/木材復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及復(fù)合材料生產(chǎn)領(lǐng)域，具體而言涉及一種CaCO3/木材復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]目前我國不可再生資源日益枯竭，環(huán)境不堪重負(fù)，為保證可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)充分利用可再生、無污染的生物質(zhì)資源和生物質(zhì)材料。木材是自然界中最典型的生物質(zhì)材料，廣泛應(yīng)用在建筑、裝修和家具制造等領(lǐng)域，但目前我國優(yōu)質(zhì)木材資源嚴(yán)重匱乏，優(yōu)質(zhì)木材進(jìn)口量超過消費(fèi)量的40%，木材市場出現(xiàn)很大的供應(yīng)缺口。我國速生林面積已超過0.53公頃，居世界第一，但速生林木材材質(zhì)較軟、力學(xué)性能差且易燃燒的缺點(diǎn)嚴(yán)重限制了其應(yīng)用前景。對速生林木材增強(qiáng)密實改性處理，不但可提高其力學(xué)性能，同時還賦予木材防腐、阻燃和抑煙等功能，使速生林木材高性能化和多功能化，對于我國加速實現(xiàn)低碳綠色經(jīng)濟(jì)，實現(xiàn)木材工業(yè)和林產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供一種CaCO3/木材復(fù)合材料的制備方法，對速生林木材進(jìn)行改性處理，克服其自身缺陷，使其力學(xué)性能和阻燃性能得到改善，擴(kuò)大速生林木材的使用范圍。
[0004]本發(fā)明通過化學(xué)沉淀法在木材內(nèi)部空隙中生成碳酸鈣，制備碳酸鈣/木材復(fù)合材料，能夠解決速生林木材材質(zhì)較軟、力學(xué)性能差且易燃燒的缺點(diǎn)。
[0005]具體而言，本發(fā)明一方面涉及一種CaCO3/木材復(fù)合材料的制備方法，包括將木材放入NaOH溶液中抽真空浸漬后干燥待用的步驟；和用MgCl2溶液浸漬的步驟。優(yōu)選地，其中NaOH溶液的濃度為1% ;MgCl2溶液的濃度為30%。
[0006]在本發(fā)明的一個具體的實施方式中，還包括生成碳酸鈣的步驟，包括(I)采用真空減壓系統(tǒng)對經(jīng)NaOH溶液中抽真空浸漬后的木材進(jìn)行CaCljP MgCl 2溶液浸漬，溫度控制在20°C _100°C，保持2-5h，并在常溫常壓下浸漬12-48h，然后取出試件置于真空干燥箱中烘干；(2)重復(fù)上述步驟，真空減壓下浸漬Na2CO3溶液，溫度控制在20°C -100°C，保持2_5h，并常溫常壓下浸漬24-60h ; (3)對步驟(2)中處理過的木材進(jìn)行水洗脫鹽處理，脫鹽處理后取出恒溫干燥。
[0007]優(yōu)選地，CaCl2溶液濃度為3.5mol/L ；Na 20)3溶液濃度為2.0moI/Lo
[0008]優(yōu)選地，步驟(1)、(2)中溫度為20°C;步驟(I)中保持3h，在常溫常壓下浸漬24h ;步驟(2)中保持3h，常溫常壓下浸漬48h。
[0009]優(yōu)選地，本發(fā)明所應(yīng)用的木材來源于速生林。
[0010]本發(fā)明主要是通過氯化鈣和碳酸鈉在木材內(nèi)部反應(yīng)，生產(chǎn)碳酸鈣，制備碳酸鈣/木材復(fù)合材料。
[0011]本發(fā)明另一方面的目的在于提供一種CaCO3/木材復(fù)合材料，其是由上述方法制備得到。
[0012]具體的，本發(fā)明所提供的CaCO3/木材復(fù)合材料，其制備方法包括將木材放入NaOH溶液中抽真空浸漬后干燥待用的步驟和和用MgCl2溶液浸漬的步驟。優(yōu)選地，其中NaOH溶液的濃度為1% ;MgCl2溶液的濃度為30%。
[0013]在本發(fā)明的一個具體的實施方式中，其制備方法還包括生成碳酸鈣的步驟，包括
(I)采用真空減壓系統(tǒng)對經(jīng)NaOH溶液中抽真空浸漬后的木材進(jìn)行CaCljPMgCl2溶液浸漬，溫度控制在20°C _100°C，保持2-5h，并在常溫常壓下浸漬12-48h，然后取出試件置于真空干燥箱中烘干；(2)重復(fù)上述步驟，真空減壓下浸漬Na2CO3溶液，溫度控制在20°C -100°C,保持2-5h，并常溫常壓下浸漬24-60h ;(3)對步驟(2)中處理過的木材進(jìn)行水洗脫鹽處理，脫鹽處理后取出恒溫干燥。
[0014]優(yōu)選地，CaCl2溶液濃度為3.5mol/L ；Na 20)3溶液濃度為2.0moI/Lo
[0015]優(yōu)選地，步驟(1)、(2)中溫度為20°C;步驟(I)中保持3h，在常溫常壓下浸漬24h ;步驟(2)中保持3h，常溫常壓下浸漬48h。
[0016]優(yōu)選地，本發(fā)明所應(yīng)用的木材來源于速生林。
[0017]本發(fā)明第三方面的目的在于提供CaCO3/木材復(fù)合材料的應(yīng)用，應(yīng)用于建筑、裝修和豕具制造。
[0018]本發(fā)明第四方面的目的在于提供一種提高木材力學(xué)性能和阻燃性能的方法，其特征在于包括將木材放入NaOH溶液中抽真空浸漬后干燥的步驟和和用MgCl2溶液浸漬的步驟。優(yōu)選地，其中NaOH溶液的濃度為I % ;MgCl2溶液的濃度為30%。
[0019]在本發(fā)明的一個具體的實施方式中，還包括生成碳酸鈣的步驟，包括(I)采用真空減壓系統(tǒng)對經(jīng)NaOH溶液中抽真空浸漬后的木材進(jìn)行CaCljP MgCl 2溶液浸漬，溫度控制在20°C -1OO0C ;保持2-5h，并在常溫常壓下浸漬12-48h，然后取出試件置于真空干燥箱中烘干；(2)重復(fù)上述步驟，真空減壓下浸漬Na2CO3溶液，溫度控制在20°C -100°C;保持2_5h，并常溫常壓下浸漬24-60h ; (3)對步驟(2)中處理過的木材進(jìn)行水洗脫鹽處理，脫鹽處理后取出恒溫干燥。
[0020]優(yōu)選地，CaCl2溶液濃度為3.5mol/L ；Na 20)3溶液濃度為2.0moI/Lo
[0021]優(yōu)選地，步驟(1)、(2)中溫度為20°C;步驟(I)中保持3h，在常溫常壓下浸漬24h ;步驟(2)中保持3h，常溫常壓下浸漬48h。
[0022]優(yōu)選地，本發(fā)明所應(yīng)用的木材來源于速生林。
[0023]本發(fā)明的有益效果是，提高了速生林木材的力學(xué)性能和阻燃性能，擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍，使低檔木材達(dá)到高檔木材的性能。采用化學(xué)沉淀法制備復(fù)合材料，制備工藝簡單。
【附圖說明】
[0024]圖1表不木材內(nèi)部結(jié)構(gòu)光學(xué)顯微鏡圖；
[0025]圖2表示木材X-射線衍射儀(XRD)圖；
[0026]圖3表不掃描電子顯微鏡(SEM)圖；
[0027]圖4表示力學(xué)性能圖；
[0028]圖5表示經(jīng)過本發(fā)明的方法處理后木材的抗壓能力圖；
[0029]圖6表示采用NaOH處理和未用NaOH處理對木材抗壓能力的影響。
【具體實施方式】
[0030]下面結(jié)合具體的實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0031]實施例1
[0032](I)將泡桐木塊放入濃度為I %的NaOH溶液中抽真空浸漬后干燥待用。
[0033](2)采用真空減壓系統(tǒng)對試件進(jìn)行CaCljP MgCl 2溶液浸漬，CaCl 2溶液濃度為3.5mol/L, MgCl2溶液的濃度為30%，溫度為20°C，保持3h，并在常溫常壓下浸漬24h，然后取出試件置于真空干燥箱中烘干。
[0034](3)重復(fù)上述步驟，真空減壓下浸漬Na2CO3溶液，Na 2C03溶液濃度為2.0moI/L,溫度為20°C，保持3h，并常溫常壓下浸漬48h。
[0035](4)對步驟3中處理過的木塊進(jìn)行水洗脫鹽處理，脫鹽處理后取出恒溫干燥，即得CaCO3/木材復(fù)合材料。
[0036]對所制備的CaCO3/木材復(fù)合材料的進(jìn)行測試測試，包括光學(xué)顯微鏡、X-射線衍射儀(XRD)和掃描電子顯微鏡(SEM)觀察(如圖1-3所示)，力學(xué)試驗機(jī)測定不同濃度下的抗壓強(qiáng)度(如圖4所示)，實驗方法:用砂紙將木塊試塊表面磨平除去表面沉積的CaCO3，放入WDW微機(jī)控制萬能力學(xué)實驗機(jī)(長春試驗機(jī)廠)球面活動支座中心位置，均勻加壓，使試樣在2分鐘內(nèi)破壞，測試木塊的軸向抗壓強(qiáng)度。
[0037]結(jié)果表明，處理過的木材內(nèi)部結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生破壞(如圖1所示)；處理過的木材出現(xiàn)了碳酸鈣的吸收峰(如圖2所示)并且木材內(nèi)部有分布均勻的碳酸鈣微粒(如圖3所示)；隨著CaCl2溶液濃度的增大，復(fù)合材料的抗壓強(qiáng)度呈增加趨勢。
[0038]實施例2對比實驗
[0039]對比試驗中實驗組的木塊用I %的NaOH溶液浸漬抽提，CaCl2溶液濃度為3.5mol/L ;Na2C03溶液濃度為2.0moI/L ;對照組省去用1%的NaOH溶液浸漬抽提步驟，其它實驗步驟相同。
[0040]實驗結(jié)果表明:經(jīng)過NaOH抽提過的木塊的增重率為45.13%,而未經(jīng)NaOH處理過的木塊的增重率為30.69%，說明經(jīng)過NaOH抽提可以提高復(fù)合木材中碳酸鈣的含量；力學(xué)性能方面，經(jīng)過NaOH抽提過的木塊的抗壓強(qiáng)度為32.68MPa，而未經(jīng)NaOH處理過的木塊的抗壓強(qiáng)度為29.04MPa，說明經(jīng)過NaOH抽提可以提高復(fù)合木材的抗壓強(qiáng)度，所制備的復(fù)合材料的抗壓強(qiáng)度平均提高30%左右。
[0041]如圖5-6所示，經(jīng)過本發(fā)明的方法處理后的木材，其抗壓能力明顯增強(qiáng)，尤其是經(jīng)過NaOH處理后，其抗壓強(qiáng)度明顯優(yōu)于未經(jīng)NaOH處理過的木材和素材，在相同的位移下，所能承受的壓力更大。
【主權(quán)項】
1.一種CaCO J木材復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括將木材放入NaOH溶液中抽真空浸漬后干燥待用的步驟和用MgCl2溶液浸漬的步驟。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，還包括生成碳酸鈣的步驟，包括(I)采用真空減壓系統(tǒng)對經(jīng)NaOH溶液中抽真空浸漬后的木材進(jìn)行CaCljP MgCl 2溶液浸漬，溫度控制在200C _100°C，保持2-5h，并在常溫常壓下浸漬12-48h，然后取出試件置于真空干燥箱中烘干；(2)重復(fù)上述步驟，真空減壓下浸漬Na2CO3溶液，溫度控制在20°C -100°C，保持2_5h，并常溫常壓下浸漬24-60h ; (3)對步驟(2)中處理過的木材進(jìn)行水洗脫鹽處理，脫鹽處理后取出恒溫干燥。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其中NaOH溶液的濃度為I%。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其中CaCl2溶液濃度為3.5mol/L ;似20)3溶液濃度為2.0moI/L ;MgCl2溶液的濃度為30%。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其中步驟(1)、(2)中溫度為20°C;步驟(I)中保持3h，在常溫常壓下浸漬24h ;步驟(2)中保持3h，常溫常壓下浸漬48h。6.根據(jù)權(quán)利要求1-5所述的制備方法，其中木材來源于速生林。7.根據(jù)權(quán)利要求1-6所述的制備方法所制備得到的CaCOJ木材復(fù)合材料。8.權(quán)利要求7所述的CaCOJ木材復(fù)合材料的應(yīng)用，其特征在于，應(yīng)用于建筑、裝修和家具制造。9.一種提高木材力學(xué)性能和阻燃性能的方法，其特征在于包括將木材放入NaOH溶液中抽真空浸漬后干燥的步驟和和用MgCl2溶液浸漬的步驟。10.權(quán)利要求9所述的方法，還包括生成碳酸鈣的步驟，包括(I)采用真空減壓系統(tǒng)對經(jīng)NaOH溶液中抽真空浸漬后的木材進(jìn)行CaClJP MgCl 2溶液浸漬，溫度控制在20°C -100°C，保持2-5h，并在常溫常壓下浸漬12-48h，然后取出試件置于真空干燥箱中烘干；(2)重復(fù)上述步驟，真空減壓下浸漬Na2CO3溶液，溫度控制在20°C -1OO0C，保持2_5h，并常溫常壓下浸漬24-60h;(3)對步驟(2)中處理過的木材進(jìn)行水洗脫鹽處理，脫鹽處理后取出恒溫干燥。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種CaCO3/木材復(fù)合材料的制備方法，包括將木材放入NaOH溶液中抽真空浸漬后干燥待用的步驟和用MgCl2溶液浸漬的步驟。本發(fā)明還涉及由上述方法制備得到CaCO3/木材復(fù)合材料。本發(fā)明的制備方法提高了速生林木材的力學(xué)性能和阻燃性能，擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍，使低檔木材達(dá)到高檔木材的性能。采用化學(xué)沉淀法制備復(fù)合材料，制備工藝簡單。
【IPC分類】B27K3/20, B27K5/04, B27K3/32, B27K3/02, B27K5/00
【公開號】CN104890069
【申請?zhí)枴緾N201510358825
【發(fā)明人】姚曉林, 劉盛全, 李晉玲, 梅玉, 黃勇同, 宛翠秀, 鮑金翔
【申請人】安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年6月25日