一種樹脂型硅酸鹽木材改性劑及其改性材的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于一種樹脂型硅酸鹽木材改性劑及其改性材的制備方法,以三聚氰胺、甲醛、尿素和可溶性硅酸鈉為主要原料，以聚乙烯醇和二甘醇分別為增韌劑和穩(wěn)定劑，制備出一種樹脂型硅酸鹽木材改性劑，使該改性劑可長期、穩(wěn)定地儲存，實現(xiàn)重復(fù)循環(huán)利用。本發(fā)明能使經(jīng)過該改性劑處理的人工林木材的尺寸穩(wěn)定性、密度、表面硬度、抗彎強度、抗彎彈性模量、沖擊韌性和耐磨性得到大幅提高，同時具有阻燃功能，而且環(huán)保，對人體和環(huán)境無公害，處理后木材中改性劑的抗流失性也得到增強，提高了人工林木材的應(yīng)用價值的優(yōu)點。
【專利說明】一種樹脂型硅酸鹽木材改性劑及其改性材的制備方法
[0001]

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明屬于一種樹脂型硅酸鹽木材改性劑及其改性材的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0003] 多年來，我國人工林資源面積一直穩(wěn)居世界首位。然而，由于人工林木材生長周期 短，變異性大，往往材質(zhì)軟、密度小、強度低(如楊木、杉木等)，其應(yīng)用范圍受到很大限制，產(chǎn) 品附加值低。采用水溶性低分子量三聚氰胺甲醛樹脂溶液浸潰處理木材，可大幅提高其密 度、尺寸穩(wěn)定性、抗彎強度和彈性模量等物理力學(xué)性能，是一種有效的木材改性方法。然而， 這種樹脂改性劑也存在穩(wěn)定性差、難以長期儲存、降低木材韌性、功能相對單一、成本較高 等缺陷或問題，所以不利于推廣。水溶性硅酸鈉溶液比該樹脂改性液的成本低1倍以上，除 了可提高木材的硬度和耐磨性，還可賦予木材良好的阻燃功能。但該無機鹽改性劑吸濕、不 耐水，導(dǎo)致處理材尺寸不穩(wěn)定，改性劑容易流失。如果將有機水溶性樹脂和無機硅酸鹽相結(jié) 合，同時加入有機醇類物質(zhì)，提高其穩(wěn)定性和韌性，兩者優(yōu)勢互補，形成一種可長期儲存和 重復(fù)利用的低成本多功能木材改性劑，則有望替代當(dāng)前市場中功能單一、成本較高的改性 處理液，全面改觀人工林木材的物理力學(xué)性能和阻燃性能，對實現(xiàn)人工林木材的增值高效 利用和我國森林資源的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是設(shè)計一種樹脂型硅酸鹽木材改性劑及其改性材的制備方法，能 使經(jīng)過該改性劑處理的人工林木材的尺寸穩(wěn)定性、密度、表面硬度、抗彎強度、抗彎彈性模 量、沖擊韌性和耐磨性得到大幅提高，同時具有阻燃功能，而且環(huán)保，對人體和環(huán)境無公害， 處理后木材中改性劑的抗流失性也得到增強，提高了人工林木材的應(yīng)用價值的優(yōu)點。
[0005] 為此，本發(fā)明的樹脂型硅酸鹽木材改性劑及其改性材的制備方法，步驟如下： (1)按照三聚氰胺、甲醛、尿素摩爾比為1:2?3:0. 2?1.0的配比備料，可溶性硅酸鈉 溶液加入量為三聚氰胺的20°/Γ50%，聚乙烯醇和二甘醇加入量分別為甲醛的0. 1°/Γ5%和 10°/Γ30%,催化劑為氫氧化鈉和乙酸溶液，質(zhì)量百分比濃度分別為20%和10%,甲醒和娃酸鈉 溶液的質(zhì)量百分比濃度分別為37%和30% ； (2)將甲醛和聚乙烯醇加入反應(yīng)釜中，升溫至5(T60°C，攪拌均勻后用乙酸調(diào)節(jié)溶液pH 值為4. (Γ5. 0，溫度保持在60?70°C，反應(yīng)10?30分鐘，得到甲醛和聚乙烯醇縮甲醛的混 合液； (3)用氫氧化鈉調(diào)節(jié)該混合液pH值為8. (T9. 0，加入三聚氰胺和二甘醇，溫度保持在 70?80°C，反應(yīng)40?60分鐘，得到甲醛、聚乙烯醇縮甲醛和經(jīng)二甘醇醚化后的三聚氰胺甲 醛樹脂的混合液； (4)將三聚氰胺甲醛樹脂的混合液溫度降低至60?70°C，加入尿素，反應(yīng)10?20分 鐘，得到聚乙烯醇縮甲醛和經(jīng)二甘醇醚化后的三聚氰胺甲醛樹脂以及少量脲醛樹脂的混合 液。
[0006] (5)將三聚氰胺甲醛樹脂以及少量脲醛樹脂的混合液溫度降低至50?60°C，加入 可溶性硅酸鈉溶液，繼續(xù)反應(yīng)，當(dāng)該反應(yīng)液與水的混合倍數(shù)為1:3?10時，降低溫度至40°C 以下，并用氫氧化鈉調(diào)節(jié)該反應(yīng)液pH值為9. 5^10. 5，得到樹脂型硅酸鹽溶液； (6)將含水率為10%或以下的人工林木材放入密閉的浸潰處理罐中，抽真空使罐內(nèi)負 壓為-0. 1?-0. 08MPa,保持30?60分鐘； (7)將合成的樹脂型硅酸鹽溶液加入水后，使其固含為15%?30%，利用浸潰處理罐 內(nèi)的負壓作用將樹脂型硅酸鹽溶液完全淹沒木材且注入木材中，解除真空，向罐體內(nèi)施加 0. 6?-2. OMPa的氣壓，保持1?4小時。
[0007] (8)解除壓力，將剩余的樹脂型硅酸鹽溶液排出、儲存、重復(fù)使用，將處理材移出罐 夕卜，氣干至含水率50%以下后，移至干燥窯進行烘干，干燥溫度40?80°C，干燥時間7?20 天，最終得到含水率為5%?8%的改性處理材。
[0008] 所述的人工林木材為楊木,柳木,杉木,柳杉木。
[0009] 上述方法達到了本發(fā)明的目的。
[0010] 本發(fā)明能使經(jīng)過該改性劑處理的人工林木材的尺寸穩(wěn)定性、密度、表面硬度、抗彎 強度、抗彎彈性模量、沖擊韌性和耐磨性得到大幅提高，同時具有阻燃功能，而且環(huán)保，對人 體和環(huán)境無公害，處理后木材中改性劑的抗流失性也得到增強，提高了人工林木材的應(yīng)用 價值的優(yōu)點。
[0011] 本發(fā)明以三聚氰胺、甲醛、尿素和可溶性硅酸鈉為主要原料，以聚乙烯醇和二甘醇 分別為增韌劑和穩(wěn)定劑，制備出一種樹脂型硅酸鹽木材改性劑，通過真空加壓浸潰處理，使 人工林楊木、杉木等木材的尺寸穩(wěn)定性、密度、表面硬度、抗彎強度、抗彎彈性模量、沖擊韌 性和耐磨性得到大幅提高，同時賦予木材良好的阻燃功能，而且環(huán)保，對人體和環(huán)境無公 害，處理后木材中改性劑的抗流失性也得到增強，使處理材可廣泛用于地板、門窗、墻板、家 具等產(chǎn)品的加工，大大拓寬了人工林木材的應(yīng)用范圍，真正實現(xiàn)了劣材優(yōu)用。且該改性劑可 較長期、穩(wěn)定地儲存，實現(xiàn)重復(fù)循環(huán)利用。

【具體實施方式】
[0012] 一種樹脂型硅酸鹽木材改性劑及其改性材的制備方法，步驟如下； ((1)按照三聚氰胺、甲醛、尿素摩爾比為1:2?3:0.2?1.0的配比備料，可溶性硅酸 鈉溶液加入量為三聚氰胺的20°/Γ50%，聚乙烯醇和二甘醇加入量分別為甲醛的0. 1°/Γ5%和 10°/Γ30%,催化劑為氫氧化鈉和乙酸溶液，質(zhì)量百分比濃度分別為20%和10%,甲醒和娃酸鈉 溶液的質(zhì)量百分比濃度分別為37%和30% ； (2)將甲醛和聚乙烯醇加入反應(yīng)釜中，升溫至5(T60°C，攪拌均勻后用乙酸調(diào)節(jié)溶液pH 值為4. (Γ5. 0，溫度保持在60?70°C，反應(yīng)10?30分鐘，得到甲醛和聚乙烯醇縮甲醛的混 合液； (3)用氫氧化鈉調(diào)節(jié)該混合液pH值為8. (T9. 0，加入三聚氰胺和二甘醇，溫度保持在 70?80°C，反應(yīng)40?60分鐘，得到甲醛、聚乙烯醇縮甲醛和經(jīng)二甘醇醚化后的三聚氰胺甲 醛樹脂的混合液； (4)將三聚氰胺甲醛樹脂的混合液溫度降低至60?70°C，加入尿素，反應(yīng)10?20分 鐘，得到聚乙烯醇縮甲醛和經(jīng)二甘醇醚化后的三聚氰胺甲醛樹脂以及少量脲醛樹脂的混合 液。
[0013] (5)將三聚氰胺甲醛樹脂以及少量脲醛樹脂的混合液溫度降低至50?60°C，加入 可溶性硅酸鈉溶液，繼續(xù)反應(yīng)，當(dāng)該反應(yīng)液與水的混合倍數(shù)為1:3?10時，降低溫度至40°C 以下，并用氫氧化鈉調(diào)節(jié)該反應(yīng)液pH值為9. 5^10. 5，得到樹脂型硅酸鹽溶液； (6)將含水率為10%或以下的人工林木材放入密閉的浸潰處理罐中，抽真空使罐內(nèi)負 壓為-0. 1?-0. 08MPa,保持30?60分鐘； (7)將合成的樹脂型硅酸鹽溶液加入水后，使其固含為15%?30%，利用浸潰處理罐 內(nèi)的負壓作用將樹脂型硅酸鹽溶液完全淹沒木材且注入木材中，解除真空，向罐體內(nèi)施加 0. 6?-2. OMPa的氣壓，保持1?4小時。
[0014] (8)解除壓力，將剩余的樹脂型硅酸鹽溶液排出、儲存、重復(fù)使用，將處理材移出罐 夕卜，氣干至含水率50%以下后，移至干燥窯進行烘干，干燥溫度40?80°C，干燥時間7?20 天，最終得到含水率為5%?8%的改性處理材。
[0015] 所述的人工林木材為楊木,柳木,杉木,柳杉木。
[0016] 一種樹脂型硅酸鹽木材改性劑的制備方法，步驟如下： 按照三聚氰胺、甲醛、尿素摩爾比為1:2?3:0. 2?1.0的配比備料，可溶性硅酸鈉溶液加 入量為三聚氰胺的20%?50%，聚乙烯醇和二甘醇加入量分別為甲醛的0. 1%?5%和10%?30%， 催化劑為氫氧化鈉和乙酸溶液，質(zhì)量百分比濃度分別為20%和10%，甲醛和硅酸鈉溶液的質(zhì) 量百分比濃度分別為37%和30%。將甲醛和聚乙烯醇加入反應(yīng)釜中，升溫至50°C，攪拌均勻 后用乙酸調(diào)節(jié)溶液pH值為5.0，溫度保持在60°C，反應(yīng)20分鐘。用氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液pH 值為9. 0，加入三聚氰胺和二甘醇，溫度保持在75°C，反應(yīng)60分鐘。降低溫度至60°C，加入 尿素，反應(yīng)20分鐘。降低溫度至50°C，加入硅酸鈉溶液，繼續(xù)反應(yīng)。當(dāng)反應(yīng)液與水的混合倍 數(shù)為1:5時，降低溫度至30°C，并用氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液pH值為10.0，得到樹脂型硅酸鹽浸 潰改性液。
[0017] 按照GB/T 14074-2006《木材膠黏劑及其樹脂檢驗方法》測試該樹脂型硅酸鹽改性 液的各項性能指標(biāo)如下： 外觀：無色均勻液體； 固體含量=54. 6% ； pH 值：10.0 ; 粘度：26 ?55 mPa*s ； 游離甲醛含量：0. 15% ； 水混合倍數(shù)：4?5倍； 儲存期：30?60天。
[0018] 經(jīng)本發(fā)明外理的人工林木檢測數(shù)據(jù)如下： 將規(guī)格為2000mmX200mmX25mm (縱向X弦向X徑向）、含水率為10%的人工林楊木 板材規(guī)整地碼放于浸潰處理罐體中，并將板材加以固定,關(guān)閉處理罐,開始抽真空,使罐體 內(nèi)部達到-0. 096MPa的負壓狀態(tài)，保持45min ;將合成的浸潰改性液加入水后，使其固含為 20%，利用浸潰處理罐內(nèi)的負壓作用將改性液注入并完全淹沒木材，解除真空，向罐體內(nèi)施
【權(quán)利要求】
1. 一種樹脂型硅酸鹽木材改性劑及其改性材的制備方法，其特征在于：步驟如下， (1)按照三聚氰胺、甲醛、尿素摩爾比為1:2?3:0. 2?1.0的配比備料，可溶性硅酸鈉 溶液加入量為三聚氰胺的20°/Γ50%，聚乙烯醇和二甘醇加入量分別為甲醛的0. 1°/Γ5%和 10°/Γ30%,催化劑為氫氧化鈉和乙酸溶液，質(zhì)量百分比濃度分別為20%和10%,甲醒和娃酸鈉 溶液的質(zhì)量百分比濃度分別為37%和30% ； (2)將甲醛和聚乙烯醇加入反應(yīng)釜中，升溫至5(T60°C，攪拌均勻后用乙酸調(diào)節(jié)溶液pH 值為4. (Γ5. 0，溫度保持在60?70°C，反應(yīng)10?30分鐘，得到甲醛和聚乙烯醇縮甲醛的混 合液； (3)用氫氧化鈉調(diào)節(jié)該混合液pH值為8. (T9. 0，加入三聚氰胺和二甘醇，溫度保持在 70?80°C，反應(yīng)40?60分鐘，得到甲醛、聚乙烯醇縮甲醛和經(jīng)二甘醇醚化后的三聚氰胺甲 醛樹脂的混合液； (4)將三聚氰胺甲醛樹脂的混合液溫度降低至60?70°C，加入尿素，反應(yīng)10?20分 鐘，得到聚乙烯醇縮甲醛和經(jīng)二甘醇醚化后的三聚氰胺甲醛樹脂以及少量脲醛樹脂的混合 液； (5)將三聚氰胺甲醛樹脂以及少量脲醛樹脂的混合液溫度降低至50?60°C，加入可溶 性硅酸鈉溶液，繼續(xù)反應(yīng)，當(dāng)該反應(yīng)液與水的混合倍數(shù)為1:3?10時，降低溫度至40°C以 下，并用氫氧化鈉調(diào)節(jié)該反應(yīng)液pH值為9. 5^10. 5，得到樹脂型硅酸鹽溶液； (6)將含水率為10%或以下的人工林木材放入密閉的浸潰處理罐中，抽真空使罐內(nèi)負 壓為-0. 1?-0. 08MPa,保持30?60分鐘； (7)將合成的樹脂型硅酸鹽溶液加入水后，使其固含為15%?30%，利用浸潰處理罐 內(nèi)的負壓作用將樹脂型硅酸鹽溶液完全淹沒木材且注入木材中，解除真空，向罐體內(nèi)施加 0. 6?-2. OMPa的氣壓，保持1?4小時； (8)解除壓力，將剩余的樹脂型硅酸鹽溶液排出、儲存、重復(fù)使用，將處理材移出罐外， 氣干至含水率50%以下后，移至干燥窯進行烘干，干燥溫度40?80°C，干燥時間7?20天， 最終得到含水率為5%?8%的改性處理材。
2.按權(quán)利要求1所述的一種樹脂型硅酸鹽木材改性劑及其改性材的制備方法，其特 征在于：所述的人工林木材為楊木，柳木，杉木，柳杉木。
【文檔編號】C08G12/42GK104044193SQ201410309809
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年7月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月1日
【發(fā)明者】劉君良, 柴宇博, 呂文華, 張玉萍, 孫柏玲, 王小青 申請人:中國林業(yè)科學(xué)研究院木材工業(yè)研究所