本發(fā)明涉及木材改性技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于速生木材的添加氧化石墨烯改性乳液的復(fù)合改性劑。
背景技術(shù)：
木材及木質(zhì)材料作為社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的重要生產(chǎn)資料,不僅廣泛應(yīng)用于日常生活中的各個(gè)領(lǐng)域,還廣泛應(yīng)用于交通、建筑和航天等工業(yè)領(lǐng)域。隨著世界范圍內(nèi)森林資源日益短缺,特別是珍貴木材數(shù)量日益銳減,近年來(lái)大量的速生樹種被廣泛種植滿足全球范圍內(nèi)的木材供應(yīng)。與天然林木相比,速生樹種受到生長(zhǎng)年限短等因素限制,導(dǎo)致早晚材差異很大,材質(zhì)疏松,力學(xué)性能較差,所以不通過(guò)處理人工速生林木材難以用在家具制造等經(jīng)濟(jì)高附加值領(lǐng)域。由于木材是一種天然的具有多孔性的高分子材料,由不同火小、形狀和不同連通情況的管狀單元交錯(cuò)連接而成,具有流體可滲透性,其特有的多孔狀結(jié)構(gòu)為木材改性提供了基礎(chǔ)。對(duì)速生林木進(jìn)行物理或化學(xué)改性處理, 不僅提高了速生林木的經(jīng)濟(jì)附加值,還起到了保護(hù)珍貴樹種資源的作用。木材改性是指利用物理、化學(xué)和機(jī)械等方法對(duì)木材原木進(jìn)行工藝性處理,使木材密度、硬度、強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性等物理力學(xué)性質(zhì)等得到良好的改善?；瘜W(xué)改性是速生林木改性的主要手段,其中改性過(guò)程中的化學(xué)浸漬藥液的選擇及浸漬材的干燥工藝是國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究重點(diǎn)。但是隨著人民生活水平的提高和環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng),從對(duì)人類健康角度出發(fā),如何減少化學(xué)浸漬藥液在改性材的殘留是化學(xué)改性速生林木急需解決的問(wèn)題, 因此如何將速生林木功能化改良一體化研究朝向綠色環(huán)保及功能化是本論文及今后速生林木改性的新方向。
《復(fù)合改性劑對(duì)速生楊木和椿木改性效應(yīng)及機(jī)理研究》一文中通過(guò)自主合成低分子改性氮徑甲基預(yù)聚體與二羥甲基二羥基乙烯脲進(jìn)行復(fù)合，通過(guò)添加多種穩(wěn)定劑制成多功能型化學(xué)改性劑，對(duì)改性前后的木材理化性質(zhì)和改性機(jī)理進(jìn)行了初步研究,通過(guò)浸漬干燥處理后的改性材的主要力學(xué)強(qiáng)度改善效果明顯,熱穩(wěn)定性得到提高，同時(shí)改性劑浸漬到木材內(nèi)部時(shí),可以發(fā)生自身縮合作用形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),改性劑在木材內(nèi)部充當(dāng)強(qiáng)度較高的填充物,尤其對(duì)尺寸穩(wěn)定性和力學(xué)性質(zhì)改善作用較為明顯。雖然改性后的速生木材在力學(xué)性能上有所提高，但是由于其對(duì)吸水性的降低不夠明顯影響了速生木材在戶外家具、戶外木器材領(lǐng)域的應(yīng)用，需要對(duì)其復(fù)合改性劑進(jìn)一步進(jìn)行改性，還希望能夠具有其他附加性能以滿足戶外家具等對(duì)速生木材的需求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的就是為了彌補(bǔ)已有技術(shù)的缺陷，提供一種用于速生木材的添加氧化石墨烯改性乳液的復(fù)合改性劑。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
一種用于速生木材的添加氧化石墨烯改性乳液的復(fù)合改性劑，由下列重量份的原料制備制成：甲醛3-3.5、尿素2-3、六亞甲基四胺1.5-2、馬來(lái)酸酐0.02-0.03、醋酸適量、氨水適量、去離子水適量、固含量為42wt%的二羥甲基二羥基乙烯脲20-23、六水合氯化鎂1.5-2、硅溶膠10-11、氧化石墨烯3-4、甲基丙烯酸甲酯7-8、丙烯酸丁酯3-4、壬基酚聚十氧化乙烯基醚0.8-1、焦亞磷酸鈉1.5-2、過(guò)硫酸鉀0.1-0.12。
所述一種用于速生木材的添加氧化石墨烯改性乳液的復(fù)合改性劑，由以下具體步驟制成：
（1）將甲醛、尿素、六亞甲基四胺放入反應(yīng)釜中，加入馬來(lái)酸酐，邊攪拌邊加熱至完全溶解，加入總量1.5-2倍量的去離子水，加熱至70-80℃，攪拌反應(yīng)3-4小時(shí)后用醋酸和氨水調(diào)節(jié)pH值為7，結(jié)束反應(yīng)；
（2）將壬基酚聚十氧化乙烯基醚溶解于30-40倍量的去離子水中，水浴加熱至40-50℃，繼續(xù)加入焦亞磷酸鈉，攪拌至完全溶解后加入一半量的甲基丙烯酸甲酯與丙烯酸丁酯混合物，以600-800轉(zhuǎn)/份速度攪拌20-30分鐘后升溫至70-80℃，緩慢滴加過(guò)硫酸鉀，再加入余下的甲基丙烯酸甲酯與丙烯酸丁酯混合物，保溫?cái)嚢璺磻?yīng)90-120分鐘待用；將氧化石墨烯加入2-3倍量的去離子水中，超聲分散30-40分鐘形成懸浮液后加入上述反應(yīng)體系中，以800-1000轉(zhuǎn)/分的速度攪拌20-30分鐘，得到復(fù)合乳液；
（3）將固含量為42wt%的二羥甲基二羥基乙烯脲與硅溶膠混合，以500-600轉(zhuǎn)/分的速度攪拌10-15分鐘后加入步驟（1）步驟（2）得到的產(chǎn)物以及其余剩余成分，繼續(xù)超聲分散15-20分鐘，即得。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：本發(fā)明通過(guò)一定的工藝將甲醛、尿素、六亞甲基四胺進(jìn)行反應(yīng)生成預(yù)聚體，再通過(guò)與二羥甲基二羥基乙烯脲、硅溶膠、氯化鎂進(jìn)行復(fù)配，經(jīng)過(guò)超聲處理后可以形成溶膠型復(fù)合改性劑，其中Si-0-Si骨架結(jié)構(gòu)對(duì)改性劑體系起到穩(wěn)定作用，通過(guò)對(duì)木材進(jìn)行浸漬處理，可以顯著提高木材浸漬改性率，提高了木材的增重率；復(fù)合改性劑能夠在木材浸漬過(guò)程中很好的分散于木材的細(xì)胞壁微孔結(jié)構(gòu),在隨后的加熱干燥中與木材化學(xué)組分中的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等發(fā)生原位凝膠聚合反應(yīng),化學(xué)反應(yīng)最終使他們之間的官能團(tuán)可以連接形成共價(jià)鍵,共價(jià)鍵非常牢固,因而改性速生木材的抗彎強(qiáng)度、抗彎彈性模量和順紋抗壓強(qiáng)度都有很大的提高；同時(shí)復(fù)合改性劑還可以與木材的主要化學(xué)成分纖維素、半纖維素和木質(zhì)素發(fā)生醚化反應(yīng),該類反應(yīng)可以減少木材中親水性羥基,從而顯著降低了木材吸濕性。
本發(fā)明通過(guò)共混制備了聚丙烯酸酯乳液，然后添加氧化石墨烯進(jìn)行復(fù)配得到了復(fù)合乳液，配合硅溶膠等成分的添加，制成本發(fā)明產(chǎn)品，本發(fā)明改性劑質(zhì)量均勻、性質(zhì)穩(wěn)定，容易存儲(chǔ)，用于速生木材的改性，能夠通過(guò)浸漬漿有效成分均勻地滲透到木材內(nèi)部以及分散在木材表面，改善了速生木材抗壓強(qiáng)度低、容易磨損的缺點(diǎn)，使得改性后的木材具有高硬度、高強(qiáng)度、極佳的耐磨性，同時(shí)吸水率降低，能夠阻擋外界水份進(jìn)行木材內(nèi)部而引起的腐敗，非常適合用此木材制造戶外家具、器材，降低了生產(chǎn)成本，同時(shí)拓寬了速生木材的使用范圍。
具體實(shí)施方式
一種用于速生木材的添加氧化石墨烯改性乳液的復(fù)合改性劑，由下列重量份（公斤）的原料制備制成：甲醛3、尿素2、六亞甲基四胺1.5、馬來(lái)酸酐0.02、醋酸適量、氨水適量、去離子水適量、固含量為42wt%的二羥甲基二羥基乙烯脲20、六水合氯化鎂1.5、硅溶膠10、氧化石墨烯3、甲基丙烯酸甲酯7、丙烯酸丁酯3、壬基酚聚十氧化乙烯基醚0.8、焦亞磷酸鈉1.5、過(guò)硫酸鉀0.1。
所述一種用于速生木材的添加氧化石墨烯改性乳液的復(fù)合改性劑，由以下具體步驟制成：
（1）將甲醛、尿素、六亞甲基四胺放入反應(yīng)釜中，加入馬來(lái)酸酐，邊攪拌邊加熱至完全溶解，加入總量1.5倍量的去離子水，加熱至70℃，攪拌反應(yīng)3小時(shí)后用醋酸和氨水調(diào)節(jié)pH值為7，結(jié)束反應(yīng)；
（2）將壬基酚聚十氧化乙烯基醚溶解于30倍量的去離子水中，水浴加熱至40℃，繼續(xù)加入焦亞磷酸鈉，攪拌至完全溶解后加入一半量的甲基丙烯酸甲酯與丙烯酸丁酯混合物，以600轉(zhuǎn)/份速度攪拌20分鐘后升溫至70℃，緩慢滴加過(guò)硫酸鉀，再加入余下的甲基丙烯酸甲酯與丙烯酸丁酯混合物，保溫?cái)嚢璺磻?yīng)90分鐘待用；將氧化石墨烯加入2倍量的去離子水中，超聲分散30分鐘形成懸浮液后加入上述反應(yīng)體系中，以800轉(zhuǎn)/分的速度攪拌20分鐘，得到復(fù)合乳液；
（3）將固含量為42wt%的二羥甲基二羥基乙烯脲與硅溶膠混合，以500轉(zhuǎn)/分的速度攪拌10分鐘后加入步驟（1）步驟（2）得到的產(chǎn)物以及其余剩余成分，繼續(xù)超聲分散15分鐘，即得。
將速生木材加工成一定規(guī)格的單板，干燥至含水率為 6-10%，放入真空壓力浸漬罐中，抽真空至-0.01MPa 后，保持30-40分鐘，然后快速注入本發(fā)明改性劑，繼續(xù)保持40-50分鐘，之后加壓至0.89-0.9 MPa保持15-20分鐘；將板材取出后，置于室內(nèi)環(huán)境氣干至含水率低于30%，然后放入烘箱，先在80-90℃下干燥6-8小時(shí)，再在120-130℃下固化4-5小時(shí)，冷卻后出料得到改性后的速生木材。將改性后的速生木材與未改性木材進(jìn)行比較，絕干密度提高了65.4%，抗彎強(qiáng)度提高了63.3%，順紋抗壓強(qiáng)度提高了16.6%,終吸水率降低了34.7%。