一种表面增硬木材及其制备方法和应用

本发明属于改性木材，具体涉及一种表面增硬木材及其制备方法和应用。

背景技术：

1、改性木材具有优异的力学性能，这些性能使得低质速生材能够应用于对力学性能有较高要求的环境。仅对表面进行改性处理的木材除力学性能有提高之外，整体质量仍保持较轻，体现出木质材料强重比高的优势。表面改性木材广泛应用于建筑、装饰等领域，由于其应用环境的广泛，因此要求产出效率高、对形貌要求小。但目前对于表面改性木材的研究，仍存在工艺流程复杂、反应条件复杂的技术问题。

2、为解决上述问题，提供一种表面增硬木材及其制备方法和应用。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种表面增硬木材及其制备方法和应用，该制备方法以杨木为基底材料，1-烯丙基-3-甲基氯化咪唑和木材表层纤维素发生反应，使sio2沉积在表面及其下一定深度，进一步促进氢键网络的形成，增强木材表面硬度，扩大可应用范围。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种表面增硬木材，所述表面增硬木材包括木材基体及一定厚度的强化层，所述强化层包括浅层木材和沉积在浅层木材上的纳米sio2颗粒。

3、优选地，所述纳米sio2颗粒的粒径为50±5nm，分子量为60.08；所述强化层的厚度为3-5mm；所述表面增硬木材的原材料为杨木。

4、本发明还提供上述表面增硬木材的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

5、s1、将纳米sio2颗粒和1-烯丙基-3-甲基氯化咪唑混合成混合液，将所述混合液在一定温度下搅拌，得到浸渍液；

6、s2、将s1中得到的浸渍液在一定温度下进行预热，保持预热温度，然后将木材素材放入预热后的浸渍液中进行浸渍，再将浸渍后的木材素材在乙酸乙酯中浸泡，烘干至恒重后，得到表面增硬木材。

7、优选地，s1中所述混合液中纳米sio2颗粒的质量分数为3～7％；所述1-烯丙基-3-甲基氯化咪唑的质量分数为96％；在所述温度为50～70℃，转速为350～450r/min的条件下搅拌20～40min。

8、优选地，s2中在所述温度为40～55℃的条件下预热15min，所述浸渍的时间为10min；所述木材素材的制备方法为：将木材原材经过打磨和烘干处理，所述打磨用600目的砂纸，所述烘干处理为：在温度为103℃的条件下烘至绝干，即间隔2h称重量不再变化。

9、优选地，s2中所述乙酸乙酯的体积为所述浸渍后的木材素材体积的10～15倍，在所述乙酸乙酯中浸泡的时间为3h；所述烘干的温度为80℃～105℃。

10、本发明还提供上述制备的表面增硬木材的应用，所述表面增硬木材用于装饰领域。

11、本发明与现有技术相比具有以下优点：

12、1、本发明采用的sio2具有良好的木材孔隙通过性和填充增强性能。采用的1-烯丙基-3-甲基氯化咪唑在较低的反应温度下即可很好的选择性溶胀基体所含纤维素，经溶胀处理纤维素在乙酸乙酯抗溶剂浸泡下可以复原。本发明以杨木为基底材料，1-烯丙基-3-甲基氯化咪唑负载sio2浸入木材一定深度，浸泡乙酸乙酯使1-烯丙基-3-甲基氯化咪唑顺浓度梯度渗出木材，复原的纤维素及其孔道阻滞sio2渗出木材，经烘干固定，完成高硬度无机微粒对木材的填充固着，有效提高了木材表面力学性能。

13、2、本发明制备的表面增硬木材具有良好的表面力学性能，能够有效抵抗施加载荷引起的形变破坏。

14、下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

技术特征：

1.一种表面增硬木材，其特征在于，所述表面增硬木材包括木材基体及一定厚度的强化层，所述强化层包括浅层木材和沉积在浅层木材上的纳米sio2颗粒。

2.根据权利要求1所述的一种表面增硬木材，其特征在于，所述纳米sio2颗粒的粒径为50±5nm，分子量为60.08；所述强化层的厚度为3～5mm；所述表面增硬木材的原材料为杨木。

3.一种如权利要求1或2所述的表面增硬木材的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种表面增硬木材的制备方法，其特征在于，s1中所述混合液中纳米sio2颗粒的质量分数为3～7％；所述1-烯丙基-3-甲基氯化咪唑的质量分数为96％；在所述温度为50～70℃，转速为350～450r/min的条件下搅拌20～40min。

5.根据权利要求3所述的一种表面增硬木材的制备方法，其特征在于，s2中在所述温度为40～55℃的条件下预热15min，所述浸渍的时间为10min；所述木材素材的制备方法为：将木材原材经过打磨和烘干处理。

6.根据权利要求5所述的一种表面增硬木材的制备方法，其特征在于，s2中所述乙酸乙酯的体积为所述浸渍后的木材素材体积的10～15倍，在所述乙酸乙酯中浸泡的时间为3h；所述烘干的温度为80℃～105℃。

7.一种如权利要求3-6任一权利要求所述的制备方法得到的表面增硬木材的应用，其特征在于，所述表面增硬木材用于装饰领域。

技术总结本发明提供了一种表面增硬木材，表面增硬木材的结构包括木材基体及一定厚度的强化层，强化层包括浅层木材和沉积在浅层木材上的纳米SiO<subgt;2</subgt;颗粒。本发明以杨木为基底材料，1‑烯丙基‑3‑甲基氯化咪唑和木材表层纤维素发生反应，使SiO<subgt;2</subgt;沉积在表面及其下一定深度，进一步促进氢键网络的形成，增强木材表面硬度，扩大可应用范围。本发明制备的表面增硬木材具有良好的表面力学性能，能够有效抵抗施加载荷引起的形变破坏。技术研发人员：黄金田,张钊洪,张倩,郭强,黄玄玄,黄睿,张文睿,胡帅奇受保护的技术使用者：内蒙古农业大学技术研发日：技术公布日：2024/4/17