CN101780683B

CN101780683B - 木材改性用组合物及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN101780683B
Application number: CN2009100767629A
Authority: CN
Inventors: 雷得定; 李德永; 邓雄飞
Original assignee: EVERFIRST WISEFUND (BEIJING) TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: EVERFIRST WISEFUND (BEIJING) TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2009-01-19
Filing date: 2009-01-19
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2029-01-19
Also published as: CN101780683A

Abstract

本发明公开了一种木材改性用组合物及其制备方法和应用。包括以下重量份的各组分组成：磷酸200～400份，含氮有机物100～300份，硼酸盐10～15份，磷酸氢二铵70～100份，氯化铵10～40份，水400～700份。用本发明组合物对人工林木材的进行化学改性处理后，木材的尺寸稳定性有显著提高，能克服处理前在使用过程中的开裂变形等缺陷，物理力学性能有明显改善，同时还提高了木材的阻燃、防蛀、防霉和防腐等性能。经过处理的木材其颜色基本不变，整个处理过程中，处理液可重复利用，工艺简单，不需要复杂的蒸煮设备，生产过程对环境无污染，处理后的产品内无任何不利于人体健康的物质。

Description

木材改性用组合物及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及处理木材的组合物，尤其涉及木材改性用的组合物及其制备方法，本发明还涉及该木材改性用组合物在木材改性和木材加工中的应用，属于林产化工领域。

背景技术

随着经济的发展和人们生活水平的提高，世界各地对木材的需求愈来愈大。世界总的木材消耗能力也是飞速增大。众所周知的原因，木材虽然属于可再生资源，但由于高档木材生长的周期过长等原因的约束，木材资源缺乏的趋势日趋严重。世界性的木材供需矛盾日益突出。中国是一个森林覆盖率比较低的国家，尤其是最近所实施的天然林保护工程，使这种矛盾更进一步加剧。另一方面随着经济的发展和人们生活水平的提高，人与木材的自然亲近特性，木质材料越来越受到人们的青睐。要缓解我国目前木材供需矛盾，一是从国外进口木材，但已有越来越多的国家已限制原木或板材出口；二是进行木材改性，通过化学、或合成、或物理的方法，将人工林木材或劣质木材改性成适合用户要求的优质木材。

桉树是全球生长速度快、经济价值大、生态和社会效益高的树种。桉树、杨树与松树一并被誉为世界上三大速生树种，桉树被世界各大洲广泛种植。目前其面积约占热带地区人工林面积的1/3，年木材产量超过6000万m³。从20世纪50年代，我国开始试验种植桉树人工林，并作为主要造林树种在南方近10个省(自治区、直辖市)逐步推广。目前，我国的桉树木片出口量达100万吨，是我国目前创汇最多的树种。桉树人工林生产的木材具有很大的潜力，可替代其它某些用来生产胶合板的木材，并且已用到强化单板工业生产中。然而，由于有木节和其它方面的缺陷，用桉木生产的大部分单板档次相对较低，同样的情况也出现在热带相思树种上。

随着世界性天然林资源的枯竭和国家天然林保护工程的实施，人工林木材将成为今后缓解国内外木材市场供需矛盾的主要材种。人工林木材主要包括杉木、落叶松、杨木、泡桐、桉树等树种，它具有生长速度快、产量高、采伐周期短等特点，由于木材中所含的幼龄材比例相当高，导致材质较差、密度及表面硬度低，限制了其应用范围。木材改性方法是改善人工林木材理化性能的有效途径，经过处理后的木材密度、表面硬度、耐磨性和尺寸稳定性都大幅度提高，可广泛应用于地板、建筑装饰材料及家具行业。

所以提供一种安全，能够有效提高人工林木材的木材密度、表面硬度、耐磨性和尺寸稳定性的改性用组合物，具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种安全，能够有效提高人工林木材的木材密度、表面硬度、耐磨性和尺寸稳定性的改性用组合物。

本发明的目的之二是提供一种制备上述改性用组合物的方法。

本发明的目的之三是将上述改性用组合物用于木材改性和木材加工。

本发明的上述目的是通过以下技术方案来实现的：

一种木材改性用组合物，由以下重量份的各组分组成：

磷酸200～400份，含氮有机物100～300份，硼酸盐10～15份，磷酸氢二铵70～100份，氯化铵10～40份，水400～700份；

优选的，各组分的重量份是：磷酸253份，含氮有机物126份，硼酸盐13份，磷酸氢二铵88份，氯化铵13份，水507份。

其中，所述的磷酸的含量或浓度优选为98％(V/V)，尿素的纯度为98％(W/W)，规格可以是工业级；硼砂的规格可以是工业级，其纯度为95％(W/W)；

本发明所用到的上述各种原料都可从化工商店购买得到，其规格符合行业标准。

本发明的另一个目的是提供一种制备上述木材改性用组合物的方法。

本发明的另一个目的是通过以下技术方案来实现的：

一种制备上述木材改性用组合物的方法，包括：

(1)按所述重量份称取各组分；

(2)向反应釜中加入上述各组分，混合均匀，用氢氧化钠将混合物的pH值调节到5.0～6.0，即得。

本发明的再一个目的是将上述木材改性用组合物应用于木材改性或木材加工。

本发明的再一个目的是通过以下技术方案来实现的：

上述木材改性用组合物在木材改性或木材加工中的应用，包括：

(1)将待处理的木材放入加压浸注罐内然后抽真空，在真空度为-0.09～-0.095MPa的真空条件下吸入2/3～3/4重量份的木材改性用组合物；

(2)解除真空后将其余的木材改性用组合物在1.0～1.5MPa的压力下加压浸注木材1～5小时；处理后的木材干燥固化，即得。

上述的应用中，步骤(1)中优选将待处理的木材放入加压浸注罐内然后抽真空0.5～3小时至真空度为-0.09～-0.095Mpa；

步骤(2)中优选将将处理后的木材在65～110℃的温度下干燥固化10～28小时；

所述的待处理的木材可以是各种人工林木材，主要包括杉木、落叶松、杨木、泡桐、桉树等树种，优选为桉树。

本发明采用含有水溶性含氮有机和无机物组成木材改性用组合物，对木材进行加压浸注，浸注的木材干燥固化后，使得低分子组合物聚合成高分子组合物，起到填充和粘结的作用。通过本发明组合物处理后的木材，不但保持了原有木材使用的优点，而且解决了人工林木材在使用过程中的开裂变形问题，在提高木材强度和使用性的同时，亦使得木材具有阻燃性。

用本发明组合物对我国资源丰富的速生材桉树进行化学改性处理，处理材的尺寸稳定性显著提高，能克服其自身在使用过程中的开裂变形等缺陷，物理力学性能明显改善，提高了阻燃、防蛀、防霉和防腐能力。此外经过处理的木材其颜色基本不变。整个处理过程中，处理液可重复利用、工艺简单不需要复杂的蒸煮设备、体系过程环保，无论是在能源节约和可持续发展上都有很好的经济效益和战略意义。

木材改性处理后，不仅解决了桉树本身在使用中存在的开裂变形等缺陷，提高了强度和耐久性，还具有一定的防腐和阻燃能力，其强度及其使用性均可与优质木材相媲美。本发明不仅在不造成环境污染的情况下，大大提高了桉树的品质及经济价值，为速生材的使用拓展了一条新的路径。本发明工艺合理，成本低廉，生产过程对环境无污染，处理后的产品内无任何不利于人体健康的物质。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

实施例1

一、木材改性用组合物的制备

按以下重量称取各组分(单位：Kg)磷酸(含量为98％)：253、尿素(纯度为98％，工业级)：126、硼砂(工业级，纯度95％)：13、磷酸氢二铵：88、氯化铵：13、水：507；向反应釜中加入上述各组分，常温下混合均匀，用氢氧化钠将混合物的pH值调节到5.0～6.0，即得。

二、木材改性用组合物的应用

(1)将待处理的桉树木材放入加压浸注罐内然后抽真空，在真空度为-0.09～-0.095MPa的真空条件下吸入2/3～3/4重量份的本实施例所制备的木材改性用组合物；

(2)解除真空后将其余的木材改性用组合物在1.0～1.5MPa的压力下加压浸注木材3小时；处理后的木材在85～110℃的温度下干燥固化28h，即得。

经检测，经过本发明木材改性用组合物改性后的桉树木材的各性性能见表1：

表1改性前后的桉树木材的各项性能对比

实施例2：

一、木材改性用组合物的制备

按以下重量称取各组分(单位：Kg)磷酸(含量为98％)：250、乙酰脲：129、硼酸钠晶体(工业级，纯度95％)：16、磷酸氢二铵：85、氯化铵：13、水：507；向反应釜中加入上述各组分，常温下混合均匀，用氢氧化钠将混合物的pH值调节到5.0～6.0，即得。

二、木材改性用组合物的应用

经检测，经过本发明木材改性用组合物改性后的桉树木材的各性性能见表2：

表2改性前后的桉树木材的各项性能对比

实施例3

一、木材改性用组合物的制备

按以下重量称取各组分(单位：Kg)磷酸(含量为98％)：253、三乙烯四胺：120、硼砂(工业级，纯度95％)：19、磷酸氢二铵：86、氯化铵：23、水：497；向反应釜中加入上述各组分，常温下混合均匀，用氢氧化钠将混合物的pH值调节到5.0～6.0，即得。

二、木材改性用组合物的应用

(1)将待处理的泡桐木材放入加压浸注罐内然后抽真空，在真空度为-0.09～-0.095MPa的真空条件下吸入2/3～3/4重量份的本实施例所制备的木材改性用组合物；

经检测，经过本发明木材改性用组合物改性后的桉树木材的各性性能见表3：

表3改性前后的泡桐木材的各项性能对比

实施例4

一、木材改性用组合物的制备

按以下重量称取各组分(单位：Kg)磷酸(含量为98％)：257、尿素(纯度为98％，工业级)：126、硼砂(工业级，纯度95％)：13、磷酸氢二铵：84、氯化铵：50、水：457；向反应釜中加入上述各组分，常温下混合均匀，用氢氧化钠将混合物的pH值调节到5.0～6.0，即得。

二、木材改性用组合物的应用

(2)解除真空后将其余的木材改性用组合物在1.0～1.5MPa的压力下加压浸注木材5小时；处理后的木材在65～110℃的温度下干燥固化28h，即得。

经检测，经过本发明木材改性用组合物改性后的桉树木材的各性性能见表4：

表4改性前后的木材的各项性能对比

实施例5

一、木材改性用组合物的制备

按以下重量称取各组分(单位：Kg)磷酸(含量为98％)：253、尿素(纯度为98％，工业级)：126、硼酸钾13、磷酸氢二铵：88、氯化铵：13、水：507；向反应釜中加入上述各组分，常温下混合均匀，用氢氧化钠将混合物的pH值调节到5.0～6.0，即得。

二、木材改性用组合物的应用

(1)将待处理的杉木木材放入加压浸注罐内然后抽真空，在真空度为-0.09～-0.095MPa的真空条件下吸入2/3～3/4重量份的本实施例所制备的木材改性用组合物；

(2)解除真空后将其余的木材改性用组合物在1.0～1.5MPa的压力下加压浸注木材4小时；处理后的木材在110℃的温度下干燥固化20h，即得。

经检测，经过本发明木材改性用组合物改性后的桉树木材的各性性能见表5：

表5改性前后木材的各项性能对比

实施例6

一、木材改性用组合物的制备

按以下重量称取各组分(单位：Kg)磷酸(含量为98％)：200、尿素(纯度为98％，工业级)：300、硼砂(工业级，纯度95％)：10、磷酸氢二铵：70、氯化铵：10、水：410；向反应釜中加入上述各组分，常温下混合均匀，用氢氧化钠将混合物的pH值调节到5.0～6.0，即得。

二、木材改性用组合物的应用

(2)解除真空后将其余的木材改性用组合物在1.0～1.5MPa的压力下加压浸注木材5小时；处理后的木材在110℃的温度下干燥固化20h，即得。

经检测，经过本发明木材改性用组合物改性后的桉树木材的各性性能见表6：

表6改性前后的木材的各项性能对比

实施例7

一、木材改性用组合物的制备

按以下重量称取各组分(单位：Kg)磷酸(含量为98％)：400、尿素(纯度为98％，工业级)：100、硼砂(工业级，纯度95％)：15、磷酸氢二铵：70、氯化铵：10、水：405；向反应釜中加入上述各组分，常温下混合均匀，用氢氧化钠将混合物的pH值调节到5.0～6.0，即得。

二、木材改性用组合物的应用

(2)解除真空后将其余的木材改性用组合物在1.0～1.5MPa的压力下加压浸注木材2小时；处理后的木材在85℃的温度下干燥固化28h，即得。

经检测，经过本发明木材改性用组合物改性后的桉树木材的各性性能见表7：

表7改性前后的木材的各项性能对比

实施例8

一、木材改性用组合物的制备

按以下重量称取各组分(单位：Kg)磷酸(含量为98％)：257、尿素(纯度为98％，工业级)：193、硼砂(工业级，纯度95％)：10、磷酸氢二铵：100、氯化铵：40、水：400；向反应釜中加入上述各组分，常温下混合均匀，用氢氧化钠将混合物的pH值调节到5.0～6.0，即得。

二、木材改性用组合物的应用

(2)解除真空后将其余的木材改性用组合物在1.0～1.5MPa的压力下加压浸注木材3小时；处理后的木材在75℃的温度下干燥固化28h，即得。

经检测，经过本发明木材改性用组合物改性后的桉树木材的各性性能见表8：

表8改性前后的木材的各项性能对比

实施例9

一、木材改性用组合物的制备

按以下重量称取各组分(单位：Kg)磷酸(含量为98％)：257、尿素(纯度为98％，工业级)：193、硼砂(工业级，纯度95％)：10、磷酸氢二铵：64、氯化铵：10、其余的量水：467；向反应釜中加入上述各组分，常温下混合均匀，用氢氧化钠将混合物的pH值调节到5.0～6.0，即得。

二、木材改性用组合物的应用

(2)解除真空后将其余的木材改性用组合物在1.0～1.5MPa的压力下加压浸注木材4小时；处理后的木材在70℃的温度下干燥固化28h，即得。

经检测，经过本发明木材改性用组合物改性后的桉树木材的各性性能见表9：

表9改性前后的木材的各项性能对比

实施例10

一、木材改性用组合物的制备

按以下重量称取各组分(单位：Kg)磷酸(含量为98％)：257、尿素(纯度为98％，工业级)：193、硼砂(工业级，纯度95％)：10、磷酸氢二铵：64、氯化铵：10、水：467；向反应釜中加入上述各组分，常温下混合均匀，用氢氧化钠将混合物的pH值调节到5.0～6.0，即得。

二、木材改性用组合物的应用

(2)解除真空后将其余的木材改性用组合物在1.0～1.5MPa的压力下加压浸注木材1.5小时；处理后的木材在100℃的温度下干燥固化24h，即得。

经检测，经过本发明木材改性用组合物改性后的桉树木材的各性性能见表10：

表10改性前后的木材的各项性能对比

Claims

1.一种木材改性用组合物，包括以下重量份的各组分组成：

磷酸200～400份，含氮有机物100～300份，硼酸盐10～15份，磷酸氢二铵70～100份，氯化铵10～40份和水400～700份，所述含氮有机物为尿素、乙酰脲、1，6-己二胺、三乙烯四胺中的一种或多种化合物；所述的硼酸盐为硼砂、硼酸钾、硼酸钠晶体中的一种或多种化合物，用氢氧化钠调节该组合物的pH值至5.0-6.0，即得。

2.按照权利要求1所述的木材改性用组合物，其特征在于，各组分的重量份是：磷酸253份，含氮有机物126份，硼酸盐13份，磷酸氢二铵88份，氯化铵13份，水507份。

3.按照权利要求1或2所述的木材改性用组合物，其特征在于：所述的磷酸的体积浓度为98％；尿素的重量百分数为98％；硼砂的重量百分数为95％。

4.一种制备权利要求1或2所述的木材改性用组合物的方法，包括：

(1)按权利要求1或2所述重量份称取磷酸、含氮有机物、硼酸盐、磷酸氢二铵、氯化铵、水；

5.权利要求1或2所述的木材改性用组合物在木材改性或木材加工中的应用，包括：

6.按照权利要求5所述的应用，其特征在于：步骤(1)中将待处理的木材放入加压浸注罐内然后抽真空0.5～3小时至真空度为-0.09～-0.095Mpa。

7.按照权利要求5所述的应用，其特征在于：步骤(2)中将处理后的木材在65～110℃的温度下干燥固化10～28小时。

8.按照权利要求5所述的应用，其特征在于：所述的待处理的木材是各种人工林木材。

9.按照权利要求8所述的应用，其特征在于：所述的人工林木材主要包括杉木、落叶松、杨木、泡桐或桉树。