[发明专利]用二氧化硅改良木材表面性质的方法

说明书

技术领域

本发明属改良木材表面性质的方法，主要是用二氧化硅改良木材表面性质的方法。

背景技术

为了保护木材的原有特性、提高木制品的装饰作用和使用寿命，需采用一定的表面处理技术来提高其美观特性、力学性能、耐磨性、耐久性，改善木材加工性能及赋予木材表面隔热、耐燃、防蛀、绝缘、导电等新功能，从而提高木材的使用价值，拓宽木材的应用领域。到目前为止，木材表面功能性改良方法主要有木材染色、木材漂白、木材涂饰、防腐处理、表面强化、无电解电镀、表面化学装饰、等离子体聚合、表面活化和珍贵木质超薄贴面装饰等。许多学者对木材表面功能性改良进行了相关研究。

利用二氧化硅对木材进行改性，上世纪90年代开始就有研究。据报道，日本学者Saka等最早采用溶胶-凝胶法在木材内部生成SiO₂凝胶制备木材/无机复合材料，利用调湿材浸渍于四乙氧基硅烷(TEOS)中，木材内部的结合水引发了四乙氧基硅烷的水解反应、缩聚反应，在木材空隙中生成二氧化硅粒子，制备得到多孔性的二氧化硅/木材复合材料，该复合材料保留了木材多孔等良好特性。进一步研究发现，细胞壁内生成的硅凝胶量是有选择性的，含水率越高，生成的凝胶量越多，对生成硅凝胶量不同的复合材料进行评估的结果表明，复合材料内部凝胶含量越高，表现出的尺寸稳定性和滞火效应就越好(《具有多空结构的无机质复合木材》[J].张明华等译 吉林建材.1999，80(4)：38～43)。Ogiso等先用超声波处理木材，然后再与四乙氧基硅烷(TEOS)反应制备二氧化硅/木材复合材料，发现超声波处理能影响其增重率，使制备木材-无机质复合材料尺寸稳定性、耐火性和耐蚁性存在着局部化学效应(《超声波处理对制备木材-无机质复合材料的影响》[J].张明华等译 吉林建材.2000，8(1)：42～48)。Saka等用3-异氰酸丙酯基三乙氧基硅烷(IPTEOS)对木材进行化学改性后，用四异丙基钛酸酯的异丙醇溶液处理制备了含有TiO₂无机物质的二氧化硅/木材复合材料(《化学改性木材-无机质复合材料》[J].张明华等译 吉林建材.2000，82(2)：39～44)。1994年，Ogiso等先用异氰酸盐、环氧树脂、乙烯树脂和甲基丙烯酸树脂类的硅烷偶联剂在无水条件下进行木材化学无机改性，然后用正硅酸乙酯处理制备了化学改性二氧化硅/木材复合材料，实验发现，SiO₂凝胶同与木材物质共价键合的硅烷偶联剂锁具，这对于尺寸稳定性和耐热性更为有效(《木材和无机物质之间的化学键对提高性能的影响》[J]张明华等译.吉林建材.2000，83(3)：38～43)。

在国内，很多学者也进行了研究。1996年，王西成等先将陶瓷前驱体溶液水解获得溶胶，使用盐酸作催化剂，将经干燥的木材试样置于真空处理罐内抽真空，再将溶胶吸入处理罐中的木材，经一定时间后转为正压处理，取出后再陈化、干燥，得到陶瓷化木材(《陶瓷化木材的复合机理》[J].材料研究学报.1996，10(4)：435～439)。1998年，王西成等引入γ-(2.3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷作为偶联剂，偶联剂分子链的一端与木材纤维素中的羟基发生反应，使木材(锻木或杨木)与偶联剂通过C-O-C键连结起来，另一端的烷氧基水解，形成RSi-OH，在催化剂的作用下与TEOS的水解产物发生缩聚反应。这样，木材与二氧化硅间借助于偶联剂在更大程度上通过Si-O-Si及C-O-C醚键连接起来，增强了其界面结合力，进一步提高了木材的综合性能(《木材/二氧化硅原位复合材料的界面研究》[J].材料工程.1998，(5)：16～18)。2003年，陈志林一方面利用TEOS与水在催化剂的作用下发生水解反应制得溶胶，然后再将溶胶注入木材中，制备陶瓷化复合木材；另一方面，采用MTES与TEOS共水解获得改性溶胶，然后再将溶胶注入木材中，制备得MTES改性溶胶陶瓷化复合木材(《陶瓷化复合木材复合方法与性能的基础性研究》[博士学位论文].北京 北京工业大学，2003)。2004年，邱坚采用TEOS为前驱体，利用超临界技术，制备了木材-SiO₂气凝胶复合材料(《木材-SiO₂气凝胶纳米复合材的研究》[博士学位论文].哈尔滨 东北林业大学，2004)。2006年，符韵林采用TEOS为前驱体制备SiO₂/木材复合材料，并研究SiO₂/木材复合材料的微细构造、物理性能、二氧化硅与木材的结合方式、动态粘弹性等性质，以及二氧化硅凝胶粒子介入木材细胞壁的空间位置(《二氧化硅/木材复合材料的微观结构与物性》[博士学位论文].北京：北京林业大学，2006)。