專利名稱：：一種淀粉與無機物復合前驅液及其制備方法
技術領域：
：本發(fā)明屬于木材改性
技術領域：
，具體涉及一種天然淀粉與無機物復合形成的有機/無機復合型木材改性前驅液及其制備方法。技術背景木材是唯一可再生生物工程材料，又是一種生態(tài)環(huán)境材料，具有固碳、加工能耗少、環(huán)境污染小，可自然降解和回收利用等環(huán)境協(xié)調性，越來越關注和重視的發(fā)展趨勢。所以，面臨人類對木材需求的不斷增加與木材資源嚴重短缺的矛盾，采用化學、物理或者機械等方法加工或處理木材和木質材料,改良木材性質，賦予木材新功能，從而開辟木材利用的新領域，實現(xiàn)木材的高效利用已經(jīng)成為十分重要的現(xiàn)實課題。在木材中添加各種物質形成復合材料是提高木材性能的重要方法之一。根據(jù)木材起始單元形狀的不同可以將木材復合材料劃分為兩大類型(一)木材原位復合改性，即不分離木材實體，通過浸漬注入有機化合物明顯提高木材的尺寸穩(wěn)定性和耐久性等性能，或者注入無機物改變木材的吸濕性，提高木材力學性能、防腐性、阻燃性等。其中，用于木材浸漬改性的有機組分浸漬液多為低分子量的熱固性合成樹脂、熱塑性乙烯單體或聚合物如酚醛樹脂、脲醛樹脂、三聚氰胺樹脂等。無機組分浸漬液多為含硅醇鹽、磷酸鋇鹽等。(二)木材單元的重復組合，即先將木材分離成不同的木質單元纖維、刨花、單板等，再將木質單元與其他材料重新組合成新的產(chǎn)品。由于用第一種方法制備的木質復合材料，保持了木材原有的基本框架、花紋和形狀，在建筑和室內裝修方面具有廣闊的應用前景，但是也存在一些不足1)采用有機單體前驅液浸潰木材，然后進行固化或聚合，在浸漬及固化過程中由于有機單體易揮發(fā)而易造成環(huán)境污染，如脲醛樹脂、酚醛樹脂、三聚氰胺樹脂等在加熱處理的過程中釋放甲醛，對環(huán)境造成不利影響；而且有機樹脂類產(chǎn)品價格較高，導致復合木材成本升高。2)用無機鹽前驅液浸漬木材，雖然木材在硬度、強度、阻燃性和耐磨性等方面有了一定的改善，但材料的脆性增加，韌性下降，降低了木材的使用性能。3)無機組分與有機組分共混制備的木材改性前驅液，成分復雜，由于無機組分與有機組分之間存在界面相容性問題，導致前驅液不穩(wěn)定，及文性木材均不穩(wěn)定。淀粉是一類資源豐富、價格便宜、用途廣泛的天然高分子材料,具有無毒無害、價格低廉、可生物降解、對環(huán)境友好等特點。但還未見將淀粉應用于木材改性領域的報道。
發(fā)明內容本發(fā)明的目的是提供一種利用天然高分子材料淀粉為主要原料的木材改性前驅液及其制備方法。本發(fā)明所提供的淀粉與無機物復合前驅液的各組分及其百分含量為淀粉5~33.3wt%、脲醛樹脂10~50wt%、無機物0~50wt%和水15~73.3wt%;其中，所述的無機物為硅溶膠或水玻璃。本發(fā)明所提供的淀粉與無機物復合前驅液的制備方法，包括以下步驟1)淀粉的預處理在原淀粉中加入質量濃度為8~10%鹽酸，原淀粉與鹽酸的質量比例為1:2,將溶液攪成薄糊狀，于40-50攝氏度浸漬24小時或在室溫下放置67天，浸漬或放置完畢后，將上層清液排掉，水洗數(shù)次直至不含氯離子；2)淀粉液的制備將預處理后的淀粉與水按質量比24:6-8混合，并加熱至溶液由懸濁轉透明，加入堿溶液調節(jié)pH至大于8,再加入占淀粉質量1/30~1/10的交聯(lián)劑，制得淀粉液；3)前驅液的制備將步驟2)中制得的淀粉液與脲醛樹脂和無機物按淀粉液25~83,3wt%、脲醛樹脂10~50wt%和無機物0~50wt%混合并調節(jié)pH至中性狀態(tài)，其中，所述的無機物為硅溶膠或水玻璃。其中，步驟2)中所述的堿溶液為KOH溶液或NaOH溶液；所述的交聯(lián)劑為硼砂、乙二胺、三乙醇胺或四氯化錫。與現(xiàn)有技術相比較，本發(fā)明具有以下有益效果1)成本低本發(fā)明所采用的主要原料淀粉、脲醛樹脂和水玻璃或硅溶膠，均來源廣泛，價格低廉。2)無毒無害、對環(huán)境友好原料中天然高分子材料一淀粉和無機材料均毒無害，脲輕樹脂對環(huán)境的污染主要是其中游離甲醛的釋放，在本發(fā)明中淀粉與其復配后對其游離曱醛有所改善。3)易于操作本發(fā)明的制備方法簡單、操作方便。4)性能好本發(fā)明制備的前驅液含有有機組分和無機組分，在性能上既有無機物的高強度、高熱穩(wěn)定和耐磨，還具有有機物的柔韌性、抗變形的特點，適合用于木材改性。具體實施方式本發(fā)明所使用的原淀粉、脲醛樹脂、硅溶膠和水玻璃均為市售商品。實施例11)在原淀粉中加入8°/。的鹽酸，將溶液攪成薄糊狀，于40。C浸漬24小時，浸漬完畢后，將上層清液排掉，然后水洗數(shù)次直至不含氯離子；2)將經(jīng)過預處理的淀粉與水按質量比2:8混合，加熱直至由懸濁液轉變?yōu)榍辶镣该魅芤?，?0g透明溶液加入10mlNaOH溶液(5%)、lg交聯(lián)劑硼砂，制得淀粉液；3)淀粉液與脲醛樹脂按質量比5:l混合，得到淀粉與無機物復合前驅液。實施例21)在原淀粉中加入10%的鹽酸，將溶液攪成薄糊狀，于5(TC浸漬24小時，浸漬完畢后，將上層清液排掉，然后水洗數(shù)次直至不含氯離子；2)將經(jīng)過預處理的淀粉與水按質量比3:7混合，加熱直至由懸濁液轉變?yōu)榍辶镣该魅芤?，?0g透明溶液加入10mlNaOH溶液(5%)、lg交聯(lián)劑硼砂，制得淀粉液；3)將淀粉液與脲醛樹脂按質量比4:l混合，得到淀粉與無機物復合前驅液。實施例31)在原淀粉中加入8%的鹽酸，將溶液攪成薄糊狀，于室溫下放置7天，浸漬完畢后，將上層清液排掉，然后水洗數(shù)次直至不含氯離子；2)將經(jīng)過預處理的淀粉與水按質量比4:6混合，加熱直至由懸濁液轉變?yōu)榍辶镣该魅芤海⊥该?0g溶液加入10mlNaOH溶液(1G%)、lg交聯(lián)劑三乙醇胺，制得淀粉液；3)將淀粉液與脲醛樹脂按質量比2:l混合，得到淀粉與無機物復合前驅液。實施例41)在原淀粉中加入10°/。的鹽酸，將溶液攪成薄糊狀，于室溫下放置7天,浸漬完畢后，將上層清液排掉，然后水洗數(shù)次直至不含氯離子；2)將經(jīng)過預處理的淀粉與水按質量比3:7混合，加熱直至由懸濁液轉變?yōu)榍辶镣该魅芤海?0g透明溶液加入10mlNaOH溶液(10。/。)、0.5g交聯(lián)劑三乙醇胺，制得淀粉液；3)將淀粉液與脲醛樹脂按質量比1:l混合，得到淀粉/無機物復配前驅液；實施例51)在原淀粉中加入8%的鹽酸，將溶液攪成薄糊狀，于4(TC浸漬24小時，浸漬完畢后，將上層清液排掉，然后水洗數(shù)次直至不含氯離子；2)將經(jīng)過預處理的淀粉與水按質量比2:8混合，加熱直至由懸濁液轉變?yōu)榍辶镣该魅芤?，?0g溶液加入10mlNaOH溶液(5%)、lg交聯(lián)劑硼砂，制得淀粉液；3)將淀粉液與脲趁樹脂、水玻璃按質量比5:1:4混合，得到淀粉與無機物復合前驅液。實施例61)在原淀粉中加入10%的鹽酸，將溶液攪成薄糊狀，于50。C浸漬24小時，浸漬完畢后，將上層清液排掉，然后水洗數(shù)次直至不含氯離子；2)將經(jīng)過預處理的淀粉與水按質量比3:7混合，加熱直至由懸濁液轉變?yōu)榍辶镣该魅芤?，?0g透明溶液加入10mlNaOH溶液(5%)、lg交聯(lián)劑硼砂，制得淀粉液；3)將淀粉液與脲醛樹脂、水玻璃按質量比4:1:2混合，得到淀粉與無機物復合前驅液。實施例71)在原淀粉中加入8%的鹽酸，將溶液攪成薄糊狀，于室溫下放置7天，浸漬完畢后，將上層清液排掉，然后水洗數(shù)次直至不含氯離子止；2)將經(jīng)過預處理的淀粉與水按質量比4:6混合，加熱直至由懸濁液轉變?yōu)榍辶镣该魅芤?，?0g透明溶液加入10mlNaOH溶液(10%)、lg交聯(lián)劑硼砂，制得淀粉液；3)將淀粉液與脲醛樹脂、水玻璃按質量比2:1:2混合，得到淀粉與無機物復合前驅液。實施例81)在原淀粉中加入10°/。的鹽酸，將溶液攪成薄糊狀，于室溫下放置7天，浸漬完畢后，將上層清液排掉，然后水洗數(shù)次直至不含氯離子；2)將經(jīng)過預處理的淀粉與水按質量比3:7混合，加熱直至由懸濁液轉變?yōu)榍辶镣该魅芤?，?0g透明溶液加入10mlNaOH溶液(1013/。)、0.5g交聯(lián)劑硼砂，制得淀粉液；3)將淀粉液與脲醛樹脂、水玻璃按質量比l:1:2混合，得到淀粉與無機物復合前驅液。實施例91)在原淀粉中加入8%的鹽酸，將溶液攪成薄糊狀，于4(TC浸漬24小時，浸漬完畢后，將上層清液排掉，然后水洗數(shù)次直至不含氯離子；2)將經(jīng)過預處理的淀粉與水按質量比2:8混合，加熱直至由懸濁液轉變?yōu)榍辶镣该魅芤?，?0g透明溶液力。入10mlNaOH溶液(5%)、lg交聯(lián)劑硼砂，制得淀粉液；3)將淀粉液與脲酪樹脂、硅溶膠按質量比5:1:4混合并調節(jié)pH至中性，得到淀粉與無機物復合前驅液。實施例101)在原淀粉中加入10%的鹽酸，將溶液攪成薄糊狀，于50。C浸漬24小時，浸漬完畢后，將上層清液排掉，然后水洗數(shù)次直至不含氯離子；2)將經(jīng)過預處理的淀粉與水按質量比3:7混合，加熱直至由懸濁液轉變?yōu)榍辶镣该魅芤海?0g透明溶液加入10mlNaOH溶液(5%)、lg交聯(lián)劑硼砂，制得淀粉液；3)將淀粉液與脲醛樹脂、硅溶膠按質量比4:1:2混合并調節(jié)pH至中性，得到淀粉與無機物復合前驅液。實施例111)在原淀粉中加入8°/。的鹽酸，將溶液攪成薄糊狀，于室溫下放置7天，浸漬完畢后，將上層清液排掉，然后水洗數(shù)次直至不含氯離子；粉與水按質量比4:6混合，加熱直至由懸濁液轉變?yōu)榍辶镣该魅芤海?0g透明溶液加入10mlNaOH溶液(10。/。)、lg交聯(lián)劑硼砂，制得淀粉液；3)將淀粉液與脲醛樹脂、硅溶膠按質量比2:1:2混合并調節(jié)pH至中性，得到淀粉與無機物復合前驅液。實施例121)在原淀粉中加入ioy。的鹽酸，將溶液攪成薄糊狀，于室溫下放置7天，浸漬完畢后，將上層清液排掉，然后水洗數(shù)次直至不含氯離子；2)將經(jīng)過預處理的淀粉與水按質量比3:7混合，加熱直至由懸濁液轉變?yōu)榍辶镣该魅芤?，?0g透明溶液加入10mlNaOH溶液(10。/。)、0.5g交聯(lián)劑硼砂，制得淀粉液；3)將淀粉液與脲醛樹脂、硅溶膠按質量比l:1:2混合并調節(jié)pH至中性，得到淀粉與無機物復合前驅液。參考ZL200310121477.7,分別取實施例1~12中制備的淀粉與無機物復合前驅液對木材進行浸漬處理，制備復合木材，具體步驟為①將干燥過的原木木材置于處理罐中，先抽真空至0.08MPa,抽真空時間60min，在放真空的過程中使木材改性前驅液吸入處理罐；②當罐內注入浸漬液后，卸除真空，慢慢地加壓至l.畫Pa,保持60min;③當達到浸漬要求后，卸壓，從處理罐中放出處理前驅液，將木材從罐內取出，自然條件下放置12h,進行陳化處理；④將經(jīng)過陳化處理的木材放入烘干裝置內，103土2。C的溫度下保持7h，烘干結束后取出，即制得復合木材。浸漬液處理后的復合木材各項性能指標如表l所示，浸潰液對木材性能有明顯的改善，木材的抗壓，，抗彎均有大幅提高。<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>表l各實施例得到的復合木材的性能權利要求1.一種淀粉與無機物復合前驅液，其特征在于，所述的前驅液的各組分及其百分含量為淀粉5～33.3wt％、脲醛樹脂10～50wt％、無機物0～50wt％和水15～73.3wt％；其中，所述的無機物為硅溶膠或水玻璃。2、權利要求1所述的一種淀粉與無機物復合前驅液的制備方法，其特征在于，包括以下步驟1)淀粉的預處理將原淀粉酸化、浸漬后水洗至不含氯離子；2)淀粉液的制備將預處理后的淀粉與水按質量比2-4:6~8混合，并加熱至溶液轉透明，加入堿溶液調節(jié)pH至大于8,再加入占淀粉質量1/30~1/10的交聯(lián)劑，制得淀粉液；3)前驅液的制備將步驟2)中制得的淀粉液與脲醛樹脂和無機物按淀粉液25~83.3wt%、脲醛樹脂10~50wt%和無機物0~50wt%混合并調節(jié)pH至中性狀態(tài)，其中，所述的無機物為硅溶膠或水玻璃。3、根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，步驟2)中所述的堿溶液為KOH溶液或NaOH溶液。4、根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，步驟2)中所述的交聯(lián)劑為硼砂、乙二胺、三乙醇胺或四氯化錫。全文摘要一種淀粉與無機物復合前驅液及其制備方法屬于木材改性
技術領域：
。現(xiàn)有木材改性前驅液存在價格高、污染環(huán)境，改性效果不理想等問題。本發(fā)明所提供的前驅液由5～33.3wt％的淀粉、10～50wt％的脲醛樹脂、0～50wt％硅溶膠或水玻璃和15～73.3wt％的水組成。本發(fā)明通過將淀粉預處理后將其制成淀粉液，再將淀粉液與脲醛樹脂和硅溶膠或水玻璃按淀粉25～83.3wt％、脲醛樹脂10～50wt％和硅溶膠或水玻璃0～50wt％混合制得淀粉與無機物復合前驅液。本發(fā)明具有成本低、環(huán)境友好、性能好，制備簡單等優(yōu)點。文檔編號B27K3/52GK101279457SQ200810111679公開日2008年10月8日申請日期2008年5月16日優(yōu)先權日2008年5月16日發(fā)明者群王,譚惠芬,郭紅霞申請人:北京工業(yè)大學