[发明专利]水玻璃-聚合物均相杂化木材改性前驱液及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于建筑材料中木材改性技术领域，具体涉及一种以水玻璃与亲水性聚合物复合而成的均相无机-有机杂化木材改性前驱液及其制备方法。 

背景技术

木材是“四大传统”材料(钢铁、水泥、塑料、木材)中唯一的天然可再生资源和再循环利用的绿色材料和生物资源。面临人类对木材需求的不断增加与木材资源严重短缺的矛盾，世界上许多国家都大面积种植人工林，保证了木材的供应。但与天然林木材相比，人工林木材密度低，材质松软，物理力学性能较差，含水率高且分布不均，材色单调，易产生干缩变形，一般难以直接作为结构材和装饰材料使用。 

对人工木材进行改性的途径之一为进行浸渍处理。已报导的有机物前驱液大多是脲醛树脂、酚醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂等，这些有机物前驱液处理木材后会释放甲醛，对环境及人体造成危害。 

采用无机硅酸盐前驱液处理的方法虽然可提高木材的硬度、强度、阻燃性和耐磨性等，但木材的脆性增加，韧性下降，影响了材料的手感；单纯水玻璃进行木材改性后，与木材形成的碱性硅胶膜层脆性较大，在成膜的过程中有小分子副产物水的产生，其凝胶膜会出现许多裂纹；采用水玻璃及其不溶盐沉淀物的抗流失性较差，改性后的木材性能不能持久。 

现有的无机-有机复合改性前驱液是多种组分的混合物，各组分之间存在微相分离，因而在木材改性过程中因重复利用使其稳定性变差。 

发明内容

本发明目的在于解决现有技术中的问题，而提供一种水玻璃与有机聚合物形成的水玻璃-聚合物均相杂化木材改性前驱液及其制备方法。 

本发明所提供的水玻璃-聚合物均相杂化改性前驱液的组分及其含量为：水玻璃23～50wt％、亲水性聚合物0.2～4.2wt％、交联剂0.3～2.6wt％和水45～75wt％； 

其中，所述的水玻璃包括钠水玻璃、钾水玻璃；所述的亲水性聚合物选自聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、聚乙二醇、聚乙烯醇、羟乙基纤维素或羧甲基纤维素中的一种或几种的混合；所述的交联剂为环氧氯丙烷、三聚氰胺甲醛树脂或N，N-亚甲基双丙烯酰胺中的一种或几种的混合。 

本发明所提供的水玻璃-聚合物均相杂化木材改性前驱液的制备方法，包括以下步骤： 

1)溶解亲水性聚合物：室温下将亲水性聚合物加入水中，于30～90℃下搅拌溶解，得到质量浓度为0.2～10.0wt％的亲水性聚合物水溶液； 

2)制备水玻璃-聚合物均相杂化改性前驱液：将步骤1)制备的亲水性聚合物水溶液和水玻璃于30～80℃下搅拌混合后，加入交联剂，持续搅拌1～3h，得到水玻璃-聚合物均相杂化木材改性前驱液；前驱液中，亲水性聚合物、水玻璃和交联剂所占的百分含量分别为0.2～4.2wt％、23～50wt％和0.3～2.6wt％。 

与现有技术相比较，本发明的优点在于： 

1)本发明所采用的原料来源广泛，价格低廉。 

2)本发明的制备工艺简单易行、适用于工业化生产。 

3)本发明原料中所用的水玻璃和亲水聚合物都不会释放有害成分，所用的交联剂量很少，在前驱液制备过程中交联剂和原料中的功能基团发生交联反应，也不会释放有机小分子，若进行木材处理改性后不会对环境造成污染。 

4)本发明制备的水玻璃-聚合物均相杂化改性前驱液是均相稳定的杂化溶液，与木材具有较好的界面亲和性，且溶液粘度较低、易于进行原木木材浸渍处理，可重复使用；并且，通过聚合物对水玻璃的改性处理，改善了水玻璃脆性大的缺点；在本发明制备的水玻璃-聚合物均相杂化改性前驱液中的水玻璃和亲水性聚合物，通过交联剂的交联作用，能克服两种组分因亲水性造成的水流失性问题。 

以下结合具体实施方式对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围不仅限于下述实施例的内容。 

具体实施方式

实施例1 

1)在反应釜中室温下将4.2g聚丙烯酸钠溶于95.8g水中，在90℃下充分搅拌，形成透明的均相溶液； 

2)将步骤1)制备的100g聚丙烯酸钠溶液和29.8g的钠水玻璃在30℃条件下进行混合，充分搅拌后，加入3.48g N，N-亚甲基双丙烯酰胺，再继续搅拌1h，得到澄清、均相的水玻璃-聚丙烯酸钠杂化溶液。 

该溶液的粘度为56mPa·s，在水中浸泡24h后的溶解度为3.5％。 

实施例2 

1)在反应釜中室温下将0.2g聚丙烯酸钠溶于99.8g水中，在30℃下充分搅拌，形成透明的均相溶液；