1.2中的溶液中加入络合剂溶液，加热，然后加入缓冲剂溶液，搅拌并反应0.8h～1.2h，将反应后的木材取出清洗并干燥至含水率为3％～7％，即得预处理的木材；
S2.木材乙酰化处理：
S2.1.将预处理后的木材装载在压力容器中，并抽真空至真空度为0.75atm～0.85atm；
S2.2.向压力容器中加入乙酰化流体，同时降低容器压力至真空度≤0.7atm，保持3～4h；
S2.3.将压力容器加压至表压为10atm，温度提升至100℃～130℃，保持1h～2h；
S3.浸渍树脂：
S3.1.按质量份数计，将4～6份氧化锡锑纳米颗粒投加到25～30份甲基丙烯酸甲酯单体溶液中，升温至75℃～85℃；然后再加入60～65份甲基丙烯酸甲酯单体和1～2份过氧化苯甲酰，搅拌并进行预聚反应，制得预聚液；
S3.2.将乙酰化处理后的木材通过过氧化氢进行漂白，清洗，干燥；
S3.3.将经步骤S3.2处理的木材置于真空渗透机的下腔中，并抽真空处理；
S3.4.将步骤S3.1制备的预聚液经真空渗透机的上腔流入、渗透到所述下腔中木材中；
S3.5.收集剩余预聚液，重复步骤S3.4；
S4.热压成型：
S4.1.将渗透的木板用夹板夹紧，并用铝箔包裹，在80℃～85℃烘箱中聚合5h～6h；
S4.2.将经步骤S4.1处理的木材套入热压成型机的模板中，在4MPa～5MPa的压力下压制20h～28h，压制温度为90℃～100℃，制得致密木材，即为所得。
2.根据权利要求1所述的基于废弃木材制备透明隔热建筑材料的方法，其特征在于，步骤S1.2中，废弃木材与过氧化氢溶液的体积比为1:(2.5～3)。
3.根据权利要求1所述的基于废弃木材制备透明隔热建筑材料的方法，其特征在于，步骤S1.2为，在65℃～80℃条件下配置9wt％的过氧化氢溶液，将干燥后的废弃木材浸没于过氧化氢溶液中，加热至85℃～95℃并搅拌。
4.根据权利要求1所述的基于废弃木材制备透明隔热建筑材料的方法，其特征在于，步骤S1.3中，加入的络合剂、缓冲剂与废弃木材的体积比为0.1：0.5：1。
5.根据权利要求1所述的基于废弃木材制备透明隔热建筑材料的方法，其特征在于，步骤S1.3中，络合剂为0.1wt％的硫酸镁和0.1wt％的二乙烯三胺五乙酸按体积比1:1组成；缓冲剂为3.0wt％的硅酸钠和3.0wt％的氢氧化钠按体积比1:1组成。
6.根据权利要求1所述的基于废弃木材制备透明隔热建筑材料的方法，其特征在于，步骤S2.2中，乙酰化流体主要由乙酸酐、吡啶和N-甲基吡咯烷酮组成。
7.根据权利要求6所述的基于废弃木材制备透明隔热建筑材料的方法，其特征在于，所述乙酸酐、吡啶和N-甲基吡咯烷酮按体积比为(6～8):(5～7):100混合，组成乙酰化流体。
8.根据权利要求1所述的基于废弃木材制备透明隔热建筑材料的方法，其特征在于，步骤S2.2中，乙酰化流体与压力容器中加入的木材的体积比为(1.5～2):1。
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