一種改性硅溶膠及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種改性硅溶膠及其制備方法和應(yīng)用。所述改性硅溶膠使用氨基硅油和非離子表面活性劑對水性硅溶膠進(jìn)行改性；其中，改性硅溶膠中所述氨基硅油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于改性硅溶膠總質(zhì)量的1%，所述非離子表面活性劑的質(zhì)量為氨基硅油質(zhì)量的20～30%。本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中硅溶膠增強(qiáng)的木材極易吸濕的不足，提供的改性硅溶膠能夠降低木材的表面能，提高木材的耐水性及尺寸穩(wěn)定性等性質(zhì)。本發(fā)明應(yīng)用于楊木的改性，工藝簡單、無VOC排放，極大提高了楊木的附加值。
【專利說明】一種改性硅溶膠及其制備方法和應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及納米硅溶膠制備領(lǐng)域，更具體地涉及一種改性硅溶膠及其制備方法和應(yīng)用，尤其是該改性硅溶膠在木材強(qiáng)化的應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002]目前報(bào)道的水性硅溶膠改性的方法一般采用硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行改性，但這一方法溶液儲存穩(wěn)定性較差，且改性的成本相對較高，并且改性后的硅溶膠較少應(yīng)用于木材的強(qiáng)化技術(shù)當(dāng)中。CN201110070132.8公開了一種用硅溶膠制備強(qiáng)化木材的方法，該方法使用的水性娃溶膠是未改性娃溶膠的一種，從其相關(guān)文獻(xiàn)可知，利用該未改性的娃溶膠改性的木材耐水性較差。
[0003]硅溶膠是無定形S12以納米粒子分散在溶劑中的膠體溶液。未經(jīng)改性的硅溶膠由于其表面具有大量的親水基團(tuán)，將硅溶膠直接用于木材的復(fù)合增強(qiáng)造成了木材有很大的親水性及吸濕性，這嚴(yán)重影響了木材制品的物理力學(xué)性能。木材吸水將發(fā)生變形，強(qiáng)度降低，容易腐朽長菌，尺寸穩(wěn)定性變差，造成材料的使用范圍及壽命嚴(yán)重縮小。
[0004]綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中并未給出如何對硅溶膠進(jìn)行改性以提高木材的耐水性、強(qiáng)化木材的改性方法，也沒有公開適用于木材強(qiáng)化的耐水性硅溶膠。因此，開發(fā)出一種用于木材的耐水性強(qiáng)的硅溶膠仍是需要研究的課題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中硅溶膠增強(qiáng)的木材極易吸濕的不足，提供一種改性硅溶膠，其能夠降低木材的表面能，提高木材的耐水性及尺寸穩(wěn)定性等性質(zhì)；同時(shí)，具備優(yōu)良的分散性及穩(wěn)定性。
[0006]本發(fā)明的另一目的在于提供上述改性硅溶膠的制備方法。
[0007]本發(fā)明的另一目的在于提供上述改性硅溶膠在木材強(qiáng)化中的應(yīng)用。
[0008]本發(fā)明的上述目的是通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的:
一種改性硅溶膠，所述改性硅溶膠使用氨基硅油和非離子表面活性劑對水性硅溶膠進(jìn)行改性；其中，改性硅溶膠中所述氨基硅油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于改性硅溶膠總質(zhì)量的1%，所述非離子表面活性劑的質(zhì)量為氨基硅油質(zhì)量的20?30%。
[0009]氨基硅油在工業(yè)上是專門紡織品柔軟整理劑的基本成分，它具有最佳的吸附性、相容性及易乳化性。發(fā)明人在對水性硅溶膠進(jìn)行改性以嘗試提高改性硅溶膠的耐水性時(shí)，意外地發(fā)現(xiàn)，將適量的氨基硅油添加到水性硅溶膠中可顯著提高改性硅溶膠的耐水性，這是因?yàn)榘被栌椭械墓栌途哂芯芩男再|(zhì)，經(jīng)氨基硅油改性后的硅溶膠也含有拒水的硅油組分，這有利于提高氨基硅油的成膜及取向性能；但是氨基硅油高粘度、較低的表面張力決定了其難以分散在水性硅溶膠中，無法直接使用，因此發(fā)明人采用非離子表面活性劑對改性硅溶膠進(jìn)行進(jìn)一步的改性，對體系進(jìn)行復(fù)配乳化并達(dá)到一定的溶液穩(wěn)定性，利用硅溶膠表面負(fù)電荷性質(zhì)，在氨基基團(tuán)與表面活性三者之間取得平衡，實(shí)現(xiàn)對納米二氧化硅粒子的娃油改性，賦予其抗水的表面性質(zhì)。
[0010]優(yōu)選地，改性硅溶膠中所述氨基硅油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不小于改性硅溶膠總質(zhì)量的5%，氨基硅油用量過低，改性硅溶膠中的硅油組分較少，很難達(dá)到耐水的效果；
優(yōu)選地，改性娃溶膠中所述氨基娃油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于改性娃溶膠總質(zhì)量的60%,氨基硅油用量過高，改性硅溶膠中的硅油組分過高，容易導(dǎo)致體系粘度過大，造成加工困難，無法進(jìn)行硅溶膠改性或不利于改性硅溶膠的保存。
[0011]優(yōu)選地，所述氨基硅油的胺值為0.1?1.0，主鏈含氨基基團(tuán)I?2個(gè)；進(jìn)一步優(yōu)選地，所述氨基硅油的胺值為0.3?0.5，主鏈含氨基基團(tuán)2個(gè)。本發(fā)明中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)氨基硅油中的胺值直接影響到改性硅溶膠的耐水性及溶膠體系的穩(wěn)定性，胺值過低或者過高均會影響到改性硅溶膠的體系的乳化性能及穩(wěn)定性，造成氨基硅油成分與水性硅溶膠的分層，從而降低改性硅溶膠的使用時(shí)間及耐水性，因此選用合適胺值的氨基硅油非常重要。
[0012]優(yōu)選地，所述氨基娃油的粘度為100?2000mpa.S。進(jìn)一步優(yōu)選地,所述氨基娃油的粘度為500?800mpa.S。當(dāng)氨基硅油的粘度過高時(shí)，氨基硅油呈粘稠狀，在配制過程中，加工困難；制成的產(chǎn)品流動(dòng)性差，并且用于強(qiáng)化木材時(shí)，具有較差的浸潤性能，改性硅溶膠經(jīng)改性后的納米粒子難以進(jìn)入木材內(nèi)部，無法發(fā)揮作用。
作為一種優(yōu)選方案，所述改性硅溶膠按質(zhì)量百分比由以下組分組成:
水性硅溶膠15?80% ；
氨基娃油I?15% ；
去離子水14?60% ；
非離子表面活性劑5?20%。
[0013]當(dāng)各組分在上述范圍之內(nèi)變化時(shí)，所制備的改性硅溶膠能賦予木材良好的耐水性，同時(shí)保證改性硅溶膠體系的穩(wěn)定性，具有較大的應(yīng)用價(jià)值。
[0014]優(yōu)選地，所述水性硅溶膠為堿性硅溶膠。當(dāng)使用酸性硅溶膠時(shí)，體系中的酸性硅溶膠會與氨基硅油發(fā)生中和反應(yīng)，消耗氨基基團(tuán)，降低木材的反應(yīng)活性，達(dá)不到強(qiáng)化木材的作用；而當(dāng)使用中性硅溶膠或堿性硅溶膠可有效避免氨基基團(tuán)被消耗，保持木材的反應(yīng)活性同時(shí)確保體系的穩(wěn)定性。
[0015]優(yōu)選地，所述水性硅溶膠的含量為10?40%。水性硅溶膠對整個(gè)改性硅溶膠體系的影響較大，當(dāng)用水性硅溶膠用量過高時(shí)，會影響到表面活性劑的乳化和分散作用，室溫下放置時(shí)容易出現(xiàn)分層現(xiàn)象從而影響到其使用性能。
[0016]優(yōu)選地，所述非離子表面活性劑為脂肪醇聚氧乙烯醚、蓖麻油環(huán)氧乙烷加成物及其衍生物的一種或幾種。非離子表面活性劑水溶性好，在冷水中也能完全溶解，并且其在溶液中不是以粒子狀態(tài)存在，因此它的穩(wěn)定性高，不易受體系中的氨基硅油與硅溶膠的影響，具有良好的相容性；上述幾種非離子表面活性劑能夠顯著提高改性硅溶膠的穩(wěn)定性。
[0017]進(jìn)一步優(yōu)選地，所述脂肪醇聚氧乙烯醚為AEO-4、AE0-7、AE0-9 ;所述蓖麻油環(huán)氧乙烷加成物及其衍生物為EL-15、EL-20、EL-30。
[0018]上述改性硅溶膠的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:
S1:按配方稱取各原料組分，然后將氨基硅油、非離子表面活性劑加入反應(yīng)釜，攪拌均勻，得混合物備用；
S2:向步驟SI中所得混合物中加入去離子水，攪拌均勻后滴加水性硅溶膠，即得改性硅溶膠。
[0019]優(yōu)選地，步驟S2中，在向所得混合物中加入去離子水之后，用醋酸調(diào)節(jié)體系pH=8.0。保持體系成弱堿性，可避免添加水性硅溶膠后不同成分之間產(chǎn)生化學(xué)作用，而抵消彼此的性能。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:
本發(fā)明所得改性硅溶膠不僅含有拒水的硅油組分，且賦予了木材高反應(yīng)活性的氨基基團(tuán)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所得改性硅溶膠的粒徑較原料相比沒有發(fā)生很大的改變，改性的納米粒子可以進(jìn)入木材內(nèi)部，與細(xì)胞壁發(fā)生化學(xué)作用，應(yīng)用于木材改性時(shí)則可以顯著提高木材抗水性能；同時(shí)，由于硅油低表面能的性質(zhì)，所得木材比未經(jīng)改性硅溶膠處理所得的木材具有優(yōu)異的耐水性能，且最大程度保持了木材原有的紋理表面；本發(fā)明所得改性硅溶膠體系分散均勻，無毒無臭，穩(wěn)定性極佳。
[0021]

【專利附圖】

【附圖說明】
圖1為未經(jīng)強(qiáng)化的原木表面與水的接觸角圖；
圖2為實(shí)施例3使用改性硅溶膠強(qiáng)化的木材表面與水的接觸角圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。除非特別說明，實(shí)施例中所涉及的材料、方法均為本領(lǐng)域常用的材料和方法。
[0023]根據(jù)測試水滴與木材表面的接觸角的大小來判斷強(qiáng)化木材的耐水性能,接觸角的測試采用DSA100接觸角測試儀，選用座滴法，水滴與基材接觸1S時(shí)測接觸角，液滴體積為5 μ L0
[0024]根據(jù)溶膠溶液在激光散射測試判斷納米粒子的粒徑大小，粒徑的測試采用ZETA電位分析儀。
[0025]實(shí)施例1?4改性硅溶膠的制備實(shí)施例1
將非離子表面活性劑和氨基硅油(粘度500mpa.s，胺值0.3)按所需固含量加入反應(yīng)瓶；其中，非離子表面活性劑5份(AEO-4:AE0-7=1:4)，氨基硅油5份，混合攪拌均勻，然后加入部分醋酸0.15份調(diào)節(jié)體系的pH至8.0，水14份，再滴加硅溶膠76份，形成穩(wěn)定乳化液。
[0026]實(shí)施例2
將非離子表面活性劑和氨基硅油(粘度800mpa.s,胺值0.5)按所需固含量加入反應(yīng)瓶，其中，非離子表面活性劑8份(AEO-4:AE0-7=1:4)，氨基硅油10份，混合攪拌均勻，然后加入部分醋酸0.20份調(diào)節(jié)體系的pH至8.0，水30份，再滴加硅溶膠52份，形成穩(wěn)定乳化液。
[0027]實(shí)施例3
將非離子表面活性劑和氨基硅油(粘度500mpa.s，胺值0.3)按所需固含量加入反應(yīng)瓶，其中，非離子表面活性劑15份(EL-30:AE0-4=1:2)，氨基硅油15份，混合攪拌均勻，然后加入部分醋酸0.4份調(diào)節(jié)體系的pH至8.0，水40份，再滴加硅溶膠30份，形成穩(wěn)定乳化液。
[0028]實(shí)施例4
將非離子表面活性劑和氨基硅油(粘度500mpa.s，胺值0.3)按所需固含量加入反應(yīng)瓶，其中，非離子表面活性劑4份(EL-30:AE0-4==1:2)，氨基硅油6份，混合攪拌均勻，然后加入部分醋酸0.15份調(diào)節(jié)體系的pH至8.0，水60份，再滴加硅溶膠30份，形成穩(wěn)定乳化液。
[0029]對照例I
將含水率為10.0%的木材放入浸潰罐中，抽真空10?30分鐘，真空度為-0.09?-0.1MPA，然后注入未經(jīng)改性的硅溶膠，關(guān)閉真空閥門，通入大氣，浸潰20?30分鐘，將余下的硅溶膠返回儲液槽中，取出經(jīng)浸潰處理的木材，空干24h以上后，分級干燥，得到強(qiáng)化改性木材，增重約30.0%。
[0030]實(shí)施例6?9
將含水率為10.0%的木材放入浸潰罐中，抽真空10-30分鐘，真空度為-0.09?-0.1MPA，然后注入實(shí)施例1?4的經(jīng)改性的硅溶膠，關(guān)閉真空閥門，通入大氣，浸潰20?30分鐘，將余下的硅溶膠返回儲液槽中，取出經(jīng)浸潰處理的木材，空干24h以上后，分級干燥，得到強(qiáng)化改性木材，增重約30.0%。
[0031]表1:
接觸角現(xiàn)象原木47.6逐漸滲透實(shí)施例^~ -快速鋪展開—
實(shí)施例6103.0 無明顯變化實(shí)施例7105/T 無明顯變化
^實(shí)畫!)8 ΠΖ5 無福通
~賣施例9106.5 無明顯變化
表2:
分散性穩(wěn)定裡~
實(shí)施例5 均相，泛籃光 180天無沉淀實(shí)施例6 均相，泛籃光 180天無沉淀實(shí)施IiR~均相，泛藍(lán)光ISO天充實(shí)施例8 均相，泛籃光 180天無沉淀實(shí)施例9 均相，泛籃光 180天無沉淀
表3:

粒徑實(shí)施例5__104.0 nm
實(shí)施例6 106.0 nm
實(shí)施例7__108.0 nm

實(shí)施例8 105.0 ran
實(shí)施例9 106.0 nm
表I中的實(shí)施例6?9、對照例I及原木的接觸角實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)改性的硅溶膠賦予了木材硅油性質(zhì)的拒水性能，效果明顯。
[0032]表2、3中實(shí)施例6?9中采用的改性硅溶膠對應(yīng)實(shí)施例1?4所制得，對照例I為未改性硅溶膠作為對比例，進(jìn)行了相關(guān)樣品的穩(wěn)定性及分散性測試。公知粒子在納米級水平分散至透明介質(zhì)時(shí)呈現(xiàn)出微藍(lán)光現(xiàn)象，因此可以從表觀上得出本改性硅溶膠為納米級，符合粒徑測試結(jié)果。
[0033]由此可知本發(fā)明具有較好的應(yīng)用效果。
[0034]上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但是本發(fā)明并不限制于為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所公開的【具體實(shí)施方式】，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)和原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均視為等效的置換方法，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種改性硅溶膠，其特征在于，所述改性硅溶膠使用氨基硅油和非離子表面活性劑對水性硅溶膠進(jìn)行改性；其中，改性硅溶膠中所述氨基硅油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于改性硅溶膠總質(zhì)量的1%，所述非離子表面活性劑的質(zhì)量為氨基硅油質(zhì)量的20?30%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性硅溶膠，其特征在于，所述氨基硅油的胺值為0.1?1.0。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的改性硅溶膠，其特征在于，所述氨基硅油的胺值為0.3?0.5。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性硅溶膠，其特征在于，所述氨基硅油的粘度為100?2000mpa.S。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的改性硅溶膠，其特征在于，所述氨基硅油的粘度為500?800mpa.S。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性硅溶膠，其特征在于，所述改性硅溶膠按質(zhì)量百分比由以下組分組成: 水性硅溶膠15?80% ； 氨基娃油I?15% ； 去離子水14?60%; 非離子表面活性劑5?20%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性硅溶膠，其特征在于，所述水性硅溶膠的含量為10?40%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7任一權(quán)利要求所述的改性硅溶膠，其特征在于，所述水性硅溶膠為堿性硅溶膠。
9.權(quán)利要求1至8任一權(quán)利要求所述的改性硅溶膠的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: S1:按配方稱取各原料組分，然后將氨基硅油、非離子表面活性劑加入反應(yīng)釜，攪拌均勻，得混合物備用； S2:向步驟SI中所得混合物中加入去離子水，攪拌均勻后滴加水性硅溶膠，即得改性硅溶膠。
10.權(quán)利要求1至8任一權(quán)利要求所述的改性硅溶膠在木材強(qiáng)化中的應(yīng)用。
【文檔編號】B27K3/32GK104139433SQ201410292544
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月26日
【發(fā)明者】李志云, 龐來興 申請人:廣州市博興化工科技有限公司