一種添加硼化物阻燃增強的速生木材複合改性劑的製作方法
2023-04-24 10:35:06 1
本發明涉及木材改性技術領域，尤其涉及一種添加硼化物阻燃增強的速生木材複合改性劑。
背景技術：
木材及木質材料作為社會經濟建設中的重要生產資料,不僅廣泛應用於日常生活中的各個領域,還廣泛應用於交通、建築和航天等工業領域。隨著世界範圍內森林資源日益短缺,特別是珍貴木材數量日益銳減,近年來大量的速生樹種被廣泛種植滿足全球範圍內的木材供應。與天然林木相比,速生樹種受到生長年限短等因素限制,導致早晚材差異很大,材質疏鬆,力學性能較差,所以不通過處理人工速生林木材難以用在家具製造等經濟高附加值領域。由於木材是一種天然的具有多孔性的高分子材料,由不同火小、形狀和不同連通情況的管狀單元交錯連接而成,具有流體可滲透性,其特有的多孔狀結構為木材改性提供了基礎。對速生林木進行物理或化學改性處理, 不僅提高了速生林木的經濟附加值,還起到了保護珍貴樹種資源的作用。木材改性是指利用物理、化學和機械等方法對木材原木進行工藝性處理,使木材密度、硬度、強度和尺寸穩定性等物理力學性質等得到良好的改善。化學改性是速生林木改性的主要手段,其中改性過程中的化學浸漬藥液的選擇及浸漬材的乾燥工藝是國內外學者的研究重點。但是隨著人民生活水平的提高和環保意識的增強,從對人類健康角度出發,如何減少化學浸漬藥液在改性材的殘留是化學改性速生林木急需解決的問題, 因此如何將速生林木功能化改良一體化研究朝向綠色環保及功能化是本論文及今後速生林木改性的新方向。
《複合改性劑對速生楊木和椿木改性效應及機理研究》一文中通過自主合成低分子改性氮徑甲基預聚體與二羥甲基二羥基乙烯脲進行複合，通過添加多種穩定劑製成多功能型化學改性劑，對改性前後的木材理化性質和改性機理進行了初步研究,通過浸漬乾燥處理後的改性材的主要力學強度改善效果明顯,熱穩定性得到提高，同時改性劑浸漬到木材內部時,可以發生自身縮合作用形成三維網狀結構,改性劑在木材內部充當強度較高的填充物,尤其對尺寸穩定性和力學性質改善作用較為明顯。雖然改性後的速生木材在力學性能上有所提高，但是由於其對吸水性的降低不夠明顯影響了速生木材在戶外家具、戶外木器材領域的應用，需要對其複合改性劑進一步進行改性，還希望能夠具有其他附加性能以滿足戶外家具等對速生木材的需求。
技術實現要素：
本發明目的就是為了彌補已有技術的缺陷，提供一種添加硼化物阻燃增強的速生木材複合改性劑。
本發明是通過以下技術方案實現的：
一種添加硼化物阻燃增強的速生木材複合改性劑，由下列重量份的原料製備製成：甲醛3-3.5、尿素2-3、六亞甲基四胺1.5-2、馬來酸酐0.02-0.03、醋酸適量、氨水適量、去離子水適量、固含量為42wt%的二羥甲基二羥基乙烯脲20-23、六水合氯化鎂1.5-2、矽溶膠10-11、硼砂2.5-3、硼酸3-3.5、三聚磷酸鋁1.5-2、磺化琥珀酸二辛酯鈉鹽0.4-0.5。
所述一種添加硼化物阻燃增強的速生木材複合改性劑，由以下具體步驟製成：
（1）將甲醛、尿素、六亞甲基四胺放入反應釜中，加入馬來酸酐，邊攪拌邊加熱至完全溶解，加入總量1.5-2倍量的去離子水，加熱至70-80℃，攪拌反應3-4小時後用醋酸和氨水調節pH值為7，結束反應；
（2）將磺化琥珀酸二辛酯鈉鹽中加入15-18倍量的去離子水中，加熱至50-60℃，攪拌分散均勻後加入硼砂、硼酸、三聚磷酸鋁，以600-800轉/分的速度攪拌40-50分鐘，得到阻燃添加劑；
（3）將固含量為42wt%的二羥甲基二羥基乙烯脲與矽溶膠混合，以500-600轉/分的速度攪拌10-15分鐘後加入步驟（1）步驟（2）得到的產物以及其餘剩餘成分，繼續超聲分散15-20分鐘，即得。
本發明的優點是：本發明通過一定的工藝將甲醛、尿素、六亞甲基四胺進行反應生成預聚體，再通過與二羥甲基二羥基乙烯脲、矽溶膠、氯化鎂進行復配，經過超聲處理後可以形成溶膠型複合改性劑，其中Si-0-Si骨架結構對改性劑體系起到穩定作用，通過對木材進行浸漬處理，可以顯著提高木材浸漬改性率，提高了木材的增重率；複合改性劑能夠在木材浸漬過程中很好的分散於木材的細胞壁微孔結構,在隨後的加熱乾燥中與木材化學組分中的纖維素、半纖維素、木質素等發生原位凝膠聚合反應,化學反應最終使他們之間的官能團可以連接形成共價鍵,共價鍵非常牢固,因而改性速生木材的抗彎強度、抗彎彈性模量和順紋抗壓強度都有很大的提高；同時複合改性劑還可以與木材的主要化學成分纖維素、半纖維素和木質素發生醚化反應,該類反應可以減少木材中親水性羥基,從而顯著降低了木材吸溼性。
本發明在製備中添加硼酸、硼砂、三聚磷酸鋁等成分，協同作用通過對木材的處理，提高了木材的氧指數，與此同時改性劑上的物理填充作用可以在木材中作為一種不燃成分,從而減少木材中可燃成分的比例,對木材起到了一定的覆蓋阻隔外界的作用,提高了木材的阻燃性能；本發明產品對速生木材進行複合處理後不僅具備良好的力學性能，可以與優質木材相媲美，同時吸水率下降，阻燃性能提高，乾燥過程不開裂，可用於戶外家具、戶外木質器材的製作，經久耐用。
具體實施方式
一種添加硼化物阻燃增強的速生木材複合改性劑，由下列重量份（公斤）的原料製備製成：甲醛3、尿素2、六亞甲基四胺1.5、馬來酸酐0.02、醋酸適量、氨水適量、去離子水適量、固含量為42wt%的二羥甲基二羥基乙烯脲20、六水合氯化鎂1.5、矽溶膠10、硼砂2.5、硼酸3、三聚磷酸鋁1.5、磺化琥珀酸二辛酯鈉鹽0.4。
所述一種添加硼化物阻燃增強的速生木材複合改性劑，由以下具體步驟製成：
（1）將甲醛、尿素、六亞甲基四胺放入反應釜中，加入馬來酸酐，邊攪拌邊加熱至完全溶解，加入總量1.5倍量的去離子水，加熱至70℃，攪拌反應3小時後用醋酸和氨水調節pH值為7，結束反應；
（2）將磺化琥珀酸二辛酯鈉鹽中加入15倍量的去離子水中，加熱至50℃，攪拌分散均勻後加入硼砂、硼酸、三聚磷酸鋁，以600轉/分的速度攪拌40分鐘，得到阻燃添加劑；
（3）將固含量為42wt%的二羥甲基二羥基乙烯脲與矽溶膠混合，以500轉/分的速度攪拌10分鐘後加入步驟（1）步驟（2）得到的產物以及其餘剩餘成分，繼續超聲分散15分鐘，即得。
將速生木材加工成一定規格的單板，乾燥至含水率為 6-10%，放入真空壓力浸漬罐中，抽真空至-0.01MPa 後，保持30-40分鐘，然後快速注入本發明改性劑，繼續保持40-50分鐘，之後加壓至0.89-0.9 MPa保持15-20分鐘；將板材取出後，置於室內環境氣幹至含水率低於30%，然後放入烘箱，先在80-90℃下乾燥6-8小時，再在120-130℃下固化4-5小時，冷卻後出料得到改性後的速生木材。將改性後的速生木材與未改性木材進行比較，絕幹密度提高了65.9%，抗彎強度提高了63.1%，順紋抗壓強度提高了16.4%,終吸水率降低了34.8%。