一種木材增強(qiáng)阻燃改性液及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及木材改性技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種木材增強(qiáng)阻燃改性液及其制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展及人民生活水平的提高，人們對(duì)木材的需求量越來越 大。而天然林保護(hù)工程的實(shí)施，使得木材供求矛盾更加突出。為緩解供需矛盾，我國已營造 了大面積的工業(yè)人工林。人工林木材雖然有速生豐產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，但是人工速生林木材的物理 力學(xué)性能較差，密度低，材質(zhì)松軟，易產(chǎn)生干縮變形。
[0003] 為了拓展人工林木材的應(yīng)用范圍，提高人工林木材的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，人們用各種方法 對(duì)人工速生林木材進(jìn)行改性。目前研宄較多的是采用熱固性樹脂對(duì)木材進(jìn)行浸漬處理，熱 固性合成樹脂在固化后耐水性強(qiáng)，不流失，而且強(qiáng)度高，受熱不軟化，適用于浸漬木材。用 于浸漬木材的合成樹脂必須具有粘度低的特點(diǎn)，否則無法對(duì)木材進(jìn)行充分浸漬。聚合度的 高低是決定樹脂浸漬處理效果好壞的主要因素，所以應(yīng)采用低聚合度的初期樹脂。目前已 有許多不同類型的樹脂能成功地在木材內(nèi)部聚合，如酚醛樹脂（PF)、脲醛樹脂（UF)、三聚 氰胺甲醛（MF)以及異氰酸酯等。具體的浸漬處理方式是將木材浸漬在水溶性低分子量的 樹脂溶液中，樹脂擴(kuò)散進(jìn)入木材細(xì)胞中并使木材增容，經(jīng)干燥除去水分，樹脂由于加熱而固 化，生成不溶于水的聚合物，沉積填充于細(xì)胞內(nèi)，或與木材組分發(fā)生交聯(lián)，從而使木材密度 增大、硬度及強(qiáng)度提高、尺寸穩(wěn)定性改善。
[0004] 隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，木材改性專家把目光投向較為環(huán)保的熱處理木，主要 為炭化木，利用高溫（200°C左右）處理木材，提高了木材尺寸穩(wěn)定性，其中比較典型的有以 下四種熱處理工藝： 1、芬蘭的Thermwood工藝 Thermwood工藝方法分3個(gè)階段進(jìn)行：第一階段，采用熱和蒸汽使干燥窯內(nèi)木材升溫， 并在高溫下干燥使木材的濕度降為零，干燥窯的溫度快速升溫至l〇〇°C左右，之后平穩(wěn)升 溫至130°C ;第二階段為高溫?zé)崽幚砟静碾A段，即干燥窯內(nèi)的溫度升高并保持為185°C~ 230°C，當(dāng)達(dá)到目標(biāo)溫度后，保持在該溫度下熱處理2h~3h ;第三階段為冷卻和調(diào)濕處理階 段，即將熱處理后木材用噴水系統(tǒng)進(jìn)行降溫；當(dāng)溫度降低至80°C~90°C時(shí)，重新調(diào)節(jié)濕度 使木材含水率達(dá)到4%~7%。Thermwood工藝主要處理樹種為松木、杉木、楊木及樺木。熱 處理后的木材主要用于室外，例如：甲板、柵欄、庭院家具、門、窗等。室內(nèi)用作廚房家具、正 廳及面板等。
[0005] 2、荷蘭的 Plato Wood 工藝 Plato Wood工藝既可以處理生材又可以處理氣干材，該工藝分四步進(jìn)行：第一步，水熱 處理（hydrothermolysis):常壓條件下，將木材置于溫度為160°C~190°C的潮濕環(huán)境中， 處理4h~5h ;第二步，木材干燥：用3天~5天時(shí)間，用傳統(tǒng)干燥工藝將木材干燥至含水 率低于10% ;第三步，熱處理：將木材加熱至170°C~190°C，處理時(shí)間為14h~16h ;第四 步，通常是將木材平衡含水率提高，使之與大氣環(huán)境中的相當(dāng)。這種處理方法已經(jīng)被阿納姆 (荷蘭）工廠應(yīng)用于商業(yè)化生產(chǎn)，年生產(chǎn)能力達(dá)35000m3。
[0006] 3、法國有兩種生產(chǎn)工藝〖Rectification工藝和Boisperdure工藝 Rectification工藝是在200°C~240°C的氮?dú)庵刑幚砟静?，處理材的含水率?2% ; 而Boisperdure工藝是在200°C~240°C的水蒸氣中快速干燥生材。
[0007] 4、德國的OHT處理工藝 OHT處理工藝采用油作為熱處理介質(zhì)，在高溫下處理木材。首先將木材放入一個(gè)充滿熱 油的密閉容器中處理18h~24h。油具有良好的導(dǎo)熱及絕氧能力。但不利條件是，油將浸入 木材內(nèi)部使木材重量增加50%~70%，且熱處理材有油煙味。
[0008] 上述四種熱處理工藝過程繁雜，工藝條件苛刻，控制困難，產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性難以 保證，有的處理工藝還需要特殊的熱處理介質(zhì)，例如：法國的Rectification工藝需要氮 氣，德國的OHT處理工藝需要油作為熱處理介質(zhì)。
[0009] 雖然木材經(jīng)熱處理改性后能提高其尺寸的穩(wěn)定性，木材中的平衡含水率下降，耐 腐性能也有所增加，膠結(jié)性能提高，木材顏色變深，改善了外觀較差的木材外觀，然而熱處 理后的木材的物理力學(xué)性能下降，木材強(qiáng)度值下降較大，如：抗彎強(qiáng)度降低、表面潤濕性能 下降等，且現(xiàn)有改性木材的阻燃性較差，很大程度上限制了炭化木的應(yīng)用范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明的目的在于提供一種木材增強(qiáng)阻 燃改性液，該改性液可以提高木材的強(qiáng)度和阻燃性能，且改性后的木材防腐、防蟲蛀、防霉 變、防水、防變形和防開裂性能得到大幅度提升；其密度、硬度、抗彎強(qiáng)度和彈性模量均較 好，可以提升木材的使用性能和延長木材的使用壽命；還具有隔熱絕緣、調(diào)溫和調(diào)濕等自然 屬性，色澤鮮艷、明亮，物理?xiàng)l紋立體感強(qiáng)，板材顏色通透自然。
[0011] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種木材增強(qiáng)阻燃改性液的制備方法，該制備方法工 藝簡單，操作控制方便，質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率高，可大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
[0012] 本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種木材增強(qiáng)阻燃改性液，包括如下重量 份的原料： 三聚氰胺改性脲醛樹脂 10-30份 糊精 4-8份 納米改性劑 1-5份 阻燃劑 1-3份 助劑 1-5份 水 60-100 份。
[0013] 本發(fā)明的改性液可以提高木材的強(qiáng)度和阻燃性能，且改性后的木材防腐、防蟲蛀、 防霉變、防水、防變形和防開裂性能得到大幅度提升；其密度、硬度、抗彎強(qiáng)度和彈性模量均 較好，可以提升木材的使用性能和延長木材的使用壽命；還具有隔熱絕緣、調(diào)溫和調(diào)濕等自 然屬性，色澤鮮艷、明亮，物理?xiàng)l紋立體感強(qiáng)，板材顏色通透自然。
[0014] 優(yōu)選的，所述三聚氰胺改性脲醛樹脂的制備包括如下步驟： a、按照以下重量份配比準(zhǔn)備原料：三聚氰胺350~450、甲醇180~240、甲醛500~ 540、尿素 50 ~150 ; b、 將三聚氰胺和甲醛加入反應(yīng)釜中，攪拌均勻后加入氫氧化鈉調(diào)節(jié)三聚氰胺和甲醛混 合溶液的PH值，加熱升溫進(jìn)行反應(yīng)，制得反應(yīng)液，其中，調(diào)節(jié)后的pH值為9. 1~9. 5,反應(yīng)溫 度為75°C~85°C，反應(yīng)時(shí)間為30~50min ; c、 使反應(yīng)釜內(nèi)反應(yīng)液溫度保持為65°C~75°C，然后加入氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)反應(yīng)液的 pH值彡12 ; d、 向反應(yīng)爸中加入甲醇和第一批尿素進(jìn)行改性反應(yīng)，反應(yīng)50~70min后降低反應(yīng)!!的 溫度至60°C~70°C，得到冷卻液；第一批尿素的加入量為尿素總量的10-80% ; e、 加入鹽酸，調(diào)節(jié)冷卻液的pH值至8. 5~9. 5,然后加入余量的尿素，攪拌，使尿素溶 解，得到混合液； f、 加入鹽酸調(diào)節(jié)混合液的pH值至7~8,然后保持混合液在溫度為55°C~65°C的條件 下反應(yīng)40~80min后向反應(yīng)釜中加入氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值為10~11，降溫出料，制得 三聚氰胺改性脲醛樹脂。
[0015] 本發(fā)明的三聚氰胺改性脲醛樹脂浸漬木材后，樹脂擴(kuò)散進(jìn)入木材細(xì)胞中并使木材 增容，經(jīng)干燥除去水分，樹脂由于加熱而固化，生成不溶于水的聚合物，沉積填充于細(xì)胞內(nèi)， 或與木材組分發(fā)生交聯(lián)，從而使木材密度增大、硬度及強(qiáng)度提高、尺寸穩(wěn)定性改善。
[0016] 優(yōu)選的，所述納米改性劑是由納米二氧化硅和納米二氧化鈦以重量比1-3:1組成 的混合物。本發(fā)明通過采用納米二氧化硅和納米二氧化鈦?zhàn)鳛榧{米改性劑復(fù)配使用，并控 制其重量比為1-3:1，可以提高木材的強(qiáng)度和硬度。
[0017] 優(yōu)選的，所述阻燃劑是由三聚氰胺磷酸鹽和脒基脲磷鹽以重量比1. 4-2. 2:1組成 的混合物。本發(fā)明通過采用三聚氰胺磷酸鹽和脒基脲磷鹽作為阻燃劑復(fù)配使用，并控制其 重量比為1. 4-2. 2:1，可以提高木材的阻燃性能。
[0018] 優(yōu)選的，所述助劑由下列重量份的原料制成：固含量為50%的水性聚氨酯乳液 10-12份、三聚磷酸鈉1-3份、腐植酸鈉4-6份、硅溶膠2-4份、仲醇聚氧乙烯醚1-2份、丁 香油酚0. 1-0. 5份和水30-50份；其制備方法為：先將三聚磷酸鈉、腐植酸鈉與水混合，攪 拌至混合物料完全溶解，隨后加入仲醇聚氧乙烯醚、丁香油酚、水性聚氨酯乳液，攪拌分散 20-30min，再加入硅溶膠，攪拌8-12min后，混合溶液球磨1-2h，得到穩(wěn)定溶液，制得助劑。
[0019] 本發(fā)明的助劑通過采用上述原料，并嚴(yán)格控制各原料的重量配比，可以提高木材 的強(qiáng)度和韌性，并提高木材的防腐、防蟲蛀、防霉變、防水、防變形和防開裂性能。
[0020] 優(yōu)選的，所述改性液還包括如下重量份的原料：蓖麻油酸丁酯硫酸鈉1-3份、有機(jī) 蒙脫土 1-2份、氧化鋁溶膠1-2份、水玻璃0. 5-1. 5份、海藻酸鈉0. 5-1. 5份、氨基磺酸鈉 0. 8-1. 2份、醋酸銅0. 8-1. 2份和亞磷酸鈉0. 4-0. 8份。上述原料的添加使得本發(fā)明的浸漬 液滲透力強(qiáng)，分布均勻，且性能穩(wěn)定，吸濕性小，滲透入木材后不易流失，改性效果持久，不 影響木材紋理和色澤，改性后的木材強(qiáng)度、韌性等力學(xué)性能獲得一定提升，安全阻燃，制作 得到的木地板經(jīng)久耐用，安全性能高。
[0021] 優(yōu)選的，所述有機(jī)蒙脫土是由鈉基蒙脫土和十六烷基三甲基溴化銨以重量比 2-4:1組成的混合物。
[0022] 本發(fā)明的另一目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種木材增強(qiáng)阻燃改性液的制備方 法，將三聚氰胺改性脲醛樹脂、糊精和納米改性劑一起加