基于表层微纳米加固与密实化结合的高强韧木材制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于表层微纳米加固与密实化结合的高强韧木材制备方法，属于木材改性处理技术领域。本发明专利技术的制备包括以下步骤：(1)将无机微纳米颗粒分散到水中，调节pH值为8

【技术实现步骤摘要】
基于表层微纳米加固与密实化结合的高强韧木材制备方法


[0001]本专利技术涉及木材改性处理
，具体涉及一种基于表层微纳米加固与密实化结合的高强韧木材制备方法。

技术介绍

[0002]木材是一类具有良好力学性能和美观纹理的天然材料，在家具装饰领域被广泛应用，深受人们青睐。近年来，随着人们生活质量的提升，我们对木质资源的需求与日俱增，但天然优质木材日趋匮乏，因此，大量人工林木材被广泛替代应用，以满足供需矛盾尖锐的现状。然而，这类木材密度小，强度低，难以直接用作建筑结构材、家具结构件，应用范围受到限制。为此，人们常利用树脂填充细胞腔的方法，提高木材密度和力学强度。但该法所用树脂量高，除了带来成本大幅提升外，更容易导致木材脆性变大，即强度与韧性难以兼得。
[0003]因此，采用简单易行的技术方法，获得强度与韧性兼备的改性木材，有望使木材高附加值应用到轻质高强结构材领域。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术，本专利技术的目的是提供一种基于表层微纳米加固与密实化结合的高强韧木材制备方法。本专利技术利用水性树脂与无机微纳米颗粒原位杂化加固木材表层细胞壁，并融合压缩密实化处理，获得了强度与韧性兼备的改性木材。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种基于表层微纳米加固与密实化结合的高强韧木材制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)将无机微纳米颗粒分散到水中，调节pH值为8
‑
10，加入硅烷偶联剂进行改性处理，得到表面改性的无机微纳米颗粒；将表面改性的无机微纳米颗粒再次分散到水中，加入纳米纤维素，分散均匀，得到混合分散液；向混合分散液中加入水性树脂和固化剂，搅拌均匀，得到高粘度的混合乳液；
[0008](2)将步骤(1)的混合乳液通过喷涂或挤出工艺引入木材中，干燥，得到表层负载微纳米杂化体的木材；
[0009](3)将步骤(2)得到的木材通过热压工艺进行压密处理，制备得到高强韧木材。
[0010]优选的，步骤(1)中，所述无机微纳米颗粒为粒径介于1000～10000目的无机粉状颗粒。包括但不限于：贝壳粉、粘土粉、云母片等。
[0011]优选的，步骤(1)中，用胺类或氢氧化物类调控pH值为8
‑
10。
[0012]优选的，步骤(1)中，所述硅烷偶联剂为带氨基或环氧基官能团的硅烷偶联剂，如γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂、γ
‑
(2,3
‑
环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷等。
[0013]进一步的，所述硅烷偶联剂的加入量为无机微纳米颗粒重量的0.1％～10％。
[0014]优选的，步骤(1)中，所述纳米纤维素的长径比小于1000，直径为1～100nm，带有羟基和羧基官能团。
[0015]进一步的，所述纳米纤维素的加入量为无机微纳米颗粒重量的0.1％～10％。
[0016]优选的，步骤(1)中，所述混合分散液中，表面改性的无机微纳米颗粒的质量浓度为0.1％～10％。
[0017]优选的，步骤(1)中，所述水性树脂选自丙烯酸树脂、酚醛树脂、三聚氰胺树脂中的一种或多种；所述固化剂选自氮丙啶或氯化铵。
[0018]进一步的，所述混合乳液中，水性树脂的质量浓度为10～70％；固化剂的加入量为水性树脂重量的5～10％。
[0019]优选的，步骤(1)中，所述混合乳液的粘度为100～1000cps。
[0020]优选的，步骤(2)中，喷涂或挤出工艺为0.1～1.0MPa压力，喷口或挤出口内径为0.3～1.0mm，100～500g/m2的施加量。
[0021]优选的，步骤(2)中，干燥为室温～50℃条件下将试样干燥至含水率低于20％。
[0022]优选的，步骤(3)中，热压压力10～40MPa，温度为70℃～120℃，加热至试样含水率小于或等于10％。
[0023]本专利技术的高强韧木材制备方法适用于任意尺寸、任意种类的木材，尤其适用于速生树种木材，如杨木、杉木、桉木等。
[0024]本专利技术的有益效果：
[0025]本专利技术利用无机微纳米颗粒、纳米纤维素和水性树脂对木材表层结构进行复合改性，其中，无机微纳米颗粒的粒径大部分高于木材细胞腔纹孔的内径(小于100nm)，所以通过喷涂或挤出工艺施加到木材表面后，主体会留存于木材表层(1mm以内)的细胞腔中，并被树脂通过与表面修饰的官能团键合而固定，以加固表层细胞壁；水性树脂会部分渗透入木材内部细胞壁中，从而固定压密后木材的整体结构；纳米纤维素既稳定了无机颗粒的悬浮分散，又增加了乳液的剪切流变特性，进而使整体乳液适于挤出和喷涂工艺，还增韧了树脂及木材细胞壁；压密化处理减少木材内孔隙，使表层杂化体和木材细胞腔内孔隙消除，形成多相复合的致密结构，赋予木材高韧性和高刚度。
附图说明
[0026]图1：实施例1中木材表面细胞腔孔隙被填充的SEM照片。
[0027]图2：实施例1中木材表面细胞腔内壁被微纳米颗粒附着固定的SEM照片。
具体实施方式
[0028]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0029]如前所述，木材密度小，强度低，难以直接用作建筑结构材、家具结构件，应用范围受到限制。现有采用树脂填充细胞腔的方法来提高木材密度和力学强度，但所用树脂量大、成本高，且容易导致木材脆性变大。因此，现有改性处理难以实现木材强度和韧性的同步改善。
[0030]基于此，为同步改善木材的强度和韧性，本专利技术提出了一种基于表层微纳米加固与密实化结合制备高强韧木材的方法。
[0031]在本专利技术的一种实施方案中，给出了高强韧木材的具体制备方法，包括以下步骤：
[0032]1)溶液配置：
[0033]首先，将无机微纳米颗粒分散到水液中，并进一步调节pH至8
‑
10，然后向其中加入硅烷偶联剂，硅烷偶联剂的加入量为无机微纳米颗粒重量的0.1％
‑
10％，超声、搅拌、离心、清洗、干燥，得到表面改性的无机微纳米颗粒；然后，将改性的无机微纳米颗粒再次分散到水液中，并加入纳米纤维素，纳米纤维素的加入量为无机微纳米颗粒重量的0.1％
‑
10％，超声、搅拌分散均匀，得到纳米纤维素与无机微纳米颗粒的混合分散液；之后，向该混合分散液中引入水性树脂和固化剂，搅拌均匀，得到高粘度的混合乳液；混合乳液中水性树脂的质量浓度为10～70％，固化剂的加入量为水性树脂重量的5～10％。
[0034]2)表层负载：
[0035]将步骤1)得到的高粘度的混合乳液通过喷涂或挤出工艺引入木材中，并干燥至含水率为20％以下，得到表层负载微纳米杂化体的木材；
[0036]3)压密处理：
[0037]将步骤2)得到的木材通过热压工本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于表层微纳米加固与密实化结合的高强韧木材制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将无机微纳米颗粒分散到水中，调节pH值为8
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10，加入硅烷偶联剂进行改性处理，得到表面改性的无机微纳米颗粒；将表面改性的无机微纳米颗粒再次分散到水中，加入纳米纤维素，分散均匀，得到混合分散液；向混合分散液中加入水性树脂和固化剂，搅拌均匀，得到高粘度的混合乳液；(2)将步骤(1)的混合乳液通过喷涂或挤出工艺引入木材中，干燥，得到表层负载微纳米杂化体的木材；(3)将步骤(2)得到的木材通过热压工艺进行压密处理，制备得到高强韧木材。2.根据权利要求1所述的高强韧木材制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述无机微纳米颗粒为粒径介于1000～10000目的无机粉状颗粒。3.根据权利要求1所述的高强韧木材制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述硅烷偶联剂为带氨基或环氧基官能团的硅烷偶联剂。4.根据权利要求3所述的高强韧木材制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂的加入量为无机微纳米颗粒重量的0.1％
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10％。5.根据权利要求1所述的高强韧木材制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：董晓英，李永峰，高旭东，亓燕然，
申请(专利权)人：山东农业大学，
类型：发明
国别省市：