一种用纳米纤维素对木材进行加固封护的方法技术

本发明专利技术属于一种用纳米纤维素对木材进行加固封护的方法，方法是根据木材的渗水性对木材进行分类，用取0.5~2.5%浓度的羧甲基纤维素、或羟丙基纤维素、或羟乙基纤维素的高分子溶液，0.5~1.5%浓度的纤维素纳米晶、0.2~0.7%浓度的TEMPO氧化纳米纤维的纳米纤维素分散液，0.5~1.5%浓度的硅溶胶的改性液配制的纳米纤维素封护液对木材依分类进行涂刷或浸渍处理。本发明专利技术能提高木材的尺寸稳定性、密度、抗弯弹性模量和顺纹抗压强度，具有显著提升木材品质和附加值的优点。

A Method of Reinforcing and Sealing Wood with Nano-cellulose

【技术实现步骤摘要】
一种用纳米纤维素对木材进行加固封护的方法
本专利技术属于一种用纳米纤维素对木材进行加固封护的方法。
技术介绍
木材表面封护剂对木起到材力学耐磨、疏水等保护作用，在日常生活、工农业、尤其是文物修复等领域有广阔潜在应用前景。近年来，对于木材表面封护剂的相关研究有很多，主要采用非天然高分子聚合物如聚丙烯、聚四氟乙烯等，这些材料具有高的接触角、高透明度或多功能化特点。但仍存在微细结构强度低、耐磨性差、易老化、制备过程繁琐、环保性能差等不足。当前，纳米纤维素基材料在超疏水研究方面有了一定进展，如已成功制备纳米纤维素超疏水膜等，而直接将纳米纤维素作为主要物质来对木材进行表面封护加固的方法较少。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用纳米纤维素对木材进行加固封护的方法，能提高木材的尺寸稳定性、密度、抗弯弹性模量和顺纹抗压强度，具有显著提升木材品质和附加值的优点。为此，本专利技术的方法包括如下步骤：（1）根据木材的渗水性对木材进行分类：50℃～60℃条件下，对2cm×2cm×2cm木材块进行干燥至木材块平衡含水率为5%～6%，取出干燥的木材块称重，而后浸入22℃～25℃水中，时间为1h，取出木材块擦去表面水，称重，若浸水后木材块增重6%以上，则划归为渗水性高的木材，否则划归为渗水性低的木材。（2）木材的烘干处理：将木材置于烘箱中，进行烘干处理，烘干温103±2℃，干燥6h后，每隔两小时称量一次木材质量，直至呈木材质量恒定的绝干状态。（3）纳米纤维素封护液的调配：取0.5~2.5%浓度的羧甲基纤维素、或羟丙基纤维素、或羟乙基纤维素的高分子溶液，0.5~1.5%浓度的纤维素纳米晶、0.2~0.7%浓度的TEMPO氧化纳米纤维的纳米纤维素分散液，0.5~1.5%浓度的硅溶胶的改性液、先将上述相应浓度的高分子溶液、纳米纤维素分散液和改性液，在20~90℃下，分别利用磁力搅拌器搅拌均匀，搅拌速度为100~500rmp，保证各高分子溶液、纳米纤维素分散液和改性液混合均匀；而后将高分子溶液缓慢加入至纳米纤维素分散液中，搅拌速度为100~300rmp，将二者搅拌混合均匀；而后在二者混合液中缓慢加入改性液，搅拌速度为100~300rmp，将三者搅拌混合均匀；配制得纳米纤维素封护液。（4）根据对木材的渗水性对木材进行加固封护处理：对渗水性高的木材处理：（a）在烘干处理后的木材表面均匀涂刷纳米纤维素封护液，烘至绝干；（b）再涂刷第二遍，烘至绝干；（c）再涂刷第三遍，烘至绝干，得纳米纤维素封护木材。对渗水性低的木材处理：（a）抽真空处理：将烘干处理后的木材放入密闭的浸渍处理罐中，抽真空使罐内真空度为0.05MPa～0.09MPa，保真空时间为30～60min。（b）浸渍处理：在负压作用下，将配制的纳米纤维素封护液注入处理罐内，并淹没木材，解除真空，开启压力泵，使罐内压力达到1MPa～1.2MPa，保持罐内压力3～5h，解除压力，将处理后的木材移出罐外。（c）置于60℃～70℃烘箱中，烘干5～7h，得纳米纤维素封护木材。所述的高分子溶液∶纳米纤维素分散液∶改性液的质量比为0.1～2∶1∶0.2～0.5。所述的步骤(4)中将处理后的木材移出罐外后，罐内的纳米纤维素封护液排出，并可分离回收、循环再利用。所述的纳米纤维素封护液是1%浓度的纤维素纳米晶与0.5%浓度的羟丙基纤维素和0.5%浓度的硅溶胶的混合液。所述的纳米纤维素封护液是0.15%浓度的羧甲基纤维素与0.15%浓度的TEMPO氧化纳米纤维和0.8%浓度的硅溶胶的混合液。所述的纳米纤维素封护液是0.18%浓度的羟乙基纤维素与0.35%浓度的纤维素纳米晶和1%浓度的硅溶胶的混合液。所述的纳米纤维素封护液的质量固含量为0.1～1%。上述方法达到了本专利技术的目的。本专利技术能提高木材的尺寸稳定性、密度、抗弯弹性模量和顺纹抗压强度，具有显著提升木材品质和附加值的优点。本专利技术封护过程简单、工艺控制容易。试验表明：经本专利技术方法处理后的木材有如下优点：1、疏水性：选取樟木作为基材经本专利技术方法处理后，采用接触角测量仪对樟木表面进行接触角测试，随机测量3个点，取平均值，结果为接触角增大为8～10%，接触角增大能够大幅度提高樟木表面的疏水性。2、表面硬度：选取樟木、杨木或杉木作为基材经本专利技术方法处理后，采用D型邵氏硬度计对木材表面进行硬度测试，随机测量5个点，取平均值。结果为木材表面硬度提升6～8%。且用本专利技术浸渍的方式对木材表面进行处理后的效是优于涂刷效果。3、耐磨性能：将樟木、杨木或杉木木块进行砂磨测试，通过体式显微镜及砂磨前后接触角变化评估封护液耐磨性能。结果为木材表面耐磨性提升5～7%。4、色差：经本专利技术方法处理后的木材色差变化较小。本专利技术的纤维素纳米晶、TEMPO氧化纳米纤维的纳米纤维素来自于植物细胞壁是天然高分子聚合物，是绿色可再生材料，是通过“自上而下”的酶解处理、化学处理和物理处理等方法，从木材、竹材等植物细胞壁中分离的直径小于100nm的纳米级纤维素材料，具有化学稳定性好、在水中易分散、热稳定性好、比表面积大等特点。本专利技术的硅溶胶配合纳米纤维素形成的纳米纤维素封护液能大幅度提高木材疏水性、硬度、耐磨性能和尺寸稳定的新型木质材料。这种封固木材性能优良，且绿色环保，可用于地板、门窗、家具等产品的加工，拓宽了人工林木材的使用范围，实现低质木材的高附加值利用。具体实施方式一种用纳米纤维素对木材进行加固封护的方法，包括如下步骤：（1）根据木材的渗水性对木材进行分类：50℃～60℃条件下，对2cm×2cm×2cm木材块进行干燥至木材块平衡含水率为5%～6%，取出干燥的木材块称重，而后浸入22℃～25℃水中，时间为1h，取出木材块擦去表面水，称重，若浸水后木材块增重6%以上，则划归为渗水性高的木材，否则划归为渗水性低的木材。（2）木材的烘干处理：将木材置于烘箱中，进行烘干处理，烘干温103±2℃，干燥6h后，每隔两小时称量一次木材质量，直至呈木材质量恒定的绝干状态。（3）纳米纤维素封护液的调配：取0.5~2.5%浓度的羧甲基纤维素（CMC）、或羟丙基纤维素（HPC）、或羟乙基纤维素（HEC）的高分子溶液，0.5~1.5%浓度的纤维素纳米晶（CNC）、0.2~0.7%浓度的TEMPO氧化纳米纤维（TO-NFC）的纳米纤维素分散液，0.5~1.5%浓度的硅溶胶的改性液、先将上述相应浓度的高分子溶液、纳米纤维素分散液和改性液，在20~90℃下，分别利用磁力搅拌器搅拌均匀，搅拌速度为100~500rmp，保证各高分子溶液、纳米纤维素分散液和改性液混合均匀；而后将高分子溶液缓慢加入至纳米纤维素分散液中，搅拌速度为100~300rmp，将二者搅拌混合均匀；而后在二者混合液中缓慢加入改性液，搅拌速度为100~300rmp，将三者搅拌混合均匀；配制得纳米纤维素封护液。（4）根据对木材的渗水性对木材进行加固封护处理：对渗水性高的木材处理：（a）在烘干处理后的木材表面均匀涂刷纳米纤维素封护液，烘至绝干；（b）再涂刷第二遍，烘至绝干；（c）再涂刷第三遍，烘至绝干，得纳米纤维素封护木材。对渗水性低的木材处理：（a）抽真空处理：将烘干处理后的木材放入密闭的浸渍处理罐中，抽真空使罐内真空度为0.05MPa～0.09MPa，保真空时间为3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用纳米纤维素对木材进行加固封护的方法，其特征在于：该制备方法包括如下步骤：（1）根据木材的渗水性对木材进行分类：50℃～60℃条件下，对2cm×2cm×2cm木材块进行干燥至木材块平衡含水率为5%～6%，取出干燥的木材块称重，而后浸入22℃～25℃水中，时间为1h，取出木材块擦去表面水，称重，若浸水后木材块增重6%以上，则划归为渗水性高的木材，否则划归为渗水性低的木材；（2）木材的烘干处理：将木材置于烘箱中，进行烘干处理，烘干温103±2℃，干燥6h后，每隔两小时称量一次木材质量，直至呈木材质量恒定的绝干状态；（3）纳米纤维素封护液的调配：取0.5~2.5%浓度的羧甲基纤维素、或羟丙基纤维素、或羟乙基纤维素的高分子溶液， 0.5~1.5%浓度的纤维素纳米晶、0.2~0.7%浓度的TEMPO氧化纳米纤维的纳米纤维素分散液，0.5~1.5%浓度的硅溶胶的改性液；先将上述相应浓度的高分子溶液、纳米纤维素分散液和改性液，在20~90℃下，分别利用磁力搅拌器搅拌均匀，搅拌速度为100~500rmp，保证各高分子溶液、纳米纤维素分散液和改性液混合均匀；而后将高分子溶液缓慢加入至纳米纤维素分散液中，搅拌速度为100~300rmp，将二者搅拌混合均匀；而后在二者混合液中缓慢加入改性液，搅拌速度为100~300rmp，将三者搅拌混合均匀；配制得纳米纤维素封护液；（4）根据对木材的渗水性对木材进行加固封护处理：对渗水性高的木材处理：（a）在烘干处理后的木材表面均匀涂刷纳米纤维素封护液，烘至绝干；（b）再涂刷第二遍，烘至绝干；（c）再涂刷第三遍，烘至绝干，得纳米纤维素封护木材；对渗水性低的木材处理：（a）抽真空处理：将烘干处理后的木材放入密闭的浸渍处理罐中，抽真空使罐内真空度为0.05MPa～0.09MPa，保真空时间为30～60min；（b）浸渍处理：在负压作用下，将配制的纳米纤维素封护液注入处理罐内，并淹没木材，解除真空，开启压力泵，使罐内压力达到1MPa～1.2MPa，保持罐内压力3～5h，解除压力，将处理后的木材移出罐外；（c）置于60℃～70℃烘箱中，烘干5～7h，得纳米纤维素封护木材。...

【技术特征摘要】
1.一种用纳米纤维素对木材进行加固封护的方法，其特征在于：该制备方法包括如下步骤：（1）根据木材的渗水性对木材进行分类：50℃～60℃条件下，对2cm×2cm×2cm木材块进行干燥至木材块平衡含水率为5%～6%，取出干燥的木材块称重，而后浸入22℃～25℃水中，时间为1h，取出木材块擦去表面水，称重，若浸水后木材块增重6%以上，则划归为渗水性高的木材，否则划归为渗水性低的木材；（2）木材的烘干处理：将木材置于烘箱中，进行烘干处理，烘干温103±2℃，干燥6h后，每隔两小时称量一次木材质量，直至呈木材质量恒定的绝干状态；（3）纳米纤维素封护液的调配：取0.5~2.5%浓度的羧甲基纤维素、或羟丙基纤维素、或羟乙基纤维素的高分子溶液，0.5~1.5%浓度的纤维素纳米晶、0.2~0.7%浓度的TEMPO氧化纳米纤维的纳米纤维素分散液，0.5~1.5%浓度的硅溶胶的改性液；先将上述相应浓度的高分子溶液、纳米纤维素分散液和改性液，在20~90℃下，分别利用磁力搅拌器搅拌均匀，搅拌速度为100~500rmp，保证各高分子溶液、纳米纤维素分散液和改性液混合均匀；而后将高分子溶液缓慢加入至纳米纤维素分散液中，搅拌速度为100~300rmp，将二者搅拌混合均匀；而后在二者混合液中缓慢加入改性液，搅拌速度为100~300rmp，将三者搅拌混合均匀；配制得纳米纤维素封护液；（4）根据对木材的渗水性对木材进行加固封护处理：对渗水性高的木材处理：（a）在烘干处理后的木材表面均匀涂刷纳米纤维素封护液，烘至绝干；（b）再涂刷第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢芸，张治国，刘波，殷亚方，
申请(专利权)人：中国林业科学研究院木材工业研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11