一種木材增強防水改性液及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及木材改性技術領域，具體涉及一種木材增強防水改性液及其制備方 法。
【背景技術】
[0002] 隨著國家經濟建設的發展及人民生活水平的提高，人們對木材的需求量越來越 大。而天然林保護工程的實施，使得木材供求矛盾更加突出。為緩解供需矛盾，我國已營造 了大面積的工業人工林。人工林木材雖然有速生豐產等優點，但是人工速生林木材的物理 力學性能較差，密度低，材質松軟，易產生干縮變形。
[0003] 為了拓展人工林木材的應用范圍，提高人工林木材的經濟價值，人們用各種方法 對人工速生林木材進行改性。目前研宄較多的是采用熱固性樹脂對木材進行浸漬處理，熱 固性合成樹脂在固化后耐水性強，不流失，而且強度高，受熱不軟化，適用于浸漬木材。用 于浸漬木材的合成樹脂必須具有粘度低的特點，否則無法對木材進行充分浸漬。聚合度的 高低是決定樹脂浸漬處理效果好壞的主要因素，所以應采用低聚合度的初期樹脂。目前已 有許多不同類型的樹脂能成功地在木材內部聚合，如酚醛樹脂（PF)、脲醛樹脂（UF)、三聚 氰胺甲醛（MF)以及異氰酸酯等。具體的浸漬處理方式是將木材浸漬在水溶性低分子量的 樹脂溶液中，樹脂擴散進入木材細胞中并使木材增容，經干燥除去水分，樹脂由于加熱而固 化，生成不溶于水的聚合物，沉積填充于細胞內，或與木材組分發生交聯，從而使木材密度 增大、硬度及強度提高、尺寸穩定性改善。
[0004] 隨著人們環保意識的增強，木材改性專家把目光投向較為環保的熱處理木，主要 為炭化木，利用高溫（200°C左右）處理木材，提高了木材尺寸穩定性，其中比較典型的有以 下四種熱處理工藝： 1、芬蘭的Thermwood工藝 Thermwood工藝方法分3個階段進行：第一階段，采用熱和蒸汽使干燥窯內木材升溫， 并在高溫下干燥使木材的濕度降為零，干燥窯的溫度快速升溫至l〇〇°C左右，之后平穩升 溫至130°C ;第二階段為高溫熱處理木材階段，即干燥窯內的溫度升高并保持為185°C~ 230°C，當達到目標溫度后，保持在該溫度下熱處理2h~3h ;第三階段為冷卻和調濕處理階 段，即將熱處理后木材用噴水系統進行降溫；當溫度降低至80°C~90°C時，重新調節濕度 使木材含水率達到4%~7%。Thermwood工藝主要處理樹種為松木、杉木、楊木及樺木。熱 處理后的木材主要用于室外，例如：甲板、柵欄、庭院家具、門、窗等。室內用作廚房家具、正 廳及面板等。
[0005] 2、荷蘭的 Plato Wood 工藝 Plato Wood工藝既可以處理生材又可以處理氣干材，該工藝分四步進行：第一步，水熱 處理（hydrothermolysis):常壓條件下，將木材置于溫度為160°C~190°C的潮濕環境中， 處理4h~5h ;第二步，木材干燥：用3天~5天時間，用傳統干燥工藝將木材干燥至含水 率低于10% ;第三步，熱處理：將木材加熱至170°C~190°C，處理時間為14h~16h ;第四 步，通常是將木材平衡含水率提高，使之與大氣環境中的相當。這種處理方法已經被阿納姆 (荷蘭）工廠應用于商業化生產，年生產能力達35000m3。
[0006] 3、法國有兩種生產工藝〖Rectification工藝和Boisperdure工藝 Rectification工藝是在200°C~240°C的氮氣中處理木材，處理材的含水率為12% ; 而Boisperdure工藝是在200°C~240°C的水蒸氣中快速干燥生材。
[0007] 4、德國的OHT處理工藝 OHT處理工藝采用油作為熱處理介質，在高溫下處理木材。首先將木材放入一個充滿熱 油的密閉容器中處理18h~24h。油具有良好的導熱及絕氧能力。但不利條件是，油將浸入 木材內部使木材重量增加50%~70%，且熱處理材有油煙味。
[0008] 上述四種熱處理工藝過程繁雜，工藝條件苛刻，控制困難，產品質量的穩定性難以 保證，有的處理工藝還需要特殊的熱處理介質，例如：法國的Rectification工藝需要氮 氣，德國的OHT處理工藝需要油作為熱處理介質。
[0009] 雖然木材經熱處理改性后能提高其尺寸的穩定性，木材中的平衡含水率下降，耐 腐性能也有所增加，膠結性能提高，木材顏色變深，改善了外觀較差的木材外觀，然而熱處 理后的木材的物理力學性能下降，木材強度值下降較大，如：抗彎強度降低、表面潤濕性能 下降等，且現有改性木材的防水性較差，很大程度上限制了炭化木的應用范圍。

【發明內容】

[0010] 為了克服現有技術中存在的缺點和不足，本發明的目的在于提供一種木材增強防 水改性液，該改性液可以提高木材的強度和防水性能，且改性后的木材防腐、防蟲蛀、防霉 變、阻燃、防變形和防開裂性能得到大幅度提升；其密度、硬度、抗彎強度和彈性模量均較 好，可以提升木材的使用性能和延長木材的使用壽命；還具有隔熱絕緣、調溫和調濕等自然 屬性，色澤鮮艷、明亮，物理條紋立體感強，板材顏色通透自然。
[0011] 本發明的另一目的在于提供一種木材增強防水改性液的制備方法，該制備方法工 藝簡單，操作控制方便，質量穩定，生產效率高，可大規模工業化生產。
[0012] 本發明的目的通過下述技術方案實現：一種木材增強防水改性液，包括如下重量 份的原料： 三聚氰胺改性脲醛樹脂 10-30份 糊精 4-8份 納米改性劑 1-5份 防水劑 0. 5-1. 5份 助劑 1-5份 水 60-100 份。
[0013] 本發明的改性液可以提高木材的強度和防水性能，且改性后的木材防腐、防蟲蛀、 防霉變、阻燃、防變形和防開裂性能得到大幅度提升；其密度、硬度、抗彎強度和彈性模量均 較好，可以提升木材的使用性能和延長木材的使用壽命；還具有隔熱絕緣、調溫和調濕等自 然屬性，色澤鮮艷、明亮，物理條紋立體感強，板材顏色通透自然。
[0014] 優選的，所述三聚氰胺改性脲醛樹脂的制備包括如下步驟： a、按照以下重量份配比準備原料：三聚氰胺350~450、甲醇180~240、甲醛500~ 540、尿素 50 ~150 ; b、 將三聚氰胺和甲醛加入反應釜中，攪拌均勻后加入氫氧化鈉調節三聚氰胺和甲醛混 合溶液的PH值，加熱升溫進行反應，制得反應液，其中，調節后的pH值為9. 1~9. 5,反應溫 度為75°C~85°C，反應時間為30~50min ; c、 使反應釜內反應液溫度保持為65°C~75°C，然后加入氫氧化鈉溶液調節反應液的 pH值彡12 ; d、 向反應爸中加入甲醇和第一批尿素進行改性反應，反應50~70min后降低反應!!的 溫度至60°C~70°C，得到冷卻液；第一批尿素的加入量為尿素總量的10-80% ; e、 加入鹽酸，調節冷卻液的pH值至8. 5~9. 5,然后加入余量的尿素，攪拌，使尿素溶 解，得到混合液； f、 加入鹽酸調節混合液的pH值至7~8,然后保持混合液在溫度為55°C~65°C的條件 下反應40~80min后向反應釜中加入氫氧化鈉溶液調節pH值為10~11，降溫出料，制得 三聚氰胺改性脲醛樹脂。
[0015] 本發明的三聚氰胺改性脲醛樹脂浸漬木材后，樹脂擴散進入木材細胞中并使木材 增容，經干燥除去水分，樹脂由于加熱而固化，生成不溶于水的聚合物，沉積填充于細胞內， 或與木材組分發生交聯，從而使木材密度增大、硬度及強度提高、尺寸穩定性改善。
[0016] 優選的，所述納米改性劑是由納米二氧化硅和納米二氧化鈦以重量比1-3:1組成 的混合物。本發明通過采用納米二氧化硅和納米二氧化鈦作為納米改性劑復配使用，并控 制其重量比為1-3:1，可以提高木材的強度和硬度。
[0017] 優選的，所述防水劑為有機硅防水劑。
[0018] 優選的，所述助劑由下列重量份的原料制成：納米電氣石粉0. 5-0. 9份、羧甲基淀 粉鈉6-8份、羥乙基尿素12-16份、硅酸鋰1-2份、柴胡油1-2份、十二烷基苯磺酸鈉2-4份 和水30-50份；其制備方法為：先將羧甲基淀粉鈉、羥乙基尿素、硅酸鋰、十二烷基苯磺酸鈉 與水混合，攪拌至混合物料完全溶解，隨后加入柴胡油，攪拌分散40-50min，最后加入納米 電氣石粉，得到的混合溶液球磨1-1. 5h，得到穩定溶液，制得助劑。
[0019] 本發明的助劑通過采用上述原料，并嚴格控制各原料的重量配比，可以提高木材 的強度和韌性，并提高木材的防腐、防蟲蛀、防霉變、防水、防變形和防開裂性能。
[0020] 優選的，所述改性液還包括如下重量份的原料：壬基酚聚氧乙烯醚1-3份、有機蒙 脫土 1-2份、烷基聚葡糖苷1-2份、五氯苯酚0. 5-1. 5份、聚乙烯醇縮丁醛0. 5-1. 5份、硫 酸鋅0. 8-1. 2份、磷酸氫二銨0. 8-1. 2份和松香0. 4-0. 8份。上述原料的添加使得本發明 的浸漬液滲透力強，分布均勻，且性能穩定，吸濕性小，滲透入木材后不易流失，改性效果持 久，不影響木材紋理和色澤，改性后的木材強度、韌性等力學性能獲得一定提升，安全阻燃， 制作得到的木地板經久耐用，安全性能高。
[0021] 優選的，所述有機蒙脫土是由鈉基蒙脫土和十六烷基三甲基溴化銨以重量比 2-4:1組成的混合物。
[0022] 本發明的另一目的通過下述技術方案實現：一種木材增強防水改性液的制備方 法，將三聚氰胺改性脲醛樹脂、糊精和納米改性劑一起加入水中，加熱至70_80°