CN116572336B - 一种竹木板材改性剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种竹木板材改性剂及其制备方法和应用，竹木板材改性剂的制备原料包括：改性无机纳米粒子和多聚甲醛，改性无机纳米粒子上修饰有酚羟基基团。本发明提出一种板材改性剂，能够实现板材的阻燃性能和力学性能的增强。
Description
技术领域
本发明属于竹木板材改性剂，具体涉及一种竹木板材改性剂及其制备方法和应用。
背景技术
木竹材，如杨树人工林等，具有产量高，生长快等优点，但其木材密度低、且力学强度差，表面硬度低、耐磨性低及耐腐性能差等缺陷，限制了其使用，与天然林木材相比较，其材性和装饰性相差甚远。因此对速生林木材进行化学改性极为必要。同时，由于桉木、杨木等速生林木材常用用于制备人造板，制成人造板后虽然物理力学性能有显著变化，但是其依旧易燃，且易霉变腐朽。
综上，开发一种竹木板材改性剂及其制备方法和应用，能够有效提高速材料的物理力学性能、阻燃和抗菌等性能的问题是当务之急。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种竹木板材改性剂，能够实现人造板的阻燃性、抗菌性和力学性能的提升。
根据本发明的第一方面实施例的一种板材改性剂，所述竹木板材改性剂的制备原料包括：改性无机纳米粒子和多聚甲醛；
所述改性无机纳米粒子上修饰有酚羟基基团。
本发明的反应原理为：通过修饰有酚羟基基团无机纳米粒子和多聚甲醛通过化学反应，形成酚醛树脂预聚体，应用于木材改性中，无机纳米粒子的自身具有阻燃防火、抗菌防霉防腐、自清洁的功能，另一方面，通过引入修饰有酚羟基基团无机纳米粒子，替代了苯酚，显著增强改性无机纳米粒子和多聚甲醛反应得到的酚醛树脂的机械性能，酚醛树脂预聚体浸渍进入木材内部后，通过热固化，预聚体之间发生聚合反应，预聚体与板材细胞壁化学组份中的羟基等活性基团同时发生缩合反应，不仅能与板材组份稳固聚合，还能有效降低板材组份中的亲水基团和活性反应基团，降低改性木材的吸水性，提高木材的耐老化性能。
根据本发明的一些实施例，所述改性无机纳米粒子的制备原料包括：无机纳米粒子、对甲苯磺酸和3,4-二羟基苯甲醛。
3,4-二羟基苯甲醛为具有醛基和两个酚羟基的化合物，对甲苯磺酸的作用下，通过中间反应，促进无机纳米粒子表面的羟基与3,4-二羟基苯甲醛进行反应，醛基与羟基进行缩合反应，使酚羟基修饰到纳米粒子表面，邻酚羟基活性高，使得无机粒子具备参与后续反应的相应的活性。
根据本发明的一些实施例，所述改性无机纳米粒子的制备原料包括：无机纳米粒子、对甲苯磺酸、二甲基亚砜和3,4-二羟基苯甲醛。
根据本发明的一些实施例，所述无机纳米粒子、所述对甲苯磺酸和所述3,4-二羟基苯甲醛的摩尔比为0.3～0.6：1～1.8：0.8～1.5。
根据本发明的一些实施例，所述无机纳米粒子、所述对甲苯磺酸、所述3,4-二羟基苯甲醛和所述二甲基亚砜的摩尔比为0.3～0.6：1～1.8：0.8～1.5：3～4。
根据本发明的一些实施例，所述改性无机纳米粒子的制备方法包括：将所述无机纳米粒子、所述对甲苯磺酸和所述3,4-二羟基苯甲醛分散后，反应。
根据本发明的一些实施例，所述改性无机纳米粒子的制备中，所述反应的温度为70-80℃。
根据本发明的一些实施例，所述改性无机纳米粒子的制备中，所述反应的时间为4-12h。
根据本发明的一些优选地实施例，所述改性无机纳米粒子的制备方法包括：将所述无机纳米粒子、所述对甲苯磺酸、所述3,4-二羟基苯甲醛和二甲基亚砜混合，升温至70-80℃反应4-12h，然后停止反应，冷却至室温后将反应得到的反应液滴加到去离子水中，再反复用去离子水洗涤产物，最终得到3,4-二羟基苯甲醛改性纳米粒子，即含酚羟基纳米粒子。
根据本发明的一些实施例，所述无机纳米粒子包括氧化铜、银、二氧化钛、氧化锌、蒙脱土、勃姆石和坡缕石中的至少两种。
根据本发明的一些实施例，所述无机纳米粒子的粒径不大于100nm。
根据本发明的一些实施例，所述竹木板材改性剂的制备原料还包括间苯二酚和氨水。
根据本发明的一些实施例，所述改性无机纳米粒子、所述多聚甲醛、所述间苯二酚和所述氨水的摩尔比为0.5～1：0.8～1.4：0.6～1.2：0.2～0.4。
根据本发明的第二方面实施例的一种所述的板材改性剂的制备方法，包括：将所述板材改性剂的制备原料混合反应。
根据本发明的一些实施例，所述竹木板材改性剂的制备原料混合反应后还包括加压浸渍。
根据本发明的第三方面实施例的一种人造板，所述人造板的制备原料包括所述的板材改性剂。
根据本发明的一些实施例，所述人造板包括复合板和单板中的至少一种。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
实施例1
本实施例公开了竹木板材改性剂的制备方法，具体步骤为：
将纳米勃姆石、对甲苯磺酸、3,4-二羟基苯甲醛和二甲基亚砜混合(摩尔比0.4:1:1.2：4)，升温至70℃反应4h，然后停止反应，冷却至室温后将反应得到的反应液滴加到去离子水中，再反复用去离子水洗涤产物，最终得到3,4-二羟基苯甲醛改性纳米粒子，即含酚羟基纳米粒子。将改性无机纳米粒子、多聚甲醛、间苯二酚、氨水按一定比例(摩尔比0.8:1.1:0.9:0.3)混合得到板材改性剂。
实施例2
本实施例和实施例1的区别在于反应温度为80℃，其它同实施例1。
实施例3
本实施例和实施例1的区别在于纳米勃姆石、对甲苯磺酸、3,4-二羟基苯甲醛和二甲基亚砜混合(摩尔比0.4:1:0.8:4)，其余条件相同。
实施例4
本发明提供一种杨木的改性方法，本实施例和实施例1的区别在于选用纳米银和蒙脱土为无机原料，其它同实施例1。
实施例5
本实施例和实施例1的区别在于选用毛竹为改性对象，其它同实施例1。
实施例6
本实施例和实施例1的区别在于选用马尾松为改性对象，其它同实施例1。
对比例1
本对比例公开了一种竹木板材改性剂的制备方法以及以该板材改性剂为原料制备得到的改性杨木木材，本对比例和实施例1的区别在于无机纳米粒子未修饰酚羟基基团，其余条件相同。
对比例2
本对比例公开了一种竹木板材改性剂的制备方法，本对比例和实施例1的区别在于无机纳米粒子利用KH550改性，其余条件相同。
对比例3
本对比例公开了一种竹木板材改性剂的制备方法，本对比例和实施例1的区别在于利用邻甲苯磺酸和对羟基苯甲醛，替代对甲苯磺酸、3,4-二羟基苯甲醛，其余条件相同。
对比例4
本对比例公开了一种竹木板材改性剂的制备方法，本对比例和实施例1的区别在于未应用无机纳米粒子，直接应用苯酚替代纳米粒子，且无表面修饰工艺及反应，其余条件相同。
测试例1
本测试例测试了实施例1～6，对比例1～4的得到的板材改性剂应用于竹木的性能，具体步骤为：
A1：将实施例和对比例中的板材改性剂分别与水按1:3混合均匀(质量浓度25％)；
A2：将木材干燥至含水率为5％，置于改性罐中，将改性罐的真空抽至-0.089MPa，保持50min；
A3：停止抽真空，将质量浓度为25％的板材改性剂吸入改性罐中；
A4：对改性罐中的木材进行加压处理，于0.8MPa，保持50min，处理结束后，抽出多余板材改性剂后；
A5：取出改性杨木，至于加热装置中，温度为130℃，固化时间2h，得到改性木材。
测试结果如表1所示：
表1板材改性剂在竹木改性材中的性能测试
对比例1,2中无机粒子没有参与反应，残留大量化学反应物质，后续木材结构被未反应的化学试剂破坏，影响了力学强度和性能，因此得到的板材的阻燃性、抗菌性和力学性能下降。对比例3用邻甲苯磺酸和对羟基苯甲醛，替代对甲苯磺酸、3,4-二羟基苯甲醛，从而没有获得实施例1中的性能表现，说明简单替换类似物质得不到相同的效果，无法发生预期的化学反应，得到最终的反应产物。
对比例4是用苯酚替代本具有酚羟基的无机纳米粒子，苯酚可以参与本文中的化学反应，形成一定的强度，但是因为本发明的的木材改性和树脂的合成和固化是一步法，均在木材内部进行，化学单体苯酚在固化过程中对木材结构有破坏作用，因此相应的性能出现下降。
测试例2
本测试例测试了实施例1得到的板材改性剂应用于桉木单板(尺寸规格长宽厚600*600*2mm)后热压得到的三层人造板的性能，热压工艺为：市购脲醛树脂、施胶量210g/m2(双面)、热压温度125℃、热压时间6min、热压压力1.2MPa。测试结果如表2所示：
表2板材改性剂在改性桉木胶合板中的性能测试
本发明中，施加改性剂后三层人造板提耐水性能提升原因为通过前期改性，提升了木材的疏水性，在沸水蒸煮处理过程中，胶层可以有效的与沸水进行一定程度的隔离，使胶层与沸水在一定时间内隔离，提高了胶层的耐沸水性能，从而增强了耐沸水胶合强度；干态胶合强度提升原因是木材在改性后表面修饰了大量有机基团，能在胶黏剂固化过程中参与胶黏剂固化反应，形成共价键连接，且大量有机基团与固化后的胶黏剂体系具有高的相容性，能通过氢键、范德华力等连接，从而与胶黏剂形成更好的胶合，使其干态胶合强度具有显著的提升。
上面结合对本发明实施例作了详细说明，但本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (7)
1.一种竹木板材改性剂，其特征在于，竹木板材改性剂的制备原料包括：
改性无机纳米粒子、多聚甲醛、间苯二酚和氨水；
所述改性无机纳米粒子上修饰有酚羟基基团；
所述改性无机纳米粒子的制备方法包括：将无机纳米粒子、对甲苯磺酸和3,4-二羟基苯甲醛分散后，反应。
2.根据权利要求1所述的竹木板材改性剂，其特征在于，所述无机纳米粒子、所述对甲苯磺酸和所述3, 4-二羟基苯甲醛的摩尔比为0.3~0.6：1~1.8：0.8~1.5。
3.根据权利要求1所述的竹木板材改性剂，其特征在于，所述反应的温度为70-80℃；所述反应的时间为4-12h。
4.根据权利要求1所述的竹木板材改性剂，其特征在于，所述无机纳米粒子包括氧化铜、银、二氧化钛、氧化锌、蒙脱土、勃姆石和坡缕石中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的竹木板材改性剂，其特征在于，所述改性无机纳米粒子、所述多聚甲醛、所述间苯二酚和所述氨水的摩尔比为0.5~1：0.8~1.4：0.6~1.2：0.2~0.4。
6.一种如权利要求1~5任一项所述的竹木板材改性剂的制备方法，其特征在于，包括：将所述板材改性剂的制备原料混合反应。
7.一种人造板，其特征在于，所述人造板的制备原料包括权利要求1~5任一项所述的竹木板材改性剂。
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