[发明专利]一种纳米铜改性低分子量酚醛树脂及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种木材改性酚醛树脂，具体涉及一种纳米铜改性低分子量酚醛树脂。

背景技术

酚醛树脂浸渍处理是木材改性的重要手段，能提高木材的硬度、抗压强度、尺寸稳定性和抗生物劣化性，实现木材的增值化利用。低分子量酚醛树脂具有更小的分子直径，能够更好地渗透和扩散到木材的各级空隙中去，大幅提高木材的改性效果，扩大木材的使用范围，延长木质产品的使用寿命(钱俊等2001，李坚等2001，Stamm和Seborg 1936，Rowell和Banks 1985，Ryu等1991，Furuno等2004，Wan和Kim 2008)。

水溶性低分子量酚醛树脂以小分子的水作为溶剂，不仅能够更好地润胀木材、提高改性效果，而且安全环保、符合经济的发展趋势。但是，水溶性低分子量酚醛树脂浸渍后的木材，韧性下降，防腐能力有限，若将其加工成户外制品(比如经常受坐压冲击的户外椅凳、桌案、地板等)，常常在2到5年后发生破坏和腐朽，使用寿命有限。有些研究者将水溶性低分子量酚醛树脂浸渍后的木材，置于高温的热压机下，将木材表面压缩固化，制成表面密实化木材，这样虽然提高了木材的尺寸稳定性、力学性质和耐久性，但是工艺复杂，设备昂贵(钱俊等2001，刘君良等2004)。

纳米铜具有许多优异的性能，用它改性聚合物可使聚合物的力学性能特别是韧性得到显著提高，若将它分散到木材中，还可有效提高木材的防腐性能。然而，纳米铜价格昂贵，100克纳米铜售价达700元，况且，直接作为改性剂添加时，受纳米效应的影响，纳米铜极易在处理液中团聚，从而显著降低处理效果(林荣会等2004)。

发明内容

本发明的目的是提供一种纳米铜改性低分子量酚醛树脂及其制备方法，该方法在制备水溶性低分子量酚醛树脂的同时原位合成纳米铜，通过简单的工艺获得低成本的纳米铜改性低分子量酚醛树脂溶液。使用该溶液对木材进行简单的真空高压浸渍后，木材的力学性质、尺寸稳定性、耐久性均获得了比较大的提高，与水溶性低分子量酚醛树脂(不含纳米铜)处理相比，木材的耐腐性和冲击韧性也得到了明显的提高。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种纳米铜改性低分子量酚醛树脂的制备方法，包括如下步骤：

I.配置以下三种溶液：

硫酸铜混合溶液：将1～2重量份的硫酸铜溶于4～6重量份蒸馏水中，向该硫酸铜水溶液中加入乙二胺四乙酸二钠和聚乙烯吡咯烷酮，硫酸铜、乙二胺四乙酸二钠和聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1∶(0.5～1.6)∶(0.01～0.1)，用氢氧化钠水溶液调节pH至7-12；

甲醛混合溶液：将1～3重量份的甲醛溶于0.1～1.0重量份蒸馏水中，向该甲醛水溶液中加入焦磷酸钠和酒石酸钾钠，焦磷酸钠、酒石酸钾钠与上述硫酸铜的质量比为(0.1～0.8)∶(0.1～1.2)∶1；

氢氧化钠溶液：配制3～7重量份浓度为30-50wt％的氢氧化钠水溶液；

II.预聚合

将5重量份的苯酚和6～10重量份的甲醛混合，在40～60℃向混合物中加入0.1～0.5重量份步骤I配制的氢氧化钠溶液；随后将温度升至70-90℃，在该温度下于0.8～1.5小时内加入0.5～1.1重量份步骤I配制的氢氧化钠溶液；随后加入1.5～2.0重量份的甲醛，加完后使溶液保持70-90℃1-2h；

III.原位合成纳米铜

将步骤II制备的预聚体溶液迅速冷却至60℃以下并加入步骤I配制的甲醛混合溶液，搅拌均匀，在20min内用氢氧化钠溶液调节pH至10-13；接着在40-60℃、高速搅拌下加入步骤I配制的硫酸铜溶液，在20min内用氢氧化钠溶液调节pH至10-13，继续在该温度下反应0.3～0.5h，获得纳米铜改性预聚体溶液；

IV.再聚合

将步骤III制备的纳米铜改性预聚体溶液在高速搅拌下在0.1～0.5h内将反应液温度升至60-100℃，在此温度下继续反应0.3～0.6h后迅速冷却至40℃，出料。

如上所述的制备方法，优选地，该方法包括如下步骤：

I.配置以下三种溶液：

硫酸铜混合溶液：将1～1.5重量份的硫酸铜溶于5～6重量份蒸馏水中，向该硫酸铜水溶液中加入乙二胺四乙酸二钠和聚乙烯吡咯烷酮，硫酸铜、乙二胺四乙酸二钠和聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1∶(0.8～1.6)∶(0.01～0.07)，用氢氧化钠水溶液调节pH至7-12；