專利名稱：：水玻璃-聚合物均相雜化木材改性前驅(qū)液及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于建筑材料中木材改性
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種以水玻璃與親水性聚合物復(fù)合而成的均相無機-有機雜化木材改性前驅(qū)液及其制備方法。
背景技術(shù)：
：木材是"四大傳統(tǒng)"材料(鋼鐵、水泥、塑料、木材)中唯一的天然可再生資源和再循環(huán)利用的綠色材料和生物資源。面臨人類對木材需求的不斷增加與木材資源嚴(yán)重短缺的矛盾，世界上許多國家都大面積種植人工林，保證了木材的供應(yīng)。但與天然林木材相比，人工林木材密度低，材質(zhì)松軟，物理力學(xué)性能較差，含水率高且分布不均，材色單調(diào)，易產(chǎn)生干縮變形，一般難以直接作為結(jié)構(gòu)材和裝飾材料使用。對人工木材進(jìn)行改性的途徑之一為進(jìn)行浸漬處理。已報導(dǎo)的有機物前驅(qū)液大多是脲醛樹脂、酚醛樹脂、三聚氰胺曱醛樹脂等，這些有機物前驅(qū)液處理木材后會釋放曱醛，對環(huán)境及人體造成危害。采用無機硅酸鹽前驅(qū)液處理的方法雖然可提高木材的硬度、強度、阻燃性和耐磨性等，但木材的脆性增加，韌性下降，影響了材料的手感；單純水玻璃進(jìn)行木材改性后，與木材形成的堿性硅膠膜層脆性較大，在成膜的過程中有小分子副產(chǎn)物水的產(chǎn)生，其凝膠膜會出現(xiàn)許多裂紋；采用水玻璃及其不溶鹽沉淀物的抗流失性較差，改性后的木材性能不能持久。現(xiàn)有的無機-有機復(fù)合改性前驅(qū)液是多種組分的混合物，各組分之間存在微相分離，因而在木材改性過程中因重復(fù)利用使其穩(wěn)定性變差。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，而提供一種水玻璃與有機聚合物形成的水玻璃-聚合物均相雜化木材改性前驅(qū)液及其制備方法。本發(fā)明所提供的水玻璃-聚合物均相雜化改性前驅(qū)液的組分及其含量為水玻璃23~50wt%、親水性聚合物0.2~4.2wt%、交聯(lián)劑0.3~2.6wt%和水45~75wt%;其中，所述的水玻璃包括鈉水玻璃、鉀水玻璃或者由水玻璃制備的硅溶膠中的一種或幾種的混合；所述的親水性聚合物選自聚丙烯酰胺、聚丙烯酸鈉、聚乙二醇、聚乙烯醇、羥乙基纖維素或羧甲基纖維素中的一種或幾種的混合；所述的交聯(lián)劑為環(huán)氧氯丙烷、三聚氰胺甲醛樹脂或N,N-亞曱基雙丙烯酰胺中的一種或幾種的混合。本發(fā)明所提供的水玻璃-聚合物均相雜化木材改性前驅(qū)液的制備方法，包括以下步驟1)溶解親水性聚合物室溫下將親水性聚合物加入水中，于30~90。C下攪拌溶解，得到質(zhì)量濃度為0.2~10.0wt%的親水性聚合物水溶液；2)制備水玻璃-聚合物均相雜化改性前驅(qū)液將步驟1)制備的親水性聚合物水溶液和水玻璃于30~80°C下攪拌混合后，加入交聯(lián)劑，持續(xù)攪拌1~3h,得到水玻璃-聚合物均相雜化木材改性前驅(qū)液；前驅(qū)液中，親水性聚合物、水玻璃和交聯(lián)劑所占的百分含量分別為0.2~4.2wt%、23~50wt%和0.3~2.6wt%。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的優(yōu)點在于1)本發(fā)明所采用的原料來源廣泛，價格低廉。2)本發(fā)明的制備工藝簡單易行、適用于工業(yè)化生產(chǎn)。3)本發(fā)明原料中所用的水玻璃和親水聚合物都不會釋放有害成分，所用的交聯(lián)劑量很少，在前驅(qū)液制備過程中交聯(lián)劑和原料中的功能基團發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，也不會釋放有機小分子，若進(jìn)行木材處理改性后不會對環(huán)境造成污染。4)本發(fā)明制備的水玻璃-聚合物均相雜化改性前驅(qū)液是均相穩(wěn)定的雜化溶液，與木材具有較好的界面親和性，且溶液粘度較低、易于進(jìn)行原木木材浸漬處理，可重復(fù)使用；并且，通過聚合物對水玻璃的改性處理，改善了水玻璃脆性大的缺點；在本發(fā)明制備的水玻璃-聚合物均相雜化改性前驅(qū)液中的水玻璃和親水性聚合物，通過交聯(lián)劑的交聯(lián)作用，能克服兩種組分因親水性造成的水流失性問題。以下結(jié)合具體實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明的保護范圍不僅限于下述實施例的內(nèi)容。具體實施例方式實施例11)在反應(yīng)釜中室溫下將4.2g聚丙烯酸鈉溶于95.8g水中，在90°C下充分?jǐn)嚢?，形成透明的均相溶液?)將步驟1)制備的100g聚丙烯酸鈉溶液和29.8g的鈉水玻璃在30°C條件下進(jìn)行混合，充分?jǐn)嚢韬?，加?.48gN,N-亞曱基雙丙烯酰胺，再繼續(xù)攪拌lh,得到澄清、均相的水玻璃-聚丙烯酸鈉雜化溶液。該溶液的粘度為56mPa*s，在水中浸泡24h后的溶解度為3.5%。實施例21)在反應(yīng)釜中室溫下將0.2g聚丙烯酸鈉溶于99.8g水中，在30°C下充分?jǐn)嚢?，形成透明的均相溶液?)將步驟1)制備的100g聚丙烯酸鈉溶液和100g鈉水玻璃在S(TC條件下進(jìn)行混合，充分?jǐn)嚢韬?，加?.01gN，N-亞曱基雙丙烯酰胺，再繼續(xù)攪拌3h，得到澄清、均相的水玻璃-聚丙烯酸鈉雜化溶液。該溶液的粘度為63mPa.s,在水中浸泡24h后的溶解度為2.7%。實施例31)在反應(yīng)釜中室溫下將3.0g聚丙烯酸鈉溶于97.0g水中，在60。C下充分?jǐn)嚢?，形成透明的均相溶液?)將步驟1)制備的100g聚丙烯酸鈉溶液和60g鈉水玻璃在8(TC條件下進(jìn)行混合，充分?jǐn)嚢韬?，加?.5gN，N-亞曱基雙丙烯酰胺，再繼續(xù)攪拌2h，得到澄清、均相的水玻璃-聚丙烯酸鈉雜化溶液。該溶液的粘度為89mPa*s,在水中浸泡24h后的溶解度為1.7%。實施例41)在反應(yīng)釜中室溫下將0.5g羧曱基纖維素溶于99.5g水中，在9(TC下充分?jǐn)嚢瑁纬赏该鞯木嗳芤海?)將步驟1)制備的100g羧曱基纖維素溶液和30g鉀水玻璃在3(TC條件下進(jìn)行混合，充分?jǐn)嚢韬?，加?,23g三聚氰胺曱醛樹脂，再繼續(xù)攪拌2.5h，得到澄清、均相的水玻璃-羧曱基纖維素雜化溶液。該溶液的粘度為76mPa's，在水中浸泡24h后的溶解度為5.3%。實施例561)在反應(yīng)釜中室溫下將0.3g羥乙基纖維素溶于99.7g水中，在50°C下充分?jǐn)嚢?，形成透明的均相溶液?)將步驟1)制備的100g羥乙基纖維素溶液和100g鈉水玻璃在7(TC條件下進(jìn)行混合，充分?jǐn)嚢韬螅尤?.30g環(huán)氧氯丙烷，再繼續(xù)攪拌2h,得到澄清、均相的水玻璃-羥乙基纖維素雜化溶液該溶液的粘度為67mPa*s,在水中浸泡24h后的溶解度為8.7%。實施例61)在反應(yīng)釜中室溫下將1.5g聚乙烯醇溶于98.5g水中，在90。C下充分?jǐn)嚢瑁纬赏该鞯木嗳芤海?)將步驟1)制備的100g聚乙烯醇溶液和30g鉀水玻璃在6(TC條件下進(jìn)行混合，充分?jǐn)嚢韬?，加?.50g三聚氰胺曱醛樹脂，再繼續(xù)攪拌lh，得到澄清、均相的水玻璃-聚乙烯醇雜化溶液該溶液的粘度為77mPa*s，在水中浸泡24h后的溶解度為7.9%。實施例71)在反應(yīng)釜中室溫下將0.2g聚乙二醇溶于99.8g水中，在40。C下充分?jǐn)嚢?，形成透明的均相溶液?)將步驟1)制備的100g聚乙二醇溶液和40g鉀水玻璃在80。C條件下進(jìn)行混合，充分?jǐn)嚢韬?，加?.25g環(huán)氧氯丙烷，再繼續(xù)攪拌3h,得到澄清、均相的水玻璃-羧曱基纖維素雜化溶液該溶液的粘度為69mPa*s，在水中浸泡24h后的溶解度為5.7%。采用實施例1-7中制備的水玻璃-聚合物均相雜化木材改性前驅(qū)液進(jìn)行木材改性處理，具體操作如下1)木材預(yù)處理將原材料木材在電熱鼓風(fēng)干燥箱中，于103。C士2。C千燥預(yù)處理8個小時后，冷卻至室溫備用，預(yù)處理可以清除木材孔隙中的水分，方便復(fù)合木材改性液滲透；2)木材浸漬處理將干燥預(yù)處理的木材試樣置于處理罐中，抽真空至0.03MPa~0.08MPa，抽掉木材內(nèi)部的氣體，在放真空的過程中使木材改性前驅(qū)液吸入處理罐；當(dāng)罐內(nèi)注入浸漬液后，卸除真空，慢慢地加壓至0.08MPa1.2MPa，保持60min~卯min,達(dá)到浸漬要求后，卸壓，從處理罐中放出處理前驅(qū)液，將木材從罐內(nèi)取出；3)陳化處理過程浸漬完畢后，刮去木材表面殘留的液體，并于室溫下放置2小時；4)烘干固化處理過程將陳化后的木材放入烘箱中，在103。C士2。C干燥固化處理4小時，即完成木材改性。浸漬處理后的復(fù)合木材各項性能指標(biāo)如表l所示，復(fù)合木材的增重率、抗壓、抗彎等性能均有很大改善。<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表1采用實施例1-6制得的前驅(qū)液改性后的復(fù)合木材的性能權(quán)利要求1、一種水玻璃-聚合物均相雜化木材改性液，其特征在于，所述的改性液的組分及其含量為水玻璃23～50wt％、親水性聚合物0.2～4.2wt％、交聯(lián)劑0.3～2.6wt％和水45～75wt％；其中，所述的水玻璃包括鈉水玻璃、鉀水玻璃或者由水玻璃制備的硅溶膠中的一種或幾種的混合；所述的親水性聚合物選自聚丙烯酰胺、聚丙烯酸鈉、聚乙二醇、聚乙烯醇、羥乙基纖維素或羧甲基纖維素中的一種或幾種的混合；所述的交聯(lián)劑為環(huán)氧氯丙烷、三聚氰胺甲醛樹脂或N，N-亞甲基雙丙烯酰胺中的一種或幾種的混合。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水玻璃-聚合物均相雜化木材改性液的制備方法，其特征在于，包括以下步驟1)溶解親水性聚合物室溫下將親水性聚合物加入水中，于30~9(TC下攪拌溶解，得到質(zhì)量濃度為0.2~10.0wt%的親水性聚合物水溶液；2)制備水玻璃-聚合物均相雜化改性前驅(qū)液將步驟l)制備的親水性聚合物水溶液和水玻璃于30~80°C下攪拌混合后，加入交聯(lián)劑，持續(xù)攪拌l-3h，得到水玻璃-聚合物均相雜化木材改性液；水玻璃-聚合物均相雜化木材改性液中，親水性聚合物、水玻璃和交聯(lián)劑所占的百分含量分別為0.2~4.2wt%、23~50wt%和0.3~2.6wt%。全文摘要水玻璃-聚合物均相雜化木材改性前驅(qū)液及其制備方法屬于建筑材料中木材改性
技術(shù)領(lǐng)域：
?，F(xiàn)有硅酸鹽類木材改性液存在抗流失性差，改性后的木材脆性大等缺點。本發(fā)明所提供的改性液組分及其含量為水玻璃23～50wt％、親水性聚合物0.2～4.2wt％、交聯(lián)劑0.3～2.6wt％和水45～75wt％。本發(fā)明通過將親水性聚合物加入水中，于30～90℃下攪拌溶解，得到親水性聚合物溶液，再將該親水性聚合物與水玻璃在30～80℃下攪拌混合，加入交聯(lián)劑，持續(xù)攪拌1～3h，得到水玻璃-聚合物均相雜化木材改性液。本發(fā)明具有成本低廉、環(huán)境友好，抗流失性能好等優(yōu)點。文檔編號B27K3/52GK101434080SQ20081024052公開日2009年5月20日申請日期2008年12月19日優(yōu)先權(quán)日2008年12月19日發(fā)明者徐春利,群王,郭紅霞申請人:北京工業(yè)大學(xué)