一种高性能仿贝壳结构木材及其制备方法

本发明属于结构木材制备，具体涉及一种高性能仿贝壳结构木材及其制备方法。

背景技术：

1、目前直接利用的天然木材资源不足，生长快、成材早、轮伐期短的速生材的开发广泛关注。但是由于速生木材材质疏松、密度低、空隙度大，其力学和机械强度不尽人意，严重限制了其应用。亟需开发高效的技术对速生材进行物理或化学改性。

2、专利号为cn112171830b、发明名称为“一种高强度木材及其制备方法”的发明专利，公开的技术方案为“该高强度木材由木材细胞单元紧密排布形成的致密微结构，木材细胞单元是由纳米纤维素纤维及木质素构成的实心结构，木质素的含量范围为0％～90％。本发明制备方法为：首先通过去除木质素的工艺，获得部分去除木质素的木材；然后用化学溶液处理木材的纤维，最后用水清洗去除样品中的化学残余，干燥后获得高强度木材。该高强度木材在密度和力学上有极大的提高，其制备方法原料广泛，制备步骤简单，成本低等特点，极大的扩大了木材的应用范围”。但是此方法需要通过苛刻的化学处理(氢氧化钠/亚硫酸钠处理)对木材进行脱木素。

技术实现思路

1、本发明要解决的问题是开发出制备方法简便，性能优异的结构木材，提出一种高性能仿贝壳结构木材及其制备方法。

2、为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

3、一种高性能仿贝壳结构木材的制备方法，包括如下步骤：

4、s1.杨木单板改性：首先，将按照料液比将杨木单板浸入氢氧化锂和二甲基亚砜的混合溶液中，在50-55℃条件下润胀36-40h，然后将杨木单板加入马来酸酐中在室温下保持3-4h进行酯化改性；

5、然后将杨木单板从马来酸酐中取出，通过乙醇溶液多次漂洗后，再在氢氧化钠水溶液中浸泡3-4h进行中和反应，然后通过蒸馏水漂洗至中性，然后再冷冻干燥，得到改性杨木单板；

6、s2.杨木单板矿化：配置一定浓度的磷酸二氢铵和氯化镁混合水溶液，将步骤s1得到的改性杨木单板置于混合水溶液中真空浸渍3-4h，然后转移至一定浓度的硅酸钠溶液中真空浸渍3-4h，得到矿化杨木单板；

7、s3.仿贝壳结构单层杨木制备：将步骤s2得到的矿化杨木单板进行致密化处理，得到仿贝壳结构杨木。

8、进一步的，对于仿贝壳结构多层杨木制备：在步骤s3得到的仿贝壳结构杨木单板表面涂覆一层胶黏剂，按相邻两层单板的纤维方向相互垂直将涂覆有胶黏剂的单板层层堆叠，热压得到仿贝壳结构多层杨木。

9、进一步的，步骤s1中杨木单板和氢氧化锂和二甲基亚砜的混合溶液的料液比为1g：100-120ml；

10、所述氢氧化锂和二甲基亚砜的混合溶液中，氢氧化锂的浓度为2-4mg/ml；

11、所述杨木单板和马来酸酐的质量比为1:3-5。

12、进一步的，步骤s1中乙醇漂洗的次数为3-5次，氢氧化钠水溶液的ph为10，所述冷冻干燥的条件为1pa、-50℃，冷冻干燥的时间为12-48小时。

13、进一步的，步骤s2中磷酸二氢铵在混合水溶液的浓度为30-35wt％，氯化镁在混合水溶液的浓度为15-20wt％；所述硅酸钠溶液的浓度为10-50wt％。

14、进一步的，步骤s3中致密化处理条件为10-100mpa、60-120℃条件下致密化6-8h。

15、进一步的，对于仿贝壳结构多层杨木制备中表面涂覆的胶黏剂为淀粉胶黏剂、大豆蛋白胶粘剂、异氰酸酯胶粘剂、环氧树脂胶黏剂、聚氨酯胶黏剂、聚醋酸乙烯胶黏剂中的一种。

16、进一步的，对于仿贝壳结构多层杨木制备中热压处理条件为10-100mpa、60-120℃条件下热压6-8h。

17、一种高性能仿贝壳结构木材的制备方法制备的一种高性能仿贝壳结构木材，所述高性能仿贝壳结构木材的阻燃性能达到gb/t11785《人造板防火性能分类》标准规定的b类要求。

18、本发明的有益效果：

19、本发明所述的一种高性能仿贝壳结构木材的制备方法，通过氢氧化锂/二甲基亚砜溶液对杨木单板进行细胞润胀预处理增大木材细胞间隙，随后进行酯化反应增强静电斥力进一步增大木材细胞间隙，以增强无机盐改性前体的渗透作用，同时引入无机盐原位矿化的位点，最终通过原位无机盐矿化结合致密化工艺得到一种仿贝壳结构高性能木材，可以作为结构木材用于建筑、家具、室内装潢等领域。。

20、本发明所述的一种高性能仿贝壳结构木材的制备方法，通过细胞润胀技术结合酯化引入的静电斥力作用，增大木材细胞间隙以增强无机盐改性前体的渗透作用，同时引入无机盐原位矿化的位点，进一步进行原位无机盐矿化和致密化，最终得到高性能仿贝壳结构木材，本方法无需进行脱木素处理，同时避免了甲醛等高毒性化学品的使用，同时实现了阻燃等高性能。本方法所得仿贝壳结构木材拉伸强度较原始杨木单板提升了2-3倍，抗压强度提升了1.5-2倍，同时阻燃性能达到gb/t11785《人造板防火性能分类》标准规定的b类要求。另外，可以通过胶黏剂粘接的形式，将所得仿贝壳结构杨木粘接在一起得到多层仿贝壳结构杨木

技术特征：

1.一种高性能仿贝壳结构木材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种高性能仿贝壳结构木材的制备方法，其特征在于，对于仿贝壳结构多层杨木制备：在步骤s3得到的仿贝壳结构杨木单板表面涂覆一层胶黏剂，按相邻两层单板的纤维方向相互垂直将涂覆有胶黏剂的单板层层堆叠，热压得到仿贝壳结构多层杨木。

3.根据权利要求1或2所述的一种高性能仿贝壳结构木材的制备方法，其特征在于，步骤s1中杨木单板和氢氧化锂和二甲基亚砜的混合溶液的料液比为1g：100-120ml；

4.根据权利要求3所述的一种高性能仿贝壳结构木材的制备方法，其特征在于，步骤s1中乙醇漂洗的次数为3-5次，氢氧化钠水溶液的ph为10，所述冷冻干燥的条件为1pa、-50℃，冷冻干燥的时间为12-48小时。

5.根据权利要求4所述的一种高性能仿贝壳结构木材的制备方法，其特征在于，步骤s2中磷酸二氢铵在混合水溶液的浓度为30-35wt％，氯化镁在混合水溶液的浓度为15-20wt％；所述硅酸钠溶液的浓度为10-50wt％。

6.根据权利要求5所述的一种高性能仿贝壳结构木材的制备方法，其特征在于，步骤s3中致密化处理条件为10-100mpa、60-120℃条件下致密化6-8h。

7.根据权利要求6所述的一种高性能仿贝壳结构木材的制备方法，其特征在于，对于仿贝壳结构多层杨木制备中表面涂覆的胶黏剂为淀粉胶黏剂、大豆蛋白胶粘剂、异氰酸酯胶粘剂、环氧树脂胶黏剂、聚氨酯胶黏剂、聚醋酸乙烯胶黏剂中的一种。

8.根据权利要求7所述的一种高性能仿贝壳结构木材的制备方法，其特征在于，对于仿贝壳结构多层杨木制备中热压处理条件为10-100mpa、60-120℃条件下热压6-8h。

9.一种权利要求1-8之一所述的一种高性能仿贝壳结构木材的制备方法制备的一种高性能仿贝壳结构木材，其特征在于，所述高性能仿贝壳结构木材的阻燃性能达到gb/t11785《人造板防火性能分类》标准规定的b类要求。

技术总结一种高性能仿贝壳结构木材及其制备方法，属于结构木材制备技术领域。为开发出制备方法简便，性能优异的结构木材，本发明将按照料液比将杨木单板浸入氢氧化锂和二甲基亚砜的混合溶液中，在50‑55℃条件下润胀36‑40h，然后将杨木单板加入马来酸酐中在室温下保持3‑4h进行酯化改性；然后多次漂洗后，再在氢氧化钠水溶液中浸泡3‑4h进行中和反应，漂洗至中性再冷冻干燥，得到改性杨木单板；配置磷酸二氢铵和氯化镁混合水溶液，将改性杨木单板置于混合水溶液中真空浸渍3‑4h，然后转移至一定浓度的硅酸钠溶液中真空浸渍3‑4h，得到矿化杨木单板；仿贝壳结构单层杨木制备：将矿化杨木单板进行致密化处理，得到仿贝壳结构杨木。技术研发人员：张彦华,李泽怀,郑丁源,孙策,姚文瑞,谭海彦受保护的技术使用者：东北林业大学技术研发日：技术公布日：2024/10/17