专利摘要

专利摘要

本发明是一种增强改性人工林木材制备方法，其特点是，包括的内容有：酚醛树脂溶液的制备、改性硅酸盐溶液的制备、复合改性剂的制备和对木材进行浸渍改性与干燥处理得到改性人工林木材，具体制备过程如下：酚醛树脂溶液的制备、改性硅酸盐溶液的制备、复合改性剂的制备和对木材进行浸渍改性与干燥处理。由于无机材料的引入，在提高了木材密度、硬度、尺寸稳定性等物理力学性能，尤其对木材的抗冲击性能改善比较明显，同时与同类技术相比，改性材的阻燃性能有较大提高。处理后的木材可广泛应用于建筑、家具、地面装饰材料等行业。

权利要求

1.一种增强改性人工林木材制备方法，其特征是，它包括的内容有：酚醛树脂溶液的制备、改性硅酸盐溶液的制备、复合改性剂的制备和对木材进行浸渍改性与干燥处理得到改性人工林木材，具体制备过程如下：

1)酚醛树脂溶液的制备

苯酚、甲醛、碱溶液和水的摩尔比为1:2.0～2.4:0.2～0.6:4.0～4.5；将苯酚、碱溶液和水依次投入反应釜中，然后加热升温至40～45℃，缓慢加入甲醛总量80％的甲醛，升温80～85℃，进行第一阶段反应，反应时间50～60分钟，得到第一阶段反应液；再将得到第一阶段反应液降温40～50℃，加入甲醛总量剩余20％的甲醛，加完缓慢升温至90～92℃，并在此温度下取样测定粘度，当粘度达到40～300mPa·s时，降温至40℃放料制得酚醛树脂溶液；

2)改性硅酸盐溶液的制备

偶联剂与硅酸盐溶液的重量比为0.5～5:100，将硅酸盐溶液保持在75～80℃，将偶联剂滴加到硅酸盐溶液中，直至滴加完毕后，搅拌10～30分钟，使体系混合均匀，得到改性硅酸盐溶液；

3)复合改性剂的制备

改性硅酸盐与酚醛树脂溶液的重量比2～5:10，将步骤1)的酚醛树脂溶液升温40～60℃，在搅拌下加入步骤2)的改性硅酸盐溶液，搅拌30分钟得到复合改性剂；

4)对木材进行浸渍改性与干燥处理

(1)对木材进行浸渍改性处理

将木材放入密封的浸渍罐中，先进行抽真空处理，然后引入复合改性剂，同时保持浸渍罐保持一定温度，接着进行加压处理，经过一定时间后，使 木材吸收一定质量的复合改性剂，所述的抽真空处理的相对真空度为-0.095～-0.098MPa；抽真空处理时间随着浸渍罐的体积变化，在30～120分钟；所述的加压处理的绝对压力为1.0～2.5MPa；加压处理时间为1～4小时，浸渍罐的温度保持在30～40℃；

(2)对木材进行干燥处理

将浸渍处理后的木材经堆垛的方式放置，并进行气干至含水率为40％～70％；再将气干至含水率为40％～70％的木材置于干燥窑中进行干燥，在50～70℃的温度条件下干燥6～8天；接着在100～120℃下干燥2～3天，然后在130～140℃下干燥至木材含水率为8％～12％即得增强改性人工林木材成品。

2.根据权利要求1所述的一种增强改性人工林木材制备方法，其特征是，所述酚醛树脂溶液的苯酚、甲醛、碱溶液和水的摩尔比为1:2.2:0.4:4.2。

3.根据权利要求1或2所述的一种增强改性人工林木材制备方法，其特征是，所述改性硅酸盐与酚醛树脂溶液的重量比为4:10。

4.根据权利要求1所述的一种增强改性人工林木材制备方法，其特征是，所述偶联剂为N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲(乙)氧基硅烷(kh792),γ-氨丙基三乙氧基硅烷(kh550)、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(kh560)或γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(kh570)一种或几种。

5.根据权利要求2所述的一种增强改性人工林木材制备方法，其特征是，所述碱溶液为质量百分比浓度为20％～40％氢氧化钠或氢氧化钾溶液。

6.根据权利要求2所述的一种增强改性人工林木材制备方法，其特征是，所述甲醛为质量百分比浓度为36.5％～37.2％甲醛溶液。

7.根据权利要求1所述的一种增强改性人工林木材制备方法，其特征是，所述硅酸盐溶液为硅酸钾溶液和/或硅酸钠溶液。

8.根据权利要求1所述的一种增强改性人工林木材制备方法，其特征是，所述的木材为人工林木材，其含水率小于12％，厚度为8～20mm。

说明书

技术领域

本发明涉及一种增强改性木材，具体涉及一种增强改性人工林木材制备方法。

背景技术

木材存在材质软、密度低、变异性大、尺寸稳定性差等问题，大大限制了其应用范围，不能直接用于实木家具、地板等生产。对人工林木材进行增强改性引起了广泛关注和研究。氨基树脂对木材改性能够提高人工林木材表面硬度以及尺寸稳定性，静曲强度，抗压强度等力学性能。杨木经改性三聚氰胺树脂或脲醛树脂改性处理后密度增加，除冲击韧性有所降低外，其他性能都有所提高。对速生杉木进行了脲醛树脂浸渍后热压改性，结果表明速生杉木改性材静曲强度平均提高42％，抗弯弹性模量平均提高17％。改性三聚氰胺树脂和脲醛树脂增强改性木材，通过对总有机挥发物检测醛类化合物、烷烃化合物、甲醛是树脂处理杨木强化材释放的挥发性有机污染物的主要组分，其中甲醛释放量甲醛质量浓度从0.14mg·m-3先增加到0.17mg·m-3；在装载量为2.5m2·m-3下超出我国室内空气中甲醛限量值(0.08mg·m-3)。酚醛树脂经固化后的产品具有良好的耐热和力学性能，且性能稳定。但酚醛树脂有一些缺点阻止其在木材复合材料中应用，如高的固化温度，相对慢的固化速率，较脆，毒性和深颜色。改善这些性质，包括使用不同催化剂，添加剂或者改善树脂配方。由于酚醛树脂具有脆性,故增重较大时它们的顺纹抗压强度反而比增重较小时低。改性材的冲击韧性低于素材,且随WPG增加韧性下降。由于酚醛树脂本身具有脆性且改性处理在高温下固化也会变脆,因此改性材的冲击韧性下降。同样氨基树脂也存在固化后脆性较大问题。CN101664945一种增强、阻燃改性人工林木材及其制备方法，利用氨基树脂及硼处理木材，由于简单的加入硼并不能与氨基树脂发生反应，且固化后的氨基树脂存在甲醛释放危害。利用有机单体对木材进行增强改性，结果表明在增加了性质的同时，这种制品生产过程中潜在存在环境污染，及制品存在TVOC释放。

发明内容

本发明目的是提供一种增强改性人工林木材制备方法，该方法利用硅酸盐/酚醛树脂联合处理人工林软质材，其硅酸盐改善酚醛树脂的脆性技术，降低酚醛树脂的固化温度和缩短固化时间，增加改性材的物理力学性能，尤其使抗冲击性能；与此同时，由于硅酸盐的引入能够起到封闭人工林软质材的部分空隙，因此在一定程度上能够降低人工林软质材本身的甲醛释放。另外硅酸盐具有成本低、无毒和环境友好型特点，因此硅酸盐的引入能够较大幅度的降低酚醛树脂成本，从而降低改性材的原料成本。

实现本发明目的采用的技术方案是，一种增强改性人工林木材制备方法，其特征是，它包括的内容有：酚醛树脂溶液的制备、改性硅酸盐溶液的制备、复合改性剂的制备和对木材进行浸渍改性与干燥处理得到改性人工林木材，具体制备过程如下：

1)酚醛树脂溶液的制备

苯酚、甲醛、碱溶液和水的摩尔比为1:2.0～2.4:0.2～0.6:4.0～4.5；将苯酚、碱溶液和水依次投入反应釜中，然后加热升温至40～45℃，缓慢加入甲醛总量80％的甲醛，升温80～85℃，进行第一阶段反应，反应时间50～60分钟，得到第一阶段反应液；再将得到第一阶段反应液降温40～50℃，加入甲醛总量剩余20％的甲醛，加完缓慢升温至90～92℃，并在此温度下取样测定粘度，当粘度达到40～300mPa·s时，降温至40℃放料制得酚醛树脂溶液；

2)改性硅酸盐溶液的制备

偶联剂与硅酸盐溶液的重量比为0.5～5:100，将硅酸盐溶液保持在75～80℃，将偶联剂滴加到硅酸盐溶液中，直至滴加完毕后，搅拌10～30分钟，使体系混合均匀，得到改性硅酸盐溶液；

3)复合改性剂的制备

改性硅酸盐与酚醛树脂溶液的重量比2～5:10，将步骤1)的酚醛树脂溶液升温40～60℃，在搅拌下加入步骤2)的改性硅酸盐溶液，搅拌30分钟得到复合改性剂；

4)对木材进行浸渍改性与干燥处理

(1)对木材进行浸渍改性处理

将木材放入密封的浸渍罐中，先进行抽真空处理，然后引入复合改性剂，同时保持浸渍罐保持一定温度，接着进行加压处理，经过一定时间后，是木材吸收一定质量的复合改性剂，所述的抽真空处理的相对真空度为-0.095～-0.098MPa；抽真空处理时间随着浸渍罐的体积变化，在30～120分钟；所述的加压处理的绝对压力为1.0～2.5MPa；加压处理时间为1～4小时，浸渍罐的温度保持在30～40℃；

(2)对木材进行干燥处理

将浸渍处理后的木材经堆垛的方式放置，并进行气干至含水率为40％～70％；再将气干至含水率为40％～70％的木材置于干燥窑中进行干燥，在50～70℃的温度条件下干燥6～8天；接着在100～120℃下干燥2～3天，然后在130～140℃下干燥至木材含水率为8％～12％即得增强改性人工林木材成品。

所述酚醛树脂溶液的苯酚、甲醛、碱溶液和水的摩尔比为1:2.2:0.4:4.2。

所述改性硅酸盐与酚醛树脂溶液的重量比为4:10。

所述的偶联剂为N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲(乙)氧基硅烷(kh792),γ-氨丙基三乙氧基硅烷(kh550)、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(kh560)或γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(kh570)一种或几种。

所述的碱溶液为质量百分比浓度为20％～40％氢氧化钠或氢氧化钾溶液；

所述的甲醛的质量百分比浓度为36.5％～37.2％甲醛溶液。

所述的硅酸盐溶液为硅酸钾溶液和/或硅酸钠溶液。

所述的木材为人工林木材，其含水率小于12％，厚度为8～20mm。

采用本发明的一种增强改性人工林木材制备方法制备的增强改性人工林木材具有如下优点：

1.由于采用硅酸盐改性酚醛树脂作为复合改性剂改性木材，使改性材具有阻燃防腐效果，密度增大，尺寸稳定性增加，尤其不同于其他热固性树脂降低了木材的冲击韧性，明显提高了木材的冲击韧性，从而使改性处理材的利用率大大提高，拓展了其应用范围；

2.按照国家标准(GB/T1927～1943-2009)“木材物理力学性质试验方法”的检测，本发明方法制备的增强改性人工林木材的物理力学性能显著提高，尺寸稳定、强度高、耐腐阻燃，尤其较明显的提高了增强改性人工林木材的抗冲击强度，抗冲击强度120.4～150.2kJ/m2，提高率41.2％～52.2％。增强改性人工林木材的抗胀率(ASE)提高了50.1％～60.7％；抗弯弹性模量(MOE)达到了11.5～16GPa，提高率35.1％～51.5％；抗弯强度(MOR)达到了148.8～191.2MPa，提高率151.2％～212.8％。

3.按照国家标准GB/T 17657-2013“人造板及饰面人造板理化性能试验方法”环保性能检测，本发明制备方法的增强改性人工林木材的甲醛释放量达到了0.03～0.06mg·m-3，与未改性材及同类产品相比，其降低比较明显；

4.杨木等人工林木材质地偏软，机械加工时表面经常发生毛刺、沟痕等缺陷，改性处理后木材表面光洁，表面硬度增大，比较明显地改善人工林木材的机械加工性能，改性木材的表面的硬度是未改性材的2～4倍，并且对后期加工性能如胶合性能、表面涂饰性能没有不利影响；

5.本发明方法制备的增强改性人工林木材阻燃效果显著，增强改性人工林木材的氧指数达到了35％～55％，达到了GB8624-2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》中所规定的耐燃B1～A2级的要求；

6.本发明的增强改性人工林木材制备方法，以无机有机杂化体系为复合改性剂，提高了增强改性人工林木材的力学性能的同时，尤其明显提高增强改性人工林木材的抗冲击强度，并同时提高了增强改性人工林木材的热稳定性和阻燃性能。本发明增强改性人工林木材，抗冲击强度提高率41.2％～52.2％，抗胀率(ASE)提高了28％～68％；抗弯弹性模量(MOE)提高率35.1％～51.5％；抗弯强度(MOR)提高率151.2％～212.8％；残炭率达到了40％～50％；氧指数达到了40％～60％。能够同时兼顾节省木材资源和具有实木地板表面效果等优点，甲醛释放量低于未改性材料及同类产品，可广泛用于室内外。

具体实施方式

为了更好地促进对本发明的技术特点的理解，下面通过结合具体的实施例对本发明的增强改性人工林木材作进一步地说明。需要说明的是，实施例并不是对本发明保护范围的限制。

制备增强改性人工林木材的原木材选用人工林木材，如杨木、落叶松、樟子松、马尾松、杉木等，本发明实施例以杨木为例进行详细的说明。

实施例1的一种增强改性人工林木材制备方法，包括以下内容：

1.改性硅酸盐溶液

按照如下质量配比准备原料：

γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(kh570)：硅酸钠溶液的重量比为3:100。

2.改性硅酸钠制备

将硅酸钠溶液放入反应釜中，搅拌，升温，在温度为75℃下，将偶联剂滴加到硅酸盐溶液中，直至滴加完毕后，搅拌20分钟，使体系混合均匀，得到改性硅酸盐溶液。

3.酚醛树脂制备

1)按照如下摩尔比配料苯酚、甲醛、碱溶液和水的摩尔比为1:2.2:0.4:4.2；

2)将苯酚、碱溶液、和水依次投入反应釜中，然后加热升温至40℃，缓慢加入甲醛总量80％的甲醛，升温85℃，进行第一阶段反应，反应时间55分钟，粘度达到60mPa·s；

3)降温40℃，加入甲醛总量剩余20％的甲醛，加完缓慢升温至90℃，并在此温度下取样测定粘度，当粘度达到120mPa·s时，降温至40℃放料。

4.复合改性剂制备

1)酚醛树脂溶液、水和改性硅酸钠溶液的质量比为10:3:10；

2)将酚醛树脂溶液升温42℃，在搅拌下加入为酚醛树脂溶液30％质量的水，20分钟后，加入酚醛树脂溶液5％的浓度为40％碱溶液，然后再加入为酚醛树脂溶液相同质量的改性硅酸盐溶液。搅拌30分钟后，即可得到复合改性剂；

3)按照GB/T14704-2006《木材胶黏剂及其树脂检验方法》检测实施例1制备的酚醛树脂树脂溶液的质量性能指标，检测结果如表1所示。

5.木材浸渍处理

1)真空处理

将含水率为10％的杨木方材，其长1250mm×宽20mm×厚20mm，利用固定架放入浸渍处理罐内，然后对处理罐进行抽真空处理，其中处理罐内的相对压力为-0.096MPa，真空时间为60min；

2)引进复合改性剂

将罐体的温度加热到40℃，然后将步骤4制备的复合改性剂通过负压的方式导入浸渍处理罐，在计算处理试件的体积的条件下，抽入能够完全覆盖罐内木材的溶液，然后解除真空状态，使处理罐的内外的压力平衡；

3)加压处理木材

利用空气压缩机对浸渍罐内进行加压处理，使罐内绝对压力保持2.1MPa，时间120min，后解除压力，然后将剩余的复合改性剂排出并称重，得到浸渍处理木材；

6.浸渍改性材酸化处理

将浸渍处理木材置于室温下进行气干干燥，使浸渍处理木材的表面干燥，然后将处理材放入酸溶液中，放入一段时间后，取出。其中气干浸渍材的含水率60％，酸溶液为草酸溶液，浓度为7％，在酸溶液中的时间为3h；

7.浸渍处理材干燥

1)气干处理

将酸化后的浸渍处理材采用堆垛的方式，置于室温下进行预干燥，使其含水率达到60％左右；

2)加热干燥

将气干浸渍处理材移入干燥窑内进行干燥，首先低温干燥，干燥温度为60℃，时间为168h；接着升温至105℃，干燥72h；然后再升温130℃，干燥直至含水率达到12％，得到增强改性处理材。

8.按照国家标准“GB/T 1927～1943-2009木材物理力学性质试验方法”检测处理材物理力学指标，检测结果见表2.

实施实例2的一种增强改性人工林木材制备方法：

酚醛树脂溶液制备，除了第一阶段反应酚醛树脂溶液粘度为80mPa·s，终点粘度为180mPa·s，其余与实施例1相同；

复合改性剂制备，除了γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(kh570)：硅酸钠溶液的重量比为2:100；酚醛树脂溶液、水和改性硅酸钠溶液的质量比为10:5:10，其余与实施例1相同；

木材浸渍干燥处理，除了真空处理的时间为90min，加压处理时间为150min，低温干燥，干燥温度为50℃，时间为168h；接着升温至105℃，干燥96h；然后再升温140℃，其余与实施例1相同；

按照GB/T14704-2006《木材胶黏剂及其树脂检验方法》检测实施例制备的树脂溶液的质量性能指标，检测结果如表1所示，

按照国家标准“GB/T 1927～1943-2009木材物理力学性质试验方法”检测处理材物理力学指标，检测结果见表2。

实施实例3的一种增强改性人工林木材制备方法：

酚醛树脂溶液制备，除了第一阶段反应酚醛树脂溶液粘度为120mPa·s，终点粘度为210mPa·s，其余与实施例1相同；

复合改性剂制备，除了γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(kh570)：硅酸钠溶液的重量比为4:100；酚醛树脂溶液、水和改性硅酸钠溶液的质量比为10:7:10，其余与实施例1相同；

木材浸渍干燥处理，除了真空处理的时间为120min，加压处理时间为120min，低温干燥，干燥温度为50℃，时间为168h；接着升温至115℃，干燥96h；然后再升温140℃，其余与实施例1相同；

按照GB/T14704-2006《木材胶黏剂及其树脂检验方法》检测实施例制备的树脂溶液的质量性能指标，检测结果如表1所示，

按照国家标准“GB/T 1927～1943-2009木材物理力学性质试验方法”检测处理材物理力学指标，检测结果见表2。

实施实例4

酚醛树脂溶液制备，除了第一阶段反应酚醛树脂溶液粘度为150mPa·s，终点粘度为300mPa·s，其余与实施例1相同；

复合改性剂制备，除了γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(kh570)：硅酸钠溶液的重量比为3:100；酚醛树脂溶液、水和改性硅酸钠溶液的质量比为10:9:10，其余与实施例1相同；

木材浸渍干燥处理，除了真空处理的时间为60min，加压处理时间为150min，低温干燥，干燥温度为50℃，时间为192h；接着升温至105℃，干燥120h；然后再升温140℃，其余与实施例1相同；

按照GB/T14704-2006《木材胶黏剂及其树脂检验方法》检测实施例制备的树脂溶液的质量性能指标，检测结果如表1所示，

按照国家标准“GB/T 1927～1943-2009木材物理力学性质试验方法”检测处理材物理力学指标，检测结果见表2。

表1复合改性剂的质量性能指标检测结果

实施例1实施例2实施例3实施例4固体含量(％)42.5839.6236.5933.46粘度(mPa·s)16.817.418.919.6pH值11.511.311.211.4游离甲醛含量(％)0.080.060.050.06水混合倍数任意任意任意任意贮存期(4～30℃)1年1年1年1年

表2增强改性杨木木材的性能检测结果

实施例1实施例2实施例3实施例3对比材3)]]>0.680.650.620.580.41增重率(％)56.1250.6846.7241.48干缩率(％)6.47.17.98.410.1抗胀率(％)68594228抗弯弹性模量(GPa)15.713.612.411.59.2抗弯强度(MPa)191.2174.9161.7148.867.22)]]>150.2139.8131.5120.485.2

检测结果表明：

1.通过国家标准GB/T1927～1943-2009“木材物理力学性质试验方法”的检测，本发明方法制备的改性杨木的物理力学性能得到显著提高，改性杨木的干缩率提高了16.8％～36.6％，抗胀率提高了28％～68％，抗弯弹性模量提高了35.1％～51.5％，抗弯强度提高了151.2％～212.8％，抗冲击强度提高了41.2％～52.2％。

2.本发明方法制备的增强改性人工林木材的平均密度增大，密度提高了41.4％～57.8％，增重率达到了41.4％～56.1％。

试验例1阻燃试验

按照国家标准“GB/T2406-2009塑料用氧指数法测定燃烧行为”测试本发明实施例1-4、对照例木材的阻燃性。将本发明实施例1-4制备的增强改性人工林木材、对照木材加工成规格为长120mm×宽10mm×厚10mm的样板，按规定测试时间燃烧后，按以下公式计算氧指数，确定耐燃等级。

co-氧浓度，以体积分数表示；VO-23℃时，混合气体中每单位面积的氧体积；

VN-23℃时，混合气体中每单位体积的氮的体积。

试验结果如表3所示

氧指数(％)耐燃等级实施例148B1(难燃)实施例241B1(难燃)实施例338B1(难燃)实施例434B1(难燃)对照材21易燃

检测结果表明：

本发明方法制备的增强改性人工林木材的氧指数为34％～48％，远高于难燃木材氧指数所规定的值，表明按本发明方法制备的增强改性人工林木材达到了B1难燃级别标准。

一种增强改性人工林木材制备方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。