1.本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种丙烯酸树脂-无机纳米杂化体填充增强木材的制备方法。
背景技术：
2.木材具有强重比高、纹理美观、可再生可降解等优点，在家居领域广泛应用。但在木结构领域，普通木材，尤其是速生树种木材的力学强度和尺寸稳定性难以满足应用需求，通常需要对木材进行增强与尺寸稳定性改良。一般而言，利用树脂浸渍填充木材细胞腔是提高木材强度与尺寸稳定性的有效方法；常用树脂为低分子量的酚醛树脂、三聚氰胺树脂、脲醛树脂等水性树脂。然而，这类树脂存在甲醛释放的缺点，影响了广泛、高值利用。为此，采用不含甲醛释放的水性树脂，如丙烯酸类树脂，是一个有竞争力的选择。此外，利用纳米技术通过有机-无机杂化方式改性木材是一种同步增强与尺寸稳定化木材的切实可行的有效手段，被广泛报道应用在木材改性领域。因此，利用水性丙烯酸类树脂与无机纳米颗粒在木材细胞腔中原位杂化复合，构建基于丙烯酸类树脂的有机-无机纳米杂化体，有望成为木材增强与尺寸稳定化的一种新的绿色改性方式。
技术实现要素：
3.本发明的目的是为了提高木材尤其是速生树种木材强度和尺寸稳定性，而提供的一种利用丙烯酸树脂与无机纳米体杂化，并在细胞腔中原位杂化填充，进而增强木材的处理方法。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种丙烯酸树脂-无机纳米杂化体填充增强木材的制备方法，包括如下步骤：s1：丙烯酸树脂液配置s1-1：首先配置ph=10的氢氧化钠水溶液，然后将一定分子量的丙烯酸树脂颗粒加入到该碱性液体中，在70℃条件下加热搅拌溶解；s1-2：将液体降温至室温后，往其中加入质量比为10%的固化剂，搅拌均匀，得到丙烯酸树脂液；s2：丙烯酸树脂-无机纳米颗粒混合液配置s2-1：首先，将纳米二氧化硅分散到水液中，并用氨水调控ph为8，然后往其中加入一定量的带氨基官能团的硅烷偶联剂，室温超声30min，再搅拌12h，然后离心、清洗、干燥，得到氨基改性的纳米二氧化硅；s2-2：在s2-1基础上，按一定比例将改性纳米二氧化硅加入到s1所得的丙烯酸树脂液中，超声分散均匀，得到丙烯酸树脂-无机纳米颗粒混合液;s3：丙烯酸树脂-无机纳米杂化体填充复合木材将s2得到的混合液按照先真空浸渍、后加压浸渍的工艺浸渍入木材中，然后再加热固化至将试样达到绝干，得到丙烯酸树脂-无机纳米杂化体填充增强的木材。
5.本发明的进一步改进方案是，所述s1-1中丙烯酸树脂为苯乙烯-丙烯酸共聚树脂，分子量低于10000，溶于氢氧化钠碱液中的丙烯酸树脂固含量低于30%。
6.本发明的进一步改进方案是，所述s1-2固化剂为氮丙啶交联剂。
7.本发明的进一步改进方案是，所述s2-1中纳米二氧化硅粒径为5～50nm，纳米二氧化硅占水的质量分数0.01%～2%，硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂，加入量为纳米二氧化硅质量的0.1%～5%。
8.本发明的进一步改进方案是，所述s2-2中改性纳米二氧化硅占丙烯酸树脂的固含量为0.1%～50%。
9.本发明的进一步改进方案是，所述s3中浸渍工艺为0.01～0.09mpa下抽真空0.1～10h，然后0.1～1.5mpa下加压0.1～10h。
10.本发明的进一步改进方案是，所述s3中；加热固化工艺为热压压力2～5mpa，温度为先50℃～70℃加热0.1～10h，再70℃～90℃加热0.1～10h，最后90℃～120℃加热至试样绝干。
11.本发明的有益效果：在本发明中，丙烯酸树脂借助所带的羧酸基团，溶于碱液，可铆钉更多的氨基修饰改性的纳米二氧化硅，使无机体含量最高可达50%，有力突破了纳米材料在树脂溶液中占比低于10%的瓶颈；并通过氮丙啶官能团，实现自身及其与带氨基的纳米二氧化硅的杂化交联；当该体系引入木材后，可在固化时，与木材的羟基进一步杂化交联成一体，从而制得丙烯酸树脂-无机纳米杂化体填充增强木材。
12.本方法改性木材有机结合了丙烯酸树脂的防水、填充增强特性，纳米二氧化硅的纳米增强特性，及三者界面杂化复合形成的协同增强效应，使得木材呈现出优良的力学强度和尺寸稳定性。
13.本方法适用于任何种类的木材，尤其适用于速生树种木材，可使改性木材用做木结构材，应用于建筑、家具领域。
具体实施方式
14.下面结合具体实施例，进一步阐明本发明。
15.具体实施例1：本实施例公开了一种丙烯酸树脂-无机纳米杂化体填充增强木材的制备方法，包括如下步骤：s1：丙烯酸树脂液配置首先配置ph=10的氢氧化钠水溶液，然后将分子量为1700的苯乙烯-丙烯酸共聚树脂（简称丙烯酸树脂）加入到该碱性液体中，在70℃条件下加热搅拌溶解，得到固含量为25%的丙烯酸树脂碱液；然后，将液体降温至室温后，往其中加入占树脂质量比为10%的氮丙啶固化剂，搅拌均匀，得到丙烯酸树脂液；s2：丙烯酸树脂-无机纳米颗粒混合液配置首先，将30nm的二氧化硅分散到水液中，并用氨水调控ph为8，然后往其中加入占纳米二氧化硅质量1%的γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂，室温超声30min（500 hz），再以1000rpm磁力搅拌12h，然后8000r/min的速度离心，将沉淀用去离子水清洗至中性，再于103℃下干燥至绝干，得到氨基改性的纳米二氧化硅；在此基础上，按无机体占树脂固含量为
50%的质量比将改性纳米二氧化硅加入到s1所得的丙烯酸树脂液中，500hz下超声30min，将无机体均匀分散于树脂液中，得到丙烯酸树脂-无机纳米颗粒混合液；s3：丙烯酸树脂-无机纳米杂化体填充复合木材将s2得到的混合液按照先真空浸渍（0.08 mpa、40min）、后加压浸渍（0.5 mpa、60min）的工艺浸渍入杨木木材中，然后再于2mpa、50℃、70 ℃条件下各加热1 h，最后，于103 ℃条件下将试样烘至绝干，得到丙烯酸树脂-无机纳米杂化体填充增强的木材。
16.经测试，杨木填充纳米杂化体后的增重率达到82.57%，弹性模量达到12700 mpa，静曲强度高达106 mpa，分别较未改性杨木提升了59 %，提升了51 %；冲击韧性达40.35 kj/m2，较未改性杨木提高了32 %；拉伸强度为103.2 mpa，较未改性杨木提高了37.29 %；磨耗值仅为47.25 mg/100r，较未改性杨木改善了83.27 %；吸水率为57.26%，比未改性杨木改善了48.26%；吸水厚度膨胀率为3.95%，较未改性杨木改善了32.20%；吸水宽度膨胀率为3.22%，较未改性杨木改善了16.52%，甲醛释放量为0.8mg/l。整体而言，改性杨木的力学强度达到了gb 50005-2017《木结构设计标准》中强度等级为 tct40 的指标值。
17.具体实施例2：本实施例公开了一种丙烯酸树脂-无机纳米杂化体填充增强木材的制备方法，包括如下步骤：s1：丙烯酸树脂液配置首先配置ph=10的氢氧化钠水溶液，然后将分子量为8600的苯乙烯-丙烯酸共聚树脂（简称丙烯酸树脂）加入到该碱性液体中，在70℃条件下加热搅拌溶解，得到固含量为25%的丙烯酸树脂碱液；然后，将液体降温至室温后，往其中加入占树脂质量比为10%的氮丙啶固化剂，搅拌均匀，得到丙烯酸树脂液；s2：丙烯酸树脂-无机纳米颗粒混合液配置首先，将50nm的二氧化硅分散到水液中，并用氨水调控ph为8，然后往其中加入占纳米二氧化硅质量2%的γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂，室温超声30min（500 hz），再以1000rpm磁力搅拌12h，然后8000r/min的速度离心，将沉淀用去离子水清洗至中性，再于103℃下干燥至绝干，得到氨基改性的纳米二氧化硅；在此基础上，按无机体占树脂固含量为30%的质量比将改性纳米二氧化硅加入到s1所得的丙烯酸树脂液中，500hz下超声30min，将无机体均匀分散于树脂液中，得到丙烯酸树脂-无机纳米颗粒混合液；s3：丙烯酸树脂-无机纳米杂化体填充复合木材将s2得到的混合液按照先真空浸渍（0.05 mpa、30min）、后加压浸渍（0.8 mpa、40min）的工艺浸渍入杨木木材中，然后再于3mpa、60℃、80 ℃条件下各加热1 h，最后，于110 ℃条件下将试样烘至绝干，得到丙烯酸树脂-无机纳米杂化体填充增强的木材。
18.经测试，杨木填充纳米杂化体后的增重率达到75.65%，弹性模量达到13600 mpa，静曲强度高达91 mpa，分别较未改性杨木提升了62 %和48 %；冲击韧性达38.26 kj/m2，较未改性杨木提高了29 %；拉伸强度为97.57 mpa，较未改性杨木提高了33.76 %；磨耗值仅为51.33 mg/100r，较未改性杨木改善了77.64 %；吸水率为53.51%，比未改性杨木改善了45.49%；吸水厚度膨胀率为4.13%，较未改性杨木改善了29.66%；吸水宽度膨胀率为3.63%，较未改性杨木改善了14.48%，甲醛释放量为0.8mg/l。整体而言，改性杨木的力学强度达到了gb 50005-2017《木结构设计标准》中强度等级为 tct40 的指标值。
19.上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的
人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。