一種利用多元羧酸對(duì)木材進(jìn)行功能改良的方法
【專利摘要】一種利用多元羧酸對(duì)木材進(jìn)行功能改良的方法，它涉及一種對(duì)木材進(jìn)行功能改良的方法。本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有方法對(duì)木材進(jìn)行功能性改良成本高、工藝復(fù)雜、對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重的問(wèn)題。該方法按照以下步驟進(jìn)行;一、改性劑溶液的配制;二、木材或基材浸漬處理;三、改性劑在木材或基材中的聚合。經(jīng)該方法進(jìn)行功能性改良后的木材或基材的尺寸穩(wěn)定性提高20-50%，吸水性降低30-80%，抗壓強(qiáng)度也提高20-70%。該方法可應(yīng)用于木材功能化改良技術(shù)的拓展。
【專利說(shuō)明】一種利用多元羧酸對(duì)木材進(jìn)行功能改良的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種對(duì)木材進(jìn)行功能改良的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]木材是天然生物質(zhì)材料，廣泛應(yīng)用于人類的生活空間。但是由于木材結(jié)構(gòu)具有各向異性、吸濕性等特點(diǎn)，使其在使用過(guò)程中容易發(fā)生變形開裂、菌腐蟲害，因此，有必要對(duì)特定場(chǎng)所使用木材進(jìn)行功能改良。化學(xué)功能改良是對(duì)木材，尤其是低質(zhì)速生木材如楊木和桉木等，進(jìn)行高值化利用的重要途徑。國(guó)際上現(xiàn)有比較成熟的木材化學(xué)功能改良方法包括乙?；幚?、氮羥甲基樹脂改性、糠醇處理、浸潰低分子脲醛或酚醛樹脂等。通過(guò)這些化學(xué)改性手段，改性試劑能夠滲透入木材中與木材細(xì)胞壁物質(zhì)發(fā)生接枝/交聯(lián)反應(yīng)，或者在細(xì)胞腔中縮聚形成大分子，從而實(shí)現(xiàn)在木材中固定，改善木材的尺寸穩(wěn)定性，使木材具有耐腐朽、耐室外老化等功能。雖然這些木材功能化技術(shù)能夠改善木材的某些原有性能并賦予其新的功能，但在技術(shù)和產(chǎn)品性能方面都存在潛在的不足，如甲醛釋放、醋酸殘余物揮發(fā)等問(wèn)題(如專利為201210194615.3和201210306016.6)，因此絕大多數(shù)現(xiàn)有功能化木材只能應(yīng)用于室外場(chǎng)所。隨著環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的逐步完善和用戶對(duì)化學(xué)功能改良木材產(chǎn)品揮發(fā)物釋放關(guān)注度的增加，迫切需要開發(fā)一種新的環(huán)保綠色木材功能改良技術(shù)和產(chǎn)品。
[0003]多元羧酸中的羧基可在特定條件下與木材中的羥基發(fā)生酯化反應(yīng)，并可以固定在木材中，從而避免了改性藥劑流失的問(wèn)題；多元羧酸可來(lái)源于天然植物，用其改性處理后的木材不存在有害小分子揮發(fā)等問(wèn)題；處理木材不含重金屬等物質(zhì)，在使用年限后可與普通未處理木材一樣直接作為燃料再次利用。因此多元羧酸改性木材保證了原料的可持續(xù)性、處理工藝的環(huán)保性和產(chǎn)品的環(huán)境友好性。
[0004]多元羧酸作為一種高效交聯(lián)劑，最初廣泛應(yīng)用于紡織工業(yè)上棉織物的抗皺整理齊U，通過(guò)羧酸與兩個(gè)或多個(gè)纖維羥基反應(yīng)形成化學(xué)交聯(lián)，以增強(qiáng)織物的抗皺性和印染性，保持織物在堿液和強(qiáng)氧化劑洗滌時(shí)的力學(xué)強(qiáng)度(如專利ZL201110171592.4,201210567331.4、ZL96195570.8)。另外，多元羧酸也作為木材膠粘劑中的交聯(lián)劑或酸堿調(diào)節(jié)劑，有效控制膠粘劑固化時(shí)間，降低膠粘劑的甲醛釋放量，增強(qiáng)膠粘劑與水性高分子的化學(xué)反應(yīng)活性，從而改善膠粘劑的膠合強(qiáng)度，所制備的膠黏劑可以被廣泛用于植物碎料和木材的膠合(ZL03128043.9、ZL200410017054.5,200610018302.7,200610147259.4,200810177621.1、200980125534.4、ZL201110072818.0)。
[0005]作為有效的交聯(lián)劑，多元羧酸也用作助劑與其它改性主劑，如多元醇、硅化合物(如硅酸鈉)、甲殼素、木質(zhì)素等一起用于浸潰處理木材，目的是交聯(lián)木材改性主劑，形成網(wǎng)狀大分子結(jié)構(gòu)，從而固定在木材中(ZL200880105738.7、W02012/153183A1、W02011/042609A1)。專利(201210479868.5)也報(bào)道了用丁烷四羧酸交聯(lián)磷酸、尿素等，從而增強(qiáng)阻燃劑在木材中的抗流失性。專利(ZL200710306593.4、201110272901.2、ZL200610027709.6)報(bào)道了在木材防腐處理配方中加入檸檬酸，交聯(lián)固定防腐組分?，F(xiàn)有方法對(duì)木材進(jìn)行功能性改良不僅成本高，工藝復(fù)雜，且多元羧酸與其它試劑混合使用對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，然而目前未見(jiàn)單獨(dú)使用多元羧酸作為木材改性劑功能改良木材的專利報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有方法對(duì)木材進(jìn)行功能性改良成本高、工藝復(fù)雜、對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重的問(wèn)題，提供一種利用多元羧酸對(duì)木材進(jìn)行功能改良的方法。
[0007]本發(fā)明的一種利用多元羧酸對(duì)木材進(jìn)行功能改良的方法按以下步驟進(jìn)行:
[0008]一、改性劑溶液的配制:將多元羧酸加蒸餾水配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5?30%的多元羧酸水溶液，向多元羧酸水溶液中添加催化劑，其中催化劑與多元羧酸水溶液的質(zhì)量體積比為O?Ig: 10mL，混合均勻，即得改性劑溶液；
[0009]二、木材或基材浸潰處理:采用真空加壓浸潰設(shè)備，在真空加壓條件下，將步驟一中制得的改性劑溶液浸注到木材或基材中；
[0010]三、改性劑在木材或基材中的聚合:將步驟二中浸注的木材或基材先在常溫常壓條件下氣干I?10天，氣干過(guò)程中每隔I?2天翻轉(zhuǎn)木材或基材，然后將木材或基材分別在40°C、6(TC和80°C溫度下加熱干燥2天，最后在100?160°C條件下干燥固化I?4天。
[0011]本發(fā)明包含以下有益效果:
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:①所采用的改性劑是綠色環(huán)保的天然多元羧酸聚合物，改性后的木材或基材不會(huì)對(duì)環(huán)境或人體造成任何危害；②改性后的木材或基材尺寸穩(wěn)定性、耐水性和耐腐性及有很大提高，部分力學(xué)性能也有不同程度的提高，從而拓寬了速生或弱質(zhì)木材或基材的應(yīng)用范圍單獨(dú)使用多元羧酸對(duì)木材進(jìn)行功能性改良，保證了原料的可持續(xù)性和低成本，且處理工藝簡(jiǎn)單。
[0013]本發(fā)明用天然多元羧酸聚合物對(duì)木材或基材進(jìn)行功能性改良，所制得的木材或基材可用于刀柄、廚房用品、家具、室內(nèi)地板、工作臺(tái)面、建筑部分(踢角、邊角、門框、門檻、箱柜等)、船上部分(衆(zhòng)、甲板、扶手等)、戶外用材、橋梁、槍械等。
[0014]本發(fā)明制得的功能化木材或基材其沖擊強(qiáng)度得到顯著改善，在專利CN102320069A中經(jīng)過(guò)2D樹脂處理后的木材沖擊強(qiáng)度降低75%，而本發(fā)明處理后的木材沖擊強(qiáng)度只降低40%,另外，經(jīng)過(guò)本發(fā)明功能性改良后的木材或基材的尺寸穩(wěn)定性提高20?50%，吸水性降低30?80%，抗壓強(qiáng)度也提高20?70%。
[0015]本專利采用多元羧酸為改性劑，在特定改性工藝條件下，大幅增強(qiáng)木材的尺寸穩(wěn)定性和耐腐朽能力。該技術(shù)方法具有藥劑綠色、工藝簡(jiǎn)單、反應(yīng)高效、性能優(yōu)越的特點(diǎn)，是木材功能化改良技術(shù)的拓展。
【具體實(shí)施方式】
[0016]本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉【具體實(shí)施方式】，還包括各【具體實(shí)施方式】間的任意組合。
[0017]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式的一種利用多元羧酸對(duì)木材進(jìn)行功能改良的方法按以下步驟進(jìn)行:
[0018]一、改性劑溶液的配制:將多元羧酸加蒸餾水配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5?30%的多元羧酸水溶液，向多元羧酸水溶液中添加催化劑，其中催化劑與多元羧酸水溶液的質(zhì)量體積比為O?Ig: 10mL，混合均勻，即得改性劑溶液；[0019]二、木材或基材浸潰處理:采用真空加壓浸潰設(shè)備，在真空加壓條件下，將步驟一中制得的改性劑溶液浸注到木材或基材中；
[0020]三、改性劑在木材或基材中的聚合:將步驟二中浸注的木材或基材先在常溫常壓條件下氣干I?10天，氣干過(guò)程中每隔I?2天翻轉(zhuǎn)木材或基材，然后將木材或基材分別在40°C、6(TC和80°C溫度下加熱干燥2天，最后在100?160°C條件下干燥固化I?4天。
[0021]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是步驟二中所述的木材為速生材或天然弱質(zhì)材，基材為中密度纖維板、刨花板和膠合板。其它與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0022]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或二不同的是步驟一中所述的多元羧酸為草酸、丙二酸、馬來(lái)酸、富馬酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、鄰苯二甲酸、蘋果酸、酒石酸、檸檬酸、1，2，3，4-丁烷四羧酸中的一種或幾種按照任意比組成的混合物。其它與【具體實(shí)施方式】一或二相同。
[0023]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至三之一不同的是步驟一中所述的催化劑為次亞磷酸鈉、氯化鎂、氧化鋅、氯化錫、硫酸銅、氯化鈉、氯化鐵或硫酸鋁。其它與【具體實(shí)施方式】一至三之一相同。
[0024]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至四之一不同的是步驟二中所述的真空加壓處理為單獨(dú)真空處理、單獨(dú)加壓處理或二者交替處理，真空度為-0.1?OMPa，壓力為O?0.9MPa。其它與【具體實(shí)施方式】一至四之一相同。
[0025]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至五之一不同的是步驟三中所述的干燥方式均為鼓風(fēng)干燥、真空干燥、微波加熱、高能輻射或多種干燥方式交替使用。其它與【具體實(shí)施方式】一至五之一相同。
[0026]【具體實(shí)施方式】七:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至六之一不同的是步驟一中所述的催化劑與多元羧酸水溶液的質(zhì)量體積比為0.5g: 10mL。其它與【具體實(shí)施方式】一至六之一相同。
[0027]通過(guò)以下實(shí)施例驗(yàn)證本發(fā)明的有益效果:
[0028]實(shí)施例一:將檸檬酸加蒸餾水配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的檸檬酸水溶液lOOOmL，添加IOg次亞磷酸鈉催化劑,制成改性劑溶液；將楊木試樣浸泡于改性劑溶液中,采用真空加壓浸潰設(shè)備，真空度為-0.1MPa的條件下浸潰2天，將步驟一中制得的改性劑溶液浸注到木材或基材中；取出試樣在常溫常壓下氣干7天，之后分別在40、60、80°C下干燥24h，最后在120°C固化I天。
[0029]本實(shí)施例改性后的楊木增重率為25.4%，吸水率降低10.4%，尺寸穩(wěn)定性提高47.2%。
[0030]實(shí)施例二:將檸檬酸加蒸餾水配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的檸檬酸水溶液IOOOmL,制成改性劑溶液；將楊木試樣浸泡于改性劑溶液中，采用真空加壓浸潰設(shè)備，真空度為-0.1MPa的條件下浸潰2天，將步驟一中制得的改性劑溶液浸注到木材或基材中；取出試樣在常溫常壓下氣干7天，之后分別在40、60、80°C下干燥24h，最后在120°C固化2天。
[0031]本實(shí)施例改性后的楊木增重率為36.5%，體積膨脹率為6.57%，尺寸穩(wěn)定性提高47%。
[0032]實(shí)施例三:將檸檬酸加蒸餾水配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的檸檬酸水溶液IOOOmL,添加15g次亞磷酸鈉催化劑,制成改性劑溶液；將楊木試樣浸泡于改性劑溶液中,采用真空加壓浸潰設(shè)備，在真空度為-0.1MPa的條件下浸潰I天，之后在壓力為0.04MPa的條件下浸潰I天，將步驟一中制得的改性劑溶液浸注到木材或基材中；取出試樣在常溫常壓下氣干7天，之后分別在40、60、80°C下干燥24h，最后在120°C固化I天。
[0033]本實(shí)施例改性后的楊木增重率為34.4%，體積膨脹率為6.6%，尺寸穩(wěn)定性提高54.1%，具體改性情況如表I。
[0034]表I改性后木材物理力學(xué)性能的變化情況
[0035]
【權(quán)利要求】
1.一種利用多元羧酸對(duì)木材進(jìn)行功能改良的方法，其特征在于所述方法是按照以下步驟進(jìn)行的: 一、改性劑溶液的配制:將多元羧酸加蒸餾水配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5?30%的多元羧酸水溶液，向多元羧酸水溶液中添加催化劑，其中催化劑與多元羧酸水溶液的質(zhì)量體積比為O?Ig: IOmL，混合均勻，即得改性劑溶液; 二、木材或基材浸潰處理:采用真空加壓浸潰設(shè)備，在真空加壓條件下，將步驟一中制得的改性劑溶液浸注到木材或基材中； 三、改性劑在木材或基材中的聚合:將步驟二中浸注的木材或基材先在常溫常壓條件下氣干I?10天，氣干過(guò)程中每隔I?2天翻轉(zhuǎn)木材或基材，然后將木材或基材分別在40°C、60°C和80°C溫度下加熱干燥2天，最后在100?160°C條件下干燥固化I?4天。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種利用多元羧酸對(duì)木材進(jìn)行功能改良的方法，其特征在于步驟二中所述的木材為速生材或天然弱質(zhì)材，基材為中密度纖維板、刨花板和膠合板。
3.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的一種利用多元羧酸對(duì)木材進(jìn)行功能改良的方法，其特征在于步驟一中所述的多元羧酸為草酸、丙二酸、馬來(lái)酸、富馬酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、鄰苯二甲酸、蘋果酸、酒石酸、檸檬酸、1，2，3，4-丁烷四羧酸中的一種或幾種按照任意比組成的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3中所述的一種利用多元羧酸對(duì)木材進(jìn)行功能改良的方法，其特征在于步驟一中所述的催化劑為次亞磷酸鈉、氯化鎂、氧化鋅、氯化錫、硫酸銅、氯化鈉、氯化鐵或硫Ife招。
5.根據(jù)權(quán)利要求4中所述的一種利用多元羧酸對(duì)木材進(jìn)行功能改良的方法，其特征在于步驟二中所述的真空加壓處理為單獨(dú)真空處理、單獨(dú)加壓處理或二者交替處理，真空度為-0.1?OMPa，壓力為O?0.9MPa。
6.根據(jù)權(quán)利要求5中所述的一種利用多元羧酸對(duì)木材進(jìn)行功能改良的方法，其特征在于步驟三中所述的干燥方式均為鼓風(fēng)干燥、真空干燥、微波加熱、高能輻射或多種干燥方式交替使用。
7.根據(jù)權(quán)利要求6中所述的一種利用多元羧酸對(duì)木材進(jìn)行功能改良的方法，其特征在于步驟一中所述的催化劑與多元羧酸水溶液的質(zhì)量體積比為0.5g: 10mL。
【文檔編號(hào)】B27K3/36GK103433988SQ201310379163
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月27日
【發(fā)明者】謝延軍, 馮鑫浩, 肖澤芳, 王清文 申請(qǐng)人:東北林業(yè)大學(xué)