專利名稱：改性復(fù)合木質(zhì)材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合木質(zhì)材料及制備方法，特別是涉及可提高劣質(zhì)木材物理性能、機(jī)械性能，使劣質(zhì)木材達(dá)到優(yōu)質(zhì)木材性能的一種改性復(fù)合木質(zhì)材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
木質(zhì)材料改性是指應(yīng)用當(dāng)代物理、化學(xué)技術(shù)，對木材進(jìn)行處理，克服劣質(zhì)木材的缺陷，提高其物理、力學(xué)、防腐、抗老化等性能，延長使用壽命，即提高木材的使用檔次和商業(yè)價(jià)值。通過改性處理后的木材可以應(yīng)用于改性前無法應(yīng)用的領(lǐng)域，如實(shí)木及實(shí)木復(fù)合地板、家具、木制防火門、防火木龍骨，各種板材，集裝箱底板等多種使用領(lǐng)域。在二戰(zhàn)期間，美國林產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)室研究成功用酚醛樹脂浸潰單板制成層積復(fù)合材制造飛機(jī)螺旋槳；60年代初，蘇聯(lián)和美國開始使用Y射線輻射引發(fā)聚合浸潰入木材中的烯烴類單體，從而得到性能優(yōu)良的木塑復(fù)合材。在近十年以來國際上對楊木進(jìn)行過強(qiáng)化研究的有Feist和Rowell (1991)對楊木心材采用乙酰化、甲基丙烯酸甲酯浸潰聚合和先乙酰化再用甲基丙烯酸甲酯浸潰聚合三種處理方法進(jìn)行對比研究。M. Lawniczak (1994)對歐洲山楊木材密度及樹干位置與苯乙烯一甲基丙烯酸甲酯浸潰性能的影響關(guān)系進(jìn)行研究。Umit C. Yildiz等人(2005)分別用苯乙烯 (St)，甲基丙烯酸甲酯(MMA)，St/MMA全浸潰、半浸潰、四分之一浸潰白楊，制備WPC，結(jié)果發(fā)現(xiàn)St/MMA處理材的抗壓強(qiáng)度和靜曲強(qiáng)度均比MMA和St處理材有明顯提高。以上木質(zhì)材料改性劑均采用有毒有害的有機(jī)高分子手段，不但引進(jìn)有毒害的物質(zhì)，不利于健康和環(huán)保，而且增加了木材的可燃燒性。以上木質(zhì)材料改性劑均采用有機(jī)高分子手段，不但在改性加工過程中和產(chǎn)品中引進(jìn)有毒害的物質(zhì)，不利于環(huán)保，而且增加木材的可燃性。

發(fā)明內(nèi)容
為解決已有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出一種采用無機(jī)分子材料，對木材進(jìn)行改性處理，使木材的物理、力學(xué)、防火性能有顯著提高的一種改性復(fù)合木質(zhì)材料及其制備方法。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是改性復(fù)合木質(zhì)材料，在木質(zhì)材料中加入原料和流體媒介，其原料是含有硅、氮、磷、鎂、硼的中的至少三種以上元素的化合物原料；流體媒介包括水、甲醇、乙醇；化合物原料和流體媒介的質(zhì)量比是硅化合物(T12 氮化合物(T50 :磷化合物(T50 :鎂化合物(T50 :硼化合物(Tl2 :流體媒介2(T80 ;木質(zhì)材料是軟木、速生木或是劣質(zhì)木材。改性復(fù)合木質(zhì)材料的制備方法，采用化合物原料和液體媒介混合化合物原料和液體媒介加入反應(yīng)釜進(jìn)行攪拌混合直到混合均勻，所采用的混合過程包括常溫常壓進(jìn)行攪拌混合；常溫加壓I. r3. 5 ATM進(jìn)行攪拌混合；加溫30°C 120°C常壓攪拌混；加溫 300C 120°C、加壓I. I 3. 5 ATM攪拌混合，混合時(shí)間為I 24小時(shí)。冷卻、固液分離混合結(jié)束后，將上述得到的混合物導(dǎo)入冷卻系統(tǒng)，利用循環(huán)冷卻水進(jìn)行冷卻，然后進(jìn)行固液分離， 所得液體為液體改性劑。木質(zhì)材料與液體改性劑復(fù)合液體改性劑通過吸附、去揮發(fā)份過程加入到木材的纖維空隙中，獲得改性復(fù)合木質(zhì)材料。本發(fā)明的有益效果是利用具有良好滲透力的分子/近分子級(jí)的改性劑，將木材增強(qiáng)改性材料在分子 近分子水平引入木纖維間的空隙，起到木纖維加固的作用，將劣質(zhì)木材轉(zhuǎn)化為與高品質(zhì)木材相媲美的改性復(fù)合木材，實(shí)現(xiàn)變廢為寶、資源有效利用，為解決木材資源嚴(yán)重短缺的問題提供有效的手段。采用含有硅、氮、磷、鎂、硼元素的多組份原料，在流體媒介中經(jīng)過混合過程制備成具有良好滲透力的木材改性劑。這樣獲得的改性復(fù)合木質(zhì)材料具有優(yōu)越的穿透木纖維間微觀空隙的深入滲透功能，制備出物理性能優(yōu)越的改性復(fù)合木質(zhì)材料，具有可部分替代貴重木材的應(yīng)用價(jià)值。下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
具體實(shí)施例方式改性復(fù)合木質(zhì)材料，在木質(zhì)材料材中加入含有硅、氮、磷、鎂、硼元素中的至少三種以上的原料，原料是含有硅、氮、磷、鎂、硼的中的至少三種以上元素的化合物原料；流體媒介包括水、甲醇、乙醇；化合物原料和流體媒介的質(zhì)量比是硅化合物(Γ12 :氮化合物(Γ50 磷化合物(Γ50 :鎂化合物(Γ50 :硼化合物(Γ12 :流體媒介2(Γ80 ;所述的木質(zhì)材料是軟木、 速生木或是劣質(zhì)木材；改性劑是具有良好滲透力的分子或近分子級(jí)的改性劑。在木質(zhì)材料中加入的硅原料包括二氧化硅、硅酸鈉、八(四甲基銨)Q8。在木質(zhì)材料中加入的氮原料包括硝酸、硝酸鎂、硝酸鉀、硝酸鈉、硝酸鐵、硝酸銨、 亞硝酸、亞硝酸鎂、亞硝酸鉀、亞硝酸鈉、亞硝酸鐵、亞硝酸銨、甲基胺、乙基胺、丙基胺、丁基胺、氨基三乙酸、異丙基胺、戊基胺、乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二鈉鹽、二甲基胺、二乙基胺、二丙基胺、二丁基胺、二異丙基胺、二戊基胺、乙二胺、丙二胺、丁二胺、戊二胺、己二胺、 苯胺、阱、水合阱、醋酸胺、草酸胺、乙醇胺、膽胺、三甲基胺、三乙基胺、三丙基胺、三丁基胺、 三異丙基胺、三戊基胺、氨氣、氨水、磷酸氫銨、硫酸銨、硫酸氫銨、氯化銨、溴化銨、四甲基氫氧化銨、四乙基氫氧化銨、四丙基氫氧化銨、四丁基氫氧化銨、四甲基氯化銨、四乙基氯化銨、四丙基氯化銨、四丁基氯化銨。在木質(zhì)材料中加入的磷原料包括磷酸納、磷酸氫鈉、磷酸二氫鈉、磷酸銨、磷酸氫銨、磷酸二氫銨、磷酸、磷酸鈣、磷酸鉀、多聚磷酸銨、多聚磷酸鉀、多聚磷酸鈉。在木質(zhì)材料中加入的鎂原料包括硫酸鎂、氯化鎂、硝酸鎂、醋酸鎂、磷酸鎂、檸檬酸鎂。在木質(zhì)材料中加入的硼原料包括硼砂、水合硼酸鎂、偏硼酸鈣、偏硼酸鈉、硼酸、 硼酸鋅、磷酸硼、三氧化二硼、氟硼酸。改性復(fù)合木質(zhì)材料的制備方法
化合物原料和液體媒介混合化合物原料和液體媒介加入反應(yīng)釜進(jìn)行攪拌混合直到混合均勻，所采用的混合過程包括常溫常壓進(jìn)行攪拌混合；常溫加壓I. Γ3. 5 ATM進(jìn)行攪拌混合；加溫30°C 120°C常壓攪拌混；加溫30°C 120°C、加壓I. Γ3. 5 ATM攪拌混合，混合時(shí)間為Γ24小時(shí)；
冷卻、固液分離混合結(jié)束后，將上述得到的混合物導(dǎo)入冷卻系統(tǒng)，利用循環(huán)冷卻水進(jìn)
4行冷卻，然后進(jìn)行固液分離，所得液體為液體改性劑；
木質(zhì)材料與液體改性劑復(fù)合液體改性劑通過吸附、去揮發(fā)份過程加入到木材的纖維空隙中，獲得改性復(fù)合木質(zhì)材料。固液分離包括留心分離、減壓過濾、常壓過濾、加壓過濾。吸附過程包括噴淋、涂刷、浸泡過程中的一種或幾種，浸泡時(shí)間為ItTlSO天。去揮發(fā)份過程包括常溫常壓揮發(fā)、常溫負(fù)壓揮發(fā)、升溫常壓排風(fēng)揮發(fā)、升溫常壓無排風(fēng)揮發(fā)、升溫負(fù)壓揮發(fā)過程中的一種或幾種。實(shí)現(xiàn)改性復(fù)合木質(zhì)材料制備方法的制備方法的具體步驟
化合物原料和液體媒介加入反應(yīng)釜混合攪拌混勻；
加熱混勻結(jié)束后，開啟加熱棒進(jìn)行加熱，反應(yīng)時(shí)間為廣24小時(shí)，溫度30°C ^120°C，壓力 I 3. 5 ATM ；
固液離心分離反應(yīng)結(jié)束后，將上述得到的中間產(chǎn)品導(dǎo)入冷卻系統(tǒng)，利用循環(huán)冷卻水進(jìn)行冷卻；
將上述冷卻完全的中間產(chǎn)品導(dǎo)入離心分離系統(tǒng)，進(jìn)行固液分離，離心分離系統(tǒng)中得到的液體為木質(zhì)材料液體改性劑；
滲透浸泡將木質(zhì)材料送入滲透浸泡系統(tǒng)，進(jìn)行浸泡，浸泡時(shí)間為lh-180天；
滲透浸泡結(jié)束后，將木質(zhì)材料送入烘干系統(tǒng)，烘干溫度為50-18(TC，經(jīng)過充分烘干，得到改性磷酸銨、硫酸復(fù)合木質(zhì)材料。實(shí)施例I :
取一個(gè)5000毫升圓底燒瓶，加入2500毫升水、6克Q8TMA8、400克聚磷酸銨、100. 15 克硫酸氫銨，混合均勻；加上水冷凝管，加熱回餾4小時(shí)；停止加熱；抽過濾，液體為木材改性齊U。將一塊12cm X 30cm X 3cm的楊木浸泡在獲得的木材液體改性劑中，在45°C、600mmHg 條件下浸泡4小時(shí)，再解除真空，取出木材，放置到無滴落物流出，在50°C的壓條件下干燥至恒重獲得改性復(fù)合木質(zhì)材料。實(shí)施例2
取一個(gè)5000毫升圓底燒瓶，加入2500毫升水、4克8000目超細(xì)磷酸硼粉體、400克硝酸鎂、66克磷酸二氫銨、140克偏硼酸鈣，混合均勻；加上水冷凝管，在85°C加熱攪拌兩小時(shí)；停止加熱；抽過濾,得液體為木材液體改性劑。將一塊12cm X 30cm X 3cm的楊木在25°C的常壓下浸泡，這樣獲得的木材液體改性劑中兩小時(shí)，取出木塊，放置到無滴落物流出，在50°C的常壓條件下干燥至恒重獲得改性復(fù)合木質(zhì)材料。實(shí)施例3
取一個(gè)5000毫升圓底燒瓶，加入2500毫升水、100毫升甲醇、5克Q8TMA8、25克硅酸鈉、31. 30克硝酸鎂、15. 0克磷酸鉀、85克硼砂，混合均勻；加上水冷凝管，在6(T75°C加熱攪拌兩小時(shí)；停止加熱后抽過濾,所得液體為木材液體改性劑。將一塊12cm X 30cm X 3cm的白松木在25°C、常壓浸泡在這樣獲得的木材液體改性劑中六小時(shí)，取出木塊，放置到無滴落物流出，在室溫、常壓條件下干燥至恒重獲得改性復(fù)合木質(zhì)材料。
權(quán)利要求
1.改性復(fù)合木質(zhì)材料，包括木質(zhì)材料、改性劑，其特征在于在木質(zhì)材料中加入原料和流體媒介，所述的原料是含有硅、氮、磷、鎂、硼中的至少三種以上元素的化合物原料；所述的流體媒介包括水、甲醇、乙醇；化合物原料和流體媒介的質(zhì)量比是硅化合物(Γ12 :氮化合物(Γ50 :磷化合物(Γ50 :鎂化合物(Γ50 :硼化合物(Γ12 :流體媒介2(Γ80 ;所述的木質(zhì)材料是軟木、速生木或是劣質(zhì)木材；所述的改性劑是具有良好滲透力的改性劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的改性復(fù)合木質(zhì)材料，其特征在于在木質(zhì)材料中加入的硅原料包括二氧化硅、硅酸鈉、八(四甲基銨)Q8。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的改性復(fù)合木質(zhì)材料，其特征在于在木質(zhì)材料中加入的氮原料包括硝酸、硝酸鉀、硝酸鈉、亞硝酸、亞硝酸鉀、亞硝酸鈉、丙基胺、丁基胺、異丙基胺、乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二鈉鹽、二甲基胺、二乙基胺、二丙基胺、二丁基胺、二異丙基胺、二戊基胺、乙二胺、丙二胺、丁二胺、戊二胺、己二胺、苯胺、阱、水合阱、醋酸胺、草酸胺、乙醇胺、膽胺、三甲基胺、三乙基胺、三丙基胺、三丁基胺、三異丙基胺、三戊基胺、氨氣、氨水、磷酸氫銨、硫酸銨、硫酸氫銨、氯化銨、溴化銨、四甲基氫氧化銨、四乙基氫氧化銨、四丙基氫氧化銨、四丁基氫氧化銨、四甲基氯化銨、四乙基氯化銨、四丙基氯化銨、四丁基氯化銨。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的改性復(fù)合木質(zhì)材料，其特征在于在木質(zhì)材料中加入的磷原料包括磷酸納、磷酸氫鈉、磷酸二氫鈉、磷酸銨、磷酸氫銨、磷酸二氫銨、磷酸、磷酸鈣、磷酸鉀、多聚磷酸銨、多聚磷酸鉀、多聚磷酸鈉。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的改性復(fù)合木質(zhì)材料，其特征在于在木質(zhì)材料中加入的鎂原料包括硫酸鎂、氯化鎂、硝酸鎂、醋酸鎂、磷酸鎂、檸檬酸鎂。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的改性復(fù)合木質(zhì)材料，其特征在于在木質(zhì)材料中加入的硼原料包括硼砂、水合硼酸鎂、偏硼酸鈣、偏硼酸鈉、硼酸、硼酸鋅、磷酸硼、三氧化二硼、氟硼酸。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的改性復(fù)合木質(zhì)材料的制備方法，其特征在于化合物原料和液體媒介混合化合物原料和液體媒介加入反應(yīng)釜進(jìn)行攪拌混合直到混合均勻，所采用的混合過程包括常溫常壓進(jìn)行攪拌混合；常溫加壓I. Γ3. 5 ATM進(jìn)行攪拌混合；加溫30°C 120°C常壓攪拌混；加溫30°C 120°C、加壓I. Γ3. 5 ATM攪拌混合，混合時(shí)間為Γ24小時(shí)；冷卻、固液分離混合結(jié)束后，將上述得到的混合物導(dǎo)入冷卻系統(tǒng)，利用循環(huán)冷卻水進(jìn)行冷卻，然后進(jìn)行固液分離，所得液體為液體改性劑；木質(zhì)材料與液體改性劑復(fù)合液體改性劑通過吸附、去揮發(fā)份過程加入到木材的纖維空隙中，獲得改性復(fù)合木質(zhì)材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的改性復(fù)合木質(zhì)材料的制備方法，其特征在于所述的固液分離包括離心分離、減壓過濾、常壓過濾、加壓過濾。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種改性復(fù)合木質(zhì)材料的制備方法，其特征在于所述的吸附過程包括噴淋、涂刷、浸泡過程中的一種或幾種，浸泡時(shí)間為11Γ180天。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種改性復(fù)合木質(zhì)材料的制備方法，其特征在于所述的去揮發(fā)份過程包括常溫常壓揮發(fā)、常溫負(fù)壓揮發(fā)、升溫常壓排風(fēng)揮發(fā)、升溫常壓無排風(fēng)揮發(fā)、 升溫負(fù)壓揮發(fā)過程中的一種或幾種。
全文摘要
一種改性復(fù)合木質(zhì)材料，在木材中加入含有硅、氮、磷、鎂、硼元素中的至少三種以上的化合物原料，其木材可以是軟木、速生木或是劣質(zhì)木材；其改性劑是具有良好滲透力的改性劑。改性復(fù)合木質(zhì)材料的制備方法，是將原料和液體媒介加入反應(yīng)釜混合攪拌、加熱、固液分離，得到液體改性劑，液體改性劑通過吸附、去揮發(fā)份加入到木材的纖維空隙中，通過烘干獲得改性復(fù)合木質(zhì)材料。該改性復(fù)合木質(zhì)材料，具有優(yōu)越的力學(xué)、物理、防火功能，并具有可部分替代貴重木材的應(yīng)用價(jià)值，實(shí)現(xiàn)變廢為寶、資源有效利用。
文檔編號(hào)B27K3/08GK102601832SQ201210081218
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月26日
發(fā)明者劉啟波 申請人:遼寧美聯(lián)復(fù)合材料有限公司