一种木材增强防水改性液及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及木材改性技术领域，具体涉及一种木材增强防水改性液及其制备方 法。
【背景技术】
[0002] 随着国家经济建设的发展及人民生活水平的提高，人们对木材的需求量越来越 大。而天然林保护工程的实施，使得木材供求矛盾更加突出。为缓解供需矛盾，我国已营造 了大面积的工业人工林。人工林木材虽然有速生丰产等优点，但是人工速生林木材的物理 力学性能较差，密度低，材质松软，易产生干缩变形。
[0003] 为了拓展人工林木材的应用范围，提高人工林木材的经济价值，人们用各种方法 对人工速生林木材进行改性。目前研宄较多的是采用热固性树脂对木材进行浸渍处理，热 固性合成树脂在固化后耐水性强，不流失，而且强度高，受热不软化，适用于浸渍木材。用 于浸渍木材的合成树脂必须具有粘度低的特点，否则无法对木材进行充分浸渍。聚合度的 高低是决定树脂浸渍处理效果好坏的主要因素，所以应采用低聚合度的初期树脂。目前已 有许多不同类型的树脂能成功地在木材内部聚合，如酚醛树脂（PF)、脲醛树脂（UF)、三聚 氰胺甲醛（MF)以及异氰酸酯等。具体的浸渍处理方式是将木材浸渍在水溶性低分子量的 树脂溶液中，树脂扩散进入木材细胞中并使木材增容，经干燥除去水分，树脂由于加热而固 化，生成不溶于水的聚合物，沉积填充于细胞内，或与木材组分发生交联，从而使木材密度 增大、硬度及强度提高、尺寸稳定性改善。
[0004] 随着人们环保意识的增强，木材改性专家把目光投向较为环保的热处理木，主要 为炭化木，利用高温（200°C左右）处理木材，提高了木材尺寸稳定性，其中比较典型的有以 下四种热处理工艺： 1、芬兰的Thermwood工艺 Thermwood工艺方法分3个阶段进行：第一阶段，采用热和蒸汽使干燥窑内木材升温， 并在高温下干燥使木材的湿度降为零，干燥窑的温度快速升温至l〇〇°C左右，之后平稳升 温至130°C ;第二阶段为高温热处理木材阶段，即干燥窑内的温度升高并保持为185°C~ 230°C，当达到目标温度后，保持在该温度下热处理2h~3h ;第三阶段为冷却和调湿处理阶 段，即将热处理后木材用喷水系统进行降温；当温度降低至80°C~90°C时，重新调节湿度 使木材含水率达到4%~7%。Thermwood工艺主要处理树种为松木、杉木、杨木及桦木。热 处理后的木材主要用于室外，例如：甲板、栅栏、庭院家具、门、窗等。室内用作厨房家具、正 厅及面板等。
[0005] 2、荷兰的 Plato Wood 工艺 Plato Wood工艺既可以处理生材又可以处理气干材，该工艺分四步进行：第一步，水热 处理（hydrothermolysis):常压条件下，将木材置于温度为160°C~190°C的潮湿环境中， 处理4h~5h ;第二步，木材干燥：用3天~5天时间，用传统干燥工艺将木材干燥至含水 率低于10% ;第三步，热处理：将木材加热至170°C~190°C，处理时间为14h~16h ;第四 步，通常是将木材平衡含水率提高，使之与大气环境中的相当。这种处理方法已经被阿纳姆 (荷兰）工厂应用于商业化生产，年生产能力达35000m3。
[0006] 3、法国有两种生产工艺〖Rectification工艺和Boisperdure工艺 Rectification工艺是在200°C~240°C的氮气中处理木材，处理材的含水率为12% ; 而Boisperdure工艺是在200°C~240°C的水蒸气中快速干燥生材。
[0007] 4、德国的OHT处理工艺 OHT处理工艺采用油作为热处理介质，在高温下处理木材。首先将木材放入一个充满热 油的密闭容器中处理18h~24h。油具有良好的导热及绝氧能力。但不利条件是，油将浸入 木材内部使木材重量增加50%~70%，且热处理材有油烟味。
[0008] 上述四种热处理工艺过程繁杂，工艺条件苛刻，控制困难，产品质量的稳定性难以 保证，有的处理工艺还需要特殊的热处理介质，例如：法国的Rectification工艺需要氮 气，德国的OHT处理工艺需要油作为热处理介质。
[0009] 虽然木材经热处理改性后能提高其尺寸的稳定性，木材中的平衡含水率下降，耐 腐性能也有所增加，胶结性能提高，木材颜色变深，改善了外观较差的木材外观，然而热处 理后的木材的物理力学性能下降，木材强度值下降较大，如：抗弯强度降低、表面润湿性能 下降等，且现有改性木材的防水性较差，很大程度上限制了炭化木的应用范围。
【发明内容】
[0010] 为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种木材增强防 水改性液，该改性液可以提高木材的强度和防水性能，且改性后的木材防腐、防虫蛀、防霉 变、阻燃、防变形和防开裂性能得到大幅度提升；其密度、硬度、抗弯强度和弹性模量均较 好，可以提升木材的使用性能和延长木材的使用寿命；还具有隔热绝缘、调温和调湿等自然 属性，色泽鲜艳、明亮，物理条纹立体感强，板材颜色通透自然。
[0011] 本发明的另一目的在于提供一种木材增强防水改性液的制备方法，该制备方法工 艺简单，操作控制方便，质量稳定，生产效率高，可大规模工业化生产。
[0012] 本发明的目的通过下述技术方案实现：一种木材增强防水改性液，包括如下重量 份的原料： 三聚氰胺改性脲醛树脂 10-30份 糊精 4-8份 纳米改性剂 1-5份 防水剂 0. 5-1. 5份 助剂 1-5份 水 60-100 份。
[0013] 本发明的改性液可以提高木材的强度和防水性能，且改性后的木材防腐、防虫蛀、 防霉变、阻燃、防变形和防开裂性能得到大幅度提升；其密度、硬度、抗弯强度和弹性模量均 较好，可以提升木材的使用性能和延长木材的使用寿命；还具有隔热绝缘、调温和调湿等自 然属性，色泽鲜艳、明亮，物理条纹立体感强，板材颜色通透自然。
[0014] 优选的，所述三聚氰胺改性脲醛树脂的制备包括如下步骤： a、按照以下重量份配比准备原料：三聚氰胺350~450、甲醇180~240、甲醛500~ 540、尿素 50 ~150 ; b、 将三聚氰胺和甲醛加入反应釜中，搅拌均匀后加入氢氧化钠调节三聚氰胺和甲醛混 合溶液的PH值，加热升温进行反应，制得反应液，其中，调节后的pH值为9. 1~9. 5,反应温 度为75°C~85°C，反应时间为30~50min ; c、 使反应釜内反应液温度保持为65°C~75°C，然后加入氢氧化钠溶液调节反应液的 pH值彡12 ; d、 向反应爸中加入甲醇和第一批尿素进行改性反应，反应50~70min后降低反应!!的 温度至60°C~70°C，得到冷却液；第一批尿素的加入量为尿素总量的10-80% ; e、 加入盐酸，调节冷却液的pH值至8. 5~9. 5,然后加入余量的尿素，搅拌，使尿素溶 解，得到混合液； f、 加入盐酸调节混合液的pH值至7~8,然后保持混合液在温度为55°C~65°C的条件 下反应40~80min后向反应釜中加入氢氧化钠溶液调节pH值为10~11，降温出料，制得 三聚氰胺改性脲醛树脂。
[0015] 本发明的三聚氰胺改性脲醛树脂浸渍木材后，树脂扩散进入木材细胞中并使木材 增容，经干燥除去水分，树脂由于加热而固化，生成不溶于水的聚合物，沉积填充于细胞内， 或与木材组分发生交联，从而使木材密度增大、硬度及强度提高、尺寸稳定性改善。
[0016] 优选的，所述纳米改性剂是由纳米二氧化硅和纳米二氧化钛以重量比1-3:1组成 的混合物。本发明通过采用纳米二氧化硅和纳米二氧化钛作为纳米改性剂复配使用，并控 制其重量比为1-3:1，可以提高木材的强度和硬度。
[0017] 优选的，所述防水剂为有机硅防水剂。
[0018] 优选的，所述助剂由下列重量份的原料制成：纳米电气石粉0. 5-0. 9份、羧甲基淀 粉钠6-8份、羟乙基尿素12-16份、硅酸锂1-2份、柴胡油1-2份、十二烷基苯磺酸钠2-4份 和水30-50份；其制备方法为：先将羧甲基淀粉钠、羟乙基尿素、硅酸锂、十二烷基苯磺酸钠 与水混合，搅拌至混合物料完全溶解，随后加入柴胡油，搅拌分散40-50min，最后加入纳米 电气石粉，得到的混合溶液球磨1-1. 5h，得到稳定溶液，制得助剂。
[0019] 本发明的助剂通过采用上述原料，并严格控制各原料的重量配比，可以提高木材 的强度和韧性，并提高木材的防腐、防虫蛀、防霉变、防水、防变形和防开裂性能。
[0020] 优选的，所述改性液还包括如下重量份的原料：壬基酚聚氧乙烯醚1-3份、有机蒙 脱土 1-2份、烷基聚葡糖苷1-2份、五氯苯酚0. 5-1. 5份、聚乙烯醇缩丁醛0. 5-1. 5份、硫 酸锌0. 8-1. 2份、磷酸氢二铵0. 8-1. 2份和松香0. 4-0. 8份。上述原料的添加使得本发明 的浸渍液渗透力强，分布均匀，且性能稳定，吸湿性小，渗透入木材后不易流失，改性效果持 久，不影响木材纹理和色泽，改性后的木材强度、韧性等力学性能获得一定提升，安全阻燃， 制作得到的木地板经久耐用，安全性能高。
[0021] 优选的，所述有机蒙脱土是由钠基蒙脱土和十六烷基三甲基溴化铵以重量比 2-4:1组成的混合物。
[0022] 本发明的另一目的通过下述技术方案实现：一种木材增强防水改性液的制备方 法，将三聚氰胺改性脲醛树脂、糊精和纳米改性剂一起加入水中，加热至70_80°