/木材复合材料及其制备方法
/木材复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及复合材料生产领域，具体而言涉及一种CaCO3/木材复合材料及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002]目前我国不可再生资源日益枯竭，环境不堪重负，为保证可持续发展，应充分利用可再生、无污染的生物质资源和生物质材料。木材是自然界中最典型的生物质材料，广泛应用在建筑、装修和家具制造等领域，但目前我国优质木材资源严重匮乏，优质木材进口量超过消费量的40%，木材市场出现很大的供应缺口。我国速生林面积已超过0.53公顷，居世界第一，但速生林木材材质较软、力学性能差且易燃烧的缺点严重限制了其应用前景。对速生林木材增强密实改性处理，不但可提高其力学性能，同时还赋予木材防腐、阻燃和抑烟等功能，使速生林木材高性能化和多功能化，对于我国加速实现低碳绿色经济，实现木材工业和林产业的可持续发展具有重要的意义。
【发明内容】
[0003]本发明提供一种CaCO3/木材复合材料的制备方法，对速生林木材进行改性处理，克服其自身缺陷，使其力学性能和阻燃性能得到改善，扩大速生林木材的使用范围。
[0004]本发明通过化学沉淀法在木材内部空隙中生成碳酸钙，制备碳酸钙/木材复合材料，能够解决速生林木材材质较软、力学性能差且易燃烧的缺点。
[0005]具体而言，本发明一方面涉及一种CaCO3/木材复合材料的制备方法，包括将木材放入NaOH溶液中抽真空浸渍后干燥待用的步骤；和用MgCl2溶液浸渍的步骤。优选地，其中NaOH溶液的浓度为1% ;MgCl2溶液的浓度为30%。
[0006]在本发明的一个具体的实施方式中，还包括生成碳酸钙的步骤，包括(I)采用真空减压系统对经NaOH溶液中抽真空浸渍后的木材进行CaCljP MgCl 2溶液浸渍，温度控制在20°C _100°C，保持2-5h，并在常温常压下浸渍12-48h，然后取出试件置于真空干燥箱中烘干；(2)重复上述步骤，真空减压下浸渍Na2CO3溶液，温度控制在20°C -100°C，保持2_5h，并常温常压下浸渍24-60h ; (3)对步骤(2)中处理过的木材进行水洗脱盐处理，脱盐处理后取出恒温干燥。
[0007]优选地，CaCl2溶液浓度为3.5mol/L ；Na 20)3溶液浓度为2.0moI/Lo
[0008]优选地，步骤(1)、(2)中温度为20°C;步骤(I)中保持3h，在常温常压下浸渍24h ;步骤(2)中保持3h，常温常压下浸渍48h。
[0009]优选地，本发明所应用的木材来源于速生林。
[0010]本发明主要是通过氯化钙和碳酸钠在木材内部反应，生产碳酸钙，制备碳酸钙/木材复合材料。
[0011]本发明另一方面的目的在于提供一种CaCO3/木材复合材料，其是由上述方法制备得到。
[0012]具体的，本发明所提供的CaCO3/木材复合材料，其制备方法包括将木材放入NaOH溶液中抽真空浸渍后干燥待用的步骤和和用MgCl2溶液浸渍的步骤。优选地，其中NaOH溶液的浓度为1% ;MgCl2溶液的浓度为30%。
[0013]在本发明的一个具体的实施方式中，其制备方法还包括生成碳酸钙的步骤，包括
(I)采用真空减压系统对经NaOH溶液中抽真空浸渍后的木材进行CaCljPMgCl2溶液浸渍，温度控制在20°C _100°C，保持2-5h，并在常温常压下浸渍12-48h，然后取出试件置于真空干燥箱中烘干；(2)重复上述步骤，真空减压下浸渍Na2CO3溶液，温度控制在20°C -100°C,保持2-5h，并常温常压下浸渍24-60h ;(3)对步骤(2)中处理过的木材进行水洗脱盐处理，脱盐处理后取出恒温干燥。
[0014]优选地，CaCl2溶液浓度为3.5mol/L ；Na 20)3溶液浓度为2.0moI/Lo
[0015]优选地，步骤(1)、(2)中温度为20°C;步骤(I)中保持3h，在常温常压下浸渍24h ;步骤(2)中保持3h，常温常压下浸渍48h。
[0016]优选地，本发明所应用的木材来源于速生林。
[0017]本发明第三方面的目的在于提供CaCO3/木材复合材料的应用，应用于建筑、装修和豕具制造。
[0018]本发明第四方面的目的在于提供一种提高木材力学性能和阻燃性能的方法，其特征在于包括将木材放入NaOH溶液中抽真空浸渍后干燥的步骤和和用MgCl2溶液浸渍的步骤。优选地，其中NaOH溶液的浓度为I % ;MgCl2溶液的浓度为30%。
[0019]在本发明的一个具体的实施方式中，还包括生成碳酸钙的步骤，包括(I)采用真空减压系统对经NaOH溶液中抽真空浸渍后的木材进行CaCljP MgCl 2溶液浸渍，温度控制在20°C -1OO0C ;保持2-5h，并在常温常压下浸渍12-48h，然后取出试件置于真空干燥箱中烘干；(2)重复上述步骤，真空减压下浸渍Na2CO3溶液，温度控制在20°C -100°C;保持2_5h，并常温常压下浸渍24-60h ; (3)对步骤(2)中处理过的木材进行水洗脱盐处理，脱盐处理后取出恒温干燥。
[0020]优选地，CaCl2溶液浓度为3.5mol/L ；Na 20)3溶液浓度为2.0moI/Lo
[0021]优选地，步骤(1)、(2)中温度为20°C;步骤(I)中保持3h，在常温常压下浸渍24h ;步骤(2)中保持3h，常温常压下浸渍48h。
[0022]优选地，本发明所应用的木材来源于速生林。
[0023]本发明的有益效果是，提高了速生林木材的力学性能和阻燃性能，扩大了其应用范围，使低档木材达到高档木材的性能。采用化学沉淀法制备复合材料，制备工艺简单。
【附图说明】
[0024]图1表不木材内部结构光学显微镜图；
[0025]图2表示木材X-射线衍射仪(XRD)图；
[0026]图3表不扫描电子显微镜(SEM)图；
[0027]图4表示力学性能图；
[0028]图5表示经过本发明的方法处理后木材的抗压能力图；
[0029]图6表示采用NaOH处理和未用NaOH处理对木材抗压能力的影响。
【具体实施方式】
[0030]下面结合具体的实施方式对本发明作进一步说明。
[0031]实施例1
[0032](I)将泡桐木块放入浓度为I %的NaOH溶液中抽真空浸渍后干燥待用。
[0033](2)采用真空减压系统对试件进行CaCljP MgCl 2溶液浸渍，CaCl 2溶液浓度为3.5mol/L, MgCl2溶液的浓度为30%，温度为20°C，保持3h，并在常温常压下浸渍24h，然后取出试件置于真空干燥箱中烘干。
[0034](3)重复上述步骤，真空减压下浸渍Na2CO3溶液，Na 2C03溶液浓度为2.0moI/L,温度为20°C，保持3h，并常温常压下浸渍48h。
[0035](4)对步骤3中处理过的木块进行水洗脱盐处理，脱盐处理后取出恒温干燥，即得CaCO3/木材复合材料。
[0036]对所制备的CaCO3/木材复合材料的进行测试测试，包括光学显微镜、X-射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)观察(如图1-3所示)，力学试验机测定不同浓度下的抗压强度(如图4所示)，实验方法:用砂纸将木块试块表面磨平除去表面沉积的CaCO3，放入WDW微机控制万能力学实验机(长春试验机厂)球面活动支座中心位置，均匀加压，使试样在2分钟内破坏，测试木块的轴向抗压强度。
[0037]结果表明，处理过的木材内部结构没有发生破坏(如图1所示)；处理过的木材出现了碳酸钙的吸收峰(如图2所示)并且木材内部有分布均匀的碳酸钙微粒(如图3所示)；随着CaCl2溶液浓度的增大，复合材料的抗压强度呈增加趋势。
[0038]实施例2对比实验
[0039]对比试验中实验组的木块用I %的NaOH溶液浸渍抽提，CaCl2溶液浓度为3.5mol/L ;Na2C03溶液浓度为2.0moI/L ;对照组省去用1%的NaOH溶液浸渍抽提步骤，其它实验步骤相同。
[0040]实验结果表明:经过NaOH抽提过的木块的增重率为45.13%,而未经NaOH处理过的木块的增重率为30.69%，说明经过NaOH抽提可以提高复合木材中碳酸钙的含量；力学性能方面，经过NaOH抽提过的木块的抗压强度为32.68MPa，而未经NaOH处理过的木块的抗压强度为29.04MPa，说明经过NaOH抽提可以提高复合木材的抗压强度，所制备的复合材料的抗压强度平均提高30%左右。
[0041]如图5-6所示，经过本发明的方法处理后的木材，其抗压能力明显增强，尤其是经过NaOH处理后，其抗压强度明显优于未经NaOH处理过的木材和素材，在相同的位移下，所能承受的压力更大。
【主权项】
1.一种CaCO J木材复合材料的制备方法，其特征在于，包括将木材放入NaOH溶液中抽真空浸渍后干燥待用的步骤和用MgCl2溶液浸渍的步骤。2.根据权利要求1所述的制备方法，还包括生成碳酸钙的步骤，包括(I)采用真空减压系统对经NaOH溶液中抽真空浸渍后的木材进行CaCljP MgCl 2溶液浸渍，温度控制在200C _100°C，保持2-5h，并在常温常压下浸渍12-48h，然后取出试件置于真空干燥箱中烘干；(2)重复上述步骤，真空减压下浸渍Na2CO3溶液，温度控制在20°C -100°C，保持2_5h，并常温常压下浸渍24-60h ; (3)对步骤(2)中处理过的木材进行水洗脱盐处理，脱盐处理后取出恒温干燥。3.根据权利要求1所述的制备方法，其中NaOH溶液的浓度为I%。4.根据权利要求2所述的制备方法，其中CaCl2溶液浓度为3.5mol/L ;似20)3溶液浓度为2.0moI/L ;MgCl2溶液的浓度为30%。5.根据权利要求2所述的制备方法，其中步骤(1)、(2)中温度为20°C;步骤(I)中保持3h，在常温常压下浸渍24h ;步骤(2)中保持3h，常温常压下浸渍48h。6.根据权利要求1-5所述的制备方法，其中木材来源于速生林。7.根据权利要求1-6所述的制备方法所制备得到的CaCOJ木材复合材料。8.权利要求7所述的CaCOJ木材复合材料的应用，其特征在于，应用于建筑、装修和家具制造。9.一种提高木材力学性能和阻燃性能的方法，其特征在于包括将木材放入NaOH溶液中抽真空浸渍后干燥的步骤和和用MgCl2溶液浸渍的步骤。10.权利要求9所述的方法，还包括生成碳酸钙的步骤，包括(I)采用真空减压系统对经NaOH溶液中抽真空浸渍后的木材进行CaClJP MgCl 2溶液浸渍，温度控制在20°C -100°C，保持2-5h，并在常温常压下浸渍12-48h，然后取出试件置于真空干燥箱中烘干；(2)重复上述步骤，真空减压下浸渍Na2CO3溶液，温度控制在20°C -1OO0C，保持2_5h，并常温常压下浸渍24-60h;(3)对步骤(2)中处理过的木材进行水洗脱盐处理，脱盐处理后取出恒温干燥。
【专利摘要】本发明涉及一种CaCO3/木材复合材料的制备方法，包括将木材放入NaOH溶液中抽真空浸渍后干燥待用的步骤和用MgCl2溶液浸渍的步骤。本发明还涉及由上述方法制备得到CaCO3/木材复合材料。本发明的制备方法提高了速生林木材的力学性能和阻燃性能，扩大了其应用范围，使低档木材达到高档木材的性能。采用化学沉淀法制备复合材料，制备工艺简单。
【IPC分类】B27K3/20, B27K5/04, B27K3/32, B27K3/02, B27K5/00
【公开号】CN104890069
【申请号】CN201510358825
【发明人】姚晓林, 刘盛全, 李晋玲, 梅玉, 黄勇同, 宛翠秀, 鲍金翔
【申请人】安徽农业大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月25日
【技术领域】
[0001]本发明涉及复合材料生产领域，具体而言涉及一种CaCO3/木材复合材料及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002]目前我国不可再生资源日益枯竭，环境不堪重负，为保证可持续发展，应充分利用可再生、无污染的生物质资源和生物质材料。木材是自然界中最典型的生物质材料，广泛应用在建筑、装修和家具制造等领域，但目前我国优质木材资源严重匮乏，优质木材进口量超过消费量的40%，木材市场出现很大的供应缺口。我国速生林面积已超过0.53公顷，居世界第一，但速生林木材材质较软、力学性能差且易燃烧的缺点严重限制了其应用前景。对速生林木材增强密实改性处理，不但可提高其力学性能，同时还赋予木材防腐、阻燃和抑烟等功能，使速生林木材高性能化和多功能化，对于我国加速实现低碳绿色经济，实现木材工业和林产业的可持续发展具有重要的意义。
【发明内容】
[0003]本发明提供一种CaCO3/木材复合材料的制备方法，对速生林木材进行改性处理，克服其自身缺陷，使其力学性能和阻燃性能得到改善，扩大速生林木材的使用范围。
[0004]本发明通过化学沉淀法在木材内部空隙中生成碳酸钙，制备碳酸钙/木材复合材料，能够解决速生林木材材质较软、力学性能差且易燃烧的缺点。
[0005]具体而言，本发明一方面涉及一种CaCO3/木材复合材料的制备方法，包括将木材放入NaOH溶液中抽真空浸渍后干燥待用的步骤；和用MgCl2溶液浸渍的步骤。优选地，其中NaOH溶液的浓度为1% ;MgCl2溶液的浓度为30%。
[0006]在本发明的一个具体的实施方式中，还包括生成碳酸钙的步骤，包括(I)采用真空减压系统对经NaOH溶液中抽真空浸渍后的木材进行CaCljP MgCl 2溶液浸渍，温度控制在20°C _100°C，保持2-5h，并在常温常压下浸渍12-48h，然后取出试件置于真空干燥箱中烘干；(2)重复上述步骤，真空减压下浸渍Na2CO3溶液，温度控制在20°C -100°C，保持2_5h，并常温常压下浸渍24-60h ; (3)对步骤(2)中处理过的木材进行水洗脱盐处理，脱盐处理后取出恒温干燥。
[0007]优选地，CaCl2溶液浓度为3.5mol/L ；Na 20)3溶液浓度为2.0moI/Lo
[0008]优选地，步骤(1)、(2)中温度为20°C;步骤(I)中保持3h，在常温常压下浸渍24h ;步骤(2)中保持3h，常温常压下浸渍48h。
[0009]优选地，本发明所应用的木材来源于速生林。
[0010]本发明主要是通过氯化钙和碳酸钠在木材内部反应，生产碳酸钙，制备碳酸钙/木材复合材料。
[0011]本发明另一方面的目的在于提供一种CaCO3/木材复合材料，其是由上述方法制备得到。
[0012]具体的，本发明所提供的CaCO3/木材复合材料，其制备方法包括将木材放入NaOH溶液中抽真空浸渍后干燥待用的步骤和和用MgCl2溶液浸渍的步骤。优选地，其中NaOH溶液的浓度为1% ;MgCl2溶液的浓度为30%。
[0013]在本发明的一个具体的实施方式中，其制备方法还包括生成碳酸钙的步骤，包括
(I)采用真空减压系统对经NaOH溶液中抽真空浸渍后的木材进行CaCljPMgCl2溶液浸渍，温度控制在20°C _100°C，保持2-5h，并在常温常压下浸渍12-48h，然后取出试件置于真空干燥箱中烘干；(2)重复上述步骤，真空减压下浸渍Na2CO3溶液，温度控制在20°C -100°C,保持2-5h，并常温常压下浸渍24-60h ;(3)对步骤(2)中处理过的木材进行水洗脱盐处理，脱盐处理后取出恒温干燥。
[0014]优选地，CaCl2溶液浓度为3.5mol/L ；Na 20)3溶液浓度为2.0moI/Lo
[0015]优选地，步骤(1)、(2)中温度为20°C;步骤(I)中保持3h，在常温常压下浸渍24h ;步骤(2)中保持3h，常温常压下浸渍48h。
[0016]优选地，本发明所应用的木材来源于速生林。
[0017]本发明第三方面的目的在于提供CaCO3/木材复合材料的应用，应用于建筑、装修和豕具制造。
[0018]本发明第四方面的目的在于提供一种提高木材力学性能和阻燃性能的方法，其特征在于包括将木材放入NaOH溶液中抽真空浸渍后干燥的步骤和和用MgCl2溶液浸渍的步骤。优选地，其中NaOH溶液的浓度为I % ;MgCl2溶液的浓度为30%。
[0019]在本发明的一个具体的实施方式中，还包括生成碳酸钙的步骤，包括(I)采用真空减压系统对经NaOH溶液中抽真空浸渍后的木材进行CaCljP MgCl 2溶液浸渍，温度控制在20°C -1OO0C ;保持2-5h，并在常温常压下浸渍12-48h，然后取出试件置于真空干燥箱中烘干；(2)重复上述步骤，真空减压下浸渍Na2CO3溶液，温度控制在20°C -100°C;保持2_5h，并常温常压下浸渍24-60h ; (3)对步骤(2)中处理过的木材进行水洗脱盐处理，脱盐处理后取出恒温干燥。
[0020]优选地，CaCl2溶液浓度为3.5mol/L ；Na 20)3溶液浓度为2.0moI/Lo
[0021]优选地，步骤(1)、(2)中温度为20°C;步骤(I)中保持3h，在常温常压下浸渍24h ;步骤(2)中保持3h，常温常压下浸渍48h。
[0022]优选地，本发明所应用的木材来源于速生林。
[0023]本发明的有益效果是，提高了速生林木材的力学性能和阻燃性能，扩大了其应用范围，使低档木材达到高档木材的性能。采用化学沉淀法制备复合材料，制备工艺简单。
【附图说明】
[0024]图1表不木材内部结构光学显微镜图；
[0025]图2表示木材X-射线衍射仪(XRD)图；
[0026]图3表不扫描电子显微镜(SEM)图；
[0027]图4表示力学性能图；
[0028]图5表示经过本发明的方法处理后木材的抗压能力图；
[0029]图6表示采用NaOH处理和未用NaOH处理对木材抗压能力的影响。
【具体实施方式】
[0030]下面结合具体的实施方式对本发明作进一步说明。
[0031]实施例1
[0032](I)将泡桐木块放入浓度为I %的NaOH溶液中抽真空浸渍后干燥待用。
[0033](2)采用真空减压系统对试件进行CaCljP MgCl 2溶液浸渍，CaCl 2溶液浓度为3.5mol/L, MgCl2溶液的浓度为30%，温度为20°C，保持3h，并在常温常压下浸渍24h，然后取出试件置于真空干燥箱中烘干。
[0034](3)重复上述步骤，真空减压下浸渍Na2CO3溶液，Na 2C03溶液浓度为2.0moI/L,温度为20°C，保持3h，并常温常压下浸渍48h。
[0035](4)对步骤3中处理过的木块进行水洗脱盐处理，脱盐处理后取出恒温干燥，即得CaCO3/木材复合材料。
[0036]对所制备的CaCO3/木材复合材料的进行测试测试，包括光学显微镜、X-射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)观察(如图1-3所示)，力学试验机测定不同浓度下的抗压强度(如图4所示)，实验方法:用砂纸将木块试块表面磨平除去表面沉积的CaCO3，放入WDW微机控制万能力学实验机(长春试验机厂)球面活动支座中心位置，均匀加压，使试样在2分钟内破坏，测试木块的轴向抗压强度。
[0037]结果表明，处理过的木材内部结构没有发生破坏(如图1所示)；处理过的木材出现了碳酸钙的吸收峰(如图2所示)并且木材内部有分布均匀的碳酸钙微粒(如图3所示)；随着CaCl2溶液浓度的增大，复合材料的抗压强度呈增加趋势。
[0038]实施例2对比实验
[0039]对比试验中实验组的木块用I %的NaOH溶液浸渍抽提，CaCl2溶液浓度为3.5mol/L ;Na2C03溶液浓度为2.0moI/L ;对照组省去用1%的NaOH溶液浸渍抽提步骤，其它实验步骤相同。
[0040]实验结果表明:经过NaOH抽提过的木块的增重率为45.13%,而未经NaOH处理过的木块的增重率为30.69%，说明经过NaOH抽提可以提高复合木材中碳酸钙的含量；力学性能方面，经过NaOH抽提过的木块的抗压强度为32.68MPa，而未经NaOH处理过的木块的抗压强度为29.04MPa，说明经过NaOH抽提可以提高复合木材的抗压强度，所制备的复合材料的抗压强度平均提高30%左右。
[0041]如图5-6所示，经过本发明的方法处理后的木材，其抗压能力明显增强，尤其是经过NaOH处理后，其抗压强度明显优于未经NaOH处理过的木材和素材，在相同的位移下，所能承受的压力更大。
【主权项】
1.一种CaCO J木材复合材料的制备方法，其特征在于，包括将木材放入NaOH溶液中抽真空浸渍后干燥待用的步骤和用MgCl2溶液浸渍的步骤。2.根据权利要求1所述的制备方法，还包括生成碳酸钙的步骤，包括(I)采用真空减压系统对经NaOH溶液中抽真空浸渍后的木材进行CaCljP MgCl 2溶液浸渍，温度控制在200C _100°C，保持2-5h，并在常温常压下浸渍12-48h，然后取出试件置于真空干燥箱中烘干；(2)重复上述步骤，真空减压下浸渍Na2CO3溶液，温度控制在20°C -100°C，保持2_5h，并常温常压下浸渍24-60h ; (3)对步骤(2)中处理过的木材进行水洗脱盐处理，脱盐处理后取出恒温干燥。3.根据权利要求1所述的制备方法，其中NaOH溶液的浓度为I%。4.根据权利要求2所述的制备方法，其中CaCl2溶液浓度为3.5mol/L ;似20)3溶液浓度为2.0moI/L ;MgCl2溶液的浓度为30%。5.根据权利要求2所述的制备方法，其中步骤(1)、(2)中温度为20°C;步骤(I)中保持3h，在常温常压下浸渍24h ;步骤(2)中保持3h，常温常压下浸渍48h。6.根据权利要求1-5所述的制备方法，其中木材来源于速生林。7.根据权利要求1-6所述的制备方法所制备得到的CaCOJ木材复合材料。8.权利要求7所述的CaCOJ木材复合材料的应用，其特征在于，应用于建筑、装修和家具制造。9.一种提高木材力学性能和阻燃性能的方法，其特征在于包括将木材放入NaOH溶液中抽真空浸渍后干燥的步骤和和用MgCl2溶液浸渍的步骤。10.权利要求9所述的方法，还包括生成碳酸钙的步骤，包括(I)采用真空减压系统对经NaOH溶液中抽真空浸渍后的木材进行CaClJP MgCl 2溶液浸渍，温度控制在20°C -100°C，保持2-5h，并在常温常压下浸渍12-48h，然后取出试件置于真空干燥箱中烘干；(2)重复上述步骤，真空减压下浸渍Na2CO3溶液，温度控制在20°C -1OO0C，保持2_5h，并常温常压下浸渍24-60h;(3)对步骤(2)中处理过的木材进行水洗脱盐处理，脱盐处理后取出恒温干燥。
【专利摘要】本发明涉及一种CaCO3/木材复合材料的制备方法，包括将木材放入NaOH溶液中抽真空浸渍后干燥待用的步骤和用MgCl2溶液浸渍的步骤。本发明还涉及由上述方法制备得到CaCO3/木材复合材料。本发明的制备方法提高了速生林木材的力学性能和阻燃性能，扩大了其应用范围，使低档木材达到高档木材的性能。采用化学沉淀法制备复合材料，制备工艺简单。
【IPC分类】B27K3/20, B27K5/04, B27K3/32, B27K3/02, B27K5/00
【公开号】CN104890069
【申请号】CN201510358825
【发明人】姚晓林, 刘盛全, 李晋玲, 梅玉, 黄勇同, 宛翠秀, 鲍金翔
【申请人】安徽农业大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月25日
最新回复(0)