本发明公开了一种杀菌防开裂高强度木材的制备方法，属于木材领域。
背景技术：
木材现今已经得到广泛的应用，因其具有诸多优点，如强重比高、弹性好、耐冲
击、纹理色调丰富美观等。但与此同时，木材在使用的过程中也存在着许多不足之处，比如干缩湿胀的各向异性、容易腐朽和虫蛇、易燃烧等，这在很大程度上限制了木材的用途。而木材改性就是旨在改善或改变木材的物理、化学、力学性能和构造特征的物理或化学加工处理方法。其目的就是提高木材的天然耐腐性、耐酸性、耐碱性、阻燃性、力学性能和尺寸稳定性。木材改性的手段方法不同，工艺不同，所得到改性材的性能也千差万别。由于许多木材的特性是由内部化学结构决定的，所以很多改性方法是改变木材化学键连接以得到理想的物理和化学性能，此类方法称为化学改性。
木材因其独特的组成成分和具有的蜂窝状多孔结构而易吸水致膨胀变形，易解水致开裂翘曲，易受霉菌侵蚀致腐朽降解，易受火、侯影响致光热降解等但这些方法或是改性剂毒性高、有特殊异味、抗流失能力差、VOC释放大污染环境、 操作过程复杂、成本高，或是纳米颗粒的原位分散性差致使超疏水效果欠佳，或是只能改善木材的单一性能，木材纹孔通常被无定形物质沉积和形成完全结壳的纹孔膜等原因，渗透性差。
技术实现要素：
本发明主要解决的技术问题：针对木材因其独特的组成成分和具有的蜂窝状多孔结构而易吸水致膨胀变形，易解水致开裂翘曲，力学性能和尺寸稳定性差，通常被无定形物质沉积和形成完全结壳的纹孔膜等原因，渗透性差的问题，本发明一种杀菌防开裂高强度木材的制备方法，本发明选取木材经过水煮后放入压力罐中进行爆破处理，处理后干燥控制含水率，将木材浸泡在木材改性液中，木材改性液是由百合叶和茶籽粕提取的浓缩和烯丙基缩水甘油醚、二甲基乙酰胺、二甘醇、、氢氧化钠、磷酸氢二铵、环丙唑醇等物质制备而成，将浸泡后木材取出干燥，并在木材表面均匀喷涂十六烷基三甲氧基硅烷改性后的纳米二氧化硅溶胶，喷涂后干燥即可，本发明制备得到得木材力学性能和尺寸稳定性好，具有优异的杀菌防霉性能，抗湿胀系数高，长期使用不会产生开裂、翘曲的现象，而且制备得木材改性液安全环保，无甲醛释放。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
（1）分别称取50～70g百合叶和100～150g茶籽粕，晒干后粉碎、过筛得50～60目百合叶粉末和50～60目茶籽粕粉末，将粉末混合后搅拌均匀，并将混合粉末按固液比1:8与质量分数10%氨水混合，浸泡8～10h后抽滤，得滤渣；
（2）将上述滤渣冷冻干燥，将干燥物按固液比1:5与丙烷混合，用超临界二氧化碳在临界压力为4.2～4.5Mpa和临界温度为96～98℃的条件下萃取30～40min，萃取结束后离心分离得上清液，将上清液旋转蒸发去除丙烷溶剂后得浓缩液，备用；
（3）向500mL的三口烧瓶中分别加入3～5g纳米二氧化硅微球、120～150mL质量分数95%乙醇溶液，超声分散5～15min得分散液，向烧瓶中滴加3～5mL十六烷基三甲氧基硅烷，并将烧瓶放入水浴锅中，在60～80℃条件下搅拌反应2～3h，反应后离心分离得沉淀物，用甲苯冲洗3～5次后真空干燥，得改性纳米二氧化硅粉体，按固液比1:5和聚乙二醇混合后超声分散10～15min，得改性纳米二氧化硅溶胶，备用；
（4）按重量份数计，分别选取25～30份烯丙基缩水甘油醚、30～35份二甲基乙酰胺、20～25份步骤（2）备用的浓缩液、15～20份二甘醇、5～10份氢氧化钠、15～20份磷酸氢二铵、2～3份环丙唑醇、8～12份二癸基二甲基氯化铵和1～3份偶氮二异丁腈，在60～80℃条件下搅拌反应2～3h，反应后出料得木材改性液，备用；
（5）选取木材放入调温调湿箱中，在相对湿度100%和温度80～90℃条件下加热水煮处理3～5h，将水煮后的木材放入压力罐中，在压力为1.2～2.5MPa和温度为80～90℃的条件下进行爆破处理，当压力达到指定值后，迅速打开卸压阀，卸压直至常压，然后再升压，如此反复多次爆破处理20～30次后取出木材，在60～100℃烘箱中干燥至木材中的含水率为20～30%；
（6）将上述干燥后的木材浸渍在步骤（4）备用的木材改性液中，浸泡20～40min后取出并在温度90～105℃条件下烘箱干燥3～5h，干燥后在木材表面均匀喷涂一层步骤（3）备用的改性纳米二氧化硅溶胶，自然晾干1～3min后再喷涂下一层，重复喷涂4～6次，喷涂后在120～140℃条件下干燥3～5天，即可得到杀菌防开裂高强度木材。
本发明制备得到的的木材防腐抗菌性能达到92%以上，防腐等级达到耐腐级，木材的径向和弦向的抗湿胀系数分别达到40％以上、50％以上，径向吸湿胀率低于1.1％；弦向吸湿胀率低于1.2％，木材抗弯弹性模量为6.8～7.5Gpa，抗弯强度为85.6～90.3Mpa，抗压强度为45.8～50.2Mpa，表面硬度为2530～2810N，冲击韧性为26.8～30.2KJ/m2。
本发明的有益效果是：
（1）本发明制备得到得木材力学性能和尺寸稳定性好；
（2）本发明改性后的木材具有优异的杀菌防霉性能，防腐抗菌性能达到92%以上；
（3）本发明改性后的木材不易吸水，抗湿胀系数为40%以上，使用30年后不会产生开裂、翘曲的现象；
（4）本发明制备得木材改性液安全环保，无甲醛释放。
具体实施方式
首先分别称取50～70g百合叶和100～150g茶籽粕，晒干后粉碎、过筛得50～60目百合叶粉末和50～60目茶籽粕粉末，将粉末混合后搅拌均匀，并将混合粉末按固液比1:8与质量分数10%氨水混合，浸泡8～10h后抽滤，得滤渣；将上述滤渣冷冻干燥，将干燥物按固液比1:5与丙烷混合，用超临界二氧化碳在临界压力为4.2～4.5Mpa和临界温度为96～98℃的条件下萃取30～40min，萃取结束后离心分离得上清液，将上清液旋转蒸发去除丙烷溶剂后得浓缩液，备用；向500mL的三口烧瓶中分别加入3～5g纳米二氧化硅微球、120～150mL质量分数95%乙醇溶液，超声分散5～15min得分散液，向烧瓶中滴加3～5mL十六烷基三甲氧基硅烷，并将烧瓶放入水浴锅中，在60～80℃条件下搅拌反应2～3h，反应后离心分离得沉淀物，用甲苯冲洗3～5次后真空干燥，得改性纳米二氧化硅粉体，按固液比1:5和聚乙二醇混合后超声分散10～15min，得改性纳米二氧化硅溶胶，备用；按重量份数计，分别选取25～30份烯丙基缩水甘油醚、30～35份二甲基乙酰胺、20～25份备用的浓缩液、15～20份二甘醇、5～10份氢氧化钠、15～20份磷酸氢二铵、2～3份环丙唑醇、8～12份二癸基二甲基氯化铵和1～3份偶氮二异丁腈，在60～80℃条件下搅拌反应2～3h，反应后出料得木材改性液，备用；选取木材放入调温调湿箱中，在相对湿度100%和温度80～90℃条件下加热水煮处理3～5h，将水煮后的木材放入压力罐中，在压力为1.2～2.5MPa和温度为80～90℃的条件下进行爆破处理，当压力达到指定值后，迅速打开卸压阀，卸压直至常压，然后再升压，如此反复多次爆破处理20～30次后取出木材，在60～100℃烘箱中干燥至木材中的含水率为20～30%；将上述干燥后的木材浸渍在备用的木材改性液中，浸泡20～40min后取出并在温度90～105℃条件下烘箱干燥3～5h，干燥后在木材表面均匀喷涂一层备用的改性纳米二氧化硅溶胶，自然晾干1～3min后再喷涂下一层，重复喷涂4～6次，喷涂后在120～140℃条件下干燥3～5天，即可得到杀菌防开裂高强度木材。
实例1
首先分别称取50g百合叶和100g茶籽粕，晒干后粉碎、过筛得50目百合叶粉末和50目茶籽粕粉末，将粉末混合后搅拌均匀，并将混合粉末按固液比1:8与质量分数10%氨水混合，浸泡8h后抽滤，得滤渣；将上述滤渣冷冻干燥，将干燥物按固液比1:5与丙烷混合，用超临界二氧化碳在临界压力为4.2Mpa和临界温度为96℃的条件下萃取30min，萃取结束后离心分离得上清液，将上清液旋转蒸发去除丙烷溶剂后得浓缩液，备用；向500mL的三口烧瓶中分别加入3g纳米二氧化硅微球、120mL质量分数95%乙醇溶液，超声分散5min得分散液，向烧瓶中滴加3mL十六烷基三甲氧基硅烷，并将烧瓶放入水浴锅中，在60℃条件下搅拌反应2h，反应后离心分离得沉淀物，用甲苯冲洗3次后真空干燥，得改性纳米二氧化硅粉体，按固液比1:5和聚乙二醇混合后超声分散10min，得改性纳米二氧化硅溶胶，备用；按重量份数计，分别选取25份烯丙基缩水甘油醚、30份二甲基乙酰胺、20份备用的浓缩液、15份二甘醇、5份氢氧化钠、15份磷酸氢二铵、2份环丙唑醇、8份二癸基二甲基氯化铵和1份偶氮二异丁腈，在60℃条件下搅拌反应2h，反应后出料得木材改性液，备用；选取木材放入调温调湿箱中，在相对湿度100%和温度80℃条件下加热水煮处理3h，将水煮后的木材放入压力罐中，在压力为1.2MPa和温度为80℃的条件下进行爆破处理，当压力达到指定值后，迅速打开卸压阀，卸压直至常压，然后再升压，如此反复多次爆破处理20次后取出木材，在60℃烘箱中干燥至木材中的含水率为20%；将上述干燥后的木材浸渍在备用的木材改性液中，浸泡20min后取出并在温度90℃条件下烘箱干燥3h，干燥后在木材表面均匀喷涂一层备用的改性纳米二氧化硅溶胶，自然晾干1min后再喷涂下一层，重复喷涂4次，喷涂后在120℃条件下干燥3天，即可得到杀菌防开裂高强度木材。
本发明制备得到的的木材防腐抗菌性能达到92.5%；防腐等级达到耐腐级；木材的径向和弦向的抗湿胀系数分别达到42％、52％，径向吸湿胀率1.05％，弦向吸湿胀率1.1％；木材抗弯弹性模量为6.8Gpa，抗弯强度为85.6Mpa，抗压强度为45.8Mpa，表面硬度为2530N，冲击韧性为26.8KJ/m2。
实例2
首先分别称取60g百合叶和125g茶籽粕，晒干后粉碎、过筛得55目百合叶粉末和55目茶籽粕粉末，将粉末混合后搅拌均匀，并将混合粉末按固液比1:8与质量分数10%氨水混合，浸泡9h后抽滤，得滤渣；将上述滤渣冷冻干燥，将干燥物按固液比1:5与丙烷混合，用超临界二氧化碳在临界压力为4.3Mpa和临界温度为97℃的条件下萃取35min，萃取结束后离心分离得上清液，将上清液旋转蒸发去除丙烷溶剂后得浓缩液，备用；向500mL的三口烧瓶中分别加入4g纳米二氧化硅微球、135mL质量分数95%乙醇溶液，超声分散10min得分散液，向烧瓶中滴加4mL十六烷基三甲氧基硅烷，并将烧瓶放入水浴锅中，在70℃条件下搅拌反应2.5h，反应后离心分离得沉淀物，用甲苯冲洗4次后真空干燥，得改性纳米二氧化硅粉体，按固液比1:5和聚乙二醇混合后超声分散13min，得改性纳米二氧化硅溶胶，备用；按重量份数计，分别选取27份烯丙基缩水甘油醚、33份二甲基乙酰胺、23份备用的浓缩液、17份二甘醇、8份氢氧化钠、17份磷酸氢二铵、2份环丙唑醇、10份二癸基二甲基氯化铵和2份偶氮二异丁腈，在70℃条件下搅拌反应2.5h，反应后出料得木材改性液，备用；选取木材放入调温调湿箱中，在相对湿度100%和温度85℃条件下加热水煮处理4h，将水煮后的木材放入压力罐中，在压力为2.2MPa和温度为85℃的条件下进行爆破处理，当压力达到指定值后，迅速打开卸压阀，卸压直至常压，然后再升压，如此反复多次爆破处理25次后取出木材，在80℃烘箱中干燥至木材中的含水率为25%；将上述干燥后的木材浸渍在备用的木材改性液中，浸泡30min后取出并在温度100℃条件下烘箱干燥4h，干燥后在木材表面均匀喷涂一层备用的改性纳米二氧化硅溶胶，自然晾干2min后再喷涂下一层，重复喷涂5次，喷涂后在130℃条件下干燥4天，即可得到杀菌防开裂高强度木材。
本发明制备得到的的木材防腐抗菌性能达到93%，防腐等级达到耐腐级，木材的径向和弦向的抗湿胀系数分别达到43％、53％，径向吸湿胀率1.0％；弦向吸湿胀率1.0％，木材抗弯弹性模量为7.2Gpa，抗弯强度为87.6Mpa，抗压强度为47.8Mpa，表面硬度为2680N，冲击韧性为28.5KJ/m2。
实例3
首先分别称取70g百合叶和150g茶籽粕，晒干后粉碎、过筛得60目百合叶粉末和60目茶籽粕粉末，将粉末混合后搅拌均匀，并将混合粉末按固液比1:8与质量分数10%氨水混合，浸泡10h后抽滤，得滤渣；将上述滤渣冷冻干燥，将干燥物按固液比1:5与丙烷混合，用超临界二氧化碳在临界压力为4.5Mpa和临界温度为98℃的条件下萃取40min，萃取结束后离心分离得上清液，将上清液旋转蒸发去除丙烷溶剂后得浓缩液，备用；向500mL的三口烧瓶中分别加入5g纳米二氧化硅微球、150mL质量分数95%乙醇溶液，超声分散15min得分散液，向烧瓶中滴加5mL十六烷基三甲氧基硅烷，并将烧瓶放入水浴锅中，在80℃条件下搅拌反应3h，反应后离心分离得沉淀物，用甲苯冲洗5次后真空干燥，得改性纳米二氧化硅粉体，按固液比1:5和聚乙二醇混合后超声分散15min，得改性纳米二氧化硅溶胶，备用；按重量份数计，分别选取30份烯丙基缩水甘油醚、35份二甲基乙酰胺、25份备用的浓缩液、20份二甘醇、10份氢氧化钠、20份磷酸氢二铵、3份环丙唑醇、12份二癸基二甲基氯化铵和3份偶氮二异丁腈，在80℃条件下搅拌反应3h，反应后出料得木材改性液，备用；选取木材放入调温调湿箱中，在相对湿度100%和温度90℃条件下加热水煮处理5h，将水煮后的木材放入压力罐中，在压力为2.5MPa和温度为90℃的条件下进行爆破处理，当压力达到指定值后，迅速打开卸压阀，卸压直至常压，然后再升压，如此反复多次爆破处理30次后取出木材，在100℃烘箱中干燥至木材中的含水率为30%；将上述干燥后的木材浸渍在备用的木材改性液中，浸泡40min后取出并在温度105℃条件下烘箱干燥5h，干燥后在木材表面均匀喷涂一层备用的改性纳米二氧化硅溶胶，自然晾干3min后再喷涂下一层，重复喷涂6次，喷涂后在140℃条件下干燥5天，即可得到杀菌防开裂高强度木材。
本发明制备得到的的木材防腐抗菌性能达到94%，防腐等级达到耐腐级，木材的径向和弦向的抗湿胀系数分别达到44％、54％，径向吸湿胀率0.95%；弦向吸湿胀率1.0％，木材抗弯弹性模量为7.5Gpa，抗弯强度为90.3Mpa，抗压强度为50.2Mpa，表面硬度为2810N，冲击韧性为30.2KJ/m2。