水玻璃-聚合物均相杂化木材改性前驱液及其制备方法技术

水玻璃－聚合物均相杂化木材改性前驱液及其制备方法属于建筑材料中木材改性技术领域。现有硅酸盐类木材改性液存在抗流失性差，改性后的木材脆性大等缺点。本发明专利技术所提供的改性液组分及其含量为：水玻璃２３～５０ｗｔ％、亲水性聚合物０．２～４．２ｗｔ％、交联剂０．３～２．６ｗｔ％和水４５～７５ｗｔ％。本发明专利技术通过将亲水性聚合物加入水中，于３０～９０℃下搅拌溶解，得到亲水性聚合物溶液，再将该亲水性聚合物与水玻璃在３０～８０℃下搅拌混合，加入交联剂，持续搅拌１～３ｈ，得到水玻璃－聚合物均相杂化木材改性液。本发明专利技术具有成本低廉、环境友好，抗流失性能好等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于建筑材料中木材改性
，具体涉及一种以水玻璃与亲 水性聚合物复合而成的均相无机-有机杂化木材改性前驱液及其制备方法。
技术介绍
木材是"四大传统"材料(钢铁、水泥、塑料、木材)中唯一的天然可 再生资源和再循环利用的绿色材料和生物资源。面临人类对木材需求的不断 增加与木材资源严重短缺的矛盾，世界上许多国家都大面积种植人工林，保 证了木材的供应。但与天然林木材相比，人工林木材密度低，材质松软，物 理力学性能较差，含水率高且分布不均，材色单调，易产生干缩变形， 一般 难以直接作为结构材和装饰材料使用。对人工木材进行改性的途径之一为进行浸渍处理。已报导的有机物前驱 液大多是脲醛树脂、酚醛树脂、三聚氰胺曱醛树脂等，这些有机物前驱液处 理木材后会释放曱醛，对环境及人体造成危害。采用无机硅酸盐前驱液处理的方法虽然可提高木材的硬度、强度、阻燃性和耐磨性等，但木材的脆性增加，韧性下降，影响了材料的手感；单纯水 玻璃进行木材改性后，与木材形成的碱性硅胶膜层脆性较大，在成膜的过程 中有小分子副产物水的产生，其凝胶膜会出现许多裂紋；采用水玻璃及其不 溶盐沉淀物的抗流失性较差，改性后的木材性能不能持久。现有的无机-有机复合改性前驱液是多种组分的混合物，各组分之间存在 微相分离，因而在木材改性过程中因重复利用使其稳定性变差。
技术实现思路
本专利技术目的在于解决现有技术中的问题，而提供一种水玻璃与有机聚合 物形成的。本专利技术所提供的水玻璃-聚合物均相杂化改性前驱液的组分及其含量为 水玻璃23 ~ 50wt% 、亲水性聚合物0.2 ~ 4.2wt% 、交联剂0.3 ~ 2.6 wt%和水 45 ~ 75wt % ;其中，所述的水玻璃包括钠水玻璃、钾水玻璃或者由水玻璃制备的硅溶 胶中的一种或几种的混合；所述的亲水性聚合物选自聚丙烯酰胺、聚丙烯酸 钠、聚乙二醇、聚乙烯醇、羟乙基纤维素或羧甲基纤维素中的一种或几种的 混合；所述的交联剂为环氧氯丙烷、三聚氰胺甲醛树脂或N,N-亚曱基双丙烯 酰胺中的一种或几种的混合。本专利技术所提供的水玻璃-聚合物均相杂化木材改性前驱液的制备方法，包 括以下步骤1 )溶解亲水性聚合物室温下将亲水性聚合物加入水中，于30 ~ 90。C下 搅拌溶解，得到质量浓度为0.2 ~ 10.0wt%的亲水性聚合物水溶液；2)制备水玻璃-聚合物均相杂化改性前驱液将步骤1 )制备的亲水性聚 合物水溶液和水玻璃于30 ~ 80°C下搅拌混合后，加入交联剂，持续搅拌1 ~ 3h,得到水玻璃-聚合物均相杂化木材改性前驱液；前驱液中，亲水性聚合物、 水玻璃和交联剂所占的百分含量分别为0.2 ~ 4.2wt% 、 23 ~ 50wt%和0.3 ~ 2.6 wt%。与现有技术相比较，本专利技术的优点在于1)本专利技术所采用的原料来源广泛，价格低廉。2) 本专利技术的制备工艺简单易行、适用于工业化生产。3) 本专利技术原料中所用的水玻璃和亲水聚合物都不会释放有害成分，所用 的交联剂量很少，在前驱液制备过程中交联剂和原料中的功能基团发生交联 反应，也不会释放有机小分子，若进行木材处理改性后不会对环境造成污染。4) 本专利技术制备的水玻璃-聚合物均相杂化改性前驱液是均相稳定的杂化溶 液，与木材具有较好的界面亲和性，且溶液粘度较低、易于进行原木木材浸 渍处理，可重复使用；并且，通过聚合物对水玻璃的改性处理，改善了水玻 璃脆性大的缺点；在本专利技术制备的水玻璃-聚合物均相杂化改性前驱液中的水 玻璃和亲水性聚合物，通过交联剂的交联作用，能克服两种组分因亲水性造 成的水流失性问题。以下结合具体实施方式对本专利技术作进一步说明，但本专利技术的保护范围不 仅限于下述实施例的内容。 具体实施例方式实施例11 )在反应釜中室温下将4.2g聚丙烯酸钠溶于95.8g水中，在90°C下充分 搅拌，形成透明的均相溶液；2 )将步骤1 )制备的100g聚丙烯酸钠溶液和29.8g的钠水玻璃在30°C 条件下进行混合，充分搅拌后，加入3.48gN,N-亚曱基双丙烯酰胺，再继续搅 拌lh,得到澄清、均相的水玻璃-聚丙烯酸钠杂化溶液。该溶液的粘度为56mPa*s，在水中浸泡24h后的溶解度为3.5%。 实施例21 )在反应釜中室温下将0.2g聚丙烯酸钠溶于99.8g水中，在30°C下充分 搅拌，形成透明的均相溶液；2 )将步骤1)制备的100g聚丙烯酸钠溶液和100g钠水玻璃在S(TC条件 下进行混合，充分搅拌后，加入6.01gN，N-亚曱基双丙烯酰胺，再继续搅拌 3h，得到澄清、均相的水玻璃-聚丙烯酸钠杂化溶液。该溶液的粘度为63mPa.s,在水中浸泡24h后的溶解度为2.7%。 实施例31) 在反应釜中室温下将3.0g聚丙烯酸钠溶于97.0g水中，在60。C下充 分搅拌，形成透明的均相溶液；2 )将步骤1)制备的100g聚丙烯酸钠溶液和60g钠水玻璃在8(TC条件 下进行混合，充分搅拌后，加入4.5gN，N-亚曱基双丙烯酰胺，再继续搅拌2h， 得到澄清、均相的水玻璃-聚丙烯酸钠杂化溶液。该溶液的粘度为89mPa*s,在水中浸泡24h后的溶解度为1.7%。实施例41 )在反应釜中室温下将0.5g羧曱基纤维素溶于99.5g水中，在9(TC下充 分搅拌，形成透明的均相溶液；2) 将步骤1)制备的100g羧曱基纤维素溶液和30g钾水玻璃在3(TC条 件下进行混合，充分搅拌后，加入0,23g三聚氰胺曱醛树脂，再继续搅拌2.5h， 得到澄清、均相的水玻璃-羧曱基纤维素杂化溶液。该溶液的粘度为76mPa' s，在水中浸泡24h后的溶解度为5.3%。 实施例561 )在反应釜中室温下将0.3g羟乙基纤维素溶于99.7g水中，在50°C下充 分搅拌，形成透明的均相溶液；2 )将步骤1 )制备的100g羟乙基纤维素溶液和100g钠水玻璃在7(TC条 件下进行混合，充分搅拌后，加入0.30g环氧氯丙烷，再继续搅拌2h,得到 澄清、均相的水玻璃-羟乙基纤维素杂化溶液该溶液的粘度为67mPa* s,在水中浸泡24h后的溶解度为8.7%。 实施例61)在反应釜中室温下将1.5g聚乙烯醇溶于98.5g水中，在90。C下充分搅 拌，形成透明的均相溶液；2 )将步骤1)制备的100g聚乙烯醇溶液和30g钾水玻璃在6(TC条件下 进行混合，充分搅拌后，加入0.50g三聚氰胺曱醛树脂，再继续搅拌lh，得 到澄清、均相的水玻璃-聚乙烯醇杂化溶液该溶液的粘度为77mPa* s，在水中浸泡24h后的溶解度为7.9%。实施例71 )在反应釜中室温下将0.2g聚乙二醇溶于99.8g水中，在40。C下充分搅 拌，形成透明的均相溶液；2 )将步骤1)制备的100g聚乙二醇溶液和40g钾水玻璃在80。C条件下 进行混合，充分搅拌后，加入0.25g环氧氯丙烷，再继续搅拌3h,得到澄清、 均相的水玻璃-羧曱基纤维素杂化溶液该溶液的粘度为69mPa* s，在水中浸泡24h后的溶解度为5.7%。 采用实施例1-7中制备的水玻璃-聚合物均相杂化木材改性前驱液进行木 材改性处理，具体操作如下1) 木材预处理将原材料木材在电热鼓风干燥箱中，于103。C士2。C千燥 预处理8个小时后，冷却至室温备用，预处理可以清除木材孔隙中的水分， 方便复合木材改性液渗本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水玻璃－聚合物均相杂化木材改性液，其特征在于，所述的改性液的组分及其含量为：水玻璃２３～５０ｗｔ％、亲水性聚合物０．２～４．２ｗｔ％、交联剂０．３～２．６ｗｔ％和水４５～７５ｗｔ％；　其中，所述的水玻璃包括钠水玻璃、钾水玻璃或者由 水玻璃制备的硅溶胶中的一种或几种的混合；所述的亲水性聚合物选自聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、聚乙二醇、聚乙烯醇、羟乙基纤维素或羧甲基纤维素中的一种或几种的混合；所述的交联剂为环氧氯丙烷、三聚氰胺甲醛树脂或Ｎ，Ｎ－亚甲基双丙烯酰胺中的一种或几种的混合。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭红霞，王群，徐春利，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]