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CN110696131A - 一种有机无机杂化改性剂的制备方法 - Google Patents

一种有机无机杂化改性剂的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种有机无机杂化改性剂，由5％～15％的树脂，5％～20％的硅酸钠水溶液，余量为蒸馏水混合后，在室温下磁力搅拌10min后制得。所述树脂可以选择GU树脂或GMUF树脂。向硅粉中加入4倍量10％氢氧化钠水溶液和0.1％的碳酸锂，随后在高温高压反应釜中反应，制得硅酸钠水溶液；将乙二醛和尿素，或乙二醛、尿素、三聚氰胺和甲醛加入反应釜，控制反应温度，反应时间和pH值，制得乙二醛‑尿素(GU)树脂或乙二醛‑三聚氰胺‑尿素‑甲醛(GMUF)树脂。本发明简单易行，得到的改性剂稳定性较好，其固含量在40～50％，水溶倍数>10，分子量为A，贮存期在60天以上，对木材的渗透性较好，采用乙二醛部分或全部代替甲醛，对环境友好，属于环保型改性剂。

Description

一种有机无机杂化改性剂的制备方法
技术领域
本发明涉及木材加工生产技术领域，特别涉及一种有机无机杂化改性剂的制备方法以及采用该制备方法制得的有机无机杂化改性剂。
背景技术
木材经过几百万年的进化，已形成了能满足多种功能要求和耐受各种环境应力的微观结构和材料组成。更为重要的是，木材具有以蜂窝状孔结构为特征的多级孔结构，这种孔结构形式是现有技术无法制取的。但是，木材特别是人工林木材密度低、力学强度低、表面硬度低、耐磨耗性差、易燃、易腐及生物耐久性差。因此，根据木材独特的化学组成、显微组织结构和多孔级结构体系，对木材进行高性能化、功能化改性成为木材加工业的重要研究课题，对此各国的科学家进行了大量的实验及理论探索。
随着科技的进步及人类文明的发展，人们开始日益重视环境问题，特别是进入21世纪，降低碳排放已经成为关系到人类生存发展的重大问题。大部分研究指出，增加木材的利用是减缓气候变化、改善地球大气层碳平衡的简单易行的方法之一。具体措施包括增加木材的利用比例，尽可能延长木制品的使用寿命，扩大木材和木制品的回收利用和循环利用等。
现有的木材改性剂，主要成分为脲醛树脂或酚醛树脂等，制成的产品甲醛释放量高，不环保，脲醛树脂或酚醛树脂还存在着贮藏短、重复使用性差(会逐步自聚合、固化)、生产成本高等缺陷。此外，这样的木材改性剂使用时需要将木材烘干(含水量低于20％)后才能浸渍加工导致能耗和生产成本高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种有机无机改性剂的制备技术，简单易行，甲醛释放量少或无甲醛释放、水溶性好、储存稳定性好。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种有机无机杂化改性剂制，该改性剂由如下质量百分比的原料制成：5％～15％的树脂， 5％～20％的硅酸钠水溶液，余量为蒸馏水。
本发明还公开了一种有机无机杂化改性剂的制备方法，包括如下步骤：取树脂、硅酸钠水溶液、蒸馏水混合，在室温下磁力搅拌10min，即得一种有机无机杂化改性剂。
进一步的，所述树脂选自GU树脂或GMUF树脂中任意一种。
进一步的，所述硅酸钠水溶液由如下方法制得：向高温高压反应釜中加入500目的二氧化硅粉末、10％氢氧化钠水溶液和0.1％碳酸锂，边搅拌边升温至300℃，在300℃条件下反应2h，然后逐渐降温到40℃，得硅酸钠水溶液备用。
进一步的，所述二氧化硅粉末纯度为99％；所述氢氧化钠水溶液与碳酸锂添加质量为二氧化硅的4倍；所述搅拌速度为200r/min。
进一步的，所述GU树脂由如下方法制得：取乙二醛加入反应釜，用氢氧化钠调节pH至6～7，先加入部分尿素，升温至60～65℃，在搅拌的情况下反应40～60min，加入剩余的尿素，保持温度在60～65℃，反应30～40min，冷却，出料，得GU树脂备用。
进一步的，所述乙二醛的质量百分比浓度为40％；所述乙二醛和尿素的摩尔比为1.6:1；所述先后加入两次尿素的质量比为2～3:1。
进一步的，所述GMUF树脂由如下方法制得：取甲醛和乙二醛加入反应釜中搅拌均匀，调节pH至5.5～6.0，停止搅拌，加入三聚氰胺和尿素，继续搅拌，升温至40～45℃后停止加热，维持1h的放热反应，并在放热反应时缓慢滴加氢氧化钠调节pH值至5.5～6.0，维持70℃反应2～3h，冷却，出料，得GMUF树脂备用。
进一步的，所述乙二醛：尿素：甲醛：三聚氰胺摩尔比为1：1：(1.2～1.7)：0.08。
本发明还公开了一种上述任一制备方法制得的有机无机杂性改性剂。
本发明的有益效果在于：
1、本发明是有机-无机复合改性剂，可实现“一剂多效”的模式对木材进行改性。
2、本发明简单易行，生产成本低，适合工业化生产。
3、采用本发明制得的改性剂稳定性较好，贮存期在60天以上，分子量为A，对木材的渗透性较好。
4、本发明游离甲醛含量少或无游离甲醛，属于环保型改性剂。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
实施例1
(1)将80g二氧化硅含量为99％的粉末(500目)，400g混合液(10％氢氧化钠水溶液和0.1％的碳酸锂混合制成)加入到高温高压反应釜中，打开搅拌并开始升温。搅拌速度200转/min，温度缓慢升高到300℃，在300℃条件下反应2h，然后逐渐降温到40℃，得到硅酸钠水溶液；
(2)GU树脂的制备方法，其特征在于：将一定量的乙二醛加入反应釜，用氢氧化钠调节pH至6，然后加入一部分尿素，升温至62℃，在搅拌的情况下反应50min，加入剩余的尿素，保持温度在62℃，反应35min，冷却，出料，得到GU树脂(尿素两次加入的质量比为2:1)；
(3)按照质量百分比分别称取5％的GU，20％的硅酸钠水溶液，75％的蒸馏水，混合后在室温下磁力搅拌5min，得到有机无机杂化改性剂。
实施例2
(1)将80g二氧化硅含量为99％的粉末(500目)，400g混合液(10％氢氧化钠水溶液和0.1％的碳酸锂混合制成)加入到高温高压反应釜中，打开搅拌并开始升温。搅拌速度200转/min，温度缓慢升高到300℃，在300℃条件下反应2h，然后逐渐降温到40℃，得到硅酸钠水溶液；
(2)GU树脂的制备方法，其特征在于：将一定量的乙二醛加入反应釜，用氢氧化钠调节pH至6，然后加入一部分尿素，升温至60℃，在搅拌的情况下反应40min，加入剩余的尿素，保持温度在60℃，反应30min，冷却，出料，得到GU树脂(尿素两次加入的质量比为 3:1)；
(3)按照质量百分比分别称取5％的GU，20％的硅酸钠水溶液，75％的蒸馏水，混合后在室温下磁力搅拌5min，得到有机无机杂化改性剂。
实施例3
(1)将80g二氧化硅含量为99％的粉末(500目)，400g混合液(10％氢氧化钠水溶液和0.1％的碳酸锂混合制成)加入到高温高压反应釜中，打开搅拌并开始升温。搅拌速度200转/min，温度缓慢升高到300℃，在300℃条件下反应2h，然后逐渐降温到40℃，得到硅酸钠水溶液；
(2)GMUF树脂的制备方法，其特征在于：乙二醛：尿素：甲醛：三聚氰胺摩尔比为1：1：1.2：0.08。将一定量的甲醛和乙二醛加入反应釜，开始搅拌，用氢氧化钠调节pH至6.0，停止搅拌，加入三聚氰胺和尿素，开始搅拌，升温至45℃，停止加热，温度自动升至70℃，保持70℃下反应1h，在该1h内缓慢滴加氢氧化钠，控制pH在6.0，然后保持70℃反应150min，冷却，出料，得到GMUF树脂；
(3)按照质量百分比分别称取5％的GMUF，20％的硅酸钠水溶液，80％的蒸馏水，混合后在室温下磁力搅拌5min，得到有机无机杂化改性剂。
实施例4
(1)将80g二氧化硅含量为99％的粉末(500目)，400g混合液(10％氢氧化钠水溶液和0.1％的碳酸锂混合制成)加入到高温高压反应釜中，打开搅拌并开始升温。搅拌速度200转/min，温度缓慢升高到300℃，在300℃条件下反应2h，然后逐渐降温到40℃，得到硅酸钠水溶液；
(2)GMUF树脂的制备方法，其特征在于：乙二醛：尿素：甲醛：三聚氰胺摩尔比为1：1：1.7：0.08。将一定量的甲醛和乙二醛加入反应釜，开始搅拌，用氢氧化钠调节pH至6.0，停止搅拌，加入三聚氰胺和尿素，开始搅拌，升温至45℃，停止加热，温度自动升至70℃，保持70℃下反应1h，在该1h内缓慢滴加氢氧化钠，控制pH在6.0，然后保持70℃反应150min，冷却，出料，得到GMUF树脂；
(3)按照质量百分比分别称取5％的GMUF，20％的硅酸钠水溶液，75％的蒸馏水，混合后在室温下磁力搅拌5min，得到有机无机杂化改性剂。
本发明所得的有机无机杂化改性剂，其固含量在40～50％，贮存期在60天以上，水溶倍数>10。
采用本发明所得有机无机杂化改性剂浸渍木材进行性能测试：
改性材的密度、硬度、力学性能等得到有效提升，从而提升了整体的尺寸稳定性和耐久性。甲醛释放量≤0.5mg/L，表面耐湿热性能：无裂纹、无鼓泡、无变色，表面耐龟裂：无裂纹，表面耐冷热循环：无裂纹、无鼓泡。
上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种有机无机杂化改性剂的制备方法，其特征在于，该改性剂由如下质量百分比的原料制成：5％～15％的树脂，5％～20％的硅酸钠水溶液，余量为蒸馏水。
2.根据权利要求1所述有机无机杂化改性剂的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：取树脂、硅酸钠水溶液、蒸馏水混合，在室温下磁力搅拌10min，即得一种有机无机杂化改性剂。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述树脂选自GU树脂或GMUF树脂中任意一种。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述硅酸钠水溶液由如下方法制得：向高温高压反应釜中加入500目的二氧化硅粉末、10％氢氧化钠水溶液和0.1％碳酸锂，边搅拌边升温至300℃，在300℃条件下反应2h，然后逐渐降温到40℃，得硅酸钠水溶液备用。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述GU树脂由如下方法制得：取乙二醛加入反应釜，用氢氧化钠调节pH至6～7，先加入部分尿素，升温至60～65℃，在搅拌的情况下反应40～60min，加入剩余的尿素，保持温度在60～65℃，反应30～40min，冷却，出料，得GU树脂备用。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述GMUF树脂由如下方法制得：取甲醛和乙二醛加入反应釜中搅拌均匀，调节pH至5.5～6.0，停止搅拌，加入三聚氰胺和尿素，继续搅拌，升温至40～45℃后停止加热，维持1h的放热反应，并在放热反应时缓慢滴加氢氧化钠调节pH值至5.5～6.0，维持70℃反应2～3h，冷却，出料，得GMUF树脂备用。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述二氧化硅粉末纯度为99％；所述氢氧化钠水溶液与碳酸锂添加质量为二氧化硅的4倍；所述搅拌速度为200r/min。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述乙二醛的质量百分比浓度为40％；所述乙二醛和尿素的摩尔比为1.6:1；所述先后加入两次尿素的质量比例为2～3:1。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述乙二醛：尿素：甲醛：三聚氰胺摩尔比为1：1：(1.2～1.7)：0.08。
10.一种根据权利要求2～9所述任一制备方法制得的有机无机杂性改性剂。
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