專利名稱：一種陶瓷化復(fù)合木材的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種陶瓷化復(fù)合木材的制備方法。
技術(shù)背景隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，人們對材料的性能要求越來越高， 木材的一些應(yīng)用領(lǐng)域被后來興起的材料所替代，然而當(dāng)人們認(rèn)識到材料 可持續(xù)發(fā)展的重要性，提出環(huán)境材料的概念時(shí)，關(guān)注到了木材是一種環(huán) 境協(xié)調(diào)性材料，認(rèn)識到它本質(zhì)上就具有環(huán)境材料的特性，從而使人們重 新審視了木材在材料學(xué)領(lǐng)域中的地位和作用，為這種古老的材料注入了 新的活力和新鮮內(nèi)容。木材雖然具有良好的環(huán)境協(xié)調(diào)性和較高的強(qiáng)重比，在應(yīng)用上具有獨(dú)特的優(yōu)勢，但是，作為材料，其缺點(diǎn)同樣突出，主要表現(xiàn)在干縮、濕 脹、易于變形，在受到水、熱、光、微生物作用下易于腐朽，易于燃燒， 由于各向異性結(jié)構(gòu)和不可避免的天然缺陷，木材應(yīng)用的可靠性大大降低，因此，如何改善木材材質(zhì)，使其既保持良好的環(huán)境協(xié)調(diào)性，又具有良好 的力學(xué)性能和尺寸穩(wěn)定性，成為木材材料科研人員追求的目標(biāo)。為了改善木材材質(zhì)，1990年由日本科研人員首次開發(fā)出了木材陶瓷， 這種木材陶資是采用木材在熱固性樹脂重浸漬后真空炭化而成。木材陶 瓷雖然采用典型的燒結(jié)工藝，但一般意義的陶瓷材料，如氧化物、硅化 物等無機(jī)非金屬材料根本未介入，事實(shí)上它應(yīng)該屬于多孔碳素材料。此 外，經(jīng)過高溫炭化后，喪失了天然木材所固有的力學(xué)強(qiáng)度和天然質(zhì)感， 而且原料的利用率不高。后來，人們又開發(fā)出了無機(jī)質(zhì)復(fù)合木材，通過采用物理、化學(xué)或機(jī) 械的手段處理木材，賦予了木材某種新的功能。所謂無機(jī)質(zhì)復(fù)合木材就 是以一定的方法將無機(jī)物質(zhì)作為增強(qiáng)體，分散到木材基體中去而獲得的 一種木材/無機(jī)復(fù)合材料。具體就是，通過陽離子和陰離子交替擴(kuò)散浸透 到木材空隙中，發(fā)生無機(jī)反應(yīng)，生成非水溶性鹽而制得。因?yàn)樘畛涞臒o
機(jī)質(zhì)可阻止木材的熱分解、腐朽真菌絲體的生長和白蟻的侵食等，可獲 得良好的阻燃性、抗腐朽性和抗蟻性，同時(shí)也使木材的強(qiáng)度有一定的提 高。但是通過這種方法得到的復(fù)合木材的增重率有限，特別是對厚板材 處理效果不明顯。由于木材空隙中的無機(jī)質(zhì)僅僅是一種簡單的物理填充， 無機(jī)物質(zhì)本身又是結(jié)合松散、表面疏松多孔、并存在有許多裂隙，無機(jī) 離子會(huì)隨著木材中水分子的運(yùn)動(dòng)而出現(xiàn)逆向滲出，因此這種無機(jī)復(fù)合木 材對木材綜合性能的改善并不理想。近年來，人們發(fā)明了木材的溶膠一凝膠陶瓷化處理方法，這種方法以正硅酸乙酯(TEOS)作為陶瓷前驅(qū)體浸漬劑的主要成分，在專用設(shè)備 中將陶瓷前驅(qū)體浸漬液注入木材中，注入木材細(xì)胞中的陶瓷前驅(qū)體經(jīng)水 解、縮合反應(yīng)形成Si02凝膠。研究結(jié)果表明，陶瓷化處理后的木材較之 未處理材，木材端面石更度提高了 20%以上，吸濕率降^氐了 40%,木材密 度有所增加，熱分解速度降低，熱分解溫度提高，因而使木材的綜合性 能得到提高。但是，這種陶瓷化處理方法由于注入木材的陶瓷前驅(qū)體溶 膠在形成凝膠中水解、縮聚過程緩慢、不完全，因而存在耗能耗時(shí)，原 料揮發(fā)損失嚴(yán)重，形成的Si02凝膠抗流失性差，等缺陷，并由此造成陶 瓷化木材的重量隨時(shí)間延長而降低，材料性能隨時(shí)間延長而劣化。針對 這一問題，雖然后來人們采用高鹽基度堿式氯化鋁，參與陶瓷前驅(qū)體溶膠的水解縮聚反應(yīng)，并引入八1203,但是Al203與Si02只能起到機(jī)械混合作用，不能從根本上解決材料性能穩(wěn)定的問題。此外，利用木材細(xì)胞壁 的吸附水與醇鹽水解形成溶膠，使木材的增重也非常有限。用曱基丙烯 酸曱酯與陶資前驅(qū)體混合，使有機(jī)高分子和無機(jī)粒子相互貫穿，從而部 分改善陶瓷化木材的性質(zhì)。但是，無機(jī)粒子會(huì)使甲基丙烯酸曱酯阻聚。上述溶膠一凝膠陶瓷化處理方法雖然存在問題，但這種把有機(jī)高分 子、無機(jī)非金屬或天然材料通過復(fù)合工藝組成復(fù)合材料的方式，無疑為 木材的陶瓷化處理提供了 一條可選擇的途徑。[l]楊雨，錢國棟，王民權(quán)，《MTES—TEOS先驅(qū)液水解一縮聚機(jī)理及其 凝膠玻璃性能研究》，材料科學(xué)與工程2000 18 (3 ) 52—56發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有木材溶膠一凝狡陶瓷化處理方法存在的問題，本發(fā)明的目
的在于提供一種全新的陶瓷化復(fù)合木材制備方法，該方法通過先制備溶膠，然后再浸注木材，并引入曱基三乙氧基硅烷(MTES)與正硅酸乙酯 (TEOS)共水解，同時(shí)將以往的正壓浸注改為負(fù)壓一正壓浸注，不但實(shí) 現(xiàn)了在木材內(nèi)部凝膠與木材細(xì)胞壁的Si-O-C鍵合，使木材的性能得到徹 底的優(yōu)化和改善，而且加大了溶膠的浸注深度，提高了處理后木材的增 重率，從而制備出高強(qiáng)、高韌，并具有良好尺寸穩(wěn)定性的陶瓷化復(fù)合木 材。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明陶瓷化復(fù)合木材的制備方法按如下步驟進(jìn)行步驟l， 4姿體積記，取MTES4 8 4分，TEOS4 8 4分，水1~3份，放 入容器中充分?jǐn)嚢韬?，加入濃度?-10%的鹽酸，調(diào)節(jié)pH值為1~6, 然后加入乙醇1 3份，逐漸升溫至70。C 80。C,反應(yīng)30~90分鐘后，加入 氨水，調(diào)節(jié)pH值為7 12，繼續(xù)攪拌反應(yīng)20~60分鐘，得到透明、澄清 的溶膠，放置室溫后備用；步驟2,將待處理木材放入密閉處理罐中，將處理罐抽真空到《0.095 Mpa，在保持真空狀態(tài)不變的情況下，將步驟1所制備的溶膠吸入處理罐 內(nèi)，使待處理木材完全沒入溶膠液體中，并根據(jù)待處理木材的尺寸和要 求處理的深度確定保持時(shí)間后，打開進(jìn)氣閥，解除處理罐的真空狀態(tài)， 然后向處理罐內(nèi)充入氣體，并逐漸加壓到1-2MPa，同樣根據(jù)待處理木 材的尺寸和要求處理的深度確定保持時(shí)間；步驟3，將經(jīng)負(fù)壓一正壓處理后的木材放置在室內(nèi)進(jìn)行陳化，并根據(jù) 待處理木材的尺寸和要求處理的深度確定陳化時(shí)間后，將木材送入烘箱 中進(jìn)行凝膠處理，烘箱溫度70- 120°C,處理時(shí)間30- 120min,最終得 到所需的陶瓷化復(fù)合木材。與以往的溶膠一凝膠陶乾化復(fù)合木材處理方法相比，本發(fā)明制備方 法使TEOS和MTES在進(jìn)入木材前先進(jìn)行水解，因此，反應(yīng)條件容易控 制，反應(yīng)充分，原料利用率高，克服了以往存在的水解、縮聚過程緩慢， 反應(yīng)不完全，原料揮發(fā)流失嚴(yán)重的缺點(diǎn)。正硅酸乙酯(TEOS)水解的催化劑有酸和堿，催化劑不同，催化機(jī) 理也不同，產(chǎn)生凝膠的結(jié)構(gòu)和形態(tài)也不同。當(dāng)酸量增大時(shí)，溶膠粘度增 大，具有拉絲性；酸性較大的溶膠，貯存期長，陳化過程中粘度增長較 慢，凝膠時(shí)間延長。當(dāng)用氨水作為催化劑時(shí)，粘度增長較快，凝膠時(shí)間急劇縮短；當(dāng)堿性較強(qiáng)時(shí)，容易形成顆粒沉淀。本發(fā)明采用先酸后堿的 催化處理方式，既縮短了整個(gè)反應(yīng)的時(shí)間，又使整個(gè)反應(yīng)過程穩(wěn)定進(jìn)行， 同時(shí)還利用了溶膠線性交聯(lián)后所具有的拉絲性，以便于凝膠進(jìn)入木材細(xì) 胞壁微毛細(xì)管和纖絲內(nèi)，利用了堿性較強(qiáng)時(shí)容易形成顆粒狀凝膠的特性， 以利于填充木材中大的孔隙。曱基三乙氧基硅烷(MTES)與正硅酸乙酯(TEOS)水解縮合反應(yīng) 分為三步TEOS水解形成羥基化的產(chǎn)物(硅酸)和曱基的烷氧化合物以 及相應(yīng)的醇；硅酸之間或硅酸與正硅酸乙酯之間發(fā)生縮合反應(yīng)形成膠體 狀態(tài)混合物；低聚合物繼續(xù)聚合形成硅三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。前兩步縮合反應(yīng) 是同時(shí)進(jìn)行的，這兩步生成的混合物為溶膠；第三步聚合反應(yīng)生成的三 維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)稱為凝膠。其中， 水解反應(yīng)Si(OC2H5)4 + 4H20— Si(OH)4+ 4C2H5OH CH3Si(OC2H5)3 + 3H20 — CH3Si(OH)3 + 3C2H5OH聚合反應(yīng)Si(OH)4 + Si(OH)4 — (HO)3-0-Si(OH)3 + H20 Si(OH)4 + CH3Si(OH)3 — CH3Si(OH)2OSi(OH)3 + H20 CH3Si(OH)3 + CH3Si(OH)3 — CH3(OH)2Si-0-Si(OH)2CH3 + H20 4CH3Si(OH)3 + 4CH3Si(OH)3 — (OSi(CH3)OSi(CH3)0)4 + 12H20 正硅酸乙酯(TEOS)分子中的硅原子由4個(gè)烷氧基(一OC2Hs)與之 鍵合，這4個(gè)烷氧基團(tuán)尺寸較小，不足以完全包圍硅離子，因此硅離子 表面有4處直接暴露在外，在鹽酸作為催化劑的水解條件下，由于IT的 作用，首先進(jìn)攻TEOS分子中的一個(gè)一OC2H5基團(tuán)并使之質(zhì)子化，造成 電子云向該基團(tuán)偏移，使硅原子核的另 一側(cè)表面空隙加大并呈現(xiàn)親電子 性，負(fù)電性較強(qiáng)的C廠離子趁機(jī)攻擊硅離子，使TEOS分子水解。在酸性條件下，MTES比TEOS具有較強(qiáng)的反應(yīng)活性，主要由于MTES 水解反應(yīng)是一個(gè)親核取代反應(yīng)，水中解離的OH—進(jìn)攻MTES中電子云密 度低、帶有部分正電荷的Si原子，OH—具有較大的電子云密度，能供給 一對電子對與Si原子形成一個(gè)共價(jià)鍵，從而發(fā)生取代反應(yīng)，使MTES分 子水解。
在MTES—TEOS凝膠形成過程中，Si(OH)4中的4個(gè)一OH均參加凝 膠聚合反應(yīng)，而MTES溶膠CH3Si(OH)3中，Si—CH3不構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)骨架， 只有3個(gè)一OH參加反應(yīng)，構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)骨架，因而可以與TEOS凝膠形成網(wǎng) 絡(luò)互穿結(jié)構(gòu)。具有疏水性的一CH3形成短側(cè)鏈，相互之間可形成疏7jc4定， 使材料具有 一定的疏水性和韌性。因此，本發(fā)明引入曱基三乙氧基硅烷(MTES)后，產(chǎn)生了如下的技 術(shù)效果1. 曱基三乙氧基硅烷(MTES)與正硅酸乙酯(TEOS)共水解，在水 解形成的羥基化產(chǎn)物相互之間發(fā)生聚合反應(yīng)過程中，水解生成的大 量含曱基的有機(jī)功能基團(tuán)填充于凝膠網(wǎng)絡(luò)骨架之間，極大地降低了 凝膠收縮量和毛細(xì)管應(yīng)力，從而使凝膠具有較好的疏水性和斷裂韌 性，降低了陶瓷化復(fù)合木材的吸水增重率，改善了木材的力學(xué)性能。2. 在MTES—TEOS溶膠聚合形成凝膠過程中，由于一CH3的存在， 使MTES的縮聚速度比TEOS慢，并由此產(chǎn)生微晶(CH3SiO！.5)8，微 晶的形成起到了晶核的作用，使MTES—TEOS凝月交的四面體或八 面體結(jié)構(gòu)具有一定的結(jié)晶傾向，因而可良好地實(shí)現(xiàn)對木材內(nèi)部孔隙 的填充。MTES—TEOS溶膠進(jìn)入木材后，其核心反應(yīng)是聚合反應(yīng)， 一方面是 自身的聚合反應(yīng)，另一方面是與木材細(xì)胞壁上的羥基發(fā)生聚合反應(yīng)，其 結(jié)果是Si02凝膠部分與纖維素發(fā)生鍵合，部分以物理填充方式存在于木 材空隙中，從而實(shí)現(xiàn)將無機(jī)Si02復(fù)合到木材組織內(nèi)的目的，使材料性能 得到優(yōu)化和改善。當(dāng)凝膠全部填充滿細(xì)胞壁，并且與細(xì)胞壁形成Si-O-C 的鍵結(jié)合，這樣可以使陶瓷化復(fù)合木材內(nèi)部的兩相界面完全消失，從而 獲得由木材細(xì)胞壁向無機(jī)材料呈連續(xù)梯度變化的非均質(zhì)材料，使木材性 能得到徹底優(yōu)化和改善。本發(fā)明根據(jù)木材內(nèi)部具有大量孔隙的特點(diǎn)，將以往的正壓浸注改為 負(fù)壓一正壓浸注后，提高了溶膠向木材內(nèi)部浸注的深度，增加了溶膠的 浸注量，提高了處理后木材的增重率?？傊景l(fā)明克服了以往溶膠一凝膠處理方法存在的問題，完善了 復(fù)合木材的制備工藝，從而為制備出高強(qiáng)、高韌、具有良好尺寸穩(wěn)定性 的陶瓷化復(fù)合木材提供了技術(shù)保障。


圖1為負(fù)壓一正壓處理系統(tǒng)示意圖；圖2為TEOS凝膠顯微圖片；圖3為MTES—TEOS凝膠顯微圖片；圖4為TEOS凝膠的X射線衍射圖譜；圖5為MTES—TEOS凝膠的X射線衍射圖譜；圖6為MTES—TEOS凝膠的四元環(huán)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)型；圖7為無機(jī)物質(zhì)在木材細(xì)胞內(nèi)的填充及與細(xì)胞壁界面結(jié)合示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1取MTES200ml、 TEOS 300 ml、水100 ml放入燒瓶中充分?jǐn)嚢韬螅?加入濃度為10%的鹽酸，調(diào)節(jié)pH值為l,然后加入乙醇150ml,逐漸升 溫至75。C,反應(yīng)60分鐘后，加入氨水，調(diào)節(jié)pH值為10,繼續(xù)攪拌反應(yīng) 30分鐘，得到透明、澄清的溶膠，放置室溫后備用。取自然干燥后的楊木作為待處理木材，并制成300 x 20 x 20mm的木 材試樣。將試樣;改入圖1所示處理系統(tǒng)的處理罐中，啟動(dòng)真空泵將處理 罐中壓力抽至0.04MPa,在保持處理罐真空狀態(tài)不變的情況下，向處理 罐內(nèi)吸入步驟1所制備的溶膠，使木材試樣完全浸入溶膠液體中，保持 30分鐘后，打開進(jìn)氣閥，解除處理罐的真空狀態(tài)，然后利用高壓氣罐向 處理罐內(nèi)充入氣體，并逐漸加壓到lMPa,保持30分鐘。將經(jīng)負(fù)壓一正壓處理后的木材試樣放置在室內(nèi)進(jìn)行陳化，陳化30分 鐘后，將木材試樣送入烘箱中進(jìn)行凝膠處理，烘箱溫度70。C，處理時(shí)間 120min，最終得到所需的陶瓷化復(fù)合木材。 實(shí)施例2取MTES 350ml、 TEOS 400 ml、水90 ml放入燒瓶中充分?jǐn)嚢韬螅?加入濃度為6%的鹽酸，調(diào)節(jié)pH值為4，然后加入乙醇100ml，逐漸升溫 至80。C,反應(yīng)30分鐘后，加入氨水，調(diào)節(jié)pH值為7，繼續(xù)攪拌反應(yīng)40 分鐘，得到透明、澄清的溶膠，放置室溫后備用。取自然干燥后的楊木作為待處理木材，并制成300 x 20 x 20mm的木 材試樣。將試樣放入圖1所示處理系統(tǒng)的處理罐中，啟動(dòng)真空泵將處理罐中壓力抽至0.06MPa,在保持處理罐真空狀態(tài)不變的情況下，向處理 罐內(nèi)吸入步驟1所制備的溶膠，使木材試樣完全浸入溶膠液體中，保持 60分鐘后，打開進(jìn)氣閥，解除處理罐的真空狀態(tài)，然后利用高壓氣罐向 處理罐內(nèi)充入氣體，并逐漸加壓到1.5MPa，保持60分鐘。將經(jīng)負(fù)壓一正壓處理后的木材試樣放置在室內(nèi)進(jìn)行陳化，陳化60分 鐘后，將木材試樣送入烘箱中進(jìn)行凝膠處理，烘箱溫度120。C，處理時(shí)間 30min,最終得到所需的陶瓷化復(fù)合木材。 實(shí)施例3取MTES 400ml、 TEOS 200 ml、水50 ml放入燒瓶中充分?jǐn)嚢韬螅?加入濃度為1%的鹽酸，調(diào)節(jié)pH值為6，然后加入乙醇50ml，逐漸升溫 至7(TC，反應(yīng)90分鐘后，加入氨水，調(diào)節(jié)pH值為12，繼續(xù)攪拌反應(yīng) 20分鐘，得到透明、澄清的溶膠，放置室溫后備用。取自然干燥后的楊木作為4爭處理木材，并制成300 x 20 x 20mm的木 材試樣。將試樣;改入圖1所示處理系統(tǒng)的處理罐中，啟動(dòng)真空泵將處理 罐中壓力抽至0.095MPa,在保持處理罐真空狀態(tài)不變的情況下，向處理 罐內(nèi)吸入步驟1所制備的溶膠，使木材試樣完全浸入溶膠液體中，保持 90分鐘后，打開進(jìn)氣閥，解除處理罐的真空狀態(tài)，然后利用高壓氣罐向 處理罐內(nèi)充入氣體，并逐漸加壓到2MPa，保持90分鐘。將經(jīng)負(fù)壓一正壓處理后的木材試樣放置在室內(nèi)進(jìn)行陳化，陳化90分 鐘后，將木材試樣送入烘箱中進(jìn)行凝膠處理，烘箱溫度100。C，處理時(shí)間 60min，最終得到所需的陶瓷化復(fù)合木材。 實(shí)施例4取MTES 400ml、 TEOS 400ml、水150ml放入燒瓶中充分?jǐn)嚢韬螅?加入濃度為3°/。的鹽酸，調(diào)節(jié)pH值為3,然后再加入乙醇150ml,反應(yīng) 45分鐘后，加入氨水，調(diào)節(jié)pH值為9，繼續(xù)攪拌反應(yīng)25分鐘，得到透 明、澄清的溶膠，放置室溫后備用。取自然千燥后的楊木作為待處理木材，并制成300 x 20 x 20mm的木 材試樣。將試樣放入圖1所示處理系統(tǒng)的處理罐中，啟動(dòng)真空泵將處理 罐中壓力抽至0.08MPa,在保持處理罐真空狀態(tài)不變的情況下，向處理 罐內(nèi)吸入步驟1所制備的溶膠，使木材試樣完全浸入溶膠液體中，保持 50分鐘后，打開進(jìn)氣閥，解除處理罐的真空狀態(tài)，然后利用高壓氣罐向 處理罐內(nèi)充入氣體，并逐漸加壓到1.5MPa,保持120分鐘。將經(jīng)負(fù)壓一正壓處理后的木材試樣放置在室內(nèi)進(jìn)行陳化，陳化120 分鐘后，將木材試樣送入烘箱中進(jìn)行凝膠處理，烘箱溫度8(TC，處理時(shí) 間80min，最終得到所需的陶資化復(fù)合木材。需要指出的是，上述各實(shí)施例中的處理對象均為木材試樣，實(shí)際應(yīng) 用中，其中的在負(fù)壓狀態(tài)下的保持時(shí)間、正壓狀態(tài)下的保持時(shí)間、以及行簡單試驗(yàn)后來確定。以往以正硅酸乙酯為硅源，通過正硅酸乙酯水解獲得溶膠，進(jìn)入木 材孔隙后與木材細(xì)胞壁結(jié)合或填充孔隙形成Si-O凝膠網(wǎng)絡(luò)，它構(gòu)成了陶 瓷化復(fù)合木材無機(jī)凝膠結(jié)構(gòu)的基本骨架，但是由于TEOS溶膠在凝膠過 程中產(chǎn)生大的收縮以及毛細(xì)管應(yīng)力等原因，易導(dǎo)致凝膠材料開裂，所以 在一定程度上影響了陶瓷化復(fù)合木材的性能。本發(fā)明利用曱基三乙氧基硅烷MTES與正硅酸乙酯TEOS共水解形 成溶膠，有機(jī)相和無機(jī)相在凝膠過程中同時(shí)形成，得到兩相交聯(lián)，或者 結(jié)構(gòu)互穿的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。曱基三乙氧基硅烷里含有一個(gè)曱基，該曱基在水 解聚合時(shí)會(huì)產(chǎn)生環(huán)狀基團(tuán)或環(huán)狀鏈，它不參與網(wǎng)絡(luò)形成，但是可以被引 入到網(wǎng)絡(luò)中，使得凝膠具有疏水性和一定的韌性，從而改善凝膠網(wǎng)絡(luò)的 性質(zhì)。而且甲基三乙氧基硅烷還具有與正硅酸乙酯相似的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)， 反應(yīng)溫度低，條件容易控制，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。正硅酸乙酯水解溶膠形成的凝膠，呈片狀、龜裂紋狀，如圖2所示。 而正硅酸乙酯與曱基三乙氧基硅烷共水解獲得的凝膠呈顆粒狀，如圖3 所示，這與MTES的水解特性有關(guān)。圖5所示為MTES—TEOS凝膠的X射線衍射圖譜，該圖譜與圖4 所示的TEOS凝膠的X射線衍射圖i普相比，出現(xiàn)了雙峰，具有結(jié)晶的趨 向。根據(jù)已有的研究[1]可知，MTES—TEOS凝膠中已經(jīng)有微晶存在，這 種微晶在MTES—TEOS溶膠的凝膠過程中起到了晶核的作用，促進(jìn)了顆 粒的增大，而這種結(jié)晶趨向?qū)τ谔畛淠静目紫毒哂兄匾饬x。MTES—TEOS凝膠形成采用如下的形式TEOS水解形成的溶膠 Si(OH)4中的4個(gè)一OH均參加凝膠聚合反應(yīng)，而MTES溶膠CH3Si(OH)3
中，Si—CH3不構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)骨架，只有3個(gè)一OH參加反應(yīng)，構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)骨架， 因而可以與TEOS凝膠形成網(wǎng)絡(luò)互穿結(jié)構(gòu)。如圖6所示。具有疏水性的 一CH3形成短側(cè)鏈，相互之間可形成疏水鍵，使材料具有一定的疏水性和 韌性。并由此降低陶瓷化復(fù)合木材的吸水增重率，減小凝膠的收縮以及 毛細(xì)管應(yīng)力。如圖7所示，在本發(fā)明陶覺化復(fù)合木材制備方法中，使用的MTES 一TEOS溶膠一凝膠一方面以物理方式填充木材孔隙， 一方面與木材細(xì)胞 壁上的羥基發(fā)生縮合反應(yīng)后形成鍵合，從而實(shí)現(xiàn)了將Si02復(fù)合到木材組 織內(nèi)的目的，使材料性能得到優(yōu)化。通過控制溶膠一凝膠構(gòu)成材料的要 素和條件，使凝膠全部填滿木材孔隙，并且與細(xì)胞壁形成Si-O-C的鍵結(jié) 合，使得陶瓷化復(fù)合木材內(nèi)部的兩相界面消失，可以獲得由木材細(xì)胞壁 向無機(jī)材料呈連續(xù)梯度變化的非均質(zhì)材料，即陶瓷化復(fù)合木材的梯度復(fù) 合材料，從而使材料的性能得到徹底的優(yōu)化。其中A為木材細(xì)胞本身， B為無機(jī)物質(zhì)填充后，在細(xì)胞內(nèi)無機(jī)物質(zhì)與有機(jī)物質(zhì)之間存在明顯的界 面，C為最終得到兩相界面消失的梯度復(fù)合材料。
權(quán)利要求
1.一種陶瓷化復(fù)合木材，該復(fù)合木材按如下步驟制備而成步驟1，按體積記，取MTES 4～8份，TEOS 4～8份，水1～3份，放入容器中充分?jǐn)嚢韬?，加入濃度?-10％的鹽酸，調(diào)節(jié)pH值為1～6，然后加入乙醇1～3份，逐漸升溫至70℃～80℃，反應(yīng)30～90分鐘后，加入氨水，調(diào)節(jié)pH值為7～12，繼續(xù)攪拌反應(yīng)20～60分鐘，得到透明、澄清的溶膠，放置室溫后備用；步驟2，將待處理木材放入密閉處理罐中，將處理罐抽真空到≤0.095Mpa，在保持真空狀態(tài)不變的情況下，將步驟1所制備的溶膠吸入處理罐內(nèi)，使待處理木材完全沒入溶膠液體中，并根據(jù)待處理木材的尺寸和要求處理的深度確定保持時(shí)間后，打開進(jìn)氣閥，解除處理罐的真空狀態(tài)，然后向處理罐內(nèi)充入氣體，并逐漸加壓到1-2MPa，同樣根據(jù)待處理木材的尺寸和要求處理的深度確定保持時(shí)間；步驟3，將經(jīng)負(fù)壓-正壓處理后的木材放置在室內(nèi)進(jìn)行陳化，并根據(jù)待處理木材的尺寸和要求處理的深度確定陳化時(shí)間，后將木材送入烘箱中進(jìn)行凝膠處理，烘箱溫度70-120℃，處理時(shí)間30-120min，最終得到所需的陶瓷化復(fù)合木材。
2. —種陶瓷化復(fù)合木材的制備方法，其具體步驟如下步驟l,按體積記，取MTES4 8份，TEOS4 8份，水1~3份，放 入容器中充分?jǐn)嚢韬螅尤霛舛葹?-10%的鹽酸，調(diào)節(jié)pH值為1~6, 然后加入乙醇1 3份，逐漸升溫至70。C 8(TC,反應(yīng)30 90分鐘后，加入 氨水，調(diào)節(jié)pH值為7 12,繼續(xù)攪拌反應(yīng)20 60分鐘，得到透明、澄清 的溶膠，放置室溫后備用；步驟2,將待處理木材放入密閉處理罐中，將處理罐抽真空到<0.095 Mpa，在保持真空狀態(tài)不變的情況下，將步驟1所制備的溶膠吸入處理罐 內(nèi)，使待處理木材完全沒入溶膠液體中，并根據(jù)待處理木材的尺寸和要 求處理的深度確定保持時(shí)間后，打開進(jìn)氣閥，解除處理罐的真空狀態(tài)， 然后向處理罐內(nèi)充入氣體，并逐漸加壓到1-2MPa,同樣根據(jù)待處理木材的尺寸和要求處理的深度確定保持時(shí)間；步驟3,將經(jīng)負(fù)壓一正壓處理后的木材放置在室內(nèi)進(jìn)行陳化，并根據(jù) 待處理木材的尺寸和要求處理的深度確定陳化時(shí)間后，將木材送入烘箱 中進(jìn)行凝膠處理，烘箱溫度70- 120°C，處理時(shí)間30- 120min,最終得 到所需的陶瓷化復(fù)合木材。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種陶瓷化復(fù)合木材的制備方法，其具體步驟為步驟1，制備MTES-TEOS溶膠；步驟2，在處理罐內(nèi)對待處理木材進(jìn)行負(fù)壓—正壓處理，并在負(fù)壓處理過程中將步驟1制備的溶膠浸注到待處理木材中；步驟3，將經(jīng)負(fù)壓—正壓處理后的木材放置在室內(nèi)進(jìn)行陳化后，送入烘箱中進(jìn)行凝膠處理，并最終得到所需的陶瓷化復(fù)合木材。本發(fā)明克服了以往溶膠—凝膠處理方法存在的問題，完善了復(fù)合木材的制備工藝，從而為制備出高強(qiáng)、高韌、具有良好尺寸穩(wěn)定性的陶瓷化復(fù)合木材提供了技術(shù)保障。
文檔編號B27K5/04GK101164744SQ20071012200
公開日2008年4月23日 申請日期2007年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月19日
發(fā)明者峰 傅, 葉克林, 王金林, 陳志林 申請人:中國林業(yè)科學(xué)研究院木材工業(yè)研究所