2d树脂-硅酸钠复合增强杨木的方法
阅读说明：本技术 2d树脂-硅酸钠复合增强杨木的方法 (Method for reinforcing poplar wood by compounding 2D resin and sodium silicate ) 是由 左迎峰 毕小茜 李萍 张源 吴义强 李贤军 袁光明 于 2021-04-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种2D树脂-硅酸钠复合增强杨木的方法,通过先将2D树脂浸渍到木材内部进行化学结合,再将硅酸钠浸渍到木材内部与2D树脂反应结合,形成物理和化学的联合填充,得到2D树脂-硅酸钠复合增强的杨木。本发明方法选用的2D树脂和硅酸钠反应效率高,浸渍均匀性好,以杨木木材自身为反应容器进行化学交联反应,形成物理化学的双重填充,使改性杨木的抗流失性增强,弥补了物理填充后药剂流失性强、固着率低和单一化学浸渍后改性木材的力学强度提升不显著的缺陷,既提升了改性杨木的物理力学性能,也极大的提升了尺寸稳定性。(The invention discloses a method for 2D resin-sodium silicate composite reinforcement of poplar, which comprises the steps of impregnating 2D resin into wood for chemical combination, then impregnating sodium silicate into the wood for reaction combination with the 2D resin to form physical and chemical combined filling, and obtaining 2D resin-sodium silicate composite reinforcement poplar. The 2D resin and the sodium silicate selected by the method have high reaction efficiency and good impregnation uniformity, and the poplar wood is used as a reaction container to perform chemical crosslinking reaction to form physical and chemical double filling, so that the loss resistance of the modified poplar is enhanced, the defects of strong loss of the medicament after physical filling, low fixation rate and insignificant improvement of the mechanical strength of the modified wood after single chemical impregnation are overcome, the physical and mechanical properties of the modified poplar are improved, and the dimensional stability is also greatly improved.)
技术领域
本发明属于木材功能性改良技术领域，具体涉及一种2D树脂-硅酸钠复合增强杨木的方法。
背景技术
人工林木材是我国木材工业的主要原材料，人工林木材的有效利用对于解决我国木材资源短缺、进口依存度大的问题具有重要意义。杨木作为四大速生林之一分布广、种类多，且轮伐周期短，适应力强，可在我国木材加工利用和生态环境保护等方面发挥很好的作用。但杨木存在着力学强度低、尺寸稳定性差、易燃易腐等缺陷限制了其应用范围，为解决杨木材性上的各种缺陷，提升其附加值，许多研究者对其进行浸渍改性，目前主要采用加压浸渍的方式，将改性剂压入到木材内部，达到木材增强的目的。但现存方法存在浸注深度低，均匀度差等缺陷，而且当两种浸渍药剂反应迅速时，分子间已经完成缩聚，形成大分子结构，所以难以进入到木材中，因此，申请人认为，可以研发全新的浸渍试剂来增强杨木性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种反应效率高、可均匀浸渍到杨木内部实现物理和化学填充的2D树脂-硅酸钠复合增强杨木的方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。
一种2D树脂-硅酸钠复合增强杨木的方法，所述方法包括先将2D树脂溶液浸渍到木材内部，使2D树脂与木材进行化学结合，然后将硅酸钠溶液浸渍到木材内部，使硅酸钠与2D树脂反应进而将硅酸钠固着在杨木内部，形成物理和化学的联合填充，得到2D树脂-硅酸钠复合增强杨木。
上述的2D树脂-硅酸钠复合增强杨木的方法，优选的，所述2D树脂溶液的质量分数为2％～10％，所述硅酸钠溶液的质量分数为10％～40％，所述2D树脂溶液的质量分数小于所述硅酸钠溶液的质量分数。
上述的2D树脂-硅酸钠复合增强杨木的方法，优选的，所述浸渍前先对木材负压抽真空，所述浸渍时采用正压浸渍。
上述的2D树脂-硅酸钠复合增强杨木的方法，优选的，所述方法具体包括以下步骤：
(1)将杨木放入密闭容器中，先抽真空形成负压并保压，使木材细胞空隙中的空气和水分被抽出，然后加入2D树脂溶液浸没木材，进液完成后卸载负压，并向密闭容器内施加正压并保压，使所述2D树脂溶液充分浸渍于木材中发生反应，再排放出多余的2D树脂溶液；
(2)将密闭容器抽真空形成负压并保压，使木材细胞空隙中的空气和水分被抽出，然后加入硅酸钠溶液浸没木材，进液完成后卸载负压，并向密闭容器内施加正压并保压，使所述硅酸钠溶液充分浸渍于木材中与2D树脂发生反应，再排放出多余的硅酸钠溶液；
(3)将步骤(2)所得杨木进行陈化、干燥，得到2D树脂-硅酸钠复合增强杨木。
上述的2D树脂-硅酸钠复合增强杨木的方法，优选的，步骤(1)中，所述负压为-0.05MPa～-0.09MPa，负压保压10min～30min，所述正压为0.3MPa～0.7MPa，正压保压30min～60min。
上述的2D树脂-硅酸钠复合增强杨木的方法，优选的，步骤(2)中，所述负压为-0.05MPa～-0.09MPa，负压保压10min～30min，所述正压为0.3MPa～0.7MPa，正压保压30min～60min。
上述的2D树脂-硅酸钠复合增强杨木的方法，优选的，步骤(3)中，在所述陈化之前，以步骤(1)和步骤(2)为一次循环，循环处理1次～3次后，再进行陈化。
上述的2D树脂-硅酸钠复合增强杨木的方法，优选的，步骤(1)中，所述杨木先干燥至含水率为5％～9％，再进行浸渍处理。
上述的2D树脂-硅酸钠复合增强杨木的方法，优选的，步骤(3)中，所述陈化是将循环处理后的杨木放在通风干燥处2天～3天。
上述的2D树脂-硅酸钠复合增强杨木的方法，优选的，步骤(3)中，所述干燥是将陈化后的杨木放入温度为50℃～60℃的烘干箱中干燥3天～5天。
本发明中，2D树脂即二羟甲基二羟基乙烯脲。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明提供了一种2D树脂-硅酸钠复合增强杨木的方法，将两种原料先后浸渍在杨木内部实现物理化学填充(相对于木材而言，2D树脂是化学填充，硅酸钠是物理填充)以增强杨木性能，先将低质量分数的2D树脂溶液浸入到杨木木材中，利用2D树脂上活性羟基基团与木材发生化学结合，再将高质量分数的硅酸钠溶液浸入杨木中，硅酸钠与细胞壁上附着的2D树脂反应结合，得到如式(1)所示的结构，作物理填充。2D树脂和硅酸钠反应效率高，浸渍均匀性好，形成物理化学的双重结合，弥补了物理填充后药剂流失性强、固着率低和单一化学浸渍后改性木材的力学强度提升不显著的缺陷，既提升了改性杨木的物理力学性能，也极大的提升了尺寸稳定性。
(2)本发明方法通过分开浸渍两种药剂，解决了硅酸钠和2D树脂反应生成沉淀难以浸入杨木木材内部的问题，既能实现硅酸钠的固着，又能保证2D树脂与杨木木纤维的有机交联反应。
(3)本发明方法采用负压-正压交替循环浸渍的方法，以不断地向木材浸入试剂和排出多余试剂的方式循序渐进地增加浸注深度，浸渍均匀，可显著简化浸渍工艺过程，不需要过高的压力，对设备要求低，对杨木结构破坏力度小。
(4)利用本发明方法得到的2D树脂-硅酸钠复合增强杨木力学性能增强，尺寸稳定性提高，抗流失性增强，不仅可用于家具、地板、建筑等领域，甚至可以满足现代装配式木结构工程材的要求。
具体实施方式
以下结合具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售，木材的性能检测方法参照GB/T1936.1-2009和GB/T1941-2009。
实施例1：
一种本发明的2D树脂-硅酸钠复合增强杨木的方法，是通过负压-正压交替循环浸渍的方法先使2D树脂与木材细胞壁进行化学结合，再将硅酸钠浸渍到木材内部，使硅酸钠与细胞壁上附着的2D树脂反应结合，形成物理化学的联合填充，得到2D树脂-硅酸钠复合增强的杨木。具体试验过程包括如下步骤：
(1)杨木木材的预处理：将杨木木材按照规格锯制成：长×宽×高为60mm×60mm×300mm，将杨木木材干燥至含水率为5％。
(2)通过浸渍的方式将2D树脂浸入杨木：根据配方配制5000g质量分数为4％的2D树脂的水溶液，然后将杨木放入密闭罐体中，先抽真空至-0.05MPa并保压10min，使木材细胞空隙中的空气和水分被抽出，然后利用负压将配制好的2D树脂溶液抽进浸渍罐中并浸没木材，进液完成后卸载负压，向浸渍罐内施加正压至0.3MPa并保压30min，使2D树脂溶液充分浸渍于木材中与细胞壁发生反应，之后泄压并排放出多余的2D树脂溶液浸渍液。
(3)通过浸渍的方式将硅酸钠溶液浸入杨木：先抽真空至-0.05MPa并保压10min，使木材细胞空隙中的空气和水分被抽出，然后利用负压将配制好的5000g质量分数为10％的硅酸钠溶液抽进浸渍罐中并浸没木材，进液完成后卸载负压，向浸渍罐内施加正压至0.3MPa并保压30min，使硅酸钠溶液充分浸渍于木材中，之后泄压并排放出多余的浸渍液，取出试件。
(4)药剂在杨木木材中反应、固化，得到强化杨木木材：将浸渍后的杨木木材放在通风干燥处进行陈化2天，然后放入60℃烘干箱中干燥3天，使复合试剂充分和木材纤维反应、固化，得到2D树脂-硅酸钠复合增强的杨木木材。
实施例2：
一种2D树脂-硅酸钠复合增强杨木的方法，是通过负压-正压交替循环浸渍的方法先使2D树脂与木材细胞壁进行化学结合，再将硅酸钠浸渍到木材内部，使硅酸钠与细胞壁上附着的2D树脂反应结合，形成物理化学的联合填充，得到2D树脂-硅酸钠复合增强的杨木。具体试验过程包括如下步骤：
(1)杨木木材的预处理：将杨木木材按照规格锯制成：长×宽×高为60mm×60mm×300mm，将杨木木材干燥至含水率为7％。
(2)通过浸渍的方式将2D树脂浸入杨木：根据配方，配制5000g质量分数为6％的2D树脂溶液，然后将杨木放入密闭罐体中，先抽真空至-0.07MPa并保压20min，使木材细胞空隙中的空气和水分被抽出，然后利用负压将配制好的2D树脂溶液抽进浸渍罐中并浸没木材，进液完成后卸载负压，向浸渍罐内施加正压至0.5MPa并保压40min，使2D树脂溶液充分浸渍于木材中，之后泄压并排放出多余的浸渍液。
(3)通过浸渍的方式将硅酸钠溶液浸入杨木：先抽真空至-0.07MPa并保压20min，使木材细胞空隙中的空气和水分被抽出，然后利用负压将配制好的5000g质量分数为20％的硅酸钠溶液抽进浸渍罐中并浸没木材，进液完成后卸载负压，向浸渍罐内施加正压至0.5MPa并保压40min，使硅酸钠溶液充分浸渍于木材中，之后泄压并排放出多余的浸渍液。
(4)以上述步骤(2)和步骤(3)为一个循环，对杨木木材循环处理2次后取出试件。将浸渍后的杨木木材放在通风干燥处进行陈化3天，然后放入60℃烘干箱中干燥4天，使复合试剂在杨木木材中充分和木材纤维反应、固化，得到2D树脂-硅酸钠复合增强的杨木木材。
实施例3：
一种2D树脂-硅酸钠复合增强杨木的方法，是通过负压-正压交替循环浸渍的方法先使2D树脂与木材细胞壁进行化学结合，再将硅酸钠浸渍到木材内部，使硅酸钠与细胞壁上附着的2D树脂反应结合，形成物理化学的联合填充，得到2D树脂-硅酸钠复合增强的杨木。具体试验过程包括如下步骤：
(1)杨木木材的预处理：将杨木木材按照规格锯制成：长×宽×高为60mm×60mm×300mm，将杨木木材干燥至含水率为9％。
(2)通过浸渍的方式将2D树脂浸入杨木：根据配方，配制5000g质量分数为8％的2D树脂溶液，然后将杨木放入密闭罐体中，先抽真空至-0.09MPa并保压30min，使木材细胞空隙中的空气和水分被抽出，然后利用负压将配制好的2D树脂溶液抽进浸渍罐中并浸没木材，进液完成后卸载负压，向浸渍罐内施加正压至0.7MPa并保压50min，使2D树脂充分浸渍于木材中，之后泄压并排放出多余的浸渍液。
(3)通过浸渍的方式将硅酸钠溶液浸入杨木：先抽真空至-0.09MPa并保压30min，使木材细胞空隙中的空气和水分被抽出，然后利用负压将配制好的5000g质量分数为30％的硅酸钠溶液抽进浸渍罐中并浸没木材，进液完成后卸载负压，向浸渍罐内施加正压至0.7MPa并保压50min，使硅酸钠溶液充分浸渍于木材中，之后泄压并排放出多余的浸渍液。
(4)以上述步骤(2)和步骤(3)为一个循环，对杨木木材循环处理3次后取出试件。将浸渍后的杨木木材放在通风干燥处进行陈化3天，然后放入60℃烘干箱中干燥5天，使复合试剂在杨木木材中充分和木材纤维反应、固化，得到2D树脂-硅酸钠复合增强的杨木木材。
对比例1：
一种硅酸钠改性杨木的方法，具体步骤与实施例1基本相同，区别仅在于对比例1不浸渍2D树脂，只浸渍5000g质量分数为10％的硅酸钠。
表1-强化杨木木材性能对比
本发明选用2D树脂和硅酸钠分别浸渍到杨木木材中，再以杨木木材自身为反应容器进行化学交联反应，实现了物理和化学联合一体化填充，弥补了物理填充后药剂流失性强、固着率低和单一化学浸渍后改性木材的力学强度提升不显著的缺陷，解决了当两种浸渍药剂反应迅速难以进入木材的问题。并显著提高改性剂在木材中的浸渍效果，浸渍深度和均匀度，简化杨木木材的强化改性工艺。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
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