專利名稱：陶瓷復(fù)合木材前驅(qū)液及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種陶瓷復(fù)合木材前驅(qū)液及其制備方法，此陶瓷復(fù)合木材前驅(qū)液可以用來(lái)制備強(qiáng)化復(fù)合木材，屬于建筑材料中復(fù)合強(qiáng)化木材的制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展，人類對(duì)木材的需求量也越來(lái)越大，但是隨著優(yōu)質(zhì)林?jǐn)?shù)量的萎縮和世界各國(guó)對(duì)自然環(huán)境保護(hù)力度的加強(qiáng)，優(yōu)質(zhì)木材的供應(yīng)量出現(xiàn)了嚴(yán)重不足。而人工速生林木材雖然數(shù)量巨大，但其各方面性能和天然優(yōu)質(zhì)木材相比有很大地差距，使其只能在局部領(lǐng)域的非關(guān)鍵部位進(jìn)行應(yīng)用，不能彌補(bǔ)天然優(yōu)質(zhì)木材供應(yīng)量減少所帶來(lái)需求缺口，在這種情況下，如何對(duì)人工速生林木材進(jìn)行改性處理，提升其各方面的性能，使之取代天然優(yōu)質(zhì)木材在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，就成為當(dāng)今人們研究的課題之一。
為了解決上述問(wèn)題，人們提出用浸注處理的方法，采用有機(jī)前驅(qū)液或無(wú)機(jī)前驅(qū)液對(duì)木材進(jìn)行浸注處理，以提高木材的強(qiáng)度、硬度、韌性以及耐磨性、耐水性、阻燃性等各方面的性能。
在現(xiàn)有技術(shù)中，有單純采用各種有機(jī)前驅(qū)液對(duì)木材進(jìn)行浸注處理的，所制得的木塑復(fù)合材，其各項(xiàng)性能指標(biāo)已得到了廣泛的認(rèn)可，國(guó)內(nèi)外也均已有采用這種方法進(jìn)行規(guī)?；a(chǎn)的廠家。但單純采用有機(jī)前驅(qū)液也有缺點(diǎn)，它的原料成本高，浸注處理時(shí)所采用的控制工藝復(fù)雜，使得生產(chǎn)出來(lái)的木塑復(fù)合材的價(jià)格一直居高不下，阻礙了其廣泛應(yīng)用；也有人嘗試采用浸注法對(duì)木材進(jìn)行單純的無(wú)機(jī)材料填充處理，并取得了一定成果，所制得的陶瓷木材在硬度方面有相當(dāng)?shù)奶岣撸淙秉c(diǎn)是韌性比較差。申請(qǐng)?zhí)?91006852專利曾報(bào)導(dǎo)了一種采用化學(xué)方法用陶瓷前驅(qū)體制備陶瓷復(fù)合木材的方法，但這種方法制備的陶瓷復(fù)合木材增重率較低，脆性較大，而且形成的SiO2凝膠抗流失性差，導(dǎo)致材料的尺寸穩(wěn)定性較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供了一種有機(jī)/無(wú)機(jī)混合前驅(qū)液，此前驅(qū)液原料成本較低，易于獲得，且制作方法簡(jiǎn)單，使用此陶瓷復(fù)合木材前驅(qū)液制備強(qiáng)化復(fù)合木材的控制工藝簡(jiǎn)單，所制備出來(lái)的復(fù)合木材成本低廉，性能優(yōu)良。
本發(fā)明提供的陶瓷復(fù)合木材前驅(qū)液，其特征在于，包括無(wú)機(jī)組分、有機(jī)組分、功能增強(qiáng)組分和工藝增強(qiáng)組分四部分其中所用的無(wú)機(jī)組分為硅溶膠或水玻璃；所用的有機(jī)組分為水性聚氨酯乳液或苯丙乳液或硅丙乳液或水性丙烯酸乳液，該有機(jī)組分與無(wú)機(jī)組分即硅溶膠或水玻璃的重量比為0.25～0.7∶1；所用的功能增強(qiáng)組分為甲基硅酸鈉，甲基硅酸鈉與無(wú)機(jī)組分即硅溶膠或水玻璃的重量比為4～7∶100；所用的工藝增強(qiáng)組分有偶聯(lián)劑KH-560和滲透劑烷基苯磺酸鈉，偶聯(lián)劑KH-560與上述的有機(jī)組分的重量比為1.2～2∶100；烷基苯磺酸鈉與上述的無(wú)機(jī)組分的重量比為1.6～2∶100。
所述的陶瓷復(fù)合木材前驅(qū)液的制備方法，其特征在于，按上述重量比稱取上述的無(wú)機(jī)組分、有機(jī)組分、功能增強(qiáng)組分和工藝增強(qiáng)組分，然后將各組分混合均勻。
使用本發(fā)明提供的陶瓷復(fù)合木材前驅(qū)液對(duì)木材進(jìn)行浸注處理制備強(qiáng)化復(fù)合木材的方法是由木材預(yù)處理、陶瓷復(fù)合木材前驅(qū)液制備和強(qiáng)化復(fù)合木材制備三部分組成，其中強(qiáng)化復(fù)合木材的制備又可細(xì)分為木材浸注處理、陳化處理和烘干固化處理三個(gè)環(huán)節(jié)。
具體的強(qiáng)化復(fù)合木材的制備步驟如下
一、木材預(yù)處理
將原材料木材置于溫度為103±2℃的加熱爐之中，保溫處理8個(gè)小時(shí)，其目的是充分去除木材孔隙之中所含的水分，以疏通木材孔隙，方便陶瓷復(fù)合木材前驅(qū)液滲透，烘干完成后取出待用，如果不是立即使用，則需要保存在干燥器內(nèi)，使用時(shí)再取出。
二、陶瓷復(fù)合木材前驅(qū)液的制備
按照前面敘述的制備前驅(qū)液的辦法制備陶瓷復(fù)合木材前驅(qū)液。
三、木材浸注處理
將木材干燥處理后，置于處理罐中，打開(kāi)真空泵抽真空，保持負(fù)壓0.1MPa，30分鐘后，吸陶瓷復(fù)合木材前驅(qū)液進(jìn)入真空罐中，繼續(xù)保持負(fù)壓0.1MPa 30分鐘，然后打開(kāi)處理罐的進(jìn)氣閥，解除處理罐內(nèi)負(fù)壓，常壓下繼續(xù)浸注90分鐘，然后打開(kāi)放料閥門，使陶瓷復(fù)合木材前驅(qū)液從處理罐中排出，留待循環(huán)使用，再然后取出罐內(nèi)木材。
四、陳化處理
木材經(jīng)過(guò)浸漬處理，取出后，自然條件下放置8小時(shí)。
五、烘干固化處理
將經(jīng)過(guò)陳化處理的木材放入烘干裝置內(nèi)在103±2℃的溫度下進(jìn)行4小時(shí)烘干處理，烘干結(jié)束后取出，即制得強(qiáng)化復(fù)合木材。
下面通過(guò)若干實(shí)例和樣品的測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)明本發(fā)明陶瓷復(fù)合木材前驅(qū)液的制備方法以及采用此方法所制備的強(qiáng)化復(fù)合木材的性能表A1到表A8分別是本發(fā)明實(shí)施例1到實(shí)施例8得到的復(fù)合材料樣品的增重率情況，所測(cè)試樣品的規(guī)格為20mm×20mm×30mm，根據(jù)表格可以看出用本發(fā)明制備出來(lái)的增強(qiáng)復(fù)合木材的平均增重率都在60％以上，有的甚至達(dá)到了80％以上，高于其他研究者用類似方法制備的陶瓷復(fù)合木材36％左右的增重率，增重率的提高為材料其它性能的提高奠定了良好的基礎(chǔ)。
表B1到表B8分別是對(duì)本發(fā)明實(shí)施例1到實(shí)施例8得到的復(fù)合材料樣品進(jìn)行15小時(shí)水中浸泡處理后所測(cè)得的膨脹率情況及其與所使用的楊木原料的對(duì)比情況，所測(cè)試樣品的規(guī)格為20mm×20mm×30mm，數(shù)據(jù)表明用本發(fā)明制備出來(lái)的增強(qiáng)復(fù)合木材吸水后的徑向膨脹率大部分都在2％以下，弦向膨脹率也都在2.5％以下，比未處理的楊木樣品下降了50％以上，比之其它類似產(chǎn)品3％左右的吸水膨脹率也有不同程度的降低，這說(shuō)明用本發(fā)明制備的復(fù)合材料有很好的抗水性和尺寸穩(wěn)定性。
表C1到表C8分別是對(duì)本發(fā)明實(shí)施例1到實(shí)施例8得到的復(fù)合材料樣品進(jìn)行15小時(shí)水中浸泡處理，樣品從濕材到全干后測(cè)得的干縮系數(shù)情況及其與未處理材的對(duì)比情況，所測(cè)試樣品的規(guī)格為20mm×20mm×30mm，數(shù)據(jù)表明用本發(fā)明制備的復(fù)合材料的干縮情況比之未處理材改善了一倍左右，好于前面提到的陶瓷復(fù)合木材的徑向3.2，弦向4％左右和體積11％以上的干縮率，這說(shuō)明本發(fā)明制備的陶瓷復(fù)合木材前驅(qū)液滲進(jìn)木材內(nèi)固化后與木材的結(jié)合情況相當(dāng)理想，具有相當(dāng)?shù)目沽魇浴?br> 表D1到表D8分別是對(duì)本發(fā)明實(shí)施例1到實(shí)施例8得到的復(fù)合材料樣品進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)試所得到的結(jié)果及其與所使用的楊木原料樣品的對(duì)比情況，所測(cè)試樣品的規(guī)格為20mm×20mm×30mm，數(shù)據(jù)表明用本發(fā)明制備的復(fù)合木材其順紋抗壓強(qiáng)度比之未處理木材有了至少30％以上的提高，大部分都在50％以上，而徑向抗壓強(qiáng)度的提高至少都在70％以上，有的甚至達(dá)到100％以上，這些已經(jīng)非常接近天然優(yōu)質(zhì)木材赤桉的性能，說(shuō)明用本發(fā)明制備的復(fù)合木材具有相當(dāng)好的強(qiáng)度。
表E1到表E8分別是對(duì)本發(fā)明實(shí)施例1到實(shí)施例8得到的復(fù)合材料樣品進(jìn)行抗彎強(qiáng)度測(cè)試所得到的結(jié)果及其與所使用的楊木原料樣品的對(duì)比情況，所測(cè)試樣品的規(guī)格為20mm×20mm×300mm，數(shù)據(jù)顯示相對(duì)于未處理原材料楊木，利用本發(fā)明所制備的復(fù)合木材在韌性方面也都有了20％左右的提高，較之陶瓷復(fù)合木材韌性沒(méi)有提高甚至還有所下降的情況有了相當(dāng)?shù)母纳啤?br> 具體實(shí)施例方式
例1取規(guī)格為20mm×20mm×30mm的69楊木塊120個(gè)和規(guī)格為20mm×20mm×300mm的69楊木塊60個(gè)，進(jìn)行預(yù)處理； 然后取硅溶膠500g和水性聚氨酯乳液125g，摻雜混合在一起，再添加20g甲基硅酸鈉，1.5g硅烷偶聯(lián)劑KH-560，8g烷基苯磺酸鈉，然后用攪拌器充分?jǐn)嚢琛⒒旌?，前?qū)液制備完成；用此陶瓷復(fù)合木材前驅(qū)液對(duì)經(jīng)過(guò)預(yù)處理的木塊進(jìn)行浸漬處理；然后對(duì)木塊進(jìn)行陳化和烘干固化處理。
例2取硅溶膠500g和苯丙乳液250g，摻雜混合在一起，再添加25g甲基硅酸鈉，4g硅烷偶聯(lián)劑KH-560，9g烷基苯磺酸鈉，然后用攪拌器充分?jǐn)嚢?、混合，陶瓷?fù)合木材前驅(qū)液制備完成；其它步驟與例1相同。
例3取硅溶膠500g和硅丙乳液350g，摻雜混合在一起，再添加35g甲基硅酸鈉，7g硅烷偶聯(lián)劑KH-560，10g烷基苯磺酸鈉，然后用攪拌器充分?jǐn)嚢琛⒒旌?，陶瓷?fù)合木材前驅(qū)液制備完成；其它步驟與例1相同。
例4、取硅溶膠500g和水性丙烯酸乳液125g，摻雜混合在一起，再添加35g甲基硅酸鈉，2.25g硅烷偶聯(lián)劑KH-560，8g烷基苯磺酸鈉，然后用攪拌器充分?jǐn)嚢?、混合，陶瓷?fù)合木材前驅(qū)液制備完成；其它步驟與例1相同。
例5、取硅溶膠500g和水性丙烯酸乳液125g，摻雜混合在一起，再添加20g甲基硅酸鈉，1.5g硅烷偶聯(lián)劑KH-560，8g烷基苯磺酸鈉，然后用攪拌器充分?jǐn)嚢?、混合，陶瓷?fù)合木材前驅(qū)液制備完成；其它步驟與例1相同。
例6取水玻璃500g和硅丙乳液300g，摻雜混合在一起，再添加20g甲基硅酸鈉，1.5g硅烷偶聯(lián)劑KH-560，8g烷基苯磺酸鈉，然后用攪拌器充分?jǐn)嚢?、混合，陶瓷?fù)合木材前驅(qū)液制備完成；其它步驟與例1相同。
例7取硅溶膠500g和苯丙乳液350g，摻雜混合在一起，再添加30g甲基硅酸鈉，5.6g硅烷偶聯(lián)劑KH-560，8g烷基苯磺酸鈉，然后用攪拌器充分?jǐn)嚢?、混合，陶瓷?fù)合木材前驅(qū)液制備完成；其它步驟與例1相同。
例8取水玻璃500g和水性聚氨酯乳液350g，摻雜混合在一起，再添加35g甲基硅酸鈉，7g硅烷偶聯(lián)劑KH-560，10g烷基苯磺酸鈉，然后用攪拌器充分?jǐn)嚢?、混合，陶瓷?fù)合木材前驅(qū)液制備完成；其它步驟與例1相同。
(表A1)
(表A2)
(表A3)
(表A4)
(表A5)
(表A6)
(表A7)
(表A8)
(表B1)
(表B2)
(表B3)
(表B4)
(表B5)
(表B6)
(表B7)
(表B8)
(表C1)
(表C2)
(表C3)
(表C4)
(表C5)
(表C6)
(表C7)
(表C8)
(表D1)
(表D2)
(表D3)
(表D4)
(表D5)
(表D6)
(表D7)
(表D8)
(表E1)
(表E2)
(表E3)
(表E4)
(表E5)
(表E6)
(表E7)
(表E8)
權(quán)利要求
1、一種陶瓷復(fù)合木材前驅(qū)液，其特征在于，包括無(wú)機(jī)組分、有機(jī)組分、功能增強(qiáng)組分和工藝增強(qiáng)組分四部分其中所用的無(wú)機(jī)組分為硅溶膠或水玻璃；所用的有機(jī)組分為水性聚氨酯乳液或苯丙乳液或硅丙乳液或水性丙烯酸乳液，該有機(jī)組分與無(wú)機(jī)組分即硅溶膠或水玻璃的重量比為0.25～0.7∶1；所用的功能增強(qiáng)組分為甲基硅酸鈉，甲基硅酸鈉與無(wú)機(jī)組分即硅溶膠或水玻璃的重量比為4～7∶100；所用的工藝增強(qiáng)組分有偶聯(lián)劑KH-560和滲透劑烷基苯磺酸鈉，偶聯(lián)劑KH-560與上述的有機(jī)組分的重量比為1.2～2∶100；烷基苯磺酸鈉與上述的無(wú)機(jī)組分的重量比為1.6～2∶100。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷復(fù)合木材前驅(qū)液的制備方法，其特征在于，按上述重量比稱取上述的無(wú)機(jī)組分、有機(jī)組分、功能增強(qiáng)組分和工藝增強(qiáng)組分，然后將各組分混合均勻。
全文摘要
陶瓷復(fù)合木材前驅(qū)液及其制備方法，屬?gòu)?fù)合木材制備領(lǐng)域。前驅(qū)液包括無(wú)機(jī)組分、有機(jī)組分、功能增強(qiáng)組分和工藝增強(qiáng)組分四部分無(wú)機(jī)組分為硅溶膠或水玻璃；有機(jī)組分為水性聚氨酯乳液或苯丙乳液或硅丙乳液或水性丙烯酸乳液，有機(jī)組分與無(wú)機(jī)組分重量比為0.25～0.7∶1；功能增強(qiáng)組分為甲基硅酸鈉與無(wú)機(jī)組分重量比為4～7∶100；工藝增強(qiáng)組分有偶聯(lián)劑KH－560和滲透劑烷基苯磺酸鈉，偶聯(lián)劑與有機(jī)組分的重量比為1.2～2∶100；烷基苯磺酸鈉與無(wú)機(jī)組分的重量比為1.6～2∶100。制備方法為上述重量比稱取無(wú)機(jī)組分、有機(jī)組分、功能增強(qiáng)組分和工藝增強(qiáng)組分混合均勻。此前驅(qū)液原料成本較低，易獲得且制作簡(jiǎn)單，用此前驅(qū)液制備強(qiáng)化復(fù)合木材工藝簡(jiǎn)單，成本低，性能優(yōu)良。
文檔編號(hào)C08K3/00GK1546569SQ20031012147
公開(kāi)日2004年11月17日 申請(qǐng)日期2003年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月18日
發(fā)明者王群, 孫正強(qiáng), 宋曉輝, 嚴(yán)建華, 孟生, 左鐵鏞, 付峰, 陳志林, 王金林, 葉克林, 王 群 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)