CN101637931A - 改善木质纤维素材料尺寸稳定性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明包含一种诸如木材的木质纤维素材料的增密硬化方法。木材在真空且/或加压的条件下被以麦芽糊精溶液浸注然后麦芽糊精经过交联成为不可溶性物质。一种木材－聚合物复合材料就形成了。适当的交联剂包括具有至少一个羟基集团的化合物。麦芽糊精具有15到30葡萄糖当量较为适当。最终的合成物材料具有改进的外观、硬度、抗冲击力、强度和耐水性。
Description
技术领域
本发明涉及包括木材在内的木质纤维素材料的处理，具体涉及一种提高木质纤维素材料的尺寸稳定性并增密增硬，形成一种复合材料的方法。
背景技术
多孔的蜂窝状木质纤维素材料，如木材，可以被化学物质处理，这些化学物质在加压作用下，浸注入木材内部，可以填充材料的内部空间，并与细胞壁的天然高聚物发生反应，因而增加密度和材料的硬度并改善尺寸稳定性。
熟知的实现这种目的的方法包括使用苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、邻苯二甲酸二乙酯和其他含有一个乙烯基并且具有一个可选的聚合作用催化剂的单体。被处理的木材可以随后被加热，或者用钴60伽马射线源辐照以开始聚合作用，以形成一种充满木材细胞结构间隙的聚合体。
类似的方法，木材可以被可以自交联的化学制剂诸如酚醛树脂、三聚氰胺缩甲醛树脂预聚体等进行处理，浸注完成后，在加热的条件下完成缩聚反应，形成坚硬的聚合体。在自交联聚合的同时，这些预聚体也与木材细胞壁天然高聚物进行反应，同时也填充木材细胞间隙，生成一种致密、坚硬并具有优异尺寸稳定性的合成材料。
但上述组合物或是价格过高不具有市场价值，仅在特殊领域使用。或是含有游离甲醛而限制了使用范围。
发明内容
本发明的一目的就是提供一种改善包括木材在内的木质纤维素材料的环保并价格适中的增加密度，提高尺寸稳定性的方法。
根据本发明的实施例，提出了一种改善木质纤维素材料尺寸稳定性的方法，包含用一种浸渍剂浸入到木质纤维素材料中，所述浸渍剂包括交联剂、防水剂、成膜剂和具有10到30葡萄糖当量的多糖，并在木质纤维素材料内交联或固化形成交联产物，从而形成一种高尺寸稳定性的硬化的木质纤维素材料。
由本发明的方法生成的复合材料的尺寸稳定性优于一般的木材，而保温性、抗蠕变性和强重比高于塑料或常见的木塑共挤复合材。
具体实施方式
根据本发明的实施例，使用一种包含葡萄糖当量10-30的麦芽糊精的浸渍剂浸注木质纤维素材料，并且交联或固化麦芽糊精，使之成为充分不可溶解的交联产物，从而形成一种复合材料。
麦芽糊精可以与具有至少一个羟基集团或者烷基化羟基集团的交联剂一起被浸注入木质纤维素材料之中，或者麦芽糊精可以在浸注入木质纤维素材料之前与一种具有至少一个羟基集团或烷基化羟基集团的交联剂一起被预先反应成部分交联麦芽糊精和交联剂。
麦芽糊精可能是单一的或者是和一种或多种麦芽糊精混合的，或者混有其他水溶性碳水化合物，例如含有其他糊精、糖胶和树脂的淀粉水解物。也可考虑使用麦芽糊精之外的其他多糖。
根据本发明的实施例，所述交联产物是不可溶物或基本不可溶物。
根据本发明的实施例，所述交联剂包含具有烷基化的、羟甲基的、羟基亚甲基的、和羟基次甲基的集团的一组化合物中的一个或多个。
根据本发明的实施例，所述交联剂为丙烯酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酸甲酯、丁二烯、或苯乙烯。
根据本发明的进一步的实施例，所述交联剂为N-羟甲基丙烯酰胺。
根据本发明的实施例，所述浸渍剂还包括防水剂和成膜剂。所述防水剂优选为乳化蜡。所述成膜剂优选为聚乙烯醇。
根据本发明的实施例，将所述浸渍剂浸注到木质纤维素的浸注过程是在密闭容器中完成，且加注压力为从1MPa至8MPa。
根据本发明的进一步的实施例，在所述浸注过程的开始阶段在装入木材后，对密闭容器抽真空，真空度为-760mm汞柱至-700mm汞柱。
根据本发明的进一步的实施例，所述浸注过程的压力是阶梯式升高的。优选地，所述浸注过程的压力的升高幅度与液体渗透的程度和木材的性质相关，且压力的升高以液体充分渗透并以木材无塌陷为最高限值。
例如，当所述木质纤维素材料为杨木时，所述浸注过程包括：5kg/cm2保压一定时间，10kg/cm2保压一定时间，15kg/cm2保压一定时间，20kg/cm2保压一定时间，25kg/cm2保压一定时间，30kg/cm2保压一定时间，其中所述保压时间由木材装填量和液体渗透量决定，且可由本领域的技术人员通过简单的实验来确定。
根据本发明的另一实施例，在所述浸注过程的保压和加压过程中，压力在设定值和0kg/cm2之间周期性变化，其频率为6次/min到60次/min。
根据本发明的实施例，所述浸注过程的温度为0-50℃。
根据本发明的进一步的实施例，所述浸注过程的温度为20-30℃。
本发明的方法可以被用于增加木材的密度，包括对软木或硬木进行固化，例如方木、木板、锯材、翻新木、风格木或木制品，并且包括再造木产品例如密度板、纤维板、胶合板，并且也包括其他非木材的木质纤维素材料例如卡板和纸张。
经由本发明的方法处理过的木材或其他木质纤维素材料与未经处理的木质纤维素材料相比，增加了密度并且也已经提高了硬度、抗冲击性、强度和耐水性，也很可能提高胶合能力、粘接强度、耐腐蚀性和包括褪色性在内的光照稳定性。同样，木材可以提高装饰性能。当打磨后麦芽糊精增密硬化木合成物的表面具有一种吸引人的外观，并且与由木材和乙烯型单体例如甲基丙烯酸甲酯制造成的合成物相比在外表上具有较少的塑料或人造合成感。
以上描述了根据本发明的实施例的用于改善木质纤维素材料尺寸稳定性的方法，应指出的是，以上所述的各种细节仅为对本发明的示例性说明，而不是对本发明的限制。本领域的技术人员可根据上述说明进行各种改变，而不脱离本发明的精神和范围。本发明的范围仅由所附权利要求限定。
Claims (19)
1、一种改善木质纤维素材料尺寸稳定性的方法，包含用一种浸渍剂浸入到木质纤维素材料中，所述浸渍剂包括交联剂、防水剂、成膜剂和具有10到30葡萄糖当量的多糖，并在木质纤维素材料内交联或固化形成交联产物，从而形成一种高尺寸稳定性的硬化的木质纤维素材料。
2、如权利要求1所述的方法，其中，所述交联剂为N-羟甲基丙烯酰胺。
3、如权利要求1所述的方法，其中，所述交联产物是基本不可溶物。
4、如权利要求1所述的方法，其中，所述交联产物是不可溶物。
5、如权利要求1所述的方法，其中，所述多糖与交联剂、防水剂和成膜剂同时被浸注入木质纤维素材料中，且所述交联剂至少具有一个羟基集团或烷基化羟基集团。
6、如权利要求1所述的方法，其中，所述多糖在浸注入木质纤维素之前被或不被部分地与交联剂反应。
7、如权利要求1所述的方法，其中，所述交联剂包含具有烷基化的、羟甲基的、羟基亚甲基的、和羟基次甲基的集团的一组化合物中的一个或多个。
8、如权利要求1所述的方法，其中，所述交联剂是丙烯酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酸甲酯、丁二烯、或苯乙烯。
9、如权利要求1所述的方法，其中，所述多糖为麦芽糊精。
10、如权利要求1所述的方法，其中，所述防水剂为乳化蜡。
11、如权利要求1所述的方法，其中，所述成膜剂为聚乙烯醇。
12、如权利要求5所述的方法，其中所述浸注过程在密闭容器中完成，加注压力为从1MPa至8MPa。
13、如权利要求12所述的方法，其中，在所述浸注过程的开始阶段在装入木材后，对密闭容器抽真空，真空度为-760m m汞柱至-700mm汞柱。
14、如根据权利要求13所述方法，其中，所述浸注过程的压力是阶梯式升高的。
15、如权利要求14所述的方法，其中，所述浸注过程的压力的升高幅度与液体渗透的程度和木材的性质相关，且压力的升高以液体充分渗透并以木材无塌陷为最高限值。
16、如权利要求15所述的方法，其中所述木质纤维素材料为杨木，且所述浸注过程包括：5kg/cm2保压一定时间，10kg/cm2保压一定时间，15kg/cm2保压一定时间，20kg/cm2保压一定时间，25kg/cm2保压一定时间，30kg/cm2保压一定时间，其中所述保压时间由木材装填量和液体渗透量决定。
17、根据权利要求13所述的方法，其中，在所述浸注过程的保压和加压过程中，压力在设定值和0kg/cm2之间周期性变化，其频率为6次/min到60次/min。
18、根据权利要求5所述的方法，其中所述浸注过程的温度为0-50℃。
19、根据权利要求18所述的方法，其中所述浸注过程的温度为20-30℃。
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