一种铝包木门窗用防火木材及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铝包木门窗用防火木材及其制备方法，防火木材由木材及木材孔洞内填充的功能液构成，功能液包括甲基硅酸钠、水、磷酸、甲基纤维素、疏水托贝莫来石，采用真空浸渍工艺和微波干燥工艺获得铝包木门窗用防火木材。本发明专利技术的铝包木门窗用防火木材具有防火阻燃、保温隔热、隔音、尺寸稳定、防腐、寿命长等优异性能，无需表面涂覆涂膜，保留木材原有纹理，美观实用，市场前景巨大。

A fireproof wood for aluminium-clad doors and windows and its preparation method

The invention discloses a fire-proof wood for aluminium-clad wood doors and windows and a preparation method thereof. The fire-proof wood is composed of functional liquids filled in wood and wood holes. The functional liquids include sodium methylsilicate, water, phosphoric acid, methyl cellulose and hydrophobic tobermorite. The fire-proof wood for aluminium-clad wood doors and windows is obtained by vacuum impregnation process and microwave drying process. The fireproof wood for aluminium-clad doors and windows of the invention has excellent properties such as fireproof and flame retardant, heat insulation, sound insulation, dimensional stability, anti-corrosion, long service life, etc., without coating on the surface, retains the original texture of the wood, is beautiful and practical, and has a huge market prospect.

【技术实现步骤摘要】
一种铝包木门窗用防火木材及其制备方法
本专利技术涉及一种铝包木门窗用防火木材及其制备方法，属于复合材料制备

技术介绍
木材作为一种可再生的自然资源，具有低导热性、高隔音性、易加工等特点；同时由于木材的自然属性，易燃，进而失去力学性能，若处理不当，会出现弯曲、扭曲等现象，从而影响门窗的正常使用。木型材含水率高于20%时，真菌容易在其体内进行繁殖，从而导致木材出现霉变、腐烂等现象；有效控制木材中水分的任意吸收和流失，是确保铝包木门窗用木型材质量的关键因素。木材浸渍是常见的木材改性工艺，可以赋予木材更多优异性能；然而，目前的木材浸渍工艺存在浸渍效率低、进入木材孔隙的浸渍液量少、浸渍液不阻燃等问题，影响木材的安全使用。基于此，提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的是在于提供铝包木门窗用防火木材，具有防火阻燃、保温隔热、隔音、尺寸稳定、防腐、寿命长等优异性能，无需表面涂覆涂膜，保留木材原有纹理，美观实用，市场前景巨大。本专利技术的第二个目的是在于提供铝包木门窗用防火木材的制备方法，本专利技术利用甲基硅酸钠作为疏水交联剂，以疏水托贝莫来石为隔热阻燃填料，磷酸为凝胶催化剂，甲基纤维素为增稠剂和表面活性剂，制备木材改性功能液，并通过真空浸渍工艺和微波干燥工艺将木材与改性功能液复配。研究发现，（1）甲基硅酸钠在磷酸的催化作用下发生溶胶-凝胶反应，可以形成Si-O-Si键及三维网状结构，疏水性能和防火性能优异；（2）疏水托贝莫来石具有微米多孔结构，在甲基硅酸钠水性体系中仍保持微米多孔结构不被填充，具有隔热和阻燃作用；（3）甲基纤维素既具有亲水基团，又具有疏水基团，有利于疏水托贝莫来石在甲基硅酸钠水性体系中均匀分散，并且甲基纤维素的疏水主链与周围水分子通过氢键缔合，提高了聚合物本身的流体体积，减少了颗粒自由活动的空间，从而提高了体系黏度，使得木材吸附功能液后与功能液分离时，大大减少木材内部功能液在凝胶前流失。本专利技术的第三个目的是提供所述防火木材的应用，将其用于铝包木门窗，表现出优异的综合性能。为了实现上述技术目的，本专利技术提供一种铝包木门窗用防火木材，由木材及木材孔洞内填充的功能液构成；所述功能液包括甲基硅酸钠、水、磷酸、甲基纤维素、疏水托贝莫来石。进一步的，所述木材为松木、桦木、橡木中的一种。进一步的，所述疏水托贝莫来石可由疏水气相二氧化硅替代。如此，托贝莫来石和气相二氧化硅均具有微米多孔结构，并且为无机不燃材料，进而具有隔热阻燃性能；疏水特性使得其在水性体系中孔洞不被填充，保证优异的隔热性能。本专利技术的一种铝包木门窗用防火木材的制备方法，包括以下步骤：（1）功能液制备，将甲基硅酸钠、水、磷酸混合，搅拌3h，加入甲基纤维素、疏水托贝莫来石，继续搅拌0.5h，待用，其中甲基硅酸钠、水、磷酸、甲基纤维素、疏水托贝莫来石的质量比为20：12~15：0.001~0.005：0.1~0.15：5~8；（2）木材前处理，将所述木材在微波装置中干燥0.5~1h，冷却至常温，置于真空设备中抽真空，待真空度稳定，真空度为10~100Pa；（3）真空浸渍，在真空设备中，将步骤（1）的功能液与步骤（2）的木材混合，0.2h后，将多余功能液与木材分离，待功能液凝胶，恢复常压；（4）除钠，将步骤（3）的木材在水中浸泡，溶剂置换，每次12h，置换3次；（5）微波干燥，将步骤（4）的木材置于微波装置中干燥1~2h，获得铝包木门窗用防火木材。进一步的，所述步骤（4）中，添加弱酸性阳离子交换树脂。如此，弱酸性阳离子交换树脂可以显著提高Na+的去除速率，减少溶剂置换次数和时间，减少工业废水的产生。本专利技术制得的防火木材可以用于铝包木门窗，综合性能优异。本专利技术的有益效果：（1）利用自带疏水基团的甲基硅酸钠作为交联剂，具有疏水性、刚性、阻燃性，木材细胞壁被甲基硅酸钠体系充胀，胞腔被其填充，有效控制木材中水分的任意吸收和流失，提高木材的尺寸稳定性、寿命阻燃性和力学性能；（2）托贝莫来石由工业废料粉煤灰经过水热反应制得，利废减排，绿色环保；（3）甲基纤维素一方面作为表面活性剂提高疏水托贝莫来石与水性体系的相容性，另一方面作为增稠剂，避免功能液在凝胶前从木材中流出；（4）浸渍前，对木材进行微波干燥处理，提前排除木材中大部分水，提高功能液在木材中的填充量；（5）真空浸渍工艺可以使得木材孔洞中形成负压，提高功能液填充木材孔隙的量；（6）微波干燥工艺使得木材内部和外部同时加热干燥，与传统加热方式相比，显著提高干燥效率，使厚质木材的高效率填充改性得以实现；（7）本专利技术使用的设备均为常用标准设备，易于实现工业化生产。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似改进，因此本专利技术不受下面公开的具体实施的限制。本专利技术的铝包木门窗用防火木材的一种实施例，由木材及木材孔洞内填充的功能液构成；所述功能液包括甲基硅酸钠、水、磷酸、甲基纤维素、疏水托贝莫来石。本实施例中，所述木材为松木、桦木、橡木中的一种。本实施例中，所述疏水托贝莫来石可由疏水气相二氧化硅替代。本专利技术的一种铝包木门窗用防火木材的制备方法的一种实施例，包括以下步骤：（1）功能液制备，将甲基硅酸钠、水、磷酸混合，搅拌3h，加入甲基纤维素、疏水托贝莫来石，继续搅拌0.5h，待用，其中甲基硅酸钠、水、磷酸、甲基纤维素、疏水托贝莫来石的质量比为20：12~15：0.001~0.005：0.1~0.15：5~8；（2）木材前处理，将所述木材在微波装置中干燥0.5~1h，冷却至常温，置于真空设备中抽真空，待真空度稳定，真空度为10~100Pa；（3）真空浸渍，在真空设备中，将步骤（1）的功能液与步骤（2）的木材混合，0.2h后，将多余功能液与木材分离，待功能液凝胶，恢复常压；（4）除钠，将步骤（3）的木材在水中浸泡，溶剂置换，每次12h，置换3次；（5）微波干燥，将步骤（4）的木材置于微波装置中干燥1~2h，获得铝包木门窗用防火木材。本实施例中，所述步骤（4）中，添加弱酸性阳离子交换树脂。本专利技术制得的防火木材可以用于铝包木门窗，综合性能优异。下面为具体实施例部分。实施例1采用以下步骤制备铝包木门窗用防火木材：（1）功能液制备，将甲基硅酸钠、水、磷酸混合，搅拌3h，加入甲基纤维素、疏水托贝莫来石，继续搅拌0.5h，待用，其中甲基硅酸钠、水、磷酸、甲基纤维素、疏水托贝莫来石的质量比为20：12：0.001：0.1：5；（2）木材前处理，将松木在微波装置中干燥0.5h，冷却至常温，置于真空设备中抽真空，待真空度稳定，真空度为10Pa；（3）真空浸渍，在真空设备中，将步骤（1）的功能液与步骤（2）的松木混合，0.2h后，将多余功能液与松木分离，待功能液凝胶，恢复常压；（4）除钠，将步骤（3）的松木在水中浸泡，溶剂置换，每次12h，置换3次；（5）微波干燥，将步骤（4）的木材置于微波装置中干燥1h，获得铝包木门窗用防火木材。防火等级为A2级，导热系数为0.09W/m•K，与水的接触角为151°。实施例2采用以下步骤制备铝包木门窗本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铝包木门窗用防火木材，其特征在于，由木材及木材孔洞内填充的功能液构成；所述功能液包括甲基硅酸钠、水、磷酸、甲基纤维素、疏水托贝莫来石。

【技术特征摘要】
1.一种铝包木门窗用防火木材，其特征在于，由木材及木材孔洞内填充的功能液构成；所述功能液包括甲基硅酸钠、水、磷酸、甲基纤维素、疏水托贝莫来石。2.根据权利要求1所述一种铝包木门窗用防火木材，其特征在于，所述木材为松木、桦木、橡木中的一种。3.根据权利要求1所述一种铝包木门窗用防火木材，其特征在于，所述疏水托贝莫来石由疏水气相二氧化硅替代。4.一种铝包木门窗用防火木材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）功能液制备，将甲基硅酸钠、水、磷酸混合，搅拌3h，加入甲基纤维素、疏水托贝莫来石，继续搅拌0.5h，待用，其中甲基硅酸钠、水、磷酸、甲基纤维素、疏水托贝莫来石的质量比为20：12~15：0.001~0.005：0.1~0....

【专利技术属性】
技术研发人员：刘秀全，
申请(专利权)人：江永县青鹤铝业有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43