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、穩定地儲存，實現重復循環利用。本發明能使經過該改性劑處理的人工林木材的尺寸穩定性、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，而且環保，對人體和環境無公害，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用價值的優點。
【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]
【技術領域】
[0002] 本發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】
[0003] 多年來，我國人工林資源面積一直穩居世界首位。然而，由于人工林木材生長周期 短，變異性大，往往材質軟、密度小、強度低(如楊木、杉木等)，其應用范圍受到很大限制，產 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、尺寸穩定性、抗彎強度和彈性模量等物理力學性能，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，導致處理材尺寸不穩定，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 合，同時加入有機醇類物質，提高其穩定性和韌性，兩者優勢互補，形成一種可長期儲存和 重復利用的低成本多功能木材改性劑，則有望替代當前市場中功能單一、成本較高的改性 處理液，全面改觀人工林木材的物理力學性能和阻燃性能，對實現人工林木材的增值高效 利用和我國森林資源的可持續發展具有重要意義。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是設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 使經過該改性劑處理的人工林木材的尺寸穩定性、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，而且環保，對人體和環境無公害， 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用價值的優點。
[0005] 為此，本發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，質量百分比濃度分別為20%和10%,甲醒和娃酸鈉 溶液的質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釜中，升溫至5(T60°C，攪拌均勻后用乙酸調節溶液pH 值為4. (Γ5. 0，溫度保持在60?70°C，反應10?30分鐘，得到甲醛和聚乙烯醇縮甲醛的混 合液； (3)用氫氧化鈉調節該混合液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40?60分鐘，得到甲醛、聚乙烯醇縮甲醛和經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10?20分 鐘，得到聚乙烯醇縮甲醛和經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，繼續反應，當該反應液與水的混合倍數為1:3?10時，降低溫度至40°C 以下，并用氫氧化鈉調節該反應液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明的目的。
[0010] 本發明能使經過該改性劑處理的人工林木材的尺寸穩定性、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，而且環保，對人 體和環境無公害，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用 價值的優點。
[0011] 本發明以三聚氰胺、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，而且環保，對人體和環境無公 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 具等產品的加工，大大拓寬了人工林木材的應用范圍，真正實現了劣材優用。且該改性劑可 較長期、穩定地儲存，實現重復循環利用。
【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，質量百分比濃度分別為20%和10%,甲醒和娃酸鈉 溶液的質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釜中，升溫至5(T60°C，攪拌均勻后用乙酸調節溶液pH 值為4. (Γ5. 0，溫度保持在60?70°C，反應10?30分鐘，得到甲醛和聚乙烯醇縮甲醛的混 合液； (3)用氫氧化鈉調節該混合液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40?60分鐘，得到甲醛、聚乙烯醇縮甲醛和經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10?20分 鐘，得到聚乙烯醇縮甲醛和經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，繼續反應，當該反應液與水的混合倍數為1:3?10時，降低溫度至40°C 以下，并用氫氧化鈉調節該反應液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，質量百分比濃度分別為20%和10%，甲醛和硅酸鈉溶液的質 量百分比濃度分別為37%和30%。將甲醛和聚乙烯醇加入反應釜中，升溫至50°C，攪拌均勻 后用乙酸調節溶液pH值為5.0，溫度保持在60°C，反應20分鐘。用氫氧化鈉調節溶液pH 值為9. 0，加入三聚氰胺和二甘醇，溫度保持在75°C，反應60分鐘。降低溫度至60°C，加入 尿素，反應20分鐘。降低溫度至50°C，加入硅酸鈉溶液，繼續反應。當反應液與水的混合倍 數為1:5時，降低溫度至30°C，并用氫氧化鈉調節溶液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：4?5倍； 儲存期：30?60天。
[0018] 經本發明外理的人工林木檢測數據如下： 將規格為2000mmX200mmX25mm (縱向X弦向X徑向）、含水率為10%的人工林楊木 板材規整地碼放于浸潰處理罐體中，并將板材加以固定,關閉處理罐,開始抽真空,使罐體 內部達到-0. 096MPa的負壓狀態，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，向罐體內施
【權利要求】
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，質量百分比濃度分別為20%和10%,甲醒和娃酸鈉 溶液的質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釜中，升溫至5(T60°C，攪拌均勻后用乙酸調節溶液pH 值為4. (Γ5. 0，溫度保持在60?70°C，反應10?30分鐘，得到甲醛和聚乙烯醇縮甲醛的混 合液； (3)用氫氧化鈉調節該混合液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40?60分鐘，得到甲醛、聚乙烯醇縮甲醛和經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10?20分 鐘，得到聚乙烯醇縮甲醛和經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，繼續反應，當該反應液與水的混合倍數為1:3?10時，降低溫度至40°C以 下，并用氫氧化鈉調節該反應液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 優先權日:2014年7月1日
【發明者】劉君良, 柴宇博, 呂文華, 張玉萍, 孫柏玲, 王小青 申請人:中國林業科學研究院木材工業研究所