专利名称：改性复合木质材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种复合木质材料及制备方法，特别是涉及可提高劣质木材物理性能、机械性能，使劣质木材达到优质木材性能的一种改性复合木质材料及其制备方法。
背景技术：
木质材料改性是指应用当代物理、化学技术，对木材进行处理，克服劣质木材的缺陷，提高其物理、力学、防腐、抗老化等性能，延长使用寿命，即提高木材的使用档次和商业价值。通过改性处理后的木材可以应用于改性前无法应用的领域，如实木及实木复合地板、家具、木制防火门、防火木龙骨，各种板材，集装箱底板等多种使用领域。在二战期间，美国林产品实验室研究成功用酚醛树脂浸溃单板制成层积复合材制造飞机螺旋桨；60年代初，苏联和美国开始使用Y射线辐射引发聚合浸溃入木材中的烯烃类单体，从而得到性能优良的木塑复合材。在近十年以来国际上对杨木进行过强化研究的有Feist和Rowell (1991)对杨木心材采用乙酰化、甲基丙烯酸甲酯浸溃聚合和先乙酰化再用甲基丙烯酸甲酯浸溃聚合三种处理方法进行对比研究。M. Lawniczak (1994)对欧洲山杨木材密度及树干位置与苯乙烯一甲基丙烯酸甲酯浸溃性能的影响关系进行研究。Umit C. Yildiz等人(2005)分别用苯乙烯 (St)，甲基丙烯酸甲酯(MMA)，St/MMA全浸溃、半浸溃、四分之一浸溃白杨，制备WPC，结果发现St/MMA处理材的抗压强度和静曲强度均比MMA和St处理材有明显提高。以上木质材料改性剂均采用有毒有害的有机高分子手段，不但引进有毒害的物质，不利于健康和环保，而且增加了木材的可燃烧性。以上木质材料改性剂均采用有机高分子手段，不但在改性加工过程中和产品中引进有毒害的物质，不利于环保，而且增加木材的可燃性。
发明内容
为解决已有技术存在的问题，本发明提出一种采用无机分子材料，对木材进行改性处理，使木材的物理、力学、防火性能有显著提高的一种改性复合木质材料及其制备方法。为实现本发明的目的，本发明所采取的技术方案是改性复合木质材料，在木质材料中加入原料和流体媒介，其原料是含有硅、氮、磷、镁、硼的中的至少三种以上元素的化合物原料；流体媒介包括水、甲醇、乙醇；化合物原料和流体媒介的质量比是硅化合物(T12 氮化合物(T50 :磷化合物(T50 :镁化合物(T50 :硼化合物(Tl2 :流体媒介2(T80 ;木质材料是软木、速生木或是劣质木材。改性复合木质材料的制备方法，采用化合物原料和液体媒介混合化合物原料和液体媒介加入反应釜进行搅拌混合直到混合均匀，所采用的混合过程包括常温常压进行搅拌混合；常温加压I. r3. 5 ATM进行搅拌混合；加温30°C 120°C常压搅拌混；加温 300C 120°C、加压I. I 3. 5 ATM搅拌混合，混合时间为I 24小时。冷却、固液分离混合结束后，将上述得到的混合物导入冷却系统，利用循环冷却水进行冷却，然后进行固液分离， 所得液体为液体改性剂。木质材料与液体改性剂复合液体改性剂通过吸附、去挥发份过程加入到木材的纤维空隙中，获得改性复合木质材料。本发明的有益效果是利用具有良好渗透力的分子/近分子级的改性剂，将木材增强改性材料在分子 近分子水平引入木纤维间的空隙，起到木纤维加固的作用，将劣质木材转化为与高品质木材相媲美的改性复合木材，实现变废为宝、资源有效利用，为解决木材资源严重短缺的问题提供有效的手段。采用含有硅、氮、磷、镁、硼元素的多组份原料，在流体媒介中经过混合过程制备成具有良好渗透力的木材改性剂。这样获得的改性复合木质材料具有优越的穿透木纤维间微观空隙的深入渗透功能，制备出物理性能优越的改性复合木质材料，具有可部分替代贵重木材的应用价值。下面结合实施例对本发明做进一步说明。
具体实施例方式改性复合木质材料，在木质材料材中加入含有硅、氮、磷、镁、硼元素中的至少三种以上的原料，原料是含有硅、氮、磷、镁、硼的中的至少三种以上元素的化合物原料；流体媒介包括水、甲醇、乙醇；化合物原料和流体媒介的质量比是硅化合物(Γ12 :氮化合物(Γ50 磷化合物(Γ50 :镁化合物(Γ50 :硼化合物(Γ12 :流体媒介2(Γ80 ;所述的木质材料是软木、 速生木或是劣质木材；改性剂是具有良好渗透力的分子或近分子级的改性剂。在木质材料中加入的硅原料包括二氧化硅、硅酸钠、八(四甲基铵)Q8。在木质材料中加入的氮原料包括硝酸、硝酸镁、硝酸钾、硝酸钠、硝酸铁、硝酸铵、 亚硝酸、亚硝酸镁、亚硝酸钾、亚硝酸钠、亚硝酸铁、亚硝酸铵、甲基胺、乙基胺、丙基胺、丁基胺、氨基三乙酸、异丙基胺、戊基胺、乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二钠盐、二甲基胺、二乙基胺、二丙基胺、二丁基胺、二异丙基胺、二戊基胺、乙二胺、丙二胺、丁二胺、戊二胺、己二胺、 苯胺、阱、水合阱、醋酸胺、草酸胺、乙醇胺、胆胺、三甲基胺、三乙基胺、三丙基胺、三丁基胺、 三异丙基胺、三戊基胺、氨气、氨水、磷酸氢铵、硫酸铵、硫酸氢铵、氯化铵、溴化铵、四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵、四甲基氯化铵、四乙基氯化铵、四丙基氯化铵、四丁基氯化铵。在木质材料中加入的磷原料包括磷酸纳、磷酸氢钠、磷酸二氢钠、磷酸铵、磷酸氢铵、磷酸二氢铵、磷酸、磷酸钙、磷酸钾、多聚磷酸铵、多聚磷酸钾、多聚磷酸钠。在木质材料中加入的镁原料包括硫酸镁、氯化镁、硝酸镁、醋酸镁、磷酸镁、柠檬酸镁。在木质材料中加入的硼原料包括硼砂、水合硼酸镁、偏硼酸钙、偏硼酸钠、硼酸、 硼酸锌、磷酸硼、三氧化二硼、氟硼酸。改性复合木质材料的制备方法
化合物原料和液体媒介混合化合物原料和液体媒介加入反应釜进行搅拌混合直到混合均匀，所采用的混合过程包括常温常压进行搅拌混合；常温加压I. Γ3. 5 ATM进行搅拌混合；加温30°C 120°C常压搅拌混；加温30°C 120°C、加压I. Γ3. 5 ATM搅拌混合，混合时间为Γ24小时；
冷却、固液分离混合结束后，将上述得到的混合物导入冷却系统，利用循环冷却水进
4行冷却，然后进行固液分离，所得液体为液体改性剂；
木质材料与液体改性剂复合液体改性剂通过吸附、去挥发份过程加入到木材的纤维空隙中，获得改性复合木质材料。固液分离包括留心分离、减压过滤、常压过滤、加压过滤。吸附过程包括喷淋、涂刷、浸泡过程中的一种或几种，浸泡时间为ItTlSO天。去挥发份过程包括常温常压挥发、常温负压挥发、升温常压排风挥发、升温常压无排风挥发、升温负压挥发过程中的一种或几种。实现改性复合木质材料制备方法的制备方法的具体步骤
化合物原料和液体媒介加入反应釜混合搅拌混匀；
加热混匀结束后，开启加热棒进行加热，反应时间为广24小时，温度30°C ^120°C，压力 I 3. 5 ATM ；
固液离心分离反应结束后，将上述得到的中间产品导入冷却系统，利用循环冷却水进行冷却；
将上述冷却完全的中间产品导入离心分离系统，进行固液分离，离心分离系统中得到的液体为木质材料液体改性剂；
渗透浸泡将木质材料送入渗透浸泡系统，进行浸泡，浸泡时间为lh-180天；
渗透浸泡结束后，将木质材料送入烘干系统，烘干温度为50-18(TC，经过充分烘干，得到改性磷酸铵、硫酸复合木质材料。实施例I :
取一个5000毫升圆底烧瓶，加入2500毫升水、6克Q8TMA8、400克聚磷酸铵、100. 15 克硫酸氢铵，混合均匀；加上水冷凝管，加热回馏4小时；停止加热；抽过滤，液体为木材改性齐U。将一块12cm X 30cm X 3cm的杨木浸泡在获得的木材液体改性剂中，在45°C、600mmHg 条件下浸泡4小时，再解除真空，取出木材，放置到无滴落物流出，在50°C的压条件下干燥至恒重获得改性复合木质材料。实施例2
取一个5000毫升圆底烧瓶，加入2500毫升水、4克8000目超细磷酸硼粉体、400克硝酸镁、66克磷酸二氢铵、140克偏硼酸钙，混合均匀；加上水冷凝管，在85°C加热搅拌两小时；停止加热；抽过滤,得液体为木材液体改性剂。将一块12cm X 30cm X 3cm的杨木在25°C的常压下浸泡，这样获得的木材液体改性剂中两小时，取出木块，放置到无滴落物流出，在50°C的常压条件下干燥至恒重获得改性复合木质材料。实施例3
取一个5000毫升圆底烧瓶，加入2500毫升水、100毫升甲醇、5克Q8TMA8、25克硅酸钠、31. 30克硝酸镁、15. 0克磷酸钾、85克硼砂，混合均匀；加上水冷凝管，在6(T75°C加热搅拌两小时；停止加热后抽过滤,所得液体为木材液体改性剂。将一块12cm X 30cm X 3cm的白松木在25°C、常压浸泡在这样获得的木材液体改性剂中六小时，取出木块，放置到无滴落物流出，在室温、常压条件下干燥至恒重获得改性复合木质材料。
权利要求
1.改性复合木质材料，包括木质材料、改性剂，其特征在于在木质材料中加入原料和流体媒介，所述的原料是含有硅、氮、磷、镁、硼中的至少三种以上元素的化合物原料；所述的流体媒介包括水、甲醇、乙醇；化合物原料和流体媒介的质量比是硅化合物(Γ12 :氮化合物(Γ50 :磷化合物(Γ50 :镁化合物(Γ50 :硼化合物(Γ12 :流体媒介2(Γ80 ;所述的木质材料是软木、速生木或是劣质木材；所述的改性剂是具有良好渗透力的改性剂。
2.根据权利要求I所述的改性复合木质材料，其特征在于在木质材料中加入的硅原料包括二氧化硅、硅酸钠、八(四甲基铵)Q8。
3.根据权利要求I所述的改性复合木质材料，其特征在于在木质材料中加入的氮原料包括硝酸、硝酸钾、硝酸钠、亚硝酸、亚硝酸钾、亚硝酸钠、丙基胺、丁基胺、异丙基胺、乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二钠盐、二甲基胺、二乙基胺、二丙基胺、二丁基胺、二异丙基胺、二戊基胺、乙二胺、丙二胺、丁二胺、戊二胺、己二胺、苯胺、阱、水合阱、醋酸胺、草酸胺、乙醇胺、胆胺、三甲基胺、三乙基胺、三丙基胺、三丁基胺、三异丙基胺、三戊基胺、氨气、氨水、磷酸氢铵、硫酸铵、硫酸氢铵、氯化铵、溴化铵、四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵、四甲基氯化铵、四乙基氯化铵、四丙基氯化铵、四丁基氯化铵。
4.根据权利要求I所述的改性复合木质材料，其特征在于在木质材料中加入的磷原料包括磷酸纳、磷酸氢钠、磷酸二氢钠、磷酸铵、磷酸氢铵、磷酸二氢铵、磷酸、磷酸钙、磷酸钾、多聚磷酸铵、多聚磷酸钾、多聚磷酸钠。
5.根据权利要求I所述的改性复合木质材料，其特征在于在木质材料中加入的镁原料包括硫酸镁、氯化镁、硝酸镁、醋酸镁、磷酸镁、柠檬酸镁。
6.根据权利要求I所述的改性复合木质材料，其特征在于在木质材料中加入的硼原料包括硼砂、水合硼酸镁、偏硼酸钙、偏硼酸钠、硼酸、硼酸锌、磷酸硼、三氧化二硼、氟硼酸。
7.根据权利要求I所述的改性复合木质材料的制备方法，其特征在于化合物原料和液体媒介混合化合物原料和液体媒介加入反应釜进行搅拌混合直到混合均匀，所采用的混合过程包括常温常压进行搅拌混合；常温加压I. Γ3. 5 ATM进行搅拌混合；加温30°C 120°C常压搅拌混；加温30°C 120°C、加压I. Γ3. 5 ATM搅拌混合，混合时间为Γ24小时；冷却、固液分离混合结束后，将上述得到的混合物导入冷却系统，利用循环冷却水进行冷却，然后进行固液分离，所得液体为液体改性剂；木质材料与液体改性剂复合液体改性剂通过吸附、去挥发份过程加入到木材的纤维空隙中，获得改性复合木质材料。
8.根据权利要求7所述的改性复合木质材料的制备方法，其特征在于所述的固液分离包括离心分离、减压过滤、常压过滤、加压过滤。
9.根据权利要求7所述的一种改性复合木质材料的制备方法，其特征在于所述的吸附过程包括喷淋、涂刷、浸泡过程中的一种或几种，浸泡时间为11Γ180天。
10.根据权利要求7所述的一种改性复合木质材料的制备方法，其特征在于所述的去挥发份过程包括常温常压挥发、常温负压挥发、升温常压排风挥发、升温常压无排风挥发、 升温负压挥发过程中的一种或几种。
全文摘要
一种改性复合木质材料，在木材中加入含有硅、氮、磷、镁、硼元素中的至少三种以上的化合物原料，其木材可以是软木、速生木或是劣质木材；其改性剂是具有良好渗透力的改性剂。改性复合木质材料的制备方法，是将原料和液体媒介加入反应釜混合搅拌、加热、固液分离，得到液体改性剂，液体改性剂通过吸附、去挥发份加入到木材的纤维空隙中，通过烘干获得改性复合木质材料。该改性复合木质材料，具有优越的力学、物理、防火功能，并具有可部分替代贵重木材的应用价值，实现变废为宝、资源有效利用。
文档编号B27K3/08GK102601832SQ201210081218
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月26日 优先权日2012年3月26日
发明者刘启波 申请人:辽宁美联复合材料有限公司