一种防腐压缩改性木材及其制备方法与流程

2021-01-12 11:01:27|

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本发明涉及木材防腐技术领域，具体是一种防腐压缩改性木材及其制备方法。

背景技术：

木材防腐处理方法是应用于木材、木材制品，以抑制或阻止真菌、昆虫和海生钻孔动物等生物在木材中生长与繁殖的一类化学药剂。对木材进行防腐处理，可延长木制品的使用年限，减少木材需求量，是保护森林资源的重要途径。

木材是国家建设和人们日常生活用品的重要原料之一，例如用于建筑材料、工业材料等。随着人们生活水平的提高，对木材的需求量也日益增加。木材是一种天然有机材料，具有明显的生物特性，易被菌、虫、海生钻孔虫等生物侵袭。所以木材的长期使用特别是长期户外使用受到很大的限制。腐败生物会引起木材的腐烂，使其受到破坏。在使用前，根据不同的应用环境，选用合适的防腐剂，进行恰当的处理，则可以有效地延缓木材腐朽。我国可采伐使用的森林资源十分有限，寄希望于使用大量外汇进口木材是不现实的。对木材进行防腐处理，延长木制品的使用年限，是节约木材、保护森林资源的重要途径之一。目前世界各国使用的木材防腐剂主要是cca防腐剂，该类防腐剂由于含有砷、铬等物质而具有毒性，不利于环境保护，在一些国家已严格限制使用。

传统的防腐处理是在木材的表面涂饰或粘贴贴面材料等外包法，这些方法可以短时间保证木材的使用寿命，但却不能长时间延长其使用寿命。现有的压力法处理木材时，是直接将防腐剂压入木材的细胞内，这样破坏了树木内部的结构。

由于防腐处理木材具有强重比大、加工性能好、防生物危害能力强、纹理自然、美观等优势，已逐渐成为户外园林木制品的首选材料之一。然而，防腐处理木材在户外使用过程中，由于受到各种气候条件的影响，如阳光的照射、雨水的冲淋、风沙的侵蚀等，表面会逐渐变得粗糙，颜色变得暗淡，并出现翘曲、开裂等现象，严重影响了防腐处理木材的正常使用，增加了后期维修成本，并对防腐木结构的安全埋下隐患。对防腐处理木材进行合理的耐候处理，是有效提高其抗老化能力的重要途径，对延长防腐木制品的使用寿命、降低其维护成本具有非常重要的意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种防腐压缩改性木材及其制备方法，以解决现有技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种防腐压缩改性木材，包括以下重量份数的原料组成：20～30份改性海藻酸钠液，5～8份豆甾醇，1～2份脂肪酶，5～8份油酸，3～5份对苯二甲醛，3～5份亚麻油，2～3份磷脂，5～8份硫酸钠溶液，10～20份二次处理木材。

所述磷脂为牛奶磷脂，大豆磷脂或蛋黄磷脂中的任意一种。

所述改性海藻酸钠液包括以下重量份数的原料组成：1～2份海藻酸钠，0.1～0.2份高碘酸钠，80～100份水。

所述二次处理木材包括以下重量份数的原料组成：20～30份一次处理木材，8～10份钛酸四丁酯，20～30份无水乙醇。

所述一次处理木材包括以下重量份数的原料组成：20～30份预处理木材，30～50份改性处理菌液，2～3份尿素，3～5份硝酸钙溶液。

所述改性处理菌液包括以下重量份数的原料组成：2～3份巴氏芽孢杆菌，1～2份磷脂，2～3份聚乙二醇，20～30份水。

所述木材为杨木，松木或桦木中的任意一种。

所述防腐压缩改性木材包括以下重量份数为的原料：30份改性海藻酸钠液，8份豆甾醇，1～2份脂肪酶，8份油酸，5份对苯二甲醛，5份亚麻油，3份磷脂，8份硫酸钠溶液，20份二次处理木材。

一种防腐压缩改性木材的制备方法，具体制备步骤如下：

(1)将海藻酸钠与水混合，静置溶胀后，加热搅拌溶解，接着加入高碘酸钠，加热搅拌反应，得改性海藻酸钠液；

(2)将木材干燥，得预处理木材；

(3)将巴氏芽孢杆菌，磷脂，聚乙二醇，水恒温搅拌混合，得改性处理菌液；

(4)将预处理木材与改性处理菌液混合处理，接着加入尿素和硝酸钙溶液，搅拌处理后，取出，干燥至含水量为5～8％，得一次处理木材；

(5)将钛酸四丁酯与无水乙醇混合，接着加入一次处理木材，接着抽真空，加热，取出，洗涤，干燥，得二次处理木材；

(6)将改性海藻酸钠液，亚麻油，脂肪酶，磷脂，豆甾醇和油酸搅拌混合，接着加入硫酸钠溶液，加热搅拌后，降温，接着加入二次处理木材，超声处理，接着加入对苯二甲醛，接着加入质量分数为20～30％的氨水调节ph至8.6～8.9，接着固化，干燥至含水率为10～15％，热压，干燥，即得防腐压缩改性木材。

所述防腐压缩改性木材的制备过程如下：

(1)将海藻酸钠与水置于烧杯中，并用玻璃棒搅拌10～20min，混合静置溶胀3～5h后，将烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为90～95℃，转速为400～600r/min条件下，加热搅拌溶解40～60min，接着向烧杯中加入高碘酸钠，于温度为90～95℃，转速为400～600r/min条件下，加热搅拌反应40～60min，得改性海藻酸钠液；

(2)将木材置于烘箱中，于温度为105～110℃条件下，干燥至恒重，得预处理木材；

(3)将巴氏芽孢杆菌，磷脂，聚乙二醇，水加入单口烧瓶中，接着将单口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为32℃，转速为400～600r/min条件下，恒温搅拌混合40～60min，得改性处理菌液；

(4)将预处理木材与改性处理菌液置于发酵釜中，于温度为32～35℃条件下，混合处理18～24h，接着加入尿素和质量分数为8～10％的硝酸钙溶液，于转速为100～200r/min条件下，搅拌处理40～60min后，取出，接着将取出来后的预处理木材置于烘箱中，干燥至含水量为5～8％，得一次处理木材；

(5)将钛酸四丁酯与无水乙醇置于反应釜中混合，接着向反应釜中加入一次处理木材，接着抽真空至0.03～0.05pa，于温度为130～150℃条件下，加热处理40～60min后，取出，随后将处理后的一次处理木材用去离子水洗涤3～5次，接着将洗涤后的一次处理木材置于烘箱中，于温度为105～110℃条件下，干燥至恒重，得二次处理木材；

(6)将改性海藻酸钠液，亚麻油，脂肪酶，磷脂，豆甾醇和油酸置于反应器中，于转速为300～500r/min条件下，搅拌混合40～60min，接着加入质量分数为5～8％的硫酸钠溶液，于温度为80～90℃，转速为200～300r/min条件下，加热搅拌混合40～60min后，降温至50～60℃，接着向反应器中加入二次处理木材，于超声频率为55～75khz条件下，超声处理40～60min，接着向反应器中加入对苯二甲醛，接着向反应器中加入质量分数为20～30％的氨水调节ph至8.6～8.9，接着静置固化20～30min后，带有二次处理木材混合浆置于烘箱中，于温度为105～110℃条件下，干燥至含水量为10～15％，得三次处理木材，接着将三次处理木材置于热压机中，于温度为180～200℃，压力为26～30mpa条件下，热压30～50min后，得四次处理木材，接着将四次处理木材置于烘箱中，于温度为105～110℃条件下，干燥至恒重，即得防腐压缩改性木材。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明在制备过程中，首先，将预处理木材与改性处理菌液混合处理，巴氏芽孢杆菌能够渗透到木材中，接着通过加入尿素和硝酸钙溶液，巴氏芽孢杆菌在新陈代谢过程中产生脲酶，脲酶可将体系中的尿素分解生成碳酸根离子和铵根离子，由于巴氏芽孢杆菌细胞壁表面带负电荷，体系中的钙离子会被巴氏芽孢杆菌细胞壁吸附，从而以细胞为晶核，在细菌周围会生成碳酸钙，形成碳酸钙微球，生成碳酸钙微球作为支撑体，使得木材纤维间的孔隙被进一步撑开，同时，得到的铵根离子能够与体系中的硝酸根离子结合，结合得到硝酸铵，硝酸铵沉积在木材纤维中，其次，将木材干燥至一定含水率，使得木材纤维细胞中含有水分，接着加入钛酸四丁酯并抽真空处理，使得钛酸四丁酯能够更好的渗透到木材纤维内部，并与内部的水分反应，生成纳米二氧化钛，生成的纳米二氧化钛团聚堵塞使得钛酸四丁酯难以渗透到木材更深处，接着通过加热，使得沉积在木材纤维内部的硝酸铵发生爆炸式分解并产生大量的气体，爆炸式分解冲击力和气体冲击力，能够将团聚的纳米二氧化钛得到进一步分散，且使得外部的钛酸四丁酯能够更进一步的渗透到木材的内部，使得用于防腐的纳米二氧化钛能够均匀的分布在木材的内部，使得产品的防腐性能得到进一步提升，且均匀分布在木材内部的纳米纳米二氧化钛不易流失，故而使得产品的防腐性能能够保持，延长了产品的使用寿命；

(2)本发明在制备过程中，通过加入脂肪酶催化油酸和豆甾醇化生成油酸豆甾醇，在长期使用过程中，即使体系中存在少量水分，也会被油酸豆甾醇水解而消耗，且油酸豆甾醇水解产物又不能被微生物吸收利用，微生物吸收不到营养成分就无法生存，从而使得产品的防腐性能得到进一步提升。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了更清楚的说明本发明提供的方法通过以下实施例进行详细说明，在以下实施例中制作的防腐压缩改性木材的各指标的测试方法如下：

防腐性能：按照gb/t13942.1测试。

实例1

一种防腐压缩改性木材，包括以下重量份数的原料组成：30份改性海藻酸钠液，8份豆甾醇，2份脂肪酶，8份油酸，5份对苯二甲醛，5份亚麻油，3份磷脂，8份硫酸钠溶液，20份二次处理木材。

所述磷脂为牛奶磷脂。

所述木材为杨木。

一种防腐压缩改性木材的制备方法，所述防腐压缩改性木材的制备过程如下：

(1)按重量份数计，依次取2份海藻酸钠，0.2份高碘酸钠，100份水，将海藻酸钠与水置于烧杯中，并用玻璃棒搅拌20min，混合静置溶胀5h后，将烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为95℃，转速为600r/min条件下，加热搅拌溶解60min，接着向烧杯中加入高碘酸钠，于温度为95℃，转速为600r/min条件下，加热搅拌反应60min，得改性海藻酸钠液；

(2)将木材置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得预处理木材；

(3)按重量份数计，依次取3份巴氏芽孢杆菌，2份磷脂，3份聚乙二醇，30份水，将巴氏芽孢杆菌，磷脂，聚乙二醇，水加入单口烧瓶中，接着将单口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为32℃，转速为600r/min条件下，恒温搅拌混合60min，得改性处理菌液；

(4)按重量份数计，依次取30份预处理木材，50份改性处理菌液，3份尿素，5份硝酸钙溶液，将预处理木材与改性处理菌液置于发酵釜中，于温度为35℃条件下，混合处理24h，接着加入尿素和质量分数为10％的硝酸钙溶液，于转速为200r/min条件下，搅拌处理60min后，取出，接着将取出来后的预处理木材置于烘箱中，干燥至含水量为8％，得一次处理木材；

(5)按重量份数计，依次取30份一次处理木材，10份钛酸四丁酯，30份无水乙醇，将钛酸四丁酯与无水乙醇置于反应釜中混合，接着向反应釜中加入一次处理木材，接着抽真空至0.05pa，于温度为150℃条件下，加热处理60min后，取出，随后将处理后的一次处理木材用去离子水洗涤5次，接着将洗涤后的一次处理木材置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得二次处理木材；

(6)按重量份数计，依次取30份改性海藻酸钠液，8份豆甾醇，2份脂肪酶，8份油酸，5份对苯二甲醛，5份亚麻油，3份磷脂，8份硫酸钠溶液，20份二次处理木材，将改性海藻酸钠液，亚麻油，脂肪酶，磷脂，豆甾醇和油酸置于反应器中，于转速为500r/min条件下，搅拌混合60min，接着加入质量分数为8％的硫酸钠溶液，于温度为90℃，转速为300r/min条件下，加热搅拌混合60min后，降温至60℃，接着向反应器中加入二次处理木材，于超声频率为75khz条件下，超声处理60min，接着向反应器中加入对苯二甲醛，接着向反应器中加入质量分数为30％的氨水调节ph至8.9，接着静置固化30min后，带有二次处理木材混合浆置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至含水量为15％，得三次处理木材，接着将三次处理木材置于热压机中，于温度为200℃，压力为30mpa条件下，热压50min后，得四次处理木材，接着将四次处理木材置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，即得防腐压缩改性木材。

实例2

一种防腐压缩改性木材，包括以下重量份数的原料组成：8份豆甾醇，2份脂肪酶，8份油酸，5份对苯二甲醛，5份亚麻油，3份磷脂，8份硫酸钠溶液，20份二次处理木材。

所述磷脂为牛奶磷脂。

所述木材为杨木。

一种防腐压缩改性木材的制备方法，所述防腐压缩改性木材的制备过程如下：

(2)将木材置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得预处理木材；

(6)按重量份数计，依次取8份豆甾醇，2份脂肪酶，8份油酸，5份对苯二甲醛，5份亚麻油，3份磷脂，8份硫酸钠溶液，20份二次处理木材，将亚麻油，脂肪酶，磷脂，豆甾醇和油酸置于反应器中，于转速为500r/min条件下，搅拌混合60min，接着加入质量分数为8％的硫酸钠溶液，于温度为90℃，转速为300r/min条件下，加热搅拌混合60min后，降温至60℃，接着向反应器中加入二次处理木材，于超声频率为75khz条件下，超声处理60min，接着向反应器中加入对苯二甲醛，接着向反应器中加入质量分数为30％的氨水调节ph至8.9，接着静置固化30min后，带有二次处理木材混合浆置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至含水量为15％，得三次处理木材，接着将三次处理木材置于热压机中，于温度为200℃，压力为30mpa条件下，热压50min后，得四次处理木材，接着将四次处理木材置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，即得防腐压缩改性木材。

实例3

所述磷脂为牛奶磷脂。

所述木材为杨木。

一种防腐压缩改性木材的制备方法，所述防腐压缩改性木材的制备过程如下：

(2)将木材置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得预处理木材；

(3)按重量份数计，依次取30份预处理木材，10份钛酸四丁酯，30份无水乙醇，将钛酸四丁酯与无水乙醇置于反应釜中混合，接着向反应釜中加入预处理木材，接着抽真空至0.05pa，于温度为150℃条件下，加热处理60min后，取出，随后将处理后的预处理木材用去离子水洗涤5次，接着将洗涤后的预处理木材置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得二次处理木材；

(4)按重量份数计，依次取30份改性海藻酸钠液，8份豆甾醇，2份脂肪酶，8份油酸，5份对苯二甲醛，5份亚麻油，3份磷脂，8份硫酸钠溶液，20份二次处理木材，将改性海藻酸钠液，亚麻油，脂肪酶，磷脂，豆甾醇和油酸置于反应器中，于转速为500r/min条件下，搅拌混合60min，接着加入质量分数为8％的硫酸钠溶液，于温度为90℃，转速为300r/min条件下，加热搅拌混合60min后，降温至60℃，接着向反应器中加入二次处理木材，于超声频率为75khz条件下，超声处理60min，接着向反应器中加入对苯二甲醛，接着向反应器中加入质量分数为30％的氨水调节ph至8.9，接着静置固化30min后，带有二次处理木材混合浆置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至含水量为15％，得三次处理木材，接着将三次处理木材置于热压机中，于温度为200℃，压力为30mpa条件下，热压50min后，得四次处理木材，接着将四次处理木材置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，即得防腐压缩改性木材。

实例4

所述磷脂为牛奶磷脂。

所述木材为杨木。

一种防腐压缩改性木材的制备方法，所述防腐压缩改性木材的制备过程如下：

(2)将木材置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得预处理木材；

(5)按重量份数计，依次取30份一次处理木材，10份钛酸四丁酯，30份无水乙醇，将钛酸四丁酯与无水乙醇置于反应釜中混合，接着向反应釜中加入一次处理木材，静置40min，取出，随后将处理后的一次处理木材用去离子水洗涤5次，接着将洗涤后的一次处理木材置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得二次处理木材；

实例5

一种防腐压缩改性木材，包括以下重量份数的原料组成：30份改性海藻酸钠液，5份对苯二甲醛，5份亚麻油，3份磷脂，8份硫酸钠溶液，20份二次处理木材。

所述磷脂为牛奶磷脂。

所述木材为杨木。

一种防腐压缩改性木材的制备方法，所述防腐压缩改性木材的制备过程如下：

(2)将木材置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得预处理木材；

(6)按重量份数计，依次取30份改性海藻酸钠液，5份对苯二甲醛，5份亚麻油，3份磷脂，8份硫酸钠溶液，20份二次处理木材，将改性海藻酸钠液，亚麻油，磷脂置于反应器中，于转速为500r/min条件下，搅拌混合60min，接着加入质量分数为8％的硫酸钠溶液，于温度为90℃，转速为300r/min条件下，加热搅拌混合60min后，降温至60℃，接着向反应器中加入二次处理木材，于超声频率为75khz条件下，超声处理60min，接着向反应器中加入对苯二甲醛，接着向反应器中加入质量分数为30％的氨水调节ph至8.9，接着静置固化30min后，带有二次处理木材混合浆置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至含水量为15％，得三次处理木材，接着将三次处理木材置于热压机中，于温度为200℃，压力为30mpa条件下，热压50min后，得四次处理木材，接着将四次处理木材置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，即得防腐压缩改性木材。

实例6

一种防腐压缩改性木材，包括以下重量份数的原料组成：30份改性海藻酸钠液，8份豆甾醇，2份脂肪酶，8份油酸，5份对苯二甲醛，3份磷脂，8份硫酸钠溶液，20份二次处理木材。

所述磷脂为牛奶磷脂。

所述木材为杨木。

一种防腐压缩改性木材的制备方法，所述防腐压缩改性木材的制备过程如下：

(2)将木材置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得预处理木材；

(6)按重量份数计，依次取30份改性海藻酸钠液，8份豆甾醇，2份脂肪酶，8份油酸，5份对苯二甲醛，3份磷脂，8份硫酸钠溶液，20份二次处理木材，将改性海藻酸钠液，脂肪酶，磷脂，豆甾醇和油酸置于反应器中，于转速为500r/min条件下，搅拌混合60min，接着加入质量分数为8％的硫酸钠溶液，于温度为90℃，转速为300r/min条件下，加热搅拌混合60min后，降温至60℃，接着向反应器中加入二次处理木材，于超声频率为75khz条件下，超声处理60min，接着向反应器中加入对苯二甲醛，接着向反应器中加入质量分数为30％的氨水调节ph至8.9，接着静置固化30min后，带有二次处理木材混合浆置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至含水量为15％，得三次处理木材，接着将三次处理木材置于热压机中，于温度为200℃，压力为30mpa条件下，热压50min后，得四次处理木材，接着将四次处理木材置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，即得防腐压缩改性木材。

对比例

一种防腐压缩改性木材，包括以下重量份数的原料组成：5份对苯二甲醛，3份磷脂，8份硫酸钠溶液，20份二次处理木材。

所述磷脂为牛奶磷脂。

所述木材为杨木。

一种防腐压缩改性木材的制备方法，所述防腐压缩改性木材的制备过程如下：

(2)将木材置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得预处理木材；

(5)按重量份数计，依次取30份预处理木材，10份钛酸四丁酯，30份无水乙醇，将钛酸四丁酯与无水乙醇置于反应釜中混合，接着向反应釜中加入预处理木材，接着抽真空至0.05pa，于温度为150℃条件下，加热处理60min后，取出，随后将处理后的预处理木材用去离子水洗涤5次，接着将洗涤后的预处理木材置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得二次处理木材；

(6)按重量份数计，依次取30份5份对苯二甲醛，3份磷脂，8份硫酸钠溶液，20份二次处理木材，将磷脂和油酸置于反应器中，于转速为500r/min条件下，搅拌混合60min，接着加入质量分数为8％的硫酸钠溶液，于温度为90℃，转速为300r/min条件下，加热搅拌混合60min后，降温至60℃，接着向反应器中加入二次处理木材，于超声频率为75khz条件下，超声处理60min，接着向反应器中加入对苯二甲醛，接着向反应器中加入质量分数为30％的氨水调节ph至8.9，接着静置固化30min后，带有二次处理木材混合浆置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至含水量为15％，得三次处理木材，接着将三次处理木材置于热压机中，于温度为200℃，压力为30mpa条件下，热压50min后，得四次处理木材，接着将四次处理木材置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，即得防腐压缩改性木材。

性能检测表：

表1：

由表1检测结果可知，本发明所得防腐压缩改性木材具有优异的防腐蚀性能，且防腐蚀效果持久。

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